软考网络工程师必过教程---必看(共39页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业计算机系统知识计算机组成(运算器、控制器、存储器、原码、反码、 补码)n 运算器算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元(ALU)的基本功能为加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、求补等操作。计算机运行时,运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器;处理后的结果数据通常送回存储器,或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。n 控制器是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序计数器PC
2、(ProgramCounter)和操作控制器0C(OperationController)三个部件组成,对协调整个电脑有序工作极为重要。n 存储器根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。 为了解决对存储器要求容量大,速度快,成本低三者之间的矛盾,目前通常采用多级存储器体系结构,即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。名称简称用途特点高速缓冲存储器 Cache 高速存取指令和数据 存取速度快,但存储容量小主存储器 内存 存放计算机运行期间的大量程序和数据 存取速度较快,存储容量不大外存储器 外存 存放系统程序和大型数据文件及数据库 存储容量
3、大,位成本低 高速缓存是为了解决高速设备和低速设备相连,提高访问速度n I/O部件输入设备 向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输出设备 (Output Device)是人与计算机交互的一种部件,用于数据的输出。n 原码、补码、反码计算机储存有符号的整数时,是用该整数的补码进行储存的,0的原码、补码都是0,正数的原码、补码可以特殊理解为相同,负数的补码是它的反码加1。【考试要点】:计算,例如给予一个数值算补码和反码n 历年考题及解析在计算机中,最适合进行数字加减运算的数字编码是(1),最适合表示浮点数阶码的数字编码是(2) (1)A原码 B反码 C补码 D移码 (
4、2)A原码B反码 C补码 D移码 (1) 不属于计算机控制器中的部件。(1)A指令寄存器IR B程序计数器PCC算术逻辑单元ALU D程序状态字寄存器PSW试题解析:ALU 属于运算器,不属于控制器。答案:C 在CPU 与主存之间设置高速缓冲存储器Cache,其目的是为了 (2) 。(2)A扩大主存的存储容量 B提高CPU 对主存的访问效率C既扩大主存容量又提高存取速度 D提高外存储器的速度试题解析:Cache 是不具有扩大主存容量功能的,更不可能提高外存的访问速度。但Cache 的访问速度是在CPU 和内存之间,可以提高CPU 对内存的访问效率。答案:B 计算机在进行浮点数的相加(减)运算之
5、前先进行对阶操作,若x 的阶码大于y 的阶码,则应将 (2) 。(2)Ax 的阶码缩小至与y 的阶码相同,且使x 的尾数部分进行算术左移。Bx 的阶码缩小至与y 的阶码相同,且使x 的尾数部分进行算术右移。Cy 的阶码扩大至与x 的阶码相同,且使y 的尾数部分进行算术左移。Dy 的阶码扩大至与x 的阶码相同,且使y 的尾数部分进行算术右移。试题解析:为了减少误差(保持精度),要将阶码值小的数的尾数右移。答案:D 在CPU 中, (3) 可用于传送和暂存用户数据,为ALU 执行算术逻辑运算提供工作区。(3)A程序计数器 B累加寄存器 C程序状态寄存器 D地址寄存器试题解析:为了保证程序(在操作系
6、统中理解为进程)能够连续地执行下去,CPU 必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器(PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。当执行指令时,CPU将自动修改PC 的内容,即每执行一条指令PC 增加一个量,这个量等于指令所含的字节数,以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。状态寄存器:用来标识协处理器中指令执行情况的,它相当于CPU 中的标志位寄存器。累加寄存器:主要用来保存操作数和运算结果等信息,从而节省读取操作数所需占用总线和访问
7、存储器的时间。地址寄存器:可作为存储器指针。答案:B 关于在I/O 设备与主机间交换数据的叙述, (4) 是错误的。(4)A中断方式下,CPU 需要执行程序来实现数据传送任务。B中断方式和DMA 方式下,CPU 与I/O 设备都可同步工作。C中断方式和DMA 方式中,快速I/O 设备更适合采用中断方式传递数据。D若同时接到DMA 请求和中断请求,CPU 优先响应DMA 请求。试题解析:快速 I/O 设备处理的数据量比较大,更适合采用DMA 方式传递数据。答案:C Cache 用于存放主存数据的部分拷贝,主存单元地址与Cache 单元地址之间的转换方式由 (5) 完成。(5)A硬件 B软件 C用
8、户 D程序员试题解析:当然是硬件啦。答案:A (1) 是指按内容访问的存储器。(1)A虚拟存储器 B相联存储器C高速缓存(Cache) D随机访问存储器试题解析:相联存储器(associative memory)也称为按内容访问存储器(content addressedmemory),是一种不根据地址而是根据存储内容来进行存取的存储器。参考答案:B 处理机主要由处理器、存储器和总线组成。总线包括 (2) 。(2)A数据总线、地址总线、控制总线 B并行总线、串行总线、逻辑总线C单工总线、双工总线、外部总线 D逻辑总线、物理总线、内部总线 计算机中常采用原码、反码、补码和移码表示数据,其中,0 编
9、码相同的是 (3) 。(3)A原码和补码 B反码和补码 C补码和移码 D原码和移码参考答案:C指令系统(指令、寻址方式、CSIC、RISC)n 指令告诉计算机从事某一特殊运算的代码 数据传送指令、算术运算指令、位运算指令、程序流程控制指令、串操作指令、处理器控制指令。指令周期是执行一条指令所需要的时间,一般由若干个机器周期组成,是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。 指令不同,所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器后,立即译码执行,不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令,例如转移指
10、令、乘法指令,则需要两个或者两个以上的机器周期。 从指令的执行速度看,单字节和双字节指令一般为单机器周期和双机器周期,三字节指令都是双机器周期,只有乘、除指令占用4个机器周期。在编程时要注意选用具有同样功能而机器指令步骤的并行。指令流水线:将指令流的处理过程划分为取指、译码、计算操作数地址、取操作数、执行指令、写操作数等几个并行处理的过程段。这就是指令6级流水时序。在这个流水线中,处理器有六个操作部件,同时对这六条指令进行加工,加快了程序的执行速度。目前,几乎所有的高性能计算机都采用了指令流水线。周期数少的指令。例如:一个指令分为三个步骤,取指4T,分析3T,执行5T。则指令周期为5T【取时间
11、值最长的】,串行运行100条指令的时间是100*(4+3+5)T=1200T,并行执行100条指令的时间是99*5T+(4+3+5)T=507T 考试要点:指令周期运算时常考的重点n 寻址方式寻址方式就是寻找操作数或操作数地址的方式。8086提供了与操作数有关和与I/O端口地址有关的两类寻址方式。与操作数有关的寻址方式有七种,分别是立即寻址,寄存器寻址,直接寻址,寄存器间接寻址,寄存器相对寻址,基址加变址寻址,相对基址加变址寻址;与I/0端口有关的寻址方式有直接端口寻址和间接端口寻址方式。考试要点:前些年经常考,主要是寄存器寻址n CISC复杂指令集和RISC精简指令集RISC 具有简单高效的
12、特色。对不常用的功能,常通过组合指令来完成。RISC 机器更适合于专用机;而CISC 机器则更适合于通用机。 考试要点:考察CSIC和RISC的差异n 历年试题及分析 某指令流水线由5 段组成,第1、3、5 段所需时间为t,第2、4 段所需时间分别为3t、2t,那么连续输入n 条指令时的吞吐率(单位时间内执行的指令个数)TP 为 (4) 。试题解析:TP=指令总数执行这些指令所需要的总时间。执行这些指令所需要的总时间=(t+3t+t+2t+t)+3(n-1)t参考答案:B 现有四级指令流水线,分别完成取指、取作的时间依次为数、运算、传送结果四步操作。若完成上述操9ns、10ns、6ns、8ns
13、。则流水线的操作周期应设计为 (2) ns。(2)A6 B8 C9 D10试题解析:取最大的那个微指令时间作为流水线操作周期。答案:D 若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步。已知取指时间t 取指=4t,分析时间t 分析=3t,执行时间t 执行=5t。如果按串行方式执行完100 条指令需要 (2) t。如果按照流水方式执行,执行完100 条指令需要 (3) t。(2)A1190 B1195 C1200 D1205(3)A504 B507 C508 D510试题解析:串行执行时,总执行时间=100(t 取指 + t 分析 + t 执行)=10012t=1200t。流水执行的情况可以参看下图
14、:连续两条指令的执行时间差为t 执行 = 5t,因此100 条指令的总执行时间=(t 取指 + t 分析 + t 执行)+99t 执行= 507t。答案:(2)C (3)B 若内存地址区间为4000H43FFH,每个存储单位可存储16 位二进制数,该内存区域由4 片存储器芯片构成,则构成该内存所用的存储器芯片的容量是 (4) 。(4)A51216bit B2568bit C25616bit D10248bit试题解析:总存储单位=(43FFH - 4000H + 1H)= 400H = 1024 (H 代表16 进制)每个存储器芯片的容量为:1024 16 / 4 = 4096。由于每个存储单
15、位可存储16 位二进制数,所以可以采用25616bit 或者5128bit 的芯片。最好是前者,这样系统控制比较简单。答案:C 下面的描述中, (3) 不是RISC 设计应遵循的设计原则。(3)A指令条数应少一些B寻址方式尽可能少C采用变长指令,功能复杂的指令长度长而简单指令长度短D设计尽可能多的通用寄存器试题解析:CISC 的特点是多采用变长指令,而RISC 刚好相反。答案:C 若内存按字节编址,用存储容量为32K X 8 比特的存储器芯片构成地址编号A0000H 至DFFFFH 的内存空间,则至少需要 (1) 片。(1)A4 B6 C8 D10试题解析:DFFFFHA0000H=3FFFF
16、H 218,32K=215,则至少需要芯片为218 /215=8。答案:C 高速缓存Cache 与主存间采用全相联的地址影像方式,高速缓存的容量为4MB,分为4 块,每块1MB,主存容量为256MB,若主存读写时间为30ns,高速缓存的读写时间为3ns,平均读写时间为3.27ns,则该高速缓存的命中率为 (1) %。若地址更换表如下所示,则主存地址为H 时,高速缓存地址为 (2) H。地址更换表038H188H259H367H(1)A90 B95 C97 D99(2)A B C D试题解析:设该高速缓存的命中率为 x,则3x30(1x)=3.27,解得x=99%。主存容量为256MB,每块1M
17、B,则主存可以分为256/1=256=28 块,即块号为8 位,则主存地址的高8 位是88H,对应地址更换表,高速缓存地址为H。答案:(1)D (2)D多处理器(耦合系统、阵列处理机、双机系统、同步)n SMP对称多处理(Symmetrical Multi-Processing)又叫SMP,是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。相当于任何任务都平均分配到每个CPU执行,对于单一任务计算较为有利非对称多处理器每个处理器处理不同的任务,如整数运算由特定处理器处理,浮点元素按由专用处理器处理,分工明确,适合于多种任务计算【考试要点】:对称和SMP的简
18、单区别n 计算机体系结构分类SISD单指令流单数据流SIMD单指令流多数据流MISD多指令流单数据流MIMD多指令流多数据流此处考试一般都比较简单,只要记住S单I指令M多D数据即可n 耦合系统紧耦合系统:通过共享主存来实现处理机间通信,处理机相互间关系紧密松耦合系统:通过消息传递方式实现处理机间的相互通信,每个处理机是有一个独立性较强的计算模块组成n 双机系统双机主从模式:一台为工作机,另外一台为备份机,正常状态工作机工作,备份机监视工作机状态,工作机故障,备份机接替工作,工作机正常后,人工或者自动的方式切换到工作机工作模式双机互备模式:都为工作机负载,互相监视状态存储器存储介质n 存储分类根
19、据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。 为了解决对存储器要求容量大,速度快,成本低三者之间的矛盾,目前通常采用多级存储器体系结构,即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。名称简称用途特点高速缓冲存储器 Cache 高速存取指令和数据 存取速度快,但存储容量小主存储器 内存 存放计算机运行期间的大量程序和数据 存取速度较快,存储容量不大外存储器 外存 存放系统程序和大型数据文件及数据库 存储容量大,位成本低 高速缓存是为了解决高速设备和低速设备相连,提高访问速度按照存取方式分类,可分为RAM(随机存储器,断电数据丢失,如内存)、ROM(只读
20、存储器,有一特例xPROM是可擦写只读)、SAM(串行访问存储器,如磁带)【考试要点】:暂无n 存储容量1B(Byte、字节)=8bit(位)1KB=210字节=1024字节1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GBPB EB ZB YB NB DB是后面的单位,知道就行n 高速缓存地址映像直接看题就行,不在此赘述例如,计算机中有一级、二级缓存,假设算法命中率为80%,CPU从外存调取数据的几率是(1-80%)(1-80%)=4%n 磁盘阵列存储器RAID0级别:无容错能力,效率为单磁盘的N倍,利用率100%RAID1级别:有容错能力,效率无提高,利用率50%RAID5级别:
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