硬件工程師筆試二(參考版)
2024-10-29 05:56本頁面
【正文】 。C PU 既然關系著指令的執(zhí)行和數據的處理，當然也關系著指令和數據處理速度的快慢，因而C PU 有不同的執(zhí)行功能，不同的處理速度。它負責整個系統(tǒng)指令的執(zhí)行、數學與邏輯運算、數據存儲、傳送以及輸入輸出的控制。程序的執(zhí)行可以看成是由計算機狀態(tài)序列的轉換，如果能預測狀態(tài)的轉換序列，就可以說理解了計算機的動態(tài)行為。這些存儲器的初始內容定義了計算機的初始狀態(tài)，每一步程序的執(zhí)行都是通過修改存儲器的內容將當前的狀態(tài)轉換為一個新的狀態(tài)，該過程稱為狀態(tài)轉換。描述計算機動態(tài)行為的一個簡便方法是使用“計算機狀態(tài)”。因此對計算機的了解還應包括對它的動態(tài)行為，即程序執(zhí)行過程的了解。本章介紹的只是其中的“Von Neumann 體系結構”，當然還有其他的體系結構。操作環(huán)境按照不同的存取速率分為不同類別，如高速存儲器(外存)、中速存儲器(磁盤和CDROM)、低速存儲器(磁帶)和輸入輸出設備(閱讀器、打印機、數據通信線)等。十、操作環(huán)境計算機的操作環(huán)境包括外圍存儲器和輸入/輸出設備。如果指定的地址不在主存中，則讀取包含該地址的一段數據塊，這些相近地址中的數據有可能馬上會被使用。緩存是位于主存和中央處理器間的一個較小的高速數據存儲器，大小一般為1 ～256KB，包含中央處理器最近使用的數據和指令，當然也包括了將來最有可能被使用到的程序代碼或數據。如果出現了頁錯誤(即正確的地址不在內存中)，則通知操作系統(tǒng)從外部存儲器讀入相應的頁。為了允許多個程序在同一時刻能共存于內存中，可直接在硬件中使用頁或動態(tài)程序分配機制。盡管CPU 必須等待數據，但無需額外的硬件。為了對速度進行平衡，需要采用不同的存取管理機制。九、存儲管理設計電腦的一個原則是保證能方便地操作計算機包含的所有設備(如內存、CPU 和外部設備)。一般的方式是，對每個存儲器地址用一個整數標記，同時提供一個機制對于給定的地址存取該地址的內容(或將一個新值存入給定的地址)。同樣道理，運算的結果必須被存放在某一地址。一般操作數可以被存放在主存儲器或寄存器中。在執(zhí)行基本操作后，解釋器將重復上述循環(huán)。而對于每次循環(huán)，解釋器都會從程序地址寄存器取得下一條指令的地址(并增量寄存器的值為下一條指令的地址)，從存儲器取得指定的指令，對指令進行解碼，分解為操作碼和一組操作數并取得操作數(如果必要的話)，使用操作數作為參數調用指定的操作。為了將控制權轉到程序某處，程序員可使用一些操作修改該寄存器的內容。一個典型的操作集包括與內部數據類型相關的基本算術指令(即實數和整數加法、減法、乘法和除法等)、測試數據項性質(如是否為零，是正數或負數等)的指令、對數據項的某一部分進行存取和修改(如在一個字中存取一個字符，在一條指令中存取操作數的地址等)的指令、控制輸入/輸出設備的指令及順序控制指令(如無條件跳轉等)?？偩€又分用于傳輸數據的數據總線(Data Bus)、傳輸地址信息的地址總線(Address Bus)和用于傳輸控制信號、時序信號和狀態(tài)信息的控制總線(Control Bus)。總線就像一條公共通路，將所有的設備連接起來，達到相互通信的目的。具體產品如打印機、顯示器和音箱等。具體產品如鍵盤、鼠標和掃描儀等。外部文件存儲器包括磁盤、磁帶或日益普及的CDROM 等，通常以記錄劃分，每個記錄是位或字節(jié)的序列。一個寄存器的內容可能表示數據或主存儲器中數據或下一條指令的地址。主存儲器通常是劃分為字(典型的是32 位或64 位)或字節(jié)(每字含4 或8 字節(jié))的線性序列。最新的CPU 除包括這些基本功能外，還集成了高速Cache(緩存)等部件。不同的CPU 其內部結構不完全相同，一個典型的CPU 由運算器、寄存器和控制器組成。Von Neumann 體系結構存在的一個突出問題就是，外部數據存取速度和CPU 運算速度不平衡，不過可以通過在一個系統(tǒng)中使用多個CPU 或采用多進程技術等方法來解決。采用存儲程序工作原理，實現了自動連續(xù)運算。一臺計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備5 大部分組成。一、Von Neumann()體系結構Von Neumann 體系結構是以數學家John Von Neumann 的名字命名的，他在20 世紀40年代參與設計了第一臺數字計算機ENIAC。軟件則是依賴于硬件執(zhí)行的程序或程序的集合。CPU 負責指令的執(zhí)行，存儲器負責存放信息(類似大腦的記憶細胞)，輸入/輸出設備則負責信息的采集與輸出(類似人的眼睛和手)。硬件是組成計算機系統(tǒng)的物理實體，是看得
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