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  • 计算机网络由哪些硬件设备组成?

    千次阅读 2020-02-07 05:01:39
    网络是计算机或类似计算机的网络设备的集合,它们之间通过各种传输介质进行连接。无论设备之间如何连接,网络都是将来自于其中一台网络设备上的数据,通过传输介质传输到另外一台网络设备上。本节将基...

    网络是计算机或类似计算机的网络设备的集合,它们之间通过各种传输介质进行连接。无论设备之间如何连接,网络都是将来自于其中一台网络设备上的数据,通过传输介质传输到另外一台网络设备上。

    本节将基于这个过程讲解网络的组成。

    网卡

    网卡也被称为网络适配器(Network Adapter),是连接计算机和传输介质的接口。网卡主要用来将计算机数据转换为能够通过传输介质传输的信号。

    网卡种类

    网络设备要访问互联网,就需要通过网卡进行连接。由于上网的方式不同,所使用的网卡种类也会不同。网卡的种类有以下几种:

    1) 有线网卡
    有线网卡就是通过“线”连接网络的网卡。这里所说的“线”指的是网线。有线网卡常见形式如图所示。


    2) 无线网卡
    与有线网卡相反,无线网卡是不需要通过网线进行连接的,而是通过无线信号进行连接。无线网卡通常特指 Wi-Fi 网络的无线网卡。无线网卡常见形式如图所示。


    3) 蓝牙适配器
    蓝牙适配器也是一种无线网卡。蓝牙适配器与无线网卡的区别是数据通信方式不同。蓝牙适配器常见样式如图所示。

    按安装方式分类

    网卡通常是网络设备的从属设备。根据其安装方式,网卡可以分为内置网卡和外置网卡。

    1) 内置网卡
    由于网卡已经成为连接网络的必要设备,所以很多网络设备都内置了网卡。因此,内置网卡也被称为集成网卡。例如,现在的主板都集成了有线网卡,如图所示。箭头所指的接口就是内置网卡提供的有线网卡接口。


    2) 外置网卡
    除了内置网卡外,很多网络设备都允许用户安装额外的网卡。这类网卡被称为外置网卡,有时被称为独立网卡。由于它可以插在主板的各种扩展插槽中,所以可以随意拆卸,具有一定的灵活性。上面所说的有线网卡和无线网卡就属于外置网卡。

    网络电缆

    网络电缆用来连接网络中的各个设备,供设备之间进行数据通信。常见的网络电缆有双绞线、光纤、电话线等。

    双绞线

    双绞线也就是网线。它是由两根具有绝缘保护层的铜导线缠绕组成的,如图所示。这样的铜线一共有 8 根。每根都通过对应的颜色进行区分。现实生活中,家庭和企业中的计算机进行上网,一般都是通过双绞线连接网络。这些双绞线在排序上往往采用 EIA/TIA 568B 的线序,依次为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。

    光纤

    光纤是一种传输光信号的细而柔软的媒质,多数光纤在使用前必须由几层保护结构包裹,如图所示。光纤的主要作用是把要传送的数据由电信号转换为光信号进行通信。在光纤的两端分别装有“光猫”进行信号转换。

    电话线

    电话线就是连接电话的线。电话线也是由绝缘保护层的铜导线组成的。与双绞线不同的是,电话线只有 2 根或 4 根线,而且不一定会缠绕在一起,也没有颜色排序,如图所示。

    网络设备

    网络设备指的是网络组成中的设备,如交换机、路由器、调制解调器等。它们是发送或接收数据的终端设备。

    交换机

    交换机(Switch)可以将多个网络设备连接起来组成一个局域网。它是一种用于电(光)信号转发的网络设备,用来进行数据交换。交换机外观如图所示。

    路由器

    路由器(Router)又称网关设备(Gateway),用于连接多个逻辑上分开的网络。所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网中时,可通过路由器的路由功能来完成。它会根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送信号。路由器也是用来进行数据转换的。路由器与交换机很容易区分,最大的区别是,路由器上有 WAN 口和 LAN 接口,而交换机没有这些接口。

    常见的路由器外观如图所示。

    调制解调器

    调制解调器(Modem),俗称“猫”,是一种计算机硬件。它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号,而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收,并翻译为计算机的数字信号语言。调制解调器外观如图所示。

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  • 计算机网络谢希仁第七版 课后答案

    万次阅读 多人点赞 2019-09-03 23:13:25
    谢希仁计算机网络第七版课后答案 第一章 概述 1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务?答: 连通性和共享 1-02 简述分组交换的要点。答:(1)报文分组,加首部(2)经路由器储存转发(3)在目的地合并 1-03 试从多...

    谢希仁计算机网络第七版课后答案

    第一章 概述

    1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务?答: 连通性和共享
    1-02 简述分组交换的要点。答:(1)报文分组,加首部(2)经路由器储存转发(3)在目的地合并
    1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
    在这里插入图片描述
    答: (1)电路交换:端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障,对连续传送大量数据效率高。(2)报文交换:无须预约传输带宽,动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高,通信迅速。(3)分组交换:具有报文交换之高效、迅速的要点,且各分组小,路由灵活,网络生存性能好。
    1-04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革?谢希仁计算机网络第七版课后答案
    答: 融合其他通信网络,在信息化过程中起核心作用,提供最好的连通性和信息共享,第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。
    谢希仁计算机网络第七版课后答案
    1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段?请指出这几个阶段的主要特点。
    答:从单个网络APPANET向互联网发展;TCP/IP协议的初步成型  建成三级结构的Internet;分为主干网、地区网和校园网;形成多层次ISP结构的Internet;ISP首次出现。
    1-06 简述因特网标准制定的几个阶段?
    答:(1)因特网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。(2)建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。(3)草案标准(Draft Standard)(4) 因特网标准(Internet Standard)
    1-07小写和大写开头的英文名internet 和Internet在意思上有何重要区别?
    答:(1) internet(互联网或互连网):通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。;协议无特指(2)Internet(因特网):专用名词,特指采用 TCP/IP 协议的互联网络。区别:后者实际上是前者的双向应用
    1-08 计算机网络都有哪些类别?各种类别的网络都有哪些特点?
    答:按范围:(1)广域网WAN:远程、高速、是Internet的核心网。
    (2)城域网:城市范围,链接多个局域网。
    (3)局域网:校园、企业、机关、社区。
    (4)个域网PAN:个人电子设备
    按用户:公用网:面向公共营运。专用网:面向特定机构。
    谢希仁计算机网络第七版课后答案
    1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么?
    答:主干网:提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信。本地接入网:主要支持用户的访问本地,实现散户接入,速率低。
    1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x(bit)。从源点到终点共经过k段链路,每段链路的传播时延为d(s),数据率为b(b/s)。在电路交换时电路的建立时间为s(s)。在分组交换时分组长度为p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下,分组交换的时延比电路交换的要小?(提示:画一下草图观察k段链路共有几个结点。)
    答:线路交换时延:kd+x/b+s, 分组交换时延:kd+(x/p)(p/b)+ (k-1)(p/b),其中(k-1)(p/b)表示K段传输中,有(k-1)次的储存转发延迟,当s>(k-1)(p/b)时,电路交换的时延比分组交换的时延大,当x>>p,相反。
    1-11 在上题的分组交换网中,设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度,而h为每个分组所带的控制信息固定长度,与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(b/s),但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小,问分组的数据部分长度p应取为多大?(提示:参考图1-12的分组交换部分,观察总的时延是由哪几部分组成。)答:总时延D表达式,分组交换时延为:D= kd+(x/p)((p+h)/b)+ (k-1)(p+h)/b D对p求导后,令其值等于0,求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5
    1-12 因特网的两大组成部分(边缘部分与核心部分)的特点是什么?它们的工作方式各有什么特点?
    答:边缘部分:由各主机构成,用户直接进行信息处理和信息共享;低速连入核心网。核心部分:由各路由器连网,负责为边缘部分提供高速远程分组交换。
    谢希仁计算机网络第七版课后答案
    1-13 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方?
    答:前者严格区分服务和被服务者,后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。
    1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标?
    答:速率,带宽,吞吐量,时延,时延带宽积,往返时间RTT,利用率
    1-15 假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍?
    解:设网络利用率为U。,网络时延为D,网络时延最小值为D0U=90%;D=D0/(1-U)---->D/ D0=10 现在的网络时延是最小值的10倍
    1-16 计算机通信网有哪些非性能特征?非性能特征与性能特征有什么区别?
    答:征:宏观整体评价网络的外在表现。性能指标:具体定量描述网络的技术性能。
    1-17 收发两端之间的传输距离为1000km,信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延:
    (1) 数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。
    (2) 数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。
    从上面的计算中可以得到什么样的结论?
    解:(1)发送时延:ts=107/105=100s传播时延tp=106/(2×108)=0.005s
    (2)发送时延ts =103/109=1µs传播时延:tp=106/(2×108)=0.005s
    结论:若数据长度大而发送速率低,则在总的时延中,发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高,则传播时延就可能是总时延中的主要成分。
    1-18 假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为:
    (1)10cm(网络接口卡)(2)100m(局域网)
    (3)100km(城域网)(4)5000km(广域网)
    试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
    谢希仁计算机网络第七版课后答案
    解:(1)1Mb/s:传播时延=0.1/(2×108)=5×10-10比特数=5×10-10×1×106=5×10-4 1Gb/s: 比特数=5×10-10×1×109=5×10-1
    (2)1Mb/s: 传播时延=100/(2×108)=5×10-7比特数=5×10-7×1×106=5×10-1 1Gb/s: 比特数=5×10-7×1×109=5×102
    (3) 1Mb/s: 传播时延=100000/(2×108)=5×10-4比特数=5×10-4×1×106=5×1021Gb/s: 比特数=5×10-4×1×109=5×105
    (4)1Mb/s: 传播时延=5000000/(2×108)=2.5×10-2比特数=2.5×10-2×1×106=5×1041Gb/s: 比特数=2.5×10-2×1×109=5×107
    1-19 长度为100字节的应用层数据交给传输层传送,需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送,需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送,加上首部和尾部工18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据(即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销)。若应用层数据长度为1000字节,数据的传输效率是多少?
    解:(1)100/(100+20+20+18)=63.3%
    (2)1000/(1000+20+20+18)=94.5%
    1-20 网络体系结构为什么要采用分层次的结构?试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。答:分层的好处:①各层之间是独立的。某一层可以使用其下一层提供的服务而不需要知道服务是如何实现的。②灵活性好。当某一层发生变化时,只要其接口关系不变,则这层以上或以下的各层均不受影响。③结构上可分割开。各层可以采用最合适的技术来实现④易于实现和维护。⑤能促进标准化工作。与分层体系结构的思想相似的日常生活有邮政系统,物流系统。
    谢希仁计算机网络第七版课后答案
    1-21 协议与服务有何区别?有何关系?答:网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成:
    (1)语法:即数据与控制信息的结构或格式。
    (2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
    (3)同步:即事件实现顺序的详细说明。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务,而要实现本层协议,还需要使用下面一层提供服务。
    协议和服务的概念的区分:
    1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。
    2、协议是“水平的”,即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”,即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令,这些命令在OSI中称为服务原语。

    1-22 网络协议的三个要素是什么?各有什么含义?谢希仁计算机网络第七版课后答案
    答:网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成:
    (1)语法:即数据与控制信息的结构或格式。
    (2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
    (3)同步:即事件实现顺序的详细说明。
    1-23 为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到?
    答:因为网络协议如果不全面考虑不利情况,当情况发生变化时,协议就会保持理想状况,一直等下去!就如同两个朋友在电话中约会好,下午3点在公园见面,并且约定不见不散。这个协议就是很不科学的,因为任何一方如果有耽搁了而来不了,就无法通知对方,而另一方就必须一直等下去!所以看一个计算机网络是否正确,不能只看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细的检查协议能否应付各种异常情况。
    1-24 论述具有五层协议的网络体系结构的要点,包括各层的主要功能。谢希仁计算机网络第七版课后答案
    答:综合OSI 和TCP/IP 的优点,采用一种原理体系结构。各层的主要功能:物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流。(注意:传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0 层。) 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由,使 发送站的运输层所传下来的分组能够
    正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层。运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务。
    1-25 试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
    答:电视,计算机视窗操作系统、工农业产品
    1-26 试解释以下名词:协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。
    答:实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构.对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层.
    协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位.服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口.
    1-27 试解释everything over IP 和IP over everthing 的含义。谢希仁计算机网络第七版课后答案
    TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务 (所谓的everything over ip)

    答:允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(所谓的ip over everything)
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  • 华中科技大学计算机组成原理慕课答案

    万次阅读 多人点赞 2020-01-26 00:09:18
    计算机系统层次结构中,微程序属于硬件级 2、完整的计算机系统通常包括( A ) A.硬件系统与软件系统 B.运算器、控制器、存储器 C.主机、外部设备 D.主机和应用软件 3、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关...

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    1、下列说法中,错误的是( B )
    A.固件功能类似软件,形态类似硬件
    B.寄存器的数据位对微程序级用户透明
    C.软件与硬件具有逻辑功能的等效性
    D.计算机系统层次结构中,微程序属于硬件级
    2、完整的计算机系统通常包括( A )
    A.硬件系统与软件系统
    B.运算器、控制器、存储器
    C.主机、外部设备
    D.主机和应用软件
    3、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关( B )
    A.运算精确度
    B.内存容量
    C.存储数据位
    D.运算速度
    4、下列属于冯•诺依曼计算机的核心思想是( C )
    A.采用补码
    B.采用总线
    C.存储程序和程序控制
    D.存储器按地址访问
    5、计算机中表示地址时使用( A )
    A.无符号数
    B.反码
    C.补码
    D.原码
    6、当 -1 < x < 0时, [x]补=( C )
    A. x
    B.1-x
    C.2+x
    D.2-x
    7、假设寄存器为8位,用补码形式存储机器数,包括一位符号位,那么十进制数一25在寄存器中的十六进制形式表示为( C )
    A.99H
    B.67H
    C.E7H
    D.E6H
    8、如果某系统15*4=112成立,则系统采用的进制是( C )
    A.9
    B.8
    C.6
    D.7
    9、某十六进制浮点数A3D00000中最高8位是阶码(含1位阶符),尾数是最低24位(含1位数符),若阶码和尾数均采用补码,则该浮点数的十进制真值是( A )
    A.-0.375×2^(-93)
    B.-0.375×2^(-35)
    C. -0.625×2^(-93)
    D.0.625×2^(-35)
    10、存储器中地址号分别为1000#、1001#、1002#、1003的4个连续存储单元,分别保存的字节数据是1A、2B、3C、4D,如果数据字长为32位,存储器采用的是小端对齐模式,则这4个存储单元存储的数据值应被解析为( A )
    A.4D3C2B1A
    B.A1B2C3D4
    C.D4C3B2A1
    D.1A2B2C3D
    11、字长8位的某二进制补码整数为11011010,则该数的标准移码是( B )
    A.11011010
    B.01011010
    C.00111010
    D.10111010
    12、对于IEEE754格式的浮点数,下列描述正确的是( D )
    A.阶码和尾数都用补码表示
    B.阶码用移码表示,尾数用补码表示
    C.阶码和尾数都用原码表示
    D.阶码用移码表示,尾数用原码表示
    13、对字长为8位的二进制代码10001101,下列说法错误的是( C )
    A.如果代码为无符号数,则其十进制真值为+141
    B.如果代码为补码数,则其十进制真值为-115
    C.如果代码为标准移码数,则其十进制真值为+115
    D.如果代码为原码数,则其十进制真值为-13
    14、若浮点数的尾数是用5位补码来表示的,则下列尾数中规格化的尾数是( B )
    A.01011和11010
    B.10000和01001
    C.01100和11110
    D.11011和01011
    15、若浮点数的尾数是用5位补码来表示(其中符号位1位),则下列尾数中规格化的尾数是( B )
    A.11011和01011
    B.10000和01001
    C.01011和11010
    D.01100和11110
    16、下列关于补码和移码关系的描述中,错误的是( C )
    A.同一个数的补码和移码,其数值部分相同,而符号相反
    B.相同位数的补码和移码具有相同的数据表示范围
    C.零的补码和移码相同
    D.一般用移码表示浮点数的阶码,而用补码表示定点数
    17、执行算术右移指令的操作过程是( C )
    A.进位标志移至符号位,各位顺次右移1位
    B.操作数的符号位填0,各位顺次右移1位
    C.操作数的符号位不变,各位顺次右移1位,符号位拷贝至最高数据位
    D.操作数的符号位填1,各位顺次右移1位
    18、原码除法是指( D )
    A.操作数用补码表示并进行除法,但商用原码表示
    B.操作数用绝对值表示,加上符号位后相除
    C.操作数用原码表示,然后相除
    D.操作数取绝对值相除,符号位单独处理
    19、对8位补码操作数A5H,进行二位算术右移后的十六进制结果为( C )H
    A.52
    B.D2
    C.E9
    D.69
    20、在定点二进制运算器中,减法运算一般通过( D )来实现
    A.补码运算的二进制减法器
    B.反码运算的二进制加法器
    C.原码运算的二进制减法器
    D.补码运算的二进制加法器
    21、浮点数加减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示,且位数分别为5位和7位(均包含2位符号位)。若有两个数X = 2^7 ´ 29/32 ,Y= 2^5 ´ 5/8,则用浮点加法计算X+Y 的最终结果是( C )
    A.00111 1100010
    B.01000 0010001
    C.溢出
    D.00111 0100010
    22、 若浮点数用补码表示,则判断运算结果是否为规格化数的方法是( B )
    A.阶符与数符相同
    B.数符与尾数小数点后第一位数字相异
    C.阶符与数符相异
    D.数符与尾数小数点后第一位数字相同
    23、在定点运算器中,为判断运算结果是否发生错误,无论采用双符号位还是单符号位,均需要设置( A ),它一般用异或门来实现
    A.溢出判断电路
    B.编码电路
    C.译码电路
    D.移位电路
    24、已知A=0.1011,B= -0.0101,则[A+B]补 为( B )
    A.1.1011
    B.0.0110
    C.1.0110
    D.0.1101
    25、下列说法错误的是(A )
    A.补码乘法器中,被乘数和乘数的符号都不参加运算
    B.在小数除法中,为了避免溢出,要求被除数的绝对值小于除数的绝对值
    C.并行加法器中虽然不存在进位的串行传递,但高位的进位依然依赖于数据的低位
    D.运算器中通常都有一个状态标记寄存器,为计算机提供判断条件,以实现程序转移
    26、以下关于ALU的描述正确的是(A )
    A.能完成算术与逻辑运算
    B.不能支持乘法运算
    C.只能完成逻辑运算
    D.只能完成算术运算
    27、在计算机中,对于正数,其三种机器数右移后符号位均不变,但若右移时最低数位丢1,可导致( B )
    A.无任何影响
    B.影响运算精度
    C.无正确答案
    D.运算结果出错
    28、CPU可直接访问的存储器是(A )
    A.主存
    B.磁盘
    C.光盘
    D.磁带
    29、计算机字长32位,主存容量为128MB,按字编址,其寻址范围为( D )
    A.0 ~ 128M-1
    B.0 ~ 64M-1
    C.0 ~ 16M-1
    D.0 ~ 32M-1
    30、字位结构为256Kx4位SRAM存储芯片,其地址引脚与数据引脚之和为( B )
    A.24
    B.22
    C.18
    D.30
    31、某SRAM芯片,存储容量为64K×16位,该芯片的地址线和数据线数目分别为(D )
    A.64,16
    B.16,64
    C.64 , 64
    D.16,16
    32、假定用若干块4K 4位的存储芯片组成一个8K8位的存储器,则地址0B1F所在芯片的最小地址是( D )
    A.0600H
    B.0700H
    C.0B00H
    D.0000H
    33、计算机系统中的存贮器系统是指(B )
    A.RAM和ROM存贮器
    B.Cache、主存贮器和外存贮器
    C.Cache
    D.磁盘存储器
    34、动态存储器刷新以 ( D ) 为单位进行
    A.字节
    B.存储单元
    C.列
    D.行
    35、下列存储器类型中,速度最快的是( B )
    A.Flash Memory
    B.SRAM
    C.DRAM
    D.EPROM
    36、某计算机字长 32位,下列地址属性中属于按双字长边界对齐的是( B )
    A.存储器地址线低二位全部为0
    B.存储器地址线低三位全部为0
    C.存储器地址线最低为0
    D.存储器地址线低三位取值随意
    37、在32位的机器上存放0X12345678,假定该存储单元的最低字节地址为0X4000,则在小端存储模式下存在在0X4002单元的内容是( B )
    A.0X12
    B.0X34
    C.0X56
    D.0X78
    38、在虚存、内存之间进行地址变换时,功能部件 ( B )将地址从虚拟(逻辑)地址空间映射到物理地址空间
    A.DMA
    B.MMU
    C.Cache
    D.TLB
    39、在程序执行过程中,Cache与主存的地址映象是由( A )
    A.硬件自动完成
    B.操作系统完成
    C.编译系统完成
    D.用户编写程序完成
    40、在 Cache的地址映射中, 若主存中的任意一块均可映射到Cache内任意一行的位置上, 则这种映射方法称为( B )
    A.直接映射
    B.全相联映射
    C.2-路组相联映射
    D.混合映射
    41、采用虚拟存储器的主要目的是( A )
    A.扩大主存储器的存储空间, 且能进行自动管理和调度
    B.提高主存储器的存取速度
    C.扩大外存储器的存储空间
    D.提高外存储器的存取速度
    42 、虚拟存储器中,程序执行过程中实现虚拟地址到物理地址映射部件(系统)是( C )
    A.应用程序完成
    B.编译器完成
    C.操作系统和MMU配合完成
    D.MMU完成
    43、 相联存储器是按( D )进行寻址访问的存储器
    A.地址
    B.队列
    C.堆栈
    D.内容
    44、以下哪种情况能更好地发挥Cache的作用( C )
    A.递归子程序
    B.程序的大小不超过内存容量
    C.程序具有较好的时间和空间局部性
    D.程序中存在较多的函数调用
    45、以下关于虚拟存储管理地址转换的叙述中错误的是( B )
    A.MMU在地址转换过程中要访问页表项
    B.一般来说,逻辑地址比物理地址的位数少
    C.地址转换是指把逻辑地址转换为物理地址
    D.地址转换过程中可能会发生“缺页”
    46、假定主存按字节编址,cache共有64行,采用4路组相联映射方式,主存块大小为32字节,所有编号都从0开始。问主存第3000号单元所在主存块对应的cache组号是( A )
    A.13
    B.29
    C.1
    D.5
    47、下列关于MMU的叙述中,错误的是( C )
    A.MMU是存储管理部件
    B.MMU参与虚拟地址到物理地址的转换
    C.MMU负责主存地址到Cache地址的映射
    D.MMU配合使用TLB 地址转换速度更快
    48、下列关于主存与cache地址映射方式的叙述中正确的是( A )
    A.在Cache容量相等条件下,组相联方式的命中率比直接映射方式有更高的命中率
    B.直接映射是一对一的映射关系,组相联映射是多对一的映射关系
    C.在Cache容量相等条件下,直接映射方式的命中率比组相联方式有更高的命中率
    D.全相联映射方式比较适用于大容量Cache
    49、下列关于CaChe的说法中,错误的是( C )
    A.CaChe行大小与主存块大小一致
    B.分离CaChe(也称哈佛结构)是指存放指令的CaChe与存放数据CaChe分开设置
    C.读操作也要考虑CaChe与主存的一致性问题
    D.CaChe对程序员透明
    50、下列关于CaChe的论述中,正确的是( B )
    A.CaChe的容量与主存的容量差距越大越能提升存储系统的等效访问速度
    B.采用直接映射时,CaChe无需使用替换算法
    C.加快CaChe本身速度,比提高CaChe命中率更能提升存储系统的等效访问速度
    D.采用最优替换算法,CaChe的命中率可达到100%
    51、某计算机系统中,CaChe容量为512 KB,主存容量为256 MB,则CaChe 一主存层次的等效容量为( A )
    A.256 MB
    B.256 MB - 512 KB
    C.512 KB
    D.256 MB+512 KB
    52、以下四种类型指令中,执行时间最长的是( C ) (单选)
    A.RS型指令
    B.RR型指令
    C. SS型指令
    D.程序控制类指令
    53、程序控制类指令的功能是( B ) (单选 )
    A.进行主存与CPU之间的数据传送
    B.改变程序执行的顺序
    C.进行CPU和I/O设备之间的数据传送
    D.进行算术运算和逻辑运算
    54、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是( B )(单选)
    A.丰富指令功能并降低指令译码难度
    B.缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性
    C.为了实现软件的兼容和移植
    D.为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令
    55、寄存器间接寻址方式中,操作数存放在( C )中 (单选)
    A.指令寄存器
    B.数据缓冲寄存器MDR
    C.主存
    D.通用寄存器
    56、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是( A ) (单选)
    A.实现程序的有条件、无条件转移
    B.实现程序浮动
    C.实现程序调用
    D.访问更大主存空间
    57、下列寻址方式中,有利于缩短指令地址码长度的是 ( C ) (单选)
    A.间接寻址
    B.直接寻址
    C.隐含寻址
    D.寄存器寻址
    58、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式,假定指令中给出的寄存器编号为8,8号寄存器的内容为1200H,地址1200H中的内容为12FCH,地址12FCH中的内容为3888H,地址3888H中的内容为88F9H.则该操作数的有效地址为( A ) (单选)
    A.1200H
    B.88F9H
    C.12FCH
    D.3888H
    59、某计算机按字节编址,采用大端方式存储信息。其中,某指令的一个操作数的机器数为ABCD 00FFH,该操作数采用基址寻址方式,指令中形式地址(用补码表示)为FF00H,当前基址寄存器的内容为C000 0000H,则该操作数的LSB(即该操作数的最低位FFH)存放的地址是( C ) (单选)
    A.C000 FF00H
    B.C000 FF03H
    C.BFFF FF03H
    D.BFFF FF00H
    60 、假定指令地址码给出的是操作数所在的寄存器的编号,则该操作数采用的寻址方式是( D )(单选)
    A.寄存器间接寻址
    B.直接寻址
    C.间接寻址
    D.寄存器寻址
    61 、相对寻址方式中,操作数有效地址通过( A )与指令地址字段给出的偏移量相加得到 (单选)
    A.程序计数器的值
    B.基址寄存器的值
    C.变址寄存器的值
    D.段寄存器的值
    62、下列关于二地址指令的叙述中,正确的是( C ) (单选)
    A.地址码字段一定是操作数
    B.地址码字段一定是操作数的直接地址
    C.运算结果通常存放在其中一个地址码所指向的位置
    D.地址码字段一定是存放操作数的寄存器编号
    63、下列选项中不会直接成为影响指令长度的是( D )(单选)
    A.指令中地址码字段的长度
    B.指令中操作码字段的长度
    C.指令中地址码字段的个数
    D.通用寄存器的位数
    64、通常情况下,不包含在中央处理器(CPU)芯片中的部件是( C ) (单选)
    A.ALU
    B.控制器
    C.DRAM
    D.寄存器
    65、一定不属于冯•诺依曼机体系结构必要组成部分的是( B )(单选)
    A.RAM
    B.Cache
    C.ROM
    D.CPU
    66、 冯•诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中,CPU依据( D )来区分它们(单选)
    A.指令和数据的地址形式不同
    B.指令和数据的寻址方式不同
    C.指令和数据的表示形式不同
    D.指令和数据的访问时间不同
    67、指令寄存器的位数取决于( B )。(单选)
    A.存储字长
    B.指令字长
    C.机器字长
    D.存储器的容量
    68、下列寄存器中,对汇编语言程序员不透明的是( A )(单选)
    A.条件状态寄存器
    B.存储器数据寄存器(MDR)
    C.存储器地址寄存器(MAR)
    D.程序计数器(PC)
    69、PC存放的是下一条指令的地址,故PC的位数与( B )的位数相同
    A.指令寄存器IR
    B.主存地址寄存器MAR
    C.程序状态字寄存器PSWR
    D.指令译码器ID
    70、在控制器的控制方式中,机器周期内的时钟周期个数可以不相同,这种控制方式属于( C )。(单选)
    A.同步控制
    B.联合控制
    C.异步控制
    D.分散控制
    71、下列不属于控制器功能的是( B ) (单选)
    A.操作控制
    B.算术与逻辑运算
    C.指令的顺序控制
    D.异常控制
    72、当CPU内部cache发生缺失时,CPU如何处理( A ) (单选)
    A.等待数据载入
    B.进程调度
    C.进行异常处理
    D.执行其他指令
    73、用以指定待执行指令所在主存地址的寄存器是( D )。(单选)
    A.数据缓冲寄存器
    B.存储器地址寄存器MAR
    C.指令寄存器IR
    D.程序计数器PC
    74、下列关于微程序和微指令的叙述中( A )是正确的。(单选)
    A.微程序控制器比硬连线控制器相对灵活
    B.同一条微指令可以发出互斥的微命令
    C.控制器产生的所有控制信号称为微指令
    D.微程序控制器的速度一般比硬布线控制快
    75某计算机采用微程序控制器的微指令格式采用编码方式组织,某互斥命令组由4个微命令组成,则微指令寄存器中相应字段的位数至少需( D )。 (单选)
    A.2
    B.4
    C.5
    D.3
    76、多周期CPU中,下列有关指令和微指令之间关系的描述中,正确的是( A )。(单选)
    A.一条指令的功能通过执行一个微程序来实现
    B.一条指令的功能通过执行一条微指令来实现
    C.通过指令的寻址方式实现指令与微程序的映射
    D.通过指令的形式地址字段实现指令与微程序的映射
    77、相对于微程序控制器,硬布线控制器的特点是( C )(单选)
    A.指令执行速度慢,指令功能的修改和扩展容易
    B.指令执行速度快,指令功能的修改和扩展容易
    C.指令执行速度快,指令功能的修改和扩展难
    D.指令执行速度慢,指令功能的修改和扩展难
    78、从信息流的传送效率来看,( D )工作效率最低。
    A.双总线系统
    B.多总线系统
    C.三总线系统
    D.单总线系统
    79、系统总线地址的功能是( C )。
    A.选择主存单元地址
    B.选择外存地址
    C.指定主存和I / O设备接口电路的地址
    D.选择进行信息传输的设备
    80、IEEE1394的高速特性适合于新型高速硬盘和多媒体数据传送,它的数据传输率最高可以达到( C )。
    A.200 Mb/秒
    B.100 Mb/秒
    C.400 Mb/秒
    D.300 Mb/秒
    81、异步控制常用于( C )作为其主要控制方式。
    A.微程序控制器中
    B.微型机的CPU中
    C.在单总线结构计算机中访问主存与外围设备时
    D.硬布线控制器中
    82、当采用( A )对设备进行编址情况下,不需要专门的I/O指令。
    A.统一编址法
    B.单独编址法
    C.两者都是
    D.两者都不是
    83、8086 CPU对I/O接口的编址采用了( B )。
    A.I/O端口和存储器统一编址
    B.I/O端口独立编址
    C.输入/输出端口分别编址
    D.I/O端口和寄存器统一编址
    84、中断向量地址是( D )。
    A.子程序入口地址
    B.中断服务例行程序入口地址
    C.中断返回地址
    D.中断服务例行程序入口地址的指示器
    85、为了便于实现多级中断,保存现场信息最有效的办法是采用( A )。
    A.堆栈
    B.通用寄存器
    C.外存
    D.存储器
    86、在单级中断系统中,CPU一旦响应中断,则立即关闭( B )标志,以防本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。
    A.中断请求
    B.中断屏蔽
    C.中断保护
    D.中断允许
    87、通道对CPU的请求形式是( C )。
    A.跳转指令
    B.通道命令
    C.中断
    D.自陷

    二填空题(每空2分,共20分)
    1、访问256KB的存储空间,需要的地址线数最少为( 18 )根? (只需要填阿拉伯数字)
    2、程序必须存放在哪里才能被CPU访问并执行(主存或CACHE )请输入答案
    3、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令,它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为 2、3、4、5;该机器的主频为600MHZ,则该机的MIPS为( 187.5 )(保留到小数点后一位)
    4、存放一个24 * 24点阵汉字,至少需要多少字节的存储空间 (只需要填写十进数)(72)请输入答案
    5、设机器字长为16位,定点表示时,数据位15位,符号位1位,则定点原码表示时能表示的最小负数为 (填写十进制数,要带符号,且符号与数字间不能有空格)请输入答案(-2^15+1)将一个十进制数-129表示成补码时,至少应采用多少位二进制数(9
    6、已知[X]补 = 1101001 , [Y]补 = 1101010, 则用变形补码计算2[X]补 +1/2 [Y]补的结果为 (直接填二进制数即可,数字间不留空格)
    请输入答案(1000111
    7、计算机字长为8位,若 x = - 1101101,则 [x/4]补 的值为 (直接填写二进制数)请输入答案(11100100
    8、移码表示法主要用于表示浮点数的(直接填汉字即可)(移码
    9、某计算机主存容量为64K * 16,其中ROM区为4K,其余为RAM区,按字节编址。现要用2K * 8位的ROM芯片和4K * 8位的RAM来设计该存储器,则需要RAM芯片数是 (填写阿拉伯数字即可)(15)请输入答案
    10、设A=0x123456,计算机内存地址为由低到高。则采用小端方式下,最高地址存放的内容为(只填写2位阿拉伯数字)(12
    请输入答案
    11、某计算机存储器按照字节编址,采用小端方式存储数据,假定编译器规定int和short型长度分别为32位和16位,并且数据按照边界对齐存储。 某C语言的程序段如下:
    struct
    {
    int a;
    char b;
    short c;
    } record;
    record.a = 273;
    若record变量的首地址为0xC008,则地址0xC008的内容是0X ( 11) (只填写2个阿拉伯数字)
    12、在请求分页存储管理方案中, 若某用户空间为16个页面, 页 长 1 K B,虚页号0、1、2、3、4对应的物理页号分别为1、5、3、7、2。则逻辑地址A2CH所对应的物理地址为(E2C )H (只需填数字和字母,不需要在最后带H,如有字母一定要大写,字母之间以及字母和数字间不留空格)请输入答案
    13、假定主存按字节编址,cache共有64行,采用直接映射方式,主存块大小为32字节,所有编号都从0开始。问主存第3000号单元所在主存块映射到的cache行号是( 29 )。(本题中的数字都是十进制数,答案也填十进制数)请输入答案
    14、计算机主存容量8MB,分为4096个主存块,Cache数据区容量为64KB,若Cache采用直接映射方式,则Cache的总行数为 ( 只需要填写阿拉伯数字 )(32)请输入答案
    15、某计算机为定长指令字结构,采用扩展操作码编码方式,指令长度为16位,每个地 址码占4位,若已设计三地址指令15条,二地址指令8条,一地址指令127条,则剩下的零地址指令最多有( 16 )条. (只需要填阿拉伯数字)请输入答案
    16、在变址寻址方式中,若变址寄存器的内容是4E3CH,指令中给出的偏移量为63H,则数据的有效地址为 ( 4E9F )H (只需要填阿拉伯数字和大写字母,共需4位) 请输入答案
    17、某计算机采用双字节长指令,指令中形式地址字段8位 ,指令中的数据采用补码表示,且PC的值在取指阶段完成修改。 某采用相对寻址的指令的当前地址和转移后的目标地址分别为为2008和 2001(均为10进制数),则该指令的形式地址字段的值为(F7 )H (只需要填阿拉伯数字和大写字母,共需2位)

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  • 计算机硬件概述

    千次阅读 2019-09-15 14:57:43
    第二节:计算机硬件基础2.1 冯诺依曼结2.2 巧记计算机硬件2.3 计算机硬件实物图解2.3.1 cpu2.3.1.1 CPU的分类2.3.1.1.1 精简指令集2.3.1.1.2 复杂指令集2.3.1.2 CPU历史2.3.1.3 控制器2.3.1.4 处理器设计的演变2.3....

    第二节:计算机硬件基础

    2.1 冯诺依曼结构

    冯诺依曼
    1944年,冯·诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。

    被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。

    1944年夏的一天,正在火车站候车的冯·诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了冯·诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的冯·诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。

    冯·诺依曼由ENIAC机研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC机研制小组后,便带领这批富有创新精神的年轻科技人员,向着更高的目标进军.1945年,他们在共同讨论的基础上,发表了一个全新的"存储程序通用电子计算机方案"–EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer的缩写).在这过程中,冯·诺依曼显示出他雄厚的数理基础知识,充分发挥了他的顾问作用及探索问题和综合分析的能力。诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。

    EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器1、逻辑控制装置2、存储器3、输入4和输出设备5,并描述了这五部分的职能和相互关系.报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。

    EDVAC设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告还提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
    在这里插入图片描述

    2.2 巧记计算机硬件

    计算机是人的奴隶,可以将其当作一个人去看,请思考下述组件等同于人的哪些器官:

    控制器+运算器=CPU,CPU、内存(主存储器)以及其他I/O设备都由一条系统总线(bus)连接起来并通过总线与其他设备通信
    现代计算机的结构更复杂,包括多重总线,后面会讲到
    在这里插入图片描述

    将计算机类比为人
    上课开始,老师讲课,学生听课,老师是程序员,学生是计算机,学生的器官都是计算机各部分组成

    1.你通过耳朵接收老师讲的知识->输入
    输入设备是耳朵或眼睛或嘴巴,负责接收外部的信息存入内存

    2.通过自己的神经,将接收的数据存入自己的内存/短期记忆(总线、内存)
    内存是人的记忆,负责临时存储

    3.光听不行,你还需要反应/处理老师讲的知识,于是你的大脑/cpu从短期记忆里取出知识/指令,分析知识/指令,然后学习知识/执行指令 (cpu取指、分析、执行)
    cpu是人的大脑,负责控制全身和运算

    4.你通过作业或者说话输出你学到的结果
    输出设备是你的脸部(表情)或者屁股,负责经过处理后输出的结果

    5.你想要永久将知识保存下来,只能拿出一个笔记本,把刚刚学会的知识都写到本子上,这个本子就是硬盘(磁盘)
    硬盘是人的笔记本,负责永久存储

    2.3 计算机硬件实物图解

    在这里插入图片描述
    我们买来电脑,如果只有键盘鼠标、显示器、音箱,我们能玩电脑么?肯定不能。 那么其实电脑机箱才是真正的工作的设备,输入输出设备只是用来让我们和电脑机箱来做交互的。

    那机箱内部都有什么呢?我们看一下下面的图片:
    在这里插入图片描述
    我们来看一下这里的零件都有什么用

    主板:连接所有其他设备的设备,是其他设备的载体,主板主要是为CPU、内存、显卡、硬盘等提供平台,相当于人体的躯干,关联着各个器官。
    主板

    2.3.1 cpu

    CPU:中央处理单元(Cntral Pocessing Uit)的缩写,也叫处理器,是计算机的运算核心和控制核心。人靠大脑思考,电脑靠CPU来运算、控制。让电脑的各个部件顺利工作,起到协调和控制作用。
    在这里插入图片描述
    通常将运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。其中运算器用来主要负责程序运算与逻辑判断,控制器则主要协调各组件和各单元的工作,所以CPU的工作主要在于管理和运算。可以说计算机的大脑就是CPU,它从内存中取指令->解码->执行,然后再取指->解码->执行下一条指令,周而复始,直至整个程序被执行完成。

    既然CPU的重点在于进行运算和判断,那么要被运算与判断的数据是从哪里来的?CPU读取的数据都是从主存储器(内存)来的!主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来!而CPU处理完毕的数据也必须先写回主存储器中,最后数据才从主存储器传输到输出单元。

    综合上面所说的,我们会知道其实计算机是由:输入单元、输出单元、CPU(控制单元、算术逻辑单元)与主存储器五大单元构成的。也可以说CPU+输入输出+主存储器构成了电子计算机的三大核心组件,相关性如下图:
      cpu
      在超大规模集成电路构成的微型计算机中,往往将CPU制成一块具有特定功能的芯片,称为微处理器,芯片里边有编写好的微指令集,我们在主机上的所有操作或者说任何软件的执行最终都要转化成cpu的指令去执行,如输入输出,阅读,视频,上网等这些都要参考CPU是否内置有相关微指令集才行。如果没有那么CPU无法处理这些操作。不同的CPU指令集不同对应的功能也不同,这就好比不同的人脑,对于大多数人类来说,人脑的结构一样,但是大家的智商都有差别。
      
       那么目前世界上的主流CPU由那些呢?我们笔记本上贴的Intel、AMD是怎么回事呢?下面我们来认识一下:

    2.3.1.1 CPU的分类

    我们已经知道CPU内部是含有微指令集的,我们所使用的的软件都要经过CPU内部的微指令集来完成才行。这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念,这就是目前世界上常见到的两种主要的CPU种类:分别是精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)系统。下面我们就来谈谈这两种不同CPU种类的差异!

    2.3.1.1.1 精简指令集

    精简指令集(Reduced Instruction Set Computing,RISC):这种CPU的设计中,微指令集较为精简,每个指令的运行时间都很短,完成的动作也很单纯,指令的执行效能较佳;但是若要做复杂的事情,就要由多个指令来完成。常见的RISC指令集CPU主要例如Sun公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture(包括PowerPC)系列、与ARM系列等。【注:Sun已经被Oracle收购;】

    SPARC架构的计算机常用于学术领域的大型工作站中,包括银行金融体系的主服务器也都有这类的计算机架构;

    PowerPC架构的应用,如Sony出产的Play Station 3(PS3)使用的就是该架构的Cell处理器。

    ARM是世界上使用范围最广的CPU了,常用的各厂商的手机、PDA、导航系统、网络设备等,几乎都用该架构的CPU。

    2.3.1.1.2 复杂指令集

    复杂指令集(Complex Instruction Set Computer,CISC)与RISC不同,在CISC的微指令集中,每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,指令数目多而且复杂,每条指令的长度并不相同。因此指令执行较为复杂所以每条指令花费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。常见的CISC微指令集CPU主要有AMD、Intel、VIA等的x86架构的CPU。

    由于AMD、Intel、VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人计算机(Personal Computer)上面,因此,个人计算机常被称为x86架构的计算机!举个例子,我们在MySQL官网下载MySQL时名字为:
    Windows(x86,32-bit),ZIP Archive
    (mysql-5.7.20-win32.zip)

    我们发现名字中有x86,这其实就是告诉我们该软件应用于x86结构的计算机。那么为何称为x86架构呢?这是因为最早的那颗Intel发展出来的CPU代号称为8086,后来依此架构又开发出80285、80386…,因此这种架构的CPU就被称为x86架构了。

    在2003年以前由Intel所开发的x86架构CPU由8位升级到16、32位,后来AMD依此架构修改新一代的CPU为64位,为了区别两者的差异,因此64位的个人计算机CPU又被统称为x86_64的架构了。

    不同的x86架构的CPU的差别在哪呢?除了CPU的整体结构(如第二层缓存、每次运作可执行的指令数等)之外,主要是在于微指令集的不同。新的x86的CPU大多含有很先进的微指令集,这些微指令集可以加速多媒体程序的运作,也能够加强虚拟化的效能,而且某些微指令集更能够增加能源效率,让CPU耗电量降低,这对于高电费是个不错的消息。 试想一下,如果CPU的指令集都相同,那么OS是不是就不用分32bit和64bit了,各种程序的跨平台是不是就更简单了呢。

    2.3.1.2 CPU历史

    计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器【微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。】的发展上,每当一款新型的微处理器出现时,就会带动计算机系统的其他部件的相应发展,如计算机体系结构的进一步优化,存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高,外围设备的不断改进以及新设备的不断出现等。根据微处理器的字长和功能,可将其发展划分为以下几个阶段。
    在这里插入图片描述
     总结:CPU按照指令集可以分为精简指令集CPU和复杂指令集CPU两种,区别在于前者的指令集精简,每个指令的运行时间都很短,完成的动作也很单纯,指令的执行效能较佳;但是若要做复杂的事情,就要由多个指令来完成。后者的指令集每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,指令数目多而且复杂,每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂所以每条指令花费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。

    根据位数又可分为32bit和64bit(指的是CPU一次执行指令的数据带宽),这个具体后面了解。CPU往往又可细分为运算器和控制器两部分,下面我们再来叙说一下这两部分。
    #2.1、运算器
      运算器是对信息进行处理和运算的部件。经常进行的运算是算术运算和逻辑运算,所以运算器又可称为算术逻辑运算部件(Arithmetic and Logical,ALU)。

    运算器的核心是加法器。运算器中还有若干个通用寄存器或累加寄存器,用来暂存操作数并存放运算结果。寄存器的存取速度比存储器的存放速度快很多。关于寄存器,我们在后面介绍CPU的时候再认识。

    2.3.1.3 控制器

    控制器是整个计算机的指挥中心,它的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊的自动工作。

    控制器从主存中逐条地读取出指令进行分析,根据指令的不同来安排操作顺序,向各部件发出相应的操作信号,控制它们执行指令所规定的任务。

    控制器中包括一些专用的寄存器。
    因访问内存以得到指令或数据的时间比cpu执行指令花费的时间要长得多,所以,所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器,这样通常在cpu的指令集中专门提供一些指令,用来将一个字(可以理解为数据)从内存调入寄存器,以及将一个字从寄存器存入内存。cpu其他的指令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合,或者用两者产生一个结果,比如将两个字相加并把结果存在寄存器或内存中。

    寄存器的分类:

    1.除了用来保存变量和临时结果的通用寄存器外

    2.多数计算机还有一些对程序员课件的专门寄存器,其中之一便是程序计数器,它保存了将要取出的下一条指令的内存地址。在指令取出后,程序计算器就被更新以便执行后期的指令

    3.另外一个寄存器便是堆栈指针,它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存器中的临时变量

    4.最后 一个非常重要的寄存器就是程序状态字寄存器(Program Status Word,PSW),这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式(用户态或内核态),以及各种其他控制位。用户通常读入整个PSW,但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中,PSW非常非常非常非常非常非常重要

    寄存器的维护:

    操作系统必须知晓所有的寄存器。在时间多路复用的CPU中,操作系统会经常中止正在运行的某个程序并启动(或再次启动)另一个程序。每次停止一个运行着的程序时,操作系统必须保存所有的寄存器,这样在稍后该程序被再次运行时,可以把这些寄存器重新装入。

    你可以找到更多关于寄存器的信息here.

    2.3.1.4 处理器设计的演变

    1.最开始取值、解码、执行这三个过程是同时进行的,这意味着任何一个过程完成都需要等待其余两个过程执行完毕,时间浪费

    2.后来被设计成了流水线式的设计,即执行指令n时,可以对指令n+1解码,并且可以读取指令n+2,完全是一套流水线。
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    3.超变量cpu,比流水线更加先进,有多个执行单元,可以同时负责不同的事情,比如看片的同时,听歌,打游戏。

    两个或更多的指令被同时取出、解码并装入一个保持缓冲区中,直至它们都执行完毕。只有有一个执行单元空闲,就检查保持缓冲区是否还有可处理的指令
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    这种设计存在一种缺陷,即程序的指令经常不按照顺序执行,在多数情况下,硬件负责保证这种运算结果与顺序执行的指令时的结果相同。

    2.3.1.4.1 内核态与用户态

    除了在嵌入式系统中的非常简答的CPU之外,多数CPU都有两种模式,即内核态与用户态。

    通常,PSW中有一个二进制位控制这两种模式。

    内核态:当cpu在内核态运行时,cpu可以执行指令集中所有的指令,很明显,所有的指令中包含了使用硬件的所有功能,(操作系统在内核态下运行,从而可以访问整个硬件)

    用户态:用户程序在用户态下运行,仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集,该子集中不包含操作硬件功能的部分,因此,一般情况下,在用户态中有关I/O和内存保护(操作系统占用的内存是受保护的,不能被别的程序占用),当然,在用户态下,将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。

    内核态与用户态切换

    用户态下工作的软件不能操作硬件,但是我们的软件比如暴风影音,一定会有操作硬件的需求,比如从磁盘上读一个电影文件,那就必须经历从用户态切换到内核态的过程,为此,用户程序必须使用系统调用(system call),系统调用陷入内核并调用操作系统,TRAP指令把用户态切换成内核态,并启用操作系统从而获得服务。

    请把的系统调用看成一个特别的的过程调用指令就可以了,该指令具有从用户态切换到内核态的特别能力。

    2.3.1.4.2 多线程和多核芯片

    moore定律指出,芯片中的晶体管数量每18个月翻一倍,随着晶体管数量的增多,更强大的功能称为了可能,如

    I.第一步增强:在cpu芯片中加入更大的缓存,一级缓存L1,用和cpu相同的材质制成,cpu访问它没有时延

    II.第二步增强:一个cpu中的处理逻辑增多,intel公司首次提出,称为多线程(multithreading)或超线程(hyperthreading),对用户来说一个有两个线程的cpu就相当于两个cpu,我们后面要学习的进程和线程的知识就起源于这里,进程是资源单位而线程才是cpu的执行单位。

    多线程运行cpu保持两个不同的线程状态,可以在纳秒级的时间内来回切换,速度快到你看到的结果是并发的,伪并行的,然而多线程不提供真正的并行处理,一个cpu同一时刻只能处理一个进程(一个进程中至少一个线程)

    III.第三步增强:除了多线程,还出现了傲寒2个或者4个完整处理器的cpu芯片,如下图。要使用这类多核芯片肯定需要有多处理操作系统
    在这里插入图片描述
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    你可以找到更多关于中央处理器的信息here.

    2.3.2 存储设备

    计算机中第二重要的就是存储了,所有人都意淫着存储:速度快(这样cpu的等待存储器的延迟就降低了)+容量大+价钱便宜。然后同时兼备三者是不可能的,所以有了如下的不同的处理方式
     在这里插入图片描述
     存储器系统采用如上图的分层结构,顶层的存储器速度较高,容量较小,与底层的存储器相比每位的成本较高,其差别往往是十亿数量级的

    2.3.2.1 寄存器即L1缓存

    用与cpu相同材质制造,与cpu一样快,因而cpu访问它无时延,典型容量是:在32位cpu中为3232,在64位cpu中为6464,在两种情况下容量均<1KB。

    2.3.2.2 高速缓存即L2缓存

    主要由硬件控制高速缓存的存取,内存中有高速缓存行按照064字节为行0,64127为行1。。。最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常接近cpu的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时,高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。如果是,则称为高速缓存命中,缓存满足了请求,就不需要通过总线把访问请求送往主存(内存),这毕竟是慢的。高速缓存的命中通常需要两个时钟周期。高速缓存为命中,就必须访问内存,这需要付出大量的时间代价。由于高速缓存价格昂贵,所以其大小有限,有些机器具有两级甚至三级高速缓存,每一级高速缓存比前一级慢但是容易大。

    缓存在计算机科学的许多领域中起着重要的作用,并不仅仅只是RAM(随机存取存储器)的缓存行。只要存在大量的资源可以划分为小的部分,那么这些资源中的某些部分肯定会比其他部分更频发地得到使用,此时用缓存可以带来性能上的提升。一个典型的例子就是操作系统一直在使用缓存,比如,多数操作系统在内存中保留频繁使用的文件(的一部分),以避免从磁盘中重复地调用这些文件,类似的/root/a/b/c/d/e/f/a.txt的长路径名转换成该文件所在的磁盘地址的结果然后放入缓存,可以避免重复寻找地址,还有一个web页面的url地址转换为网络地址(IP)地址后,这个转换结果也可以缓存起来供将来使用。

    缓存是一个好方法,在现代cpu中设计了两个缓存,再看4.1中的两种cpu设计图。第一级缓存称为L1总是在CPU中,通常用来将已经解码的指令调入cpu的执行引擎,对那些频繁使用的数据自,多少芯片还会按照第二L1缓存 。。。另外往往设计有二级缓存L2,用来存放近来经常使用的内存字。L1与L2的差别在于对cpu对L1的访问无时间延迟,而对L2的访问则有1-2个时钟周期(即1-2ns)的延迟。

    2.3.2.3 内存

    在这里插入图片描述
    再往下一层是主存,此乃存储器系统的主力,主存通常称为随机访问存储RAM,就是我们通常所说的内存,容量一直在不断攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据全部消失

    除了主存RAM之外,许多计算机已经在使用少量的非易失性随机访问存储如ROM(Read Only Memory,ROM),在电源切断之后,非易失性存储的内容并不会丢失,ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕,然后再也不能修改。ROM速度快且便宜,在有些计算机中,用于启动计算机的引导加载模块就存放在ROM中,另外一些I/O卡也采用ROM处理底层设备的控制。

    EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程ROM)和闪存(flash memory)也是非易失性的,但是与ROM相反,他们可以擦除和重写。不过重写时花费的时间比写入RAM要多。在便携式电子设备中中,闪存通常作为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷,是便携式音译播放器的磁盘,还应用于固态硬盘。闪存在速度上介于RAM和磁盘之间,但与磁盘不同的是,闪存擦除的次数过多,就被磨损了。

    还有一类存储器就是CMOS,它是易失性的,许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动,所以,即使计算机没有加电,时间也仍然可以正确地更新,除此之外CMOS还可以保存配置的参数,比如,哪一个是启动磁盘等,之所以采用CMOS是因为它耗电非常少,一块工厂原装电池往往能使用若干年,但是当电池失效时,相关的配置和时间等都将丢失.

    你可以找到更多关于内存的信息here.

    2.3.2.4 硬盘

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    存储资料和软件等数据的设备,有容量大,断电数据不丢失的特点。也被人们称之为“数据仓库”。
    在这里插入图片描述
    磁盘低速的原因是因为它一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400,7200或10800rpm(RPM =revolutions per minute 每分钟多少转 )的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂悬在盘面上,这类似于老式黑胶唱片机上的拾音臂。信息卸载磁盘上的一些列的同心圆上,是一连串的2进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1k,1024k=1M,1024M=1G,所以我们平时所说的磁盘容量最终指的就是磁盘能写多少个2进制位。

    每个磁头可以读取一段换新区域,称为磁道

    把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来,组成一个柱面

    每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节

    数据都存放于一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间

    平均寻道时间

    机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻到时间,找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈,但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置

    平均延迟时间
    机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间成为延迟时间

    2.3.2.4.1 虚拟内存

    许多计算机支持虚拟内存机制,该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序,方法是将正在使用的程序放入内存取执行,而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方成为虚拟内存,在linux中成为swap,这种机制的核心在于快速地映射内存地址,由cpu中的一个部件负责,成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

    PS:从一个程序切换到另外一个程序,成为上下文切换(context switch),缓存和MMU的出现提升了系统的性能,尤其是上下文切换

    你可以找到更多关于硬盘的信息here.

    2.3.2.5 磁带

    在这里插入图片描述
    在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量,虽然速度低于磁盘,但是因其大容量,在地震水灾火灾时可移动性强等特性,常被用来做备份。(常见于大型数据库系统中)

    2.3.2.6 cpu 内存 硬盘三者之间的关系

    简单来说,硬盘用来存储我们的程序和数据,当我们运行程序的时候,CPU首先接受到我们的命令,之后CPU是告诉硬盘,我要运行你存储的程序A,你把程序A送到内存去。CPU对内存说,我让硬盘把程序A送到你这里来了,你保存一下。 等程序A被完整的送到内存之后。CPU就开始执行程序A。

    过程就像上面说的,我们在举一个接近我们生活的例子。

    如果说把硬盘比喻成一个大仓库,CPU比喻成加工车间,那么内存就是一个临时的小仓库。从距离上来说, 相比内存到CPU的距离和硬盘到内存的距离,内存和CPU的距离更短。

    硬盘(大仓库)用来保存车间需要用的原料和最终生产出来的商品。仓库太大,取出原料和存储商品太慢,耗时间。

    内存(临时小仓库):原料会先放到这里,小仓库,可以很快的找到需要的原料或商品。

    CPU(车间):从内存(小仓库)里拿到原料,生产商品。中间会有半成品,半成品可以放在内存(小仓库)里。

    以这种方式,车间的生产速度就会提高。

    参考图
    在这里插入图片描述

    2.3.3 输入输出设备

    在这里插入图片描述
    输入输出设备(IO设备),是数据处理系统的关键外部设备之一,可以和计算机本体进行交互使用。如:键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

    你可以找到更多关于输入输出设备的信息here.

    2.3.4 其他设备(略)

    2.3.4.1 主板

    在这里插入图片描述

    2.3.4.2 总线

    四小节中的结构在小型计算机中沿用了多年,并也用在早期的IBM PC中。但是随着处理器和存储器速度越来越快,单总线很难处理总线的交通流量了,于是出现了下图的多总线模式,他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。

    北桥即PCI桥:连接高速设备

    南桥即ISA桥:连接慢速设备
    在这里插入图片描述

    2.3.4.3 显卡

    在这里插入图片描述

    2.3.4.4 网卡

    2.3.4.5 声卡

    2.3.4.5 电源

    2.4 计算机启动流程

    在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic Input Output system)

    BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括读键盘,写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM中。

    启动流程

    1.计算机加电

    2.BIOS开始运行,检测硬件:cpu、内存、硬盘等

    3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备

    4.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)

    5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统

    6.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),穿件需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI

    2.5 附录及参考资料


    1. 运算器:实现算术运算和逻辑运算的部件。 ↩︎

    2. 控制器:计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器,从存储器中取出指令,经译码器分析后,根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件,使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。 ↩︎

    3. 存储器:是计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。它的基本功能是按指定的地址存(写)入或者取(读)出信息。 计算机中的存储器可分成两大类:一类是内存储器,简称内存或主存;另一类是外存储器(辅助存储器),简称外存或辅存。 存储器由若干个存储单元组成,每个存储单元都有一个地址,计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数称为存储容量,单位有B、KB、MB、GB、TB等。 ↩︎

    4. 输入设备:是向计算机中输入信息(程序、数据、声音、文字、图形、图像等)的设备。常见的输入设备有:键盘、鼠标、图形扫描仪、触摸屏、条形码输入器、光笔等。 外存储器也是一种输入设备。 ↩︎

    5. 输出设备:主要有显示器、打印机和绘图仪等。外存储器也当作一种输出设备。 ↩︎

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  • 计算机网络技术期末个人总结

    千次阅读 多人点赞 2019-04-26 14:56:43
    计算机网络技术复习 一、 计算机网络基础知识 了解: 计算机网络(Internet)的发展 面向终端的计算机网络(单个计算机,直接连接主机) 分组交换网络(实现了不同计算机之间的通信。此时广域网从逻辑上...
  • LabVIEW入门第一天

    千次阅读 2020-02-19 22:17:27
    LabVIEW是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发,类似于C和BASIC开发环境,但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言...
  • 它是一个开源操作系统,可以在不同的硬件平台上运行。它为用户提供了免费的低成本操作系统。这是一个用户友好的环境,他们可以在其中轻松修改和创建源代码的变体。 2.谁发明了Linux?解释Linux的历史? 回答:...
  • 微型计算机控制系统的硬件组成

    千次阅读 2020-11-23 14:13:30
    微型计算机控制系统主要主机CPU、接口电路及外部设备组成。不同的控制器硬件组成不同,但一般都可以根据需求进行扩展。 1、CPU 微型处理器是整个控制系统的指挥部,通过结构及软件可向系统的各个部分发出各种号令...
  • alt+数字键】 第二部分 1、单选题: 两个8位二进制数进行比较,不考虑硬件成本,以下输出信号哪个时延最短 选项: A:大于 B:等于 C:小于 D:都一样 答案: 【等于】 2、多选题: 关于组合逻辑电路,以下说法正确的是 ...
  • 关于大学计算机相关专业学习路线的见解与分析

    万次阅读 多人点赞 2018-03-18 12:25:27
    根据百度百科计算机科学与技术专业(以下简称计算机专业)给出的描述,该专业的主干课程算法、数据结构、操作系统、编译原理、计算机组成原理、计算机体系结构、计算机网络(划重点,这些都是专业基础课,其中的...
  • 计算机组成原理复习笔记-2

    千次阅读 多人点赞 2018-05-27 10:37:04
    Abstract: 计算机组成原理期末复习知识点总结 ~ 1.基础概念硬件和软件等效原理:任何可以利用软件实现的工作可以利用硬件来实现,反之,任何...计算机体系结构:硬件系统 + 指令集体系结构(ISA)ISA: 在机器上运...
  • 文章目录第二章 指令:计算机的语言2.1 引言2.2 计算机硬件的操作2.3 计算机硬件的操作数2.3.1 存储器操作数2.3.2 常数或立即操作数2.4 符号数与无符号数2.5 计算机中指令的表示2.6 逻辑操作2.7 决策指令2.7.1 ...
  • 计算机网络自顶向下方法第七版课后习题答案第一章 复习题 1.1节 R1: 没有区别。 在全文中,“主机”和“终端系统”一词可互换使用。 终端系统包括PC,工作站,Web服务器,邮件服务器,PDA,连接Internet的游戏机等...

空空如也

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