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第 1 章 计 算 机 系 统 概 述 主 要 内 容 : 计 算 机 发 展 历 程 计 算 机 系 统 层 次 结 构 计 算 机 硬 件 的 基 本 组 成 计 算 机 软 件 的 分 类 计 算 机 的 工 作 过 程 计 算 机 性 能 指 标 吞 吐 量 响 应 时 间 ;CPU 时 钟 周 期 主 频 CPI CPU 执 行 时 间 ;MIPS MFLOPS

计 算 机 里 有 什 么?

计 算 机 基 本 组 成 构 成 计 算 机 的 基 础 理 论 大 部 分 已 经 有 50 年 了 目 前, 计 算 机 的 关 键 部 件 也 没 有 大 的 改 变 CPU Data Path( 运 算 器 ) Controller Memory I/O

现 代 计 算 机 功 能 部 件 CPU Data Path Controller Memory I/O Intel Pentium

计 算 机 运 行 机 制 Control Datapath Computer Memory Input Output Datapath: 完 成 算 术 和 逻 辑 运 算, 通 常 包 括 其 中 的 寄 存 器 Control: CPU 的 组 成 部 分, 它 根 据 程 序 指 令 来 指 挥 datapath, memory 以 及 I/O 运 行, 共 同 完 成 程 序 功 能 Memory: 存 放 运 行 时 程 序 及 其 所 需 要 的 数 据 的 场 所 Input: 信 息 进 入 计 算 机 的 设 备, 如 键 盘 鼠 标 等 Output: 将 计 算 结 构 展 示 给 用 户 的 设 备, 如 显 示 器 磁 盘 打 印 机 扬 声 器 等

Von Neumann 计 算 机 Von Neumann Machine Processor

Datapath Memory I/O

计 算 机 剖 析 计 算 机 系 统 计 算 机 结 构 计 算 机 处 理 器 设 备 制 造 电 路 (VLSI) 设 计 逻 辑 设 计

计 算 机 剖 析 ( 续 ) 计 算 机 系 统 计 算 机 结 构 计 算 机 处 理 器 高 级 语 言 汇 编 语 言 机 器 语 言

1.1 计 算 机 的 发 展 历 程 1.1.1 计 算 机 的 产 生 1945 年, 美 籍 数 学 家 冯. 诺 依 曼 博 士 发 表 电 子 计 算 工 具 逻 辑 设 计 论 文, 提 出 二 进 制 表 达 方 式 和 存 储 程 序 控 制 计 算 机 构 想 1946 年, 美 国 宾 西 法 尼 亚 大 学 研 制 成 功 电 子 数 字 计 算 机 ENIAC 重 约 30 吨, 耗 电 150kW, 占 地 170 平 方 米, 用 电 子 管 18800 个, 每 秒 5000 次 加 法

图 灵 机 1937 年,Alan Turing 提 出 一 种 通 用 计 算 机 的 概 念, 它 可 以 执 行 任 何 一 个 描 述 好 的 程 序 ( 算 法 ), 实 现 需 要 的 功 能, 形 成 了 可 计 算 性 概 念 的 基 础 存 储 程 序 的 思 想, 使 计 算 机 从 专 用 走 向 通 用 正 是 这 一 创 新, 开 创 了 计 算 机 的 新 时 代 50 年 代,Turing 提 出 了 智 能 计 算 机 的 概 念 Turing 测 试

Turing 机 特 点 通 用 计 算 机 : 并 不 是 保 存 所 有 问 题 的 结 果 存 储 程 序 计 算 机 : 问 题 的 求 解 由 程 序 或 过 程 给 出, 程 序 和 过 程 可 以 通 过 语 言 描 述 有 限 速 度 : 计 算 机 执 行 程 序 的 时 间 是 有 限 的 有 限 空 间 : 计 算 机 程 序 的 存 放 空 间 和 数 据 存 放 空 间 也 是 有 限 的 是 现 代 计 算 机 的 鼻 祖

典 型 冯. 诺 依 曼 (Von Neumann) 机 结 构 存 储 器 输 入 运 算 器 输 出 控 制 器 数 据 线 路 控 制 信 号 计 算 机 的 基 本 结 构 图 现 代 计 算 机 结 构 的 鼻 祖 : 五 大 功 能 部 件 将 程 序 和 数 据 统 一 表 示 : 存 储 器 有 4096 个 字, 每 个 字 40 位 采 用 二 进 制 数 据 : 简 化 了 存 储 器 只 提 供 整 数 运 算 : 任 何 有 能 力 的 数 学 家 都 能 在 头 脑 中 记 住 小 数 点 的 位 置

冯. 诺 依 曼 机 的 基 本 特 点 计 算 机 由 运 算 器 控 制 器 存 储 器 输 入 设 备 和 输 出 设 备 五 部 分 组 成 采 用 存 储 程 序 的 方 式, 程 序 和 数 据 放 在 同 一 存 储 器 中, 由 指 令 组 成 的 程 序 可 以 修 改 数 据 以 二 进 制 码 表 示 指 令 由 操 作 码 和 地 址 码 组 成 指 令 在 存 储 器 中 按 执 行 顺 序 存 放, 由 指 令 计 数 器 指 明 要 执 行 的 指 令 所 在 的 单 元 地 址, 一 般 按 顺 序 递 增 机 器 以 运 算 器 为 中 心, 数 据 传 送 都 经 过 运 算 器

1.1.2 电 子 计 算 机 的 发 展 简 史 第 一 代 电 子 管 时 代 (1946-1958): 耗 电 高, 体 积 大, 定 点 计 算, 机 器 语 言, 汇 编 语 言 第 二 代 晶 体 管 时 代 (1958-1965): 变 集 中 处 理 为 分 级 处 理, 浮 点 运 算 高 级 语 言 第 三 代 中 小 规 模 集 成 电 路 时 代 (1965-1970): 存 储 容 量 大, 运 算 速 度 快, 几 十 至 几 百 万 次 / 秒 第 四 代 大 规 模 集 成 电 路 时 代 (1971 至 今 ): 向 大 型 机 和 微 型 机 两 个 方 向 发 展 现 代 计 算 机 发 展 方 向 : 巨 型 化, 微 型 化, 网 络 化, 智 能 化, 多 媒 体 化, 多 核 摩 尔 定 律

现 代 计 算 机 的 里 程 碑 年 代 机 器 名 称 制 造 者 说 明 1834 Analytical Engine Babbage 建 造 数 字 计 算 机 的 第 一 次 尝 试 1936 Z1 Zuse 第 一 台 使 用 继 电 器 的 计 算 机 器 1943 COLOSSUS 英 国 政 府 第 一 台 电 子 计 算 机 1944 Mark I Aiken 第 一 台 美 国 通 用 计 算 机 1946 ENIAC I Eckert/Mauchley 现 代 计 算 机 历 史 从 它 开 始 1949 EDSAC Wilkes 第 一 台 存 储 程 序 的 计 算 机 1951 Whirlwind I M.I.T. 第 一 台 实 时 计 算 机 1952 IAS Von Neumann 大 多 数 现 代 计 算 机 还 用 的 设 计 1960 PDP-1 DEC 第 一 台 小 型 机 ( 销 售 50 台 ) 1961 1401 IBM 非 常 流 行 的 小 型 商 用 机 1962 7094 IBM 60 年 代 早 期 的 主 流 科 学 计 算 用 机 1963 B5000 Burroughs 面 向 高 级 语 言 设 计 的 第 一 台 计 算 机 1964 360 IBM 系 列 机 的 第 一 个 产 品 1964 6600 CDC 第 一 台 用 于 科 学 计 算 的 超 级 计 算 机 1965 PDP-8 DEC 第 一 台 占 领 市 场 的 小 型 机 ( 销 售 50,000 台 ) 1970 PDP-11 DEC 70 年 代 的 主 导 小 型 机 1974 8080 Intel 第 一 台 在 一 个 芯 片 上 的 8 位 计 算 机 1974 CRAY-1 Cray 第 一 台 向 量 超 级 计 算 机 1978 VAX DEC 第 一 台 32 位 超 级 小 型 计 算 机 1981 IBM PC IBM 开 创 现 代 个 人 计 算 机 新 纪 元 1985 MIPS MIPS 第 一 台 商 用 RISC 机 1987 SPARC Sun 第 一 台 基 于 SPARC 的 RISC 工 作 站 1990 RS6000 IBM 第 一 台 超 标 量 体 系 结 构 计 算 机

第 一 台 通 用 电 子 计 算 机 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator 运 算 速 度 :5000 次 加 法 / 秒 使 用 十 进 制 数 Mauchly and Eckert 设 计 1946 年 2 月 14 日 20 个 寄 存 器, 每 个 存 放 10 位 的 十 进 制 数 第 一 台 通 用 电 子 计 算 机, 设 计 用 于 计 算 火 炮 的 弹 道 重 30 吨, 占 地 170 平 方 米,18800 个 电 子 管, 耗 电 150KW 通 过 设 置 6000 个 开 关 和 其 它 众 多 的 插 头 和 插 座 来 编 程

第 一 台 小 型 计 算 机 :PDP-1 1957 年 由 DEC 公 司 生 产 第 二 代 计 算 机 ( 晶 体 管 ) 18 位 字 长,4K 内 存, 机 器 周 期 为 5 微 秒 售 价 120000 美 元 售 出 50 台 开 创 了 计 算 机 产 业!

第 一 个 系 列 计 算 机 :IBM 360 第 三 代 计 算 机 计 算 机 应 用 : 科 学 计 算 和 商 务 处 理 如 何 在 不 同 的 硬 件 平 台 上 运 行 相 同 的 软 件? 系 列 计 算 机 :IBM 360 计 算 机 系 统 结 构 : 程 序 员 眼 中 的 计 算 机 具 有 相 同 系 统 结 构 的 计 算 机 可 以 运 行 相 同 的 程 序 微 程 序 控 制 器

应 用 的 普 及 :IBM PC 机

RISC 计 算 机 精 简 指 令 系 统 计 算 机 指 令 系 统 尽 量 简 单, 复 杂 指 令 通 过 简 单 指 令 的 组 合 来 完 成 提 高 计 算 机 的 运 行 速 度

提 高 计 算 机 性 能 提 高 计 算 机 性 能 的 方 向 是 采 用 并 行 处 理 技 术 近 年 来 人 们 在 谋 求 突 破 传 统 诺 依 曼 体 制 的 束 缚, 这 种 努 力 被 称 为 非 诺 依 曼 化 表 现 在 3 个 方 面 对 传 统 诺 依 曼 机 进 行 改 造, 如 采 用 多 个 处 理 部 件 形 成 流 水 线 处 理, 依 靠 时 间 上 的 重 叠 提 高 处 理 效 率 ; 又 如 组 成 阵 列 机 结 构, 形 成 单 指 令 流 多 数 据 流, 提 高 处 理 速 度 用 多 个 诺 依 曼 机 组 成 多 机 系 统, 支 持 并 行 算 法 结 构 从 根 本 上 改 变 诺 依 曼 机 的 控 制 流 驱 动 方 式 例 如 采 用 数 据 流 驱 动 方 式, 只 要 数 据 已 经 准 备 好, 有 关 的 指 令 就 可 并 行 执 行

1.1.3 计 算 机 的 分 类 巨 型 机 又 称 为 超 级 计 算 机, 世 界 少 数 国 家 生 产 2010 年 11 月, 我 国 天 河 一 号 以 峰 值 速 度 4700 万 亿 次 / 秒 持 续 速 度 2570 万 亿 次 / 秒 浮 点 运 算 的 性 能 居 36 届 世 界 超 级 计 算 机 TOP500 第 一 2011 年 6 月, 第 37 届 TOP500 排 行 榜, 日 本 京 以 每 秒 8162 万 亿 次 的 实 测 运 算 速 度 跻 身 榜 首, 天 河 一 号 排 名 第 二 大 中 型 机 大 中 型 企 事 业 单 位 作 为 计 算 中 心 的 主 机 使 用, 统 一 调 度 主 机 资 源, 代 表 产 品 有 IBM390,4300 系 列 等 小 型 机 满 足 部 门 性 的 需 求, 供 小 型 企 事 业 单 位 使 用 典 型 产 品 有 DEC-PDP 系 列,DEC-VAX 系 列 等 工 作 站 用 于 特 殊 的 专 业 领 域, 例 如 图 像 处 理 和 辅 助 设 计 等 典 型 产 品 有 HP-APOLLO,SUN 工 作 站 等 微 型 机 个 人 或 家 庭 使 用,PC 机 / 个 人 计 算 机, 价 格 低 廉

1.2 计 算 机 硬 件 组 成 基 本 部 件 有 中 央 处 理 器 CPU( 运 算 器 和 控 制 器 ) 存 储 器 和 输 入 设 备 输 出 设 备 早 期 运 算 器 和 控 制 器 为 两 部 分, 现 在 集 成 在 一 起 存 储 器 用 来 存 放 程 序 和 数 据, 是 计 算 机 各 种 信 息 的 存 储 和 交 流 中 心 存 储 器 可 与 CPU 输 入 输 出 设 备 交 换 信 息 输 入 设 备 用 来 输 入 原 始 数 据 和 处 理 这 些 数 据 的 程 序 输 入 的 信 息 有 数 字 符 字 母 和 控 制 符 等 输 出 设 备 输 出 设 备 用 来 输 出 计 算 机 的 处 理 结 果 可 以 是 数 字 字 母 表 格 图 形 等

计 算 机 硬 件 的 组 成 框 图 CPU( 包 括 运 算 器 和 控 制 器 ) 存 储 器 ROM RAM 输 入 / 输 出 设 备 (I/O 设 备 ) 运 算 器 总 线 和 控 制 器 DB DATA BUS CPU AB ADDRESS BUS CB CONTROL BUS 地 址 总 线 存 储 器 数 据 总 线 输 入 / 输 出 设 备 控 制 总 线

软 件 组 成 1.3 计 算 机 软 件 组 成 没 有 配 备 任 何 软 件 的 裸 机 无 法 投 入 使 用 没 有 配 备 足 够 的 软 件, 其 功 能 就 不 能 很 好 的 发 挥 操 作 系 统 或 管 理 软 件 汇 编 程 序 系 统 软 件 高 级 语 言 的 编 译 或 解 释 程 序 应 用 软 件 故 障 诊 断 或 检 验 程 序 系 统 调 试 程 序 数 据 库 管 理 程 序 使 用 者 根 据 需 要 采 用 各 类 语 言 编 写 的 各 种 应 用 程 序, 包 括 各 类 应 用 软 件 包

计 算 机 的 语 言 简 介 自 然 语 言 : 人 类 相 互 交 流 信 息 所 用 的 语 言 高 级 语 言 : 一 种 和 自 然 语 言 接 近 并 能 为 计 算 机 接 受 的 语 言, 这 种 语 言 被 称 为 计 算 机 的 高 级 语 言 汇 编 语 言 : 符 号 式 程 序 设 计 语 言, 属 于 低 级 语 言 机 器 语 言 机 器 语 言 : 机 器 能 执 行 的 语 言, 这 种 语 言 被 称 为 机 器 语 言 ( 由 二 进 制 代 码 表 示 的 指 令 组 成 )

1.4 计 算 机 系 统 层 次 结 构 1. 计 算 机 硬 件 的 基 本 组 成 硬 件 分 为 5 大 部 分 : 控 制 器 运 算 器 存 储 器 输 入 设 备 和 输 出 设 备 早 期 运 算 器 和 控 制 器 构 成 计 算 机 的 CPU, 现 在 一 般 还 加 上 CPU 内 部 的 Cache 共 同 构 成 CPU,Cache 是 存 储 器 中 速 度 最 快, 容 量 最 小 的 存 储 器 对 冯 诺 依 曼 计 算 机 体 系 结 构 的 特 点 要 有 深 刻 的 理 解 : 使 用 二 进 制 ( 为 何 用 二 进 制?) 存 储 程 序, 并 且 按 照 地 址 顺 序 执 行, 是 冯 诺 依 曼 计 算 机 设 计 的 关 键 思 想

计 算 机 系 统 层 次 结 构 2. 计 算 机 软 件 的 分 类 计 算 机 软 件 按 照 面 向 对 象 的 不 同 可 分 两 类 : 系 统 软 件 和 应 用 软 件 系 统 软 件 : 用 于 管 理 整 个 计 算 机 系 统, 合 理 分 配 系 统 资 源, 确 保 计 算 机 正 常 高 效 地 运 行, 这 类 软 件 面 向 系 统 应 用 软 件 : 是 面 向 用 户, 根 据 用 户 的 特 殊 要 求 编 制 的 应 用 程 序, 这 类 软 件 通 常 实 现 用 户 的 某 类 要 求

3. 计 算 机 的 工 作 过 程 冯 诺 依 曼 计 算 机 特 点 基 本 上 指 出 了 计 算 机 的 工 作 过 程 冯 诺 依 曼 体 系 结 构 的 基 本 思 想 是 : 存 储 程 序, 并 且 按 照 地 址 顺 序 自 动 执 行 首 先 将 指 令 和 数 据 存 储 到 计 算 机 中, 计 算 机 启 动 后, 就 能 够 按 顺 序 取 出 指 令 并 依 次 执 行, 直 到 程 序 执 行 完 毕, 得 到 计 算 结 果 为 止 冯 诺 依 曼 体 系 结 构 计 算 机 包 含 5 个 基 本 部 件 : 运 算 器 控 制 器 存 储 器 输 入 设 备 和 输 出 设 备 运 算 器 进 行 数 据 运 算 和 数 据 变 换 ; 控 制 器 为 计 算 机 的 工 作 提 供 统 一 的 时 钟, 对 程 序 的 各 基 本 操 作 进 行 时 序 划 分, 产 生 相 应 的 控 制 信 号, 驱 动 计 算 机 的 各 部 件 有 序 地 完 成 程 序 规 定 的 操 作 内 容 ; 存 储 器 用 来 存 放 程 序 数 据 和 运 算 结 果 ; 输 入 输 出 设 备 则 完 成 相 应 的 输 入 输 出 转 换 一 条 指 令 操 作 包 括 : 取 指 令 分 析 ( 译 码 ) 和 执 行 指 令 3 个 阶 段 PC MAR,MDR IR OP(IR) CU, 操 作 数 地 址 码 MAR, 操 作 数 MDR,MDR ACC (PC)+1 PC

4. 计 算 机 系 统 的 层 次 结 构 (1) 层 次 结 构 计 算 机 系 统 是 一 个 复 杂 的 软 硬 件 结 合 体, 它 包 含 硬 件 系 统 和 软 件 系 统 两 部 分 它 通 常 由 6 个 ( 或 5 个 ) 不 同 的 级 组 成, 在 每 一 级 都 能 够 进 行 程 序 设 计 虚 拟 机 高 级 语 言 级 ( 应 用 程 序 ) 汇 编 语 言 级 ( 系 统 程 序 ) 操 作 系 统 级 ( 操 作 系 统 ) 传 统 机 器 级 ( 指 令 系 统 ) 微 程 序 级 ( 微 程 序 控 制 器 ) 逻 辑 部 件 级 ( 硬 件 逻 辑 部 件 ) 软 件 部 分 硬 软 界 面 硬 件 部 分 站 在 不 同 层 次 上 编 程 的 程 序 员 所 看 到 的 计 算 机 属 性 各 不 相 同 计 算 机 系 统 的 层 次 结 构

(2) 软 件 和 硬 件 逻 辑 上 的 等 价 性 计 算 机 系 统 以 硬 件 为 基 础, 通 过 软 件 扩 充 其 功 能, 并 以 执 行 程 序 方 式 体 现 其 功 能 硬 件 完 成 最 基 本 的 功 能, 而 复 杂 的 功 能 则 通 过 软 件 实 现 计 算 机 是 一 个 软 件 和 硬 件 结 合 的 整 体 系 统 在 机 器 中, 许 多 功 能 既 可 由 硬 件 实 现, 也 可 由 软 件 实 现 (3) 兼 容 性 兼 容 性 的 设 计 思 想 实 际 上 就 是 系 列 机 的 概 念 在 系 列 机 中, 新 机 型 要 求 支 持 老 机 型 上 开 发 的 软 件 ; 而 且 还 有 硬 件 上 的 兼 容 要 求 兼 容 要 求 软 件 和 硬 件 设 备 能 够 直 接 在 不 同 的 机 型 上 使 用

1.5 计 算 机 性 能 指 标 基 本 字 长 : 指 计 算 机 内, 表 示 一 个 操 作 数 或 一 条 指 令 所 用 的 基 本 二 进 制 位 数 是 CPU 一 次 能 处 理 的 数 据 宽 度, 与 加 法 器 寄 存 器 的 位 数 和 内 部 数 据 总 线 的 宽 度 等 有 关 字 长 标 志 着 精 度, 字 长 越 长, 运 算 精 度 越 高 影 响 计 算 机 的 处 理 能 力 和 运 行 性 能 通 常 选 字 节 的 整 数 倍 :2 4 8 倍 等 主 存 容 量 : 计 算 机 主 存 储 器 所 能 够 存 储 的 信 息 的 全 部 总 量, 称 为 主 存 容 量 以 字 节 数 来 表 示 存 储 容 量 的 计 算 机 称 为 字 节 编 码 计 算 机 ; 而 以 字 为 单 位 编 址 的 计 算 机, 存 储 容 量 等 于 字 数 乘 以 字 长 主 频 : 每 台 计 算 机 的 内 部 都 有 一 个 不 断 地 产 生 固 定 频 率 时 钟 脉 冲 的 装 置, 称 为 主 时 钟 主 时 钟 的 频 率 通 常 是 机 器 的 主 频 率, 主 频 率 是 衡 量 一 台 计 算 机 速 度 的 重 要 参 数

计 算 机 性 能 指 标 运 算 速 度 : 运 算 速 度 通 常 反 映 计 算 机 运 算 的 快 慢 对 运 算 速 度 的 衡 量 有 以 下 几 种 方 法 : 根 据 不 同 类 型 指 令 在 计 算 过 程 中 出 现 的 频 率 乘 上 不 同 的 系 数, 求 得 统 计 平 均 值, 这 时 所 指 的 运 算 速 度 是 平 均 运 算 速 度 直 接 给 出 每 条 指 令 的 实 际 执 行 时 间 以 MIPS 和 MFLOPS 作 为 计 量 单 位 来 衡 量 运 算 速 度 MIPS 表 示 每 秒 百 万 条 指 令,MFLOPS 表 示 每 秒 百 万 次 浮 点 运 算 1. 吞 吐 量 响 应 时 间 (1) 吞 吐 量 : 单 位 时 间 内 可 执 行 程 序 的 个 数 (2) 响 应 时 间 : 从 事 件 开 始 到 事 件 结 束 的 时 间, 也 称 执 行 时 间

计 算 机 性 能 指 标 2. 主 频 CPU 时 钟 周 期 CPI CPU 执 行 时 间 (1) 主 频 :CPU 工 作 主 时 钟 的 频 率, 机 器 主 频 f 或 Rc (2)CPU 时 钟 周 期 : 机 器 主 频 的 倒 数,Tc (3)CPI: 执 行 一 条 指 令 所 需 要 的 平 均 时 钟 周 期 (4)CPU 执 行 时 间 :T CPU =In CPI Tc In 执 行 程 序 中 指 令 的 总 数,CPI 执 行 每 条 指 令 所 需 的 平 均 时 钟 周 期 数,TC 时 钟 周 期 时 间 的 长 度

计 算 机 性 能 指 标 3. MIPS MFLOPS (1)MIPS(Million Instructions Per Second): CPU 每 秒 钟 平 均 执 行 的 整 数 指 令 条 数 ( 百 万 条 ) MIPS = In/(T CPU 10 6 ) = In/(In CPI Tc 10 6 ) = Rc/(CPI 10 6 ) In: 执 行 该 程 序 的 总 指 令 数, T CPU : 执 行 该 程 序 的 总 时 间, Tc:CPU 时 钟 周 期, Rc: 主 频 Rc=1/Tc MIPS 只 适 合 评 价 标 量 机, 不 适 合 评 价 向 量 机 标 量 机 执 行 一 条 指 令, 得 到 一 个 运 行 结 果 而 向 量 机 执 行 一 条 指 令, 可 以 得 到 多 个 运 算 结 果

计 算 机 性 能 指 标 (2) MFLOPS(Million Floating Point Operations Per Second): 每 秒 钟 平 均 执 行 的 浮 点 数 的 运 算 次 数 ( 百 万 次 ) MFLOPS=Ifn/(T CPU 10 6 ) Ifn: 程 序 中 浮 点 数 的 运 算 次 数 MFLOPS 测 量 单 位 比 较 适 合 于 衡 量 向 量 机 的 性 能 一 般 而 言, 同 一 程 序 运 行 在 不 同 的 计 算 机 上 时 往 往 会 执 行 不 同 数 量 的 指 令 数, 但 所 执 行 的 浮 点 数 个 数 常 常 是 相 同 的

典 型 题 解 单 项 选 择 题 : 1 完 整 的 计 算 机 系 统 应 包 括 ( ) A. 运 算 器 存 储 器 控 制 器 B. 外 部 设 备 和 主 机 C. 主 机 和 实 用 程 序 D. 配 套 的 硬 件 设 备 和 软 件 系 统 答 案 : D 2 至 今 为 止, 计 算 机 中 的 所 有 信 息 仍 以 二 进 制 方 式 表 示 的 理 由 是 ( ) A. 节 约 元 件 B. 运 算 速 度 快 C. 物 理 器 件 的 性 能 决 定 D. 信 息 处 理 方 便 答 案 : C 3 从 器 件 角 度 看, 计 算 机 经 历 了 四 代 变 化 但 从 系 统 结 构 看, 至 今 绝 大 多 数 计 算 机 仍 属 于 ( ) 型 计 算 机 A. 并 行 B. 冯 诺 依 曼 C. 智 能 D. 实 时 处 理 答 案 : B 4 冯 诺 依 曼 机 工 作 的 基 本 方 式 的 特 点 是 ( ) A. 多 指 令 流 单 数 据 流 B. 按 地 址 访 问 并 顺 序 执 行 指 令 C. 堆 栈 操 作 D. 存 储 器 按 内 容 选 择 地 址 答 案 : B

5 冯 诺 依 曼 型 计 算 机 的 基 本 工 作 方 式 是 ( ) A. 单 指 令 流 多 数 据 流 方 式 B. 控 制 流 启 动 方 式 C. 多 指 令 流 多 数 据 流 方 式 D. 数 据 流 启 动 方 式 答 案 : B 6 微 型 计 算 机 的 发 展 一 般 是 以 ( ) 技 术 为 标 志 A. 操 作 系 统 B. 微 处 理 器 C. 磁 盘 D. 软 件 答 案 : B 7 我 们 目 前 所 说 的 个 人 台 式 商 用 机 属 于 ( ) A. 巨 型 机 B. 中 型 机 C. 小 型 机 D. 微 型 机 答 案 : D 8 Pentium4 2.0G 的 CPU 中,2.0G 是 指 ( ) A. 每 秒 执 行 2G 条 指 令 B. 系 统 时 钟 频 率 2.0GHz C. 每 条 指 令 耗 时 2μs D.CPU 主 频 为 2.0GHz 答 案 : D 9 下 列 说 法 中 不 正 确 的 是 ( ) A. 可 以 由 软 件 实 现 的 操 作 也 可 以 由 硬 件 来 实 现 B. 固 件 就 功 能 而 言 类 似 于 软 件, 从 形 态 上 说 又 类 似 于 硬 件 C. 在 计 算 机 系 统 的 层 次 结 构 中, 微 程 序 属 于 硬 件 级 别, 其 他 各 级 都 是 软 件 级 D. 面 向 高 级 语 言 的 机 器 是 完 全 可 以 实 现 的 答 案 : C

考 研 真 题 解 析 单 选 题 : (2010 年 ) 下 列 选 项 中, 能 缩 短 程 序 执 行 时 间 的 措 施 是 ( ) Ⅰ. 提 高 CPU 时 钟 频 率 Ⅱ. 优 化 数 据 通 路 结 构 Ⅲ. 对 程 序 进 行 编 译 优 化 (A) 仅 Ⅰ 和 Ⅱ (B) 仅 Ⅰ 和 Ⅲ (C) 仅 Ⅱ 和 Ⅲ (D) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 分 析 : 优 化 一 般 就 是 对 性 能 的 提 高, 自 然 会 使 得 计 算 机 在 执 行 程 序 时 的 用 时 缩 短 理 论 上 来 看, 程 序 执 行 时 间 = 程 序 指 令 数 * 每 条 指 令 时 钟 数 ( CPI )* 时 钟 周 期 Tc, 提 高 时 钟 频 率 可 以 缩 短 时 钟 周 期 ; 编 译 优 化 可 能 减 少 程 序 的 指 令 数 或 者 优 化 指 令 结 构 ; 优 化 数 据 通 路 结 构 有 可 能 减 少 指 令 时 钟 答 案 : D (2011 年 ) 下 列 选 项 中, 描 述 浮 点 数 操 作 速 度 指 标 的 是 () A.MIPS B.CPI C.IPC D.MFLOPS 答 案 :D

小 结 学 习 方 法 单 台 计 算 机 完 整 的 硬 件 系 统 的 基 本 原 理 与 内 部 运 行 机 制 计 算 机 的 层 次 结 构 理 解 计 算 机 系 统 和 结 构 的 钥 匙 计 算 机 的 发 展 历 史 以 史 为 鉴, 可 知 兴 替, 可 明 得 失