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  • 2021-07-18 03:26:35

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    一、

    1). 一个完整的计算机系统包括

    A). 主机、键盘和显示器 B). 计算机与外部设置

    C). 硬件系统和软件系统  D). 系统软件与应用软件

    2). 在多媒体计算机系统中,CD-ROM属于

    A). 感觉媒体 B). 表示媒体C). 表现媒体D). 存储媒体

    3). 由高级语言编写的源程序要转换成计算机能直接执行的目标程序,必须经过

    A). 编辑B). 编译C). 汇编D). 解释

    4). 微型计算机的性能指标主要取决于

    A). RAMB). CPUC). 显示器D). 硬盘

    5). 对于Windows系统,下列说法不正确的是

    A). Windows是可以脱离DOS而独立存在的  B). Windows属于系统软件

    C). Windows是一个多任务操作系统D). Windows属于应用软件

    6). 中文Word编辑软件的运行环境是

    A). DOSB). WPSC). WindowsD). 高级语言

    7). 二进制数110101.11转换为十进制数

    A). 53.75B). 72.75C). 124.75D). 32.4

    8). 在编辑状态下,操作对象经常是被选择的内容,若鼠标在行首,下列哪种操作可以仅选择光标所在的行?

    A). 单击鼠标左键  B). 将鼠标左键击三下 C). 双击鼠标左键D). 单击鼠标右键

    9). 微型计算机中使用的鼠标器是连接在

    A). 打印机接口上的B). 显示器接口上的C). 并行接口上的D). 串行接口上的

    10). 下列四条关于计算机基础知识的叙述中,正确的一条是

    A). 微型计算机是指体积微小的计算机B). 存储器须在电源电压正常时才能存取信息

    C). 计算机仅能计算最大为32位十进制数据D). 防止软盘感染病毒可定期格式化软盘

    11). 当一个应用程序窗口被最小化后,应用程序将

    A). 被终止执行B). 继续在前台执行C). 被暂停执行D). 被转入后台执行

    12). 假设DOS系统文件与所有外部命令文件都在C盘根目录下,下列DOS命令中能正确执行的是:

    A). DEL IBMBIO.COM B). DISKCOPY C: A:

    C). RD C:\   D). COPY COMMAND.COM A:

    13). 已知小写的英文字母"m"的十六进制ASCII码值是6D,则小写英文字母"C"的十六进制ASCII码值是

    A). 98B). 62C). 99D). 63

    14). 下列列出的四项中,不属于计算机病毒特征的是

    A). 潜伏性B). 激发性C). 传播性D). 免疫性

    15). 微型计算机中,普遍使用的字符编码是

    A). 补码B). 原码C). ASCII码D). 汉字编码

    16). 下列操作中能在各种中文输入法之间切换的是

    A). Ctrl+Shift键B). Ctrl+空格键C). 用Alt+F功能键D). Shift+空格键

    17). 在下列各点阵的汉字字库中,哪个字库中的汉字字形显示得比较清晰美观?

    A). 16*16点阵B). 24*24点阵C). 40*40点阵D). 48*48点阵

    18). Excel中默认的保存名称是

    A). SHEET1B). BOOK1C). EXCEL1D). *.ECL

    19). Windows95操作系统是

    A). 单用户单任务系统B). 单用户多任务系统

    C). 多用户多任务系统D). 多用户单任务系统

    20). 在Excel中下列哪项操作无法实现整行或整列选定

    A). 按住Ctrl键,单击所在行或列的任一单元格B). 单击行或列号

    C). 鼠标拖曳D). 按住Shift键,先后点击行或列首末单元格

    21). Excel中重排窗口的方式不包括

    A). 平铺B). 水平并排C). 交叉排列D). 层叠

    22). Word文档文件的扩展名是

    A). TXTB). DOCC). WPSD). BLP

    23). 以下什么不属于外存储器设备

    A). 软磁盘存储器B). 硬磁盘存储器C). RAMD). 只读光盘存储器

    24). 什么快捷键可实现关闭已打开的应用程序窗口

    A). Alt+F1B). Ctrl+AltC). Alt+F4D). Ctrl+Shift

    25). Windows95的"桌面"指的是

    A). 整个屏幕B). 全部窗口C). 某个窗口D). 活动窗口

    26). 打开一个Excel文件,需打印出来,不能

    A). 选定多个工作薄B). 选定区域C). 选定整个工作表D). 整个工作薄

    27). Excel中的运算符不包括

    A). /B). % C). &D). ><

    28). 在Excel中,需要返回一组参数的最大值,则应该使用函数

    A). MAX B). LOOKUPC). HLOOKUPD). SUM

    29). AVERAGE可以计算参数清单中数值的平均值(算数平均值)包括数字和

    A). 逻辑值B). 名称、数组C). 文本、逻辑值D). 文本

    30). Excel中,能够实现"自动更正"功能所在的菜单条是

    A). 格式B). 数据C). 编辑D). 工具

    二、

    1). 微机唯一能够直接识别和处理的语言是

    A). 汇编语言 B). 高级语言C). 最高级语言D). 机器语言

    2). 在微型计算机中,下列设备属于输入设备的是

    A). 打印机B). 显示器C). 软盘D). 键盘

    3). 十进制数15对应的二进制数是

    A). 1111B). 1110C). 1010D). 1100

    4). 微型计算机的性能指标主要取决于

    A). RAMB). CPUC). 显示器D). 硬盘

    5). 在Windows的窗口中,单击最小化按钮后

    A). 当前窗口将消失  B). 当前窗口被关闭

    C). 当前窗口缩小为图标D). 打开控制菜单

    6). 在对文件进行粘贴之前必须先

    A). 修改B). 重命名C). 复制D). 打开

    7). 十进制数125.6875转换为二进制数

    A). 1111001.1001B). 1011101.1011C). 1000111.1001D). 1111101.1011

    8). 提供构造最终文档的一类特殊文档是指

    A). 模板  B). 扩展名为txt的文档C). Windows自生成的文档 D). MS-DOS文本

    9). 最能准确反映计算机的主要功能的是

    A). 计算机可以代替人的脑力劳动B). 计算机可以存储大量信息

    C). 计算机是一种信息处理机D). 计算机可以实现高速度的计算

    10). 微型计算机中,控制器的基本功能是

    A). 进行算术运算和逻辑运算 B). 存储各种控制信息

    C). 保持各种控制状态 D). 控制机器各个部件协调一致地工作

    11). 在计算机应用中,"计算机辅助制造"的英文缩写是

    A). CADB). CAMC). CATD). CAE

    12). 在Word的编辑状态,单击新建按钮后可以

    A). 将指定的文档打开  B). 为指定的文档打开一个空白窗口

    C). 使当前窗口还原     D). 使当前窗口极大化

    13). CPU中有一个程序计数器(又称指令计数器),它用于存储

    A). 正在执行的指令的内容B). 下一条要执行的指令的内容

    C). 正在执行的指令的内存地址D). 下一条要执行的指令的内存地址

    14). 在Word的编辑状态,可以显示页面四角的视图方式是

    A). 普通视图方式B). 页面视图方式C). 大纲视图方式D). 各种视图方式

    15). 微型计算机中,普遍使用的字符编码是

    A). 补码B). 原码C). ASCII码D). 汉字编码

    16).在Windows95的"资源管理器"窗口中,其左部窗口中显示的是

    A). 当前打开的文件夹的内容B). 相应磁盘的文件夹树

    C). 当前打开的文件夹名称及其内容D). 当前打开的文件夹名称

    17). 在Windows 95中有两个对系统资源进行管理的程序组,它们是"我的电脑"和

    A). "回收站"B). "资源管理器"C). "剪贴板"D). "我的文档"

    18). Excel默认的图表类型是

    A). 柱形图B). 条形图C). 饼图D). 蔟形柱形图

    19). Windows95操作系统是

    A). 单用户单任务系统B). 单用户多任务系统

    C). 多用户多任务系统     D). 多用户单任务系统

    20). 如果 A1:A5 包含数字 10、7、9、27 和 2,则:

    A). MAX(A1:A5) 等于 10B). MAX(A1:A5,30) 等于 30

    C). MAX(A1:A5,30) 等于 27D). MAX(A1:A5,25) 等于 25

    21). SUM("3", 3) 等于

    A). 5B). 2C). 3D). 6

    22). Word文档文件的扩展名是

    A). TXTB). DOCC). WPSD). BLP

    23). 以下什么不属于外存储器设备

    A). 软磁盘存储器B). 硬磁盘存储器C

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    计算机硬件系统是构成计算机系统的物理实体或物理装置,是计算机工作的物质基础。计算机硬件系统主要包括以下五个组成部分:

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    1.输入设备:输入设备是用来向计算机输入命令、程序、数据、文本、图形、图像、音频和视频等信息的设备,并将它们转换成计算机能接受的形式(二进制数)存放到内存中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。

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    2.运算器:运算器也称为算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit),是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。其功能是进行算术运算(如加、减、乘、除)和逻辑运算(如逻辑加、逻辑乘和非运算)。运算器处理的数据来自存储器;处理后的结果数据通常被送回存储器,或暂时寄存在运算器中。

    3.控制器:控制器(Control Unit,CU)根据事先给定的命令发出控制信息,使整个电脑指令执行过程一步一步地进行,是计算机的神经中枢。控制器是计算机的神经中枢和指挥中心,负责统一指挥计算机各部分协调地工作,负责决定程序的执行顺序,给出机器各部件需要的操作控制命令,基本功能就是从内存取指令和执行指令。

    4.中央处理器:中央处理器(Central Processing Unit,CPU)又称微处理器(Microprocessor),主要包括运算器(ALU)和控制器(CU)两大部分,是计算机的核心部件。它的品质直接影响计算机系统的性能。它和内存构成了计算机的主机,是计算机的主体。我们可以简单地理解为:

    CPU=运算器+控制器

    CPU的性能指标主要有字长和时钟主频两个。随着CPU主频的不断提高,它对内存的存取速度更快了,为了协调CPU和内存之间的速度差异问题,在CPU芯片中又集成了高速缓冲存储器(Cache),高速缓冲存储器也是对比CPU品质的重要指标,它的存储量越大,中央处理器的运算速度越快。

    5.存储器:存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序、数据与结果。所以存储器应该具有存数和取数的功能。计算机的存储器分为两类:一类是设在主机中的内部存储器(内存),也叫主存储器(主存),用于存放当前运行的程序和程序所用的数据,属于临时存储器;另一类属于计算机外部设备的存储器,叫外部存储器(外存),也叫辅助存储器(辅存),用于存放暂时不用的数据和程序,属于永久性存储器,当需要时应先调入内存。

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    6.输出设备:输出设备是人与计算机交互的一种部件,用于数据的输出,可以将存放在内存中的数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

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    展开全文
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    学习目标:重点学习主存储器的分类、工作原理、组成方式以及与其他部件(如CPU)的联系。以及高速缓冲存储器、磁表面存储器等的基本组成和工作原理。建立起如何用不同的存储器组成具有层次结构的存储系统的概念。

    存储器是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。随着计算机发展,存储器在系统中的地位越来越重要。

    一、存储器分类

    存储器的种类繁多,从不同的角度对存储器可作不同的分类。
    在这里插入图片描述

    1.按存储介质分类
    存储介质是指能寄存“0”、“1”两种代码并能区别两种状态的物质或元器件。存储介质主要有半导体器件、磁性材料和光盘等。

    • 半导体存储器 / 存储元件由半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。
    • 磁表面存储器 / 磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质。
    • 磁芯存储器 / 磁芯是由硬磁材料做成的环状元件,在磁芯中穿有驱动线(通电流)和读出线。
    • 光盘存储器 / 光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料).上进行读/写的存储器,具有非易失性的特点。

    2.按存取方式分类
    按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存取存储器和直接存取存储器。

    • 随机存储器( Random Access Memory ,RAM)
      RAM是一-种可读/写存储器,其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理位置无关。计算机系统中的主存都采用这种随机存储器。由于存储信息原理的不同,RAM又分为静态RAM(以触发器原理寄存信息)和动态RAM(以电容充放电原理寄存信息)。
    • 只读存储器( Read Only Memory , ROM)
      ROM是只读存储器,出厂时其内容由厂家用掩膜技术写好,只可读出,但无法改写。信息已固化在存储器中,一般用于存放系统程序BIOS和用于微程序控制。
    • 串行访问存储器
      如果对存储单元进行读/写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则这种存储器称为串行访问存储器。

    3.按在计算机中的作用分类
    按在计算机系统中的作用不同,存储器主要分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。

    • 主存储器(简称主存)的主要特点是它可以和CPU直接交换信息。
    • 辅助存储器(简称辅存)是主存储器的后援存储器,用来存放当前暂时不用的程序和数据,它不能与CPU直接交换信息。两者相比,主存速度快、容量小、每位价格高;辅存速度慢、容量大、价格低。
    • 缓冲存储器(简称缓存)用在两个速度不同的部件之中,例如,CPU与主存之间可设置一个快速缓存

    二、存储器的层次结构

    存储器有3个主要性能指标:速度、容量和每位价格(简称位价)。
    在这里插入图片描述

    • 寄存器通常都制作在CPU芯片内,寄存器中的数直接在CPU内部参与运算。
    • 主存用来存放将要参与运行的程序和数据,其速度与CPU速度差距较大,为了使它们之间速度更好地匹配,在主存与CPU之间插入了一种比主存速度更快、容量更小的高速缓冲存储器Cache。现代计算机将Cache也制作在CPU内。
    • 磁盘、磁带属于辅助存储器,其容量比主存大的多。

    存储系统层次结构主要体现在缓存一主存和主存-辅存这两个存储层次上

    在这里插入图片描述
    缓存—主存层次 主要解决CPU和主存速度不匹配的问题。由于缓存的速度比主存的速度高,只要将CPU近期要用的信息调人缓存,CPU便可以直接从缓存中获取信息,从而提高访存速度。主存和缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的。

    主存—辅存层次 主要解决存储系统的容量问题。辅存的速度比主存的速度低,而且不能和CPU直接交换信息,但它的容量比主存大得多,可以存放大量暂时未用到的信息。当CPU需要用到这些信息时,再将辅存的内容调人主存,供CPU直接访问。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的。

    存储器的层次结构解决了速度、容量、成本这三者的矛盾。

    三、主存储器(主存)

    主存储器一般采用半导体存储器,与辅助存储器相比有容量小、读写速度快、价格高等特点。计算机中的主存储器主要由存储体、控制线路、地址寄存器、数据寄存器和地址译码电路五部分组成。从70年代起,主存储器已逐步采用大规模集成电路构成。用得最普遍的也是最经济的动态随机存储器芯片(DRAM)。

    在这里插入图片描述

    存储器地址寄存器(MAR)和存储器数据寄存器(MDR)是主存和CPU之间的接口。MAR可以接收由程序计数器(PC)的指令地址或来自运算器的操作数的地址,以确定要访问的单元。MDR是向主存写入数据或从主存读出数据的缓冲部件。

    读入时,根据MAR中的地址访问某个存储单元时,经过地址译码、驱动等电路,找到所需访问的单元。读出时,需经过读出放大器,将被选中单元的存储字送到MDR。写入时,MDR中的数据经过写入电路写入到被选中的单元中。

    现代计算机的主存都由半导体集成电路构成,图中的驱动器、译码器和读写电路均制作在存储芯片中,而MAR和MDR制作在CPU芯片内。存储芯片和CPU芯片可通过总线连接,如图
    在这里插入图片描述
    CPU对主存的基本操作:CPU对主存进行读写操作时,首先CPU在地址总线上给出地址信号,然后发出相应的读写命令,并在数据总线上交换信息。

    1.主存中存储单元地址的分配

    主存各存储单元的空间位置是由单元地址号来表示的,而地址总线是用来指出存储单元地址号的,根据该地址可读出或写人一个存储字。
    吐血整理!这篇带你彻底理解主存中存储单元地址的分配
    字长、字节、字、字位的区别

    2.主存的技术指标

    主存的主要技术指标是存储容量和存储速度。

    (1)存储容量
    存储容量是指主存能存放二进制代码的总位数,即 存储容量 = 存储单元个数 x 存储字长
    也可用字节总数来表示,即 存储容量 = 存储单元个数 x 存储字长 / 8

    目前的计算机存储容量大多以字节数来表示,例如,某机主存的存储容量为256 MB,则按字节寻址的地址线位数应对应28位。

    (2)存储速度
    存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。存取时间又称为存储器的访问时间(MemoryAccessTime),是指启动–次存储器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时间。存取时间分读出时间和写人时间两种。读出时间是从存储器接收到有效地址开始,到产生有效输出所需的全部时间。写人时间是从存储器接收到有效地址开始,到数据写人被选中单元为止所需的全部时间。

    存取周期(MemoryCycleTime)是指存储器进行连续两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需的最小间隔时间,通常存取周期大于存取时间。现代MQS型存储器的存取周期可达100ns;双极型TTL存储器的存取周期接近于10ns。

    (3)存储器带宽
    与存取周期密切相关的指标为存储器带宽,它表示单位时间内存储器存取的信息量,单位可用字/秒或字节/秒或位/秒表示。如存取周期为500 ns ,每个存取周期可访问16位,则它的带宽为32M位/秒。带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。存储器的带宽决定了以存储器为中心的机器获得信息的传输速度,它是改善机器瓶颈的一个关键因素。

    半导体存储芯片简介

    1.半导体存储芯片的基本结构

    半导体存储芯片采用超大规模集成电路制造工艺,在一个芯片内集成具有记忆功能的存储矩阵、译码驱动电路和读/写电路等
    译码驱动能把地址总线送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信号,该信号在读/写电路的配合下完成对被选中单元的读/写操作。
    读/写电路包括读出放大器和写人电路,用来完成读/写操作。
    存储芯片通过地址总线、数据总线和控制总线与外部连接。
    在这里插入图片描述
    地址线是单向输入的,其位数与芯片容量有关。数据线是双向的(有的芯片可用成对出现的数据线分别作为输人或输出),其位数与芯片可读出或写人的数据位数有关。数据线的位数与芯片容量有关。

    地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。地址线一次确定一个存储单元,地址线上值可能取的所有组合确定了存储单元的个数。所以,存储单元的个数=2^地址线的条数 。例如,地址线为10根,数据线为4根,则芯片容量为2’°x4=4K位; 又如地址线为14根,数据线为1根,则其容量为16K位。

    (大写K表示千的意思,大写B则表示字节,所以KB表示为信息单位千字节, 4K表示4千个寻址范围;而4KB则表示的就是4千字节)
    (位表示的是一个存储单元中能放几位二进制数)

    控制线主要有读/写控制线与片选线两种。不同存储芯片的读/写控制线和片选线可以不同。
    读/写控制线决定芯片进行读/写操作,片选线用来选择存储芯片。由于半导体存储器是由许多芯片组成的,为此需用片选信号来确定哪个芯片被选.中。

    2.半导体存储芯片的译码驱动方式
    半导体存储芯片的译码驱动方式有两种:线选法和重合法,一个16x1字节线选法存储芯片的结构示意图。它的特点是用一根字选择线(字线) ,直接选中一个存储单元的各位(如一个字节)。这种方式结构较简单,但只适于容量不大的存储芯片。

    在这里插入图片描述
    当地址线为全0时,译码输出X。和Y。有效,矩阵中第0行、第0列共同选中的那位即被选中。由于被选单元是由X、Y两个方向的地址决定的,故称为重合法。当欲构成1 Kx1字节的存储器时,只需用8片如图所示的芯片即可。
    在这里插入图片描述

    存储器与 CPU的连接

    1.存储容量的扩展

    由于单片存储芯片的容量总是有限的,很难满足实际的需要,因此,必须将若干存储芯片连在一起才能组成足够容量的存储器,称为存储容量的扩展,通常有位扩展和字扩展。

    (1)位扩展
    位扩展是指增加存储字长,例如,2片1K.x4位的芯片可组成1Kx8位的存储器,如图
    在这里插入图片描述
    (2)字扩展是指增加存储器字的数量。例如,用2片1 Kx8位的存储芯片可组成一个2K x 8位的存储器,即存储字增加了一倍,如图
    在这里插入图片描述

    (3)字、位扩展
    字、位扩展是指既增加存储字的数量,又增加存储字长。

    2.存储器与CPU的连接

    存储芯片与CPU芯片相连时,特别要注意片与片之间的地址线、数据线和控制线的连接。

    (1)地址线的连接
    存储芯片的容量不同,其地址线数也不同,CPU的地址线数往往比存储芯片的地址线数多。通常总是将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连。CPU地址线的高位或在存储芯片扩充时用,或做其他用途,如片选信号等。

    (2)数据线的连接
    同样,CPU的数据线数与存储芯片的数据线数也不一定相等。此时,必须对存储芯片扩位,使其数据位数与CPU的数据线数相等。

    (3)读/写命令线的连接
    CPU读/写命令线–般可直接与存储芯片的读/写控制端相连,通常高电平为读,低电平为写。有些CPU的读/写命令线是分开的,此时CPU的读命令线应与存储芯片的允许读控制端相连,而CPU的写命令线则应与存储芯片的允许写控制端相连。

    (4)片选线的连接.
    片选线的连接是CPU与存储芯片正确工作的关键。存储器由许多存储芯片组成,哪一片被选中完全取决于该存储芯片的片选控制端CS是否能接收到来自CPU的片选有效信号。片选有效信号与CPU的访存控制信号MREQ (低电平有效)有关,因为只有当CPU要求访存时,才需选择存储芯片。

    (5)合理选择存储芯片
    合理选择存储芯片主要是指存储芯片类型(RAM或ROM)和数量的选择。通常选用ROM存放系统程序、标准子程序和各类常数等。RAM则是为用户编程而设置的。此外,在考虑芯片数量时,要尽量使连线简单方便。

    存储器的校验

    在计算机运行过程中,由于种种原因致使数据在存储过程中可能出现差错。为了能及时发现错误并及时纠正错误,通常可将原数据配成汉明编码。

    1.汉明码的组成
    汉明码是由RichardHanming于1950年提出的,它具有一位纠错能力。

    2.汉明码的纠错过程
    汉明码的纠错过程实际上是对传送后的汉明码形成新的检测位P(i=1,2,4,8,…) ,根据P的状态,便可直接指出错误的位置。P的状态是由原检测位C;及其所在小组内“1”的个数确定的。倘若按配偶原则配置的汉明码,其传送后形成新的检测位P;应为0,否则说明传送有错,并且还可直接指出出错的位置。
    例:
    在这里插入图片描述
    汉明码常常被用在纠错一位的场合,若欲实现检错两位,实用时还得再增添.一位检测位。

    四、高速缓冲存储器

    问题的提出

    在多体并行存储系统中,由于I/0设备向主存请求的级别高于CPU访存,这就出现了CPU等待I/0设备访存的现象,致使CPU空等一段时间,甚至可能等待几个主存周期,从而降低了CPU的工作效率。为了避免CPU与I/0设备争抢访存,可在CPU与主存之间加一级缓存,这样,主存可将CPU要取的信息提前送至缓存,一且主存在与I/0设备交换时,CPU可直接从缓存中读取所需信息,不必空等而影响效率。从另一角度来看,主存速度的提高始终跟不上CPU的发展。这也希望由高速缓存Cache来解决主存与CPU速度的不匹配问题。Cache的出现使CPU可以不直接访问主存,而与高速Cache交换信息。

    通过大量典型程序的分析,发现CPU从主存取指令或取数据,在一定时间内,只是对主存局部地址区域的访问(局部性)。这是由于指令和数据在主存内都是连续存放的,并且有些指令和数据往往原理。根据这一原理,很容易设想,只要将CPU近期要用到的程序和数据提前从主存送到Cache,那么就可以做到CPU在一定时间内只访问Cache。一般Cache采用高速的SRAM制作,其价格比主存贵,但因其容量远小于主存,因此能很好地解决速度和成本的矛盾。

    Cache的工作原理

    任何时刻都有一- 些主存块处在缓存块中。CPU欲读取主存某字时,有两种可能:一种是所需要的字已在缓存中,即可直接访问Cache(CPU与Cache之间通常一次传送一 个字);另 .一种是所需的字不在Cache内,此时需将该字所在的主存整个字块一次调人Cache中(Cache与主存之间是字块传送)。如果主存块已调人缓存块,则称该主存块与缓存块建立了对应关系。

    Cache的容量与块长是影响Cache效率的重要因素,通常用“命中率”来衡量Cache的效率。命中率是指CPU要访问的信息已在Cache内的比率。

    一般而言,Cache容量越大,其CPU的命中率就越高。当然容量也没必要太大,太大会增加成本,而且当Cache容量达到-定值时,命中率已不因容量的增大而有明显的提高。块长与命中率之间的关系更为复杂,它取决于各程序的局部特性。

    Cache - 主存地址映射

    由主存地址映射到Cache地址称为地址映射。地址映射方式很多,有直接映射(固定的映射关系)、全相联映射(灵活性大的映射关系)、组相联映射(.上述两种映射的折中)。

    1.直接映射
    这种方式的优点是实现简单,只需利用主存地址的某些位直接判断,即可确定所需字块是否在缓存中。直接映射方式的缺点是不够灵活,因每个主存块只能固定地对应某个缓存块,

    2.全相联映射
    全相联映射允许主存中每一字块映射到Cache中的任何一块位置上,如图4.55所示。这种映射方式可以从已被占满的Cache中替换出任一旧字块。显然,这种方式灵活,命中率也更高。但这种方式所需的逻辑电路甚多,成本较高。

    3.组相联映射
    组相联映射是对直接映射和全相联映射的一种折中。

    替换策略

    当新的主存块需要调人Cache并且它的可用空间位置又被占满时,需要替换掉Cache的数据,这就产生了替换策略(算法)问题。在直接映射的Cache中,由于某个主存块只与一个Cache字块有映射关系,因此替换策略很简单。而在组相联和全相联映射的Cache中,主存块可以写人Cache中若干位置,这就有一个选择替换掉哪-一个Cache字块的问题,即所谓替换算法问题。理想的替换方法是把未来很少用到的或者很欠才用到的数据块替换出来,但实际上很难做到。常用的替换算法有先进先出算法、近期最少使用算法和随机法。

    五、辅助存储器

    1.辅助存储器的特点

    辅助存储器作为主存的后援设备又称为外部存储器,简称外存,与主存相比,辅存具有容量大、速度慢、价格低、可脱机保存信息等特点,属“非易失性”存储器。而主存具有速度快、成本高、容量小等特点,而且大多由半导体芯片构成,所存信息无法永久保存,属“易失性”存储器。目前,广泛用于计算机系统的辅助存储器有硬磁盘软磁盘、磁带光盘等。前三种均属磁表面存储器。

    2.磁表面存储器的主要技术指标

    (1)记录密度
    记录密度通常是指单位长度内所存储的二进制信息量。

    (2)存储容量
    存储容量是指外存所能存储的二进制信息总数量, - -般以位或字节为单位。

    (3)平均寻址时间;

    (4)数据传输率
    数据传输率D,是指单位时间内磁表面存储器向主机传送数据的位数或字节数

    (5)误码率
    误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数,它等于从辅存读出时,出错信息位数和读出信息的总位数之比。为了臧少出错率,磁表面存储器通常采用循环冗余码来发现并纠正错误。

    3.各类辅助存储器工作原理

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  • 计算机组成原理

    千次阅读 2021-07-16 01:04:33
    第一节 组合逻辑设计一、组合逻辑控制单元框图从控制单元的外特性中可以看出,指令的操作码是决定控制单元发出不同控制信号的关键。为了简化控制单元的逻辑,将存放在IR的n位操作码经过一个译码电路产生2n个输出...

    第十章 控制单元的设计

    本章以10条机器指令为例,介绍控制单元的两种设计方法。

    第一节 组合逻辑设计

    一、组合逻辑控制单元框图

    从控制单元的外特性图中可以看出,指令的操作码是决定控制单元发出不同控制信号的关键。为了简化控制单元的逻辑,将存放在IR的n位操作码经过一个译码电路产生2n个输出,

    这样,每对应一种操作码便有一个输出送至CU。当然,若指令的操作码长度可变,指令译码线路将更复杂。

    控制单元的时钟输入实际上是一个脉冲序列,其频率即为机器的主频,它使CU能按一定的节拍(T)发出各种控制信号。 节拍的宽度应满足数据信息通过数据总线从源到目的所需的时间。以时钟为计数脉冲,通过一个计数器,又称节拍发生器,便可产生一个与时钟周期等宽的节拍序列。如果将指令译码和节拍发生器从CU中分离出来,便可得简化的控制单元框图,如下图所示。

    f9cda50da2b586d9105b38e3e5d39f3f.png

    二、微操作的节拍安排

    假设机器采用同步控制,每个机器周期包含3个节拍,而且CPU内部结构为非总线结构,其中MAR和MDR分别直接和地址总线和数据总线相连,并假设IR的地址码部分与MAR之间有通路。

    安排微操作节拍时应注意三点:

    第一,有些微操作的次序是不容改变的,故安排微操作节拍时必须注意微操作的先后顺序。

    第二,凡是被控制对象不同的微操作,若能在一个节拍内执行,应尽可能安排在同一个节拍内,以节省时间。

    第三,如果有些微操作所占的时间不长,应该将它们安排在一个节拍内完成,并且允许这些微操作有先后次序。

    按上述三条原则,以第九章中所分析的10条指令为例,其微操作的节拍安排如下:

    1.取指周期微操作的节拍安排

    ①根据原则二,T0节拍可安排两个微操作:PC→MAR,1→R;

    ②根据原则二,T1节拍可安排M(MAR)→MDR和(PC)+1→PC两个微操作。

    ③T2节拍可安排MDR→IR,考虑到指令译码时间较短,根据原则三,可将指令译码OP(IR) →ID也安排T2节拍内;

    实际上(PC)+1→PC操作也可安排在T2节拍内,因一旦PC→MAR后,PC的内容就可修改。

    2.间址周期微操作的节拍安排

    T0 Ad(IR) →MAR,1→R

    T1 M(MAR) →MDR

    T2 MDR→Ad(IR)

    3.执行周期微操作的节拍安排

    ·非访存指令

    ①清除累加器指令CLA。

    该指令在执行周期只有一个微操作,按同步控制的原则,此操作可安排在T0~T2的任一节拍内,其余节拍空,如

    T0

    T1

    T2 0→AC

    ②累加器取反指令COM。

    同理,用加器取反操作可安排在T0~T2的任一节拍中,即

    T0

    T1

    T2 c9dd51a3b15fb69d8657202038567bc3.gif

    ③算术右移一位指令SHR。

    T0

    T1

    T2 L(AC)→R(AC),AC0→AC0

    ④循环左移一位指令CSL。

    T0

    T1

    T2 R(AC)→R(AC),AC0→AC0(即ρ-1(AC))

    ⑤停机指令STP。

    T0

    T1

    T2 0→G

    ·访存指令

    ①加法指令ADD X

    T0Ad(IR) →MAR, 1→R

    T1 M(MAR) →MDR

    T2 (AC)+(MDR)→AC,(该操作实际包括(AC) →ALU,(MDR) →ALU,ALU→AC)

    ②存数指令STA X。

    T0Ad(IR) →MAR, 1→W

    T1 AC →MDR

    T2 MDR→M(MAR)

    ③取数指令 LDA X。

    T0Ad(IR) →MAR, 1→R

    T1 M(MAR) →MDR

    T2 MDR→AC

    ·转移类指令

    ①无条件转移指令JMP X。

    T0

    T1

    T2 Ad(IR)→PC

    ②有条件转移(负则转)指令BAN X。

    T0

    T1

    T2

    f4026a35f60597d19e14199ae6a083bb.gif

    4.中断周期微操作的节拍安排

    在执行周期的最后时刻, CPU要向所有中断源发中断查询信号,若检测到某个中断源有请求,并且未被屏蔽又被排队选中,则在允许中断的条件下,CPU进入中断周期,

    此时CPU由中断隐指令完成下列操作(假设程序断点存入主存0号地址单元内):

    T00→MAR, 1→W

    T1 PC →MDR

    T2 MDR→M(MAR),向量地址→PC

    此外, CPU进入中断周期,由硬件置“0”允许中断触发器EINT,即关中断。

    三、组合逻辑设计步骤

    组合逻辑设计控制单元时,首先根据上述微操作的节拍安排,列出微操作命令的操作时间表,然后写出每一个微操作命令(控制信号)的逻辑表达式,最后根据逻辑表达式画出相应的组合逻辑电路图。

    1.列出微操作命令的操作时间表

    7c6aa47eba0429a5bee35064256d5b3e.png

    上表列出了上述10条机器指令微操作命令的操作时间表。表中FE、IND和EX为CPU工作周期标志,T0~T2为节拍,I为间址标志,在取指周期的T2时刻,若测得I=1,则置“1”IND触发器,标志进入间址周期;若I=0,则置“1”EX触发器,标志进入执行周期。同理,在间址周期的T2时刻,若测得IND=0(表示一次间址),则置“1”EX,进入执行周期;若测得IND=1(表示多次间址),则继续间接寻址。在执行周期的T2时刻,CPU要向所有中断源发中断查询信号,

    若检测到有中断请求并且满足响应条件,则置“1”INT触发器,标志进入中断周期,表中未列出中断周期的微操作。表中第一行对应10条指令的操作码,代表不同的指令。若某指令有表中所列的微操作命令,其对应的空格内为1。

    2.写出微操作命令的最简逻辑表达式

    纵览上表即可列出每一个微操作命令的初始逻辑表达式,经化简、整理便可获得能用现成电路实现的微操作命令逻辑表达式。

    例如,根据表可写出M(MAR)→MDR微命令的逻辑表达式:

    M(MAR)→MDR

    =FE·T1+IND·T1(ADD+STA+LDA+JMP+BAN)+EX·T1(ADD+LDA)

    =T1{FE+IND(ADD+STA+LDA+JMP+BAN)+EX(ADD+LDA)}

    式中ADD、STA、LDA、JMP、BAN均来自操作码译码器的输出。

    3.画出微操作命令的逻辑图

    对应每一个微操作命令的逻辑表达式都可画出一个逻辑图。如M(MAR)→MDR的逻辑表达式所对应的逻辑图如下图所示,图中未考虑门的扇入系数。

    5e706c83888838ab9f477027cf2650f5.png

    当然,在设计逻辑图时要考虑门的扇入系数和逻辑级数。如果采用现成芯片,还需选择芯片型号。

    采用组合逻辑设计方法设计控制单元,思路清晰,简单明了,但因为每一个微操作命令都对应一个逻辑电路,因此一旦设计完毕便会发现,这种控制单元的线路结构十分庞杂,也不规范,犹如一棵大树,到处都是不规整的枝叉。而且指令系统功能越全,微操作命令就越多,线路也越复杂,调试就更困难了。为了克服这些缺点,可采用微程序设计方案。但是,随着RISC的出现,组合理辑设计仍然是设计计算机的一种重要方法。

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