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  • 寄存器位数和个数
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    2022-03-30 20:25:51

    寻址范围的概念怎么理解?

    例如,地址线20根,数据线16根,按字节寻址为什么是1MB,而不是2MB?

    按字寻址为什么是512KB,而不是1MB?

    提问如后者的考生思维方式基本都是在算寻址范围时马上将数据线的位数算进去。

    其实按字节寻址时和数据线没有任何关系

    (仅当按字寻址时才考虑数据线,通过数据线来判断字长),只和地址线有关。

    处理机字长是指处理机能同时处理(或运算)的位数,即同时处理多少位(bit)数据。处理器的字长越大,说明它的运算能力越强。比如我们的笔记本电脑,现在一般都是64位的电脑,这也就是说我们的电脑一次可以处理8个字节。

    如果讲处理器的寻址范围,则要看处理器的地址总线的位数,而不是它的字长!目前主流的64位处理器的数据总线为64位,地址总线大部分是32位,这也就是为什么有些人称现在的64位笔记本是伪64位电脑一说的来源。

    再看地址总线与寻址范围的关系。存储单元是以字节(byte)为单位,N根地址总线能访问2的N次方

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    CPU为了实现其功能一般设计了指令集(如:IA32指令集和x86-64指令集等),即是CPU的全部指令,这就是机器语言。计算机的所有功能都是基于CPU的指令集。指令集和CPU的位数是有联系 的。如Intel 8086 CPU 是16位,其指令集也是16位。如Intel 80386DX CPU 是32位,其指令集也是32位,但它也保持原16位指令集,这是为了向上兼容。

    注意:x86 又叫 IA32,即 Intel Architecture 32(Intel32位架构)

    操作系统位数 = 其所依赖的指令集位数 <= CPU位数

    机器字长 = 整数和指针数据的标称大小(字长决定的最重要的参数就是虚拟地址空间的最大大小)

    CPU位数与操作系统位数,这二者有区别也有联系,操作系统位数的概念是基于CPU的位数的。  CPU的位数是指CPU能一次同时寄存和处理二进制数码的位数,这和CPU中寄存器的位数对应。 操作系统的位数是说其所依赖的指令集的位数。计算机系统一般都应有向上兼容性,所以也可有64位CPU上运行32位操作系统、32位CPU上运行16位操作系统的情况。操作系统位数应该是根据指针类型的位数来定的。整数类型不一定跟位数相等,CPU位数准确地说应该是CPU一次能够并行处理的数据宽度,一般就是指数据总线宽度。


    linux下查看CPU硬件架构

    $ arch
    x86_64
    $ uname -m
    x86_64
    $ echo $HOSTTYPE
    x86_64

    linux下查看CPU的信息

    $lscpu(或者查看文件/proc/cpuinfo)

    Architecture:          i686
    CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
    Byte Order:            Little Endian
    CPU(s):                1
    On-line CPU(s) list:   0
    Thread(s) per core:    1
    Core(s) per socket:    1
    Socket(s):             1
    Vendor ID:             GenuineIntel
    CPU family:            6
    Model:                 37
    Stepping:              5
    CPU MHz:               2261.019
    BogoMIPS:              4522.03
    Hypervisor vendor:     VMware
    Virtualization type:   full
    L1d cache:             32K
    L1i cache:             32K
    L2 cache:              256K
    L3 cache:              3072K

    Linux下查看系统位数:

    $ getconf LONG_BIT 
    64
    $ getconf WORD_BIT
    32
    上述信息显示这个系统时64位系统。

    CPU寻址能力 = 2^S (s为地址总线宽度) <= CPU位数

    $ cat /proc/cpuinfo | grep -i address
    address sizes    : 36 bits physical, 48 bits virtual
    表示物理内存寻址64G,虚拟内存寻址256T. (就是说,内存超过64G的部分也没什么用,硬盘超过256T的部分也没用)

    附:

    64位CPU如:AMD Athlon64 、Intel Pentium 4 F
    32位CPU如:Intel 80386DX 到 Intel Pentium III 和部分Intel Pentium 4
    16位CPU如:Intel 8086、Intel 80286
    64位操作系统如:Windows XP Professional x64和Windows Server 2003 x64
    32位操作系统如:Windows95、Windows98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP
    16位操作系统如:DOS  
    Windows1.0到3.2是运行在DOS上的,不能算是独立的操作系统。

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    指令寄存器的位数与机器字长相同

    MDRin PCout 地址 总线 数据 总线 PCin Ad(IR)out MDRout MARin ALU Ri Y Z Yin Zin Riin Riout Zout ALUin ALU控制 + - PC MAR MDR +1 IRin IR 一、(20分)某计算机有零地址指令16条,一地址指令31条,两地址指令14条及三地址指令15条。CPU结构如下图 ② 设控制器采用微程序控制,有92个微命令,直接 两地址指令14条及三地址指令15条。CPU结构如下图 一.某计算机的指令系统有零地址指令16条,一地址指令31条, 解释,问最多可能有多少条微指令?分析控制存储器的容量。 MDRin PCout 地址 总线 数据 总线 PCin Ad(IR)out MDRout MARin ALU Ri Y Z Yin Zin Riin Riout Zout ALUin ALU控制 + - PC MAR MDR +1 IRin IR ①写出指令MOV @R4, R2在指令分析和执行阶段发出的控制信号(不包括取指令)。 @表示间接寻址。 控制法。如果每个零地址指令需要2条微指令解释,一地址指令需要3条微指令解释, 两地址指令需要5条微指令解释,三地址指令需要8条微指令 * 测验3 二、(共20分)设控制器采用微程序控制,控制存储器容量为2K×50bit,影响微程序转移的条件有5个。问微指令的各个字段分别为几位?若采用字段直接编码法,每个小字段3位,最多可以有多少个微命令? 三.(共20分)CPU结构如教材122页图6.6, 写出指令 AND AC,X 在指令分析和执行阶段发出的控制信号(不包括取指令)。 X是某一存储单元的地址,在指令的disp字段中。AC是累加器(在通用寄存器组中)。 * 测验3 四. (共10分) 某CPU的主频为10MHz,若已知每个机器周期平均含4个时钟周期,该机的平均指令执行速度为1 MIPS,试求该机的平均指令周期及每个指令周期含几个机器周期?若改用时钟周期为0.4μs的CPU芯片,则计算机的平均指令执行速度是多少MIPS?若要得到平均每秒80万次的指令执行速度,则应采用主频为多少的CPU芯片? 三.(共20分)CPU结构如教材122页图6.6, 写出指令 AND AC,X 在指令分析和执行阶段发出的控制信号(不包括取指令)。 X是某一存储单元的地址,在指令的disp字段中。AC是累加器(在通用寄存器组中)。 * 五. (共13分)填空题 1.控制器的同步控制方式又分为 和 。 2.微程序控制的基本思想是把机器指令的每一个 编成一条微指令,每条机器指令对应一段 。执行机器指令时从 中顺序取出 ,就可按所要求的顺序产生相应的 。 3.CPU至少包含以下6个寄存器: , , , , , 。 * 六、 (共7分) 判断题 (请在正确的句子前写T,错误的句子前写F) ( )1.采用流水线技术使计算机指令的执行时间缩短。 ( )2.局部控制比中央控制复杂但效率高。 ( )4.指令寄存器的位数与机器字长相同。 ( )5. 32位计算机的累加器和地址寄存器都是32位的。 ( )3.存储器的字长与数据总线的宽度一致。 ( )7.程序计数器PC的位数与指令寄存器的位数相同。 ( )6.存储器的字长小于机器字长。 The end

    展开全文
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