2022年2022年计算机硬件技术基础习题答案耿增民孙思云习题答案 .pdf

第二章习题答案1名词解释CPU ：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器、控制器和寄存器组构成。执行单元：执行单元EU是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。执行单元EU从总线接口单元BIU 的指令队列缓冲器中取出指令，由EU 控制器的指令译码器译码产生响应的操作控制信号送给各部件。执行单元EU 对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到标志（状态）寄存器FR （Flags Register ）中。 EU执行单元由算术逻辑单元（ALU） 、标志寄存器、通用寄存器组和操作控制器电路等部件组成。总线接口单元： 总线接口单元BIU 是 CPU 在内存和各种I/O 接口之间的连接部件， 负责 CPU与存储器、 I/O 端口传送数据，核心功能是控制系统总线。BIU 通过系统总线从内存中提取指令送到指令队列缓冲器中。CPU 执行指令时， 总线接口单元要配合EU 从指定的内存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU 或把 EU 的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。总线接口单元BIU 地址加法器、段寄存器、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成。指令系统：指令是微处理器执行某种操作的命令，微处理器全部指令的集合称为指令系统。流水线技术：微处理器的流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。乱序执行：乱序执行（out-of-orderexecution，也可称为错序执行），是指CPU 允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。分支预测：分支预测（Branch Prediction ）是指在指令结果出来之前，能够预测到指令是否产生分支转移。MMX 技术：MMX 是 Multi-media Extension 的缩写， 中文为多媒体扩展指令集。MMX 是 Intel公司为增强CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的技术，MMX 技术是继 Intel386(TM)处理器（将体系结构扩展至32 位）之后对Intel 体系结构的最重要的加强。这些指令桌能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用，MMX 加强了在多媒体处理功能的不足，它可以利用其内建的多媒体指令来模拟3D 绘图的处理、MPEG的压缩 /解压缩。立体声的音效等，只要是软件支持MMX CPU，即可以取代这些硬件的接口而达到多媒体的功效。进程：进程是程序在计算机上的一次执行活动。线程： 线程是进程中执行运算的最小单位，即执行进程调度的基本单位。一个进程可以包含若干线程（ Thread） ，线程可以帮助应用程序同时做几件事，互不干扰。同一进程的各个线程共享同一地址空间。超线程： 超线程技术是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU 的闲置时间，提高的CPU的运行效率。RISC ：精简指令系统计算机（reduced instruction set computer ）的简称。CISC ：复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer ）的简称。2填空（1）4、8、16、32、64 （2）执行各种算术运算、执行各种逻辑运算（3）AMD 、AMD （4）运算器、控制器、寄存器组（5）CPU的工作频率、快名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - （6）LGA775 （7）Socket 7、Socket 7、940 （8）指令系统结构（9）多媒体扩展、单指令数据扩展（10）进程控制块、程序段、数据段、就绪状态、阻塞状态、运行状态（11）乱序执行、分支预测、推测执行3简答（1）微处理器有哪几个部分组成？简述各个部分的功能。答：包括控制器，运算器，寄存器3 部分，控制器是整个微机系统的指挥中心，对协调整个微机系统有序工作极为重要。其主要作用是控制程序的执行。包括对指令进行译码、寄存，并按指令要求完成规定的操作，即指令控制、 时序控制和操作控制。控制器的主要功能有： 从内存中取一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置； 对指令进行译码，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。比如一次内存读写操作等； 指挥并控制CPU 、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。运算器即算术逻辑单元（ALU，Arithmetic Logic Unit ） ，是 CPU芯片的运算部件。ALU 主要由加法器组成， 辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，它在控制信号的作用下可以对操作数进行算术或逻辑运算，输出运算结果。运算器有两个主要功能： 执行各种算术运算； 执行各种逻辑运算，如两个值的比较等。寄存器是CPU 内部的高速存储单元，用于存放程序运行过程中所使用的各种数据和指令，除此外，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元（ALU ）直接接口的存储区域。（2） EU 与 BIU 各自的功能是什么？如何协调工作？答：执行单元EU 是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。执行单元EU 从总线接口单元BIU 的指令队列缓冲器中取出指令，由EU 控制器的指令译码器译码产生响应的操作控制信号送给各部件。执行单元EU对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到标志（状态）寄存器FR （ Flags Register）中。 BIU 是总线接口部件，与片外存储器及I/O 接口电路传输数据。EU经过 BIU进行片外操作数的访问，BIU 为 EU提供将要执行的指令。EU与 BIU 可分别独立工作，当EU不需 BIU 提供服务时，BIU可进行填充指令队列的操作。（3）什么是流水线技术？流水线技术怎样提高处理器的性能？答：微处理器的流水线（pipeline ）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。CPU的工作和汽车装配类似，大致可分为取指、译码、 执行、访存、回写五个步骤，在CPU 中由几个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条指令分别由这些电路单元流水线执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU 的运算速度。 CPU 流水线技术是一种将指令分解为多步，并让不同指令的各步操作重叠， 从而实现几条指令并行处理，以加速程序运行过程的技术。指令的每步有各自独立的电路来处理，每完成一步，就进到下一步，而前一步则处理后续指令。（4）什么是进程？它有哪些特征？什么是线程？答：进程是程序在计算机上的一次执行活动。当运行一个程序，就启动了一个进程。进程是动态的，而程序是一组有序的指令集合，是一个静态的概念。进程是由进程控制块、程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 序段、数据段三部分组成。进程具有以下五个特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构性。 线程是进程中执行运算的最小单位，即执行进程调度的基本单位。一个进程可以包含若干线程（ Thread） ，线程可以帮助应用程序同时做几件事，互不干扰。（5）简述超线程的定义及主要内容。答：超线程的出发点是：在传统的架构中，CPU的执行单元没有被充分利用，于是就在CPU中加入两个逻辑处理单元，同时管理CPU的全部资源， 直接提高CPU内核的工作效率。超线程技术利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内容模拟成两个物理芯片，让单个处理器能实现线程级并行计算，从而兼容多线程操作系统和软件，提高处理器的性能。操作系统或者应用软件的多线程可以同时运行在一个超线程处理器上，两个逻辑处理器共享处理器的执行单元。（6）什么是MMX技术？什么是SSE技术？答： MMX 意思是多媒体扩展。多媒体指令集的一个关键技术是单指令多数据技术，即能利用一条多媒体指令同时处理多对数据，以提高处理器的性能。MMX 技术将 CPU中 的 8个浮点运算寄存器映射为1 个 64 位的 MMX 寄存器，由于没有新增新的寄存器，使得现有的操作系统和应用软件无需修改就可以运行在MMX CPU 上，保证了向下的兼容。这种方法同时也导致了MMX 技术的缺陷，例如：不能加快所有的应用软件的运行速度（如游戏软件的性能就没有什么显著的提升），在多任务环境中可能会导致计算错误等等。SSE称为单指令多数据扩展，SSE技术是为了解决MMX 不能提高浮点运算性能（MMX主要针对整型数据）的缺点儿提出来的。SSE指令集增强了浮点数据的运算能力，使得3D图形性能得到了显著提高。需要注意的一点是，要获得SSE/SSE2指令集所带来的好处，必须在软件开发时针对SSE/SSE2 进行优化，也就是说，只有针对SSE/SSE2 指令集进行优化开发的软件才能在性能上有显著的提高。（7）简述RISC 的技术的特点。有人认为RISC 技术将全面替代CISC 技术，这种观点是否正确？说明理由。答：RISC的技术要点主要有以下几方面：采用精简指令集；规范指令格式；简化寻址方式， 采用寄存器操作，尽量减少访存操作；优化指令流水线技术；优化编译程序来支持高级程序设计语言。不正确。虽然RISC具有很多上述优点，但从理论上说，CISC和 RISC各有优缺点，不能简单认为哪类计算机好。RISC也存在一些缺点，比如RISC指令系统要求使用大量的通用寄存器，虽然提高了处理器的运算速度，但同时也增加了任务切换时的开销。又比如RISC简化了控制器的设计，优化编译器来提高性能，但对编译器的设计却提出了很高的要求。事实上这两种设计方法很难找到清晰的界线，在实际上芯片设计中，这两种方法经常被相互借鉴和相互渗透。（8）某 AMD 处理器的编号为“HD9500WCJ4BGD ”，请分析各部分的含义并写出该处理器的各项技术参数。答： H：代表 Phenom（羿龙）D：表示 Desktop（桌面型处理器，普通台式机使用）9500：CPU的具体型号，Phenom X4， 2.2GHZ，quad-core WC：功耗， 95W J：表示 940 针脚的 mirco-PGA 封装形式。4：4 核B：表示该CPU的 L3 Cache容量为 2MB GD：表示 B2 步进名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -