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计算机理论考试 帮忙做下 我懒得做谢谢

归档日期:07-03       文本归类:多处理机系统      文章编辑:爱尚语录

  34、计算机的核心是CPU,CPU分为运算器和控制器,运算器的英文为ALU

  展开我来答可选中1个或多个下面的关键词,搜索相关资料。也可直接点“搜索资料”搜索整个问题。

  展开全部1.计算机系统的组成各种分类及其特点硬件由CPU(运算器、控制器)、存储器、外部设备(输入、输出设备)五大部件组成。

  CPU包括运算器和控制器,是硬件系统的核心,用于数据的加工处理,完成各种算数、逻辑运算及控制功能。

  外部设备的输入设备用于输入原始数据及各种命令,输出设备用于输出运行结果。

  3、计算机硬件典型结构:单总线结构、双总线结构、采用通道的大型系统结构 。

  单总线结构(一般用在微机和小型机中):用一组系统总线将计算机系统各部件连接起来,各部件间通过总线交换信息。

  优点:易于扩充新的I/O设备,各I/O设备的寄存器和主存储器的存储单元可统一编址,使CPU访问I/O设备更灵活方便;

  缺点:同一时刻只能允许挂在总线上的一对设备间互传信息(即分时使用总线),这限制了信息传送的吞吐量。

  以存储中心的双总线结构:主存可通过存储总线与CPU交换信息,也可通过系统总线与I/O设备交换信息

  一台主机连接多个通道,一个通道可连接一台或多台I/O控制器,一个I/O控制器可连接一台或多台I/O设备。系统具有较大的扩展余地。

  系统软件:操作系统、编辑程序、各种语言处理程序、数据库系统、连接调试程序

  计算机能执行的基本操作叫做指令,指令由操作码(指明操作类型)和地址码(指明操作数和运算结果存放地址)两部分组成。

  运算器是对数据进行加工和处理的部件,主要完成算数和逻辑运算,完成对数据的加工处理。

  由:算术逻辑运算单元(ALU)、累加器(ACC)、寄存器组、多路转换器、数据总线等逻辑部件组成。

  控制器主要功能是从内存中取出指令,并指出下一条指令在内存中的位置,将取出的指令经指令寄存器送往指令译码,经对指令分析发出相应的控制和定时信息,控制和协调计算机运行,完成指令规定的操作。

  由:程序计器、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、状态条件寄存器、时序产生器、微操作信号发生器组成。

  7、指令的执行过程:取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址

  8、CPU的基本功能:程序控制(重要职能)、操作控制、时间控制、数据处理(根本任务)

  11、存储器的三层结构:高速缓存(cache)、主存储器(MM)、辅助存储器(外存储器)

  按材料分:磁存储器、半导体存储器(按所用元件分:双极型和MOS型;根据数据是否需要刷新分:静态和动态)、光存储器

  按工作方式分:读写存储器、只读存储器(根据数据的写入方式:固定只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可擦除可编程只读存储器EPROM、电擦除的可编程只读存储器EEPROM、闪速存储器)

  按寻址方式分:随机存储器RAM、顺序存储器SAM(磁带)、直接存储器DAM(磁盘是一种直接存取存储器,它对磁道的寻址是随机的,而在一个磁道内则是顺序寻址)

  12、相连存储器是一种按内容访问的存储器,工作原理是把数据或数据的某一部分作为关键字,将该关键字与存储器中的每一个单元进行比较,找出存储器中所有与关键字相同的数据。(可用在高速缓存中;在虚拟存储器中用来作段表、页表或快速存储器;用在数据库和知识库中)

  13、高速缓存:是用来存放当前最活跃的程序和数据的,作为主存局部域的副本。

  特点:容量在几KB到几MB之间;由快速半导体存储器构成,速度一般比主存快5-10倍;内容是主存局部域的副本,对程序员透明。

  组成:控制部分(判断CPU要访问的信息是否在cache中,若在即为命中,命中时直接对cache存储器寻址)、cache部分(存放主存的部分拷贝信息)

  14、虚拟存储器:是由主存、辅寸、存储管理单元及操作系统中存储管理软件组成的存储系统。

  优点段的界限分明,支持程序的模块化设计,易于对程序段的编译修改和保护,便于多道程序的共享

  缺点:因段的长度不一,主存利用率不高,产生大量内存碎片,段表庞大,查表速度

  段页虚拟存储器(是前二者的结合,在虚存中,程序按逻辑结构分段,每段再分成若干大小固定的页)

  特点:记录密度高,存储容量大,非接触式写信息,保存时间长,采用多通道记录时传输速率高,成本低,机械精度要求不高,存取时间长

  16、磁盘阵列:由台磁盘存储器组成的一个快速大容量高可靠的外存子系统,常见的称为廉价冗余磁盘阵列(RAID)

  内存与接口地址独立的编址方法(隔离的编址方法):内存地址与接口地址是完全独立且相互隔离的两个地址空间

  内存与接口地址统一的编址方法(混合的编址方法):内存地址和借口地址统一在一个公共的地址空间里,即内存和接口共用这些地址

  优点:原则上用于内存的指令全都可用于接口,指令上不再区分用于内存或用于接口,增强了接口操作功能

  缺点:整个地址空间被分为两部分,常会导致内存地址不连续;内存指令和接口指令相同,读程序是需根据参数定义表仔细辨认

  19、直接程序控制:在完成外设数据的输入输出中,整个输入输出过程是在CPU执行程序的控制下完成的

  方式有:无条件传送:外设总是准备好的,可无条件随时接收CPU发来的输出数据,也能无条件的随时向CPU提供需要输入的数据

  程序查询方式:CPU通过执行程序查询外设状态,根据外设状态CPU有针对性地为外设提供输入输出服务

  20、中断方式(为克服程序控制I/O的缺陷而将中断机制引入到I/O传输过程中)

  中断方式完成数据的输入输出:当I/O系统与外设交换数据时,CPU无需等待和查询I/O状态即可处理其它任务,当I/O完成数据传输后则以中断信号通知CPU,CP保存正在执行程序的现场,转入I/O中断服务程序,完成I/O数据交换后再返回原主程序继续执行。

  当CPU检测到一个中断请求信号后,即转入中断服务程序去轮询每个中断源以确定谁发出了中断请求,对各设备响应的优先级由软件设定

  所有的I/O模块共享一根共同的终端请求线,而中断确认信号则以链式在各模块间相连,CPU检测到中断请求信号后即发出中断确认信号,中断确认信号依次在各I/O模块间传递,直到发出请求的模块,该模块将它的ID送往数据线由CPU读取

  I/O设备发出中断请求前必须先获得总线控制权,可用总线仲裁制裁定谁可以发出中断请求信号,当CPU发出中断响应信号后,该设备即把自己的ID送往数据线

  不同优先级的多中断源同时发出中断请求时CPU应优先响应优先级最高的中断源

  (中断嵌套)CPU正在对某一中断源服务时,又有比其优先级更高的终端请求,CPU应能暂时中断正在执行的中断服务转去对优先级更高的中断服务,结束后再回到原有中断服务

  直接内存存取,指数据在内存与I/O设备间直接成块传送,CPU只需在开始和结束时处理,传送过程由DMA设备控制

  DMAC向CPU提出请求(其请求信号通常加到CPU的保持请求输入端HOLD上)

  CPU完成当前总线周期后立即对此请求作出响应。响应包括两方面:CPU送出有效的保持响应信号HLDA,加在DMAC上,告知请求得到响应;CPU将其输出的总线信号置为高阻,表示放弃对总线的控制权

  DMAC获得总线控制权,并向发出请求的设备送出DMAC响应信号,告知准备传送数据

  当DMAC将规定字节数传送完时,将HOLD信号变为无效撤销对CPU的请求,CPU检测到无效HOLD信号后知道DMAC传输结束,送出无效HLDA信号,重获系统总线、输入输出处理机IOP(用于大型机中)

  功能:是一个专用的处理机,接在主计算机上,根据主机的I/O命令完成外设数据的输入输出

  23、流水线技术:是将一个重的时序分解成若干个子过程,而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行

  重叠处理(将指令的执粗分为分析和执行两个过程):为提高工作速度,现在大多数计算机在不同程度上采取重叠处理

  流水处理(将指令的执行过程细分为取指令、指令译码、取操作数、执行四个过程)

  吞吐率:单位时间里流水线处理机流出的结果数。对指令而言就是单位时间内执行的指令数,若流水线子过程时长不同,则吞吐率为最长子过程的倒数

  大型机(mainframe)阶段:1946年美国ENIAC;经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模、超大规模集成电路(IBM360,370,09,4300,4900等)制作四个阶段

  客户/服务器(client/server)阶段:1964年美国航空公司建立的第一个联机订票系统

  我们知道,在计算机内部,所有的信息最终都表示为一个二进制的字符串。每一个二进制位(bit)有0和1两种状态,因此八个二进制位就可以组合出256种状态,这被称为一个字节(byte)。也就是说,一个字节一共可以用来表示256种不同的状态,每一个状态对应一个符号,就是256个符号,从0000000到11111111。

  上个世纪60年代,美国制定了一套字符编码,对英语字符与二进制位之间的关系,做了统一规定。这被称为ASCII码,一直沿用至今。

  ASCII码一共规定了128个字符的编码,比如空格“SPACE”是32(二进制00100000),大写的字母A是65(二进制01000001)。这128个符号(包括32个不能打印出来的控制符号),只占用了一个字节的后面7位,最前面的1位统一规定为0。

  英语用128个符号编码就够了,但是用来表示其他语言,128个符号是不够的。比如,在法语中,字母上方有注音符号,它就无法用ASCII码表示。于是,一些欧洲国家就决定,利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如,法语中的é的编码为130(二进制10000010)。这样一来,这些欧洲国家使用的编码体系,可以表示最多256个符号。

  但是,这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母,因此,哪怕它们都使用256个符号的编码方式,代表的字母却不一样。比如,130在法语编码中代表了é,在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (),在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样,所有这些编码方式中,0—127表示的符号是一样的,不一样的只是128—255的这一段。

  至于亚洲国家的文字,使用的符号就更多了,汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号,肯定是不够的,就必须使用多个字节表达一个符号。比如,简体中文常见的编码方式是GB2312,使用两个字节表示一个汉字,所以理论上最多可以表示256x256=65536个符号。

  中文编码的问题需要专文讨论,这篇笔记不涉及。这里只指出,虽然都是用多个字节表示一个符号,但是GB类的汉字编码与后文的Unicode和UTF-8是毫无关系的。

  正如上一节所说,世界上存在着多种编码方式,同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此,要想打开一个文本文件,就必须知道它的编码方式,否则用错误的编码方式解读,就会出现乱码。为什么电子邮件常常出现乱码?就是因为发信人和收信人使用的编码方式不一样。

  可以想象,如果有一种编码,将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码,那么乱码问题就会消失。这就是Unicode,就像它的名字都表示的,这是一种所有符号的编码。

  Unicode当然是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样,比如,U+0639表示阿拉伯字母Ain,U+0041表示英语的大写字母A,U+4E25表示汉字“严”。具体的符号对应表,可以查询或者专门的汉字对应表。

  需要注意的是,Unicode只是一个符号集,它只规定了符号的二进制代码,却没有规定这个二进制代码应该如何存储。

  比如,汉字“严”的unicode是十六进制数4E25,转换成二进制数足足有15位(),也就是说这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号,可能需要3个字节或者4个字节,甚至更多。

  这里就有两个严重的问题,第一个问题是,如何才能区别unicode和ascii?计算机怎么知道三个字节表示一个符号,而不是分别表示三个符号呢?第二个问题是,我们已经知道,英文字母只用一个字节表示就够了,如果unicode统一规定,每个符号用三个或四个字节表示,那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0,这对于存储来说是极大的浪费,文本文件的大小会因此大出二三倍,这是无法接受的。

  它们造成的结果是:1)出现了unicode的多种存储方式,也就是说有许多种不同的二制格式,可以用来表示unicode。2)unicode在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现。

  互联网的普及,强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8就是在互联网上使用最广的一种unicode的实现方式。其他实现方式还包括UTF-16和UTF-32,不过在互联网上基本不用。重复一遍,这里的关系是,UTF-8是Unicode的实现方式之一。

  UTF-8最大的一个特点,就是它一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号,根据不同的符号而变化字节长度。

  1)对于单字节的符号,字节的第一位设为0,后面7位为这个符号的unicode码。因此对于英语字母,UTF-8编码和ASCII码是相同的。

  2)对于n字节的符号(n1),第一个字节的前n位都设为1,第n+1位设0,后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的unicode码。

  已知“严”的unicode是4E25(),根据上表,可以发现4E25处在第三行的范围内(0000 0800-0000 FFFF),因此“严”的UTF-8编码需要三个字节,即格式是“1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx”。然后,从“严”的最后一个二进制位开始,依次从后向前填入格式中的x,多出的位补0。这样就得到了,“严”的UTF-8编码是“11100100 10111000 10100101”,转换成十六进制就是E4B8A5。

  通过上一节的例子,可以看到“严”的Unicode码是4E25,UTF-8编码是E4B8A5,两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。

  在Windows平台下,有一个最简单的转化方法,就是使用内置的记事本小程序Notepad.exe。打开文件后,点击“文件”菜单中的“另存为”命令,会跳出一个对话框,在最底部有一个“编码”的下拉条。

  1)ANSI是默认的编码方式。对于英文文件是ASCII编码,对于简体中文文件是GB2312编码(只针对Windows简体中文版,如果是繁体中文版会采用Big5码)。

  2)Unicode编码指的是UCS-2编码方式,即直接用两个字节存入字符的Unicode码。这个选项的little endian格式。

  上一节已经提到,Unicode码可以采用UCS-2格式直接存储。以汉字”严“为例,Unicode码是4E25,需要用两个字节存储,一个字节是4E,另一个字节是25。存储的时候,4E在前,25在后,就是Big endian方式;25在前,4E在后,就是Little endian方式。

  这两个古怪的名称来自英国作家斯威夫特的《格列佛游记》。在该书中,小人国里爆发了内战,战争起因是人们争论,吃鸡蛋时究竟是从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开。为了这件事情,前后爆发了六次战争,一个皇帝送了命,另一个皇帝丢了王位。

  因此,第一个字节在前,就是”大头方式“(Big endian),第二个字节在前就是”小头方式“(Little endian)。

  那么很自然的,就会出现一个问题:计算机怎么知道某一个文件到底采用哪一种方式编码?

  Unicode规范中定义,每一个文件的最前面分别加入一个表示编码顺序的字符,这个字符的名字叫做”零宽度非换行空格“(ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE),用FEFF表示。这正好是两个字节,而且FF比FE大1。

  如果一个文本文件的头两个字节是FE FF,就表示该文件采用大头方式;如果头两个字节是FF FE,就表示该文件采用小头方式。

  然后,用文本编辑软件UltraEdit中的”十六进制功能“,观察该文件的内部编码方式。

  1)ANSI:文件的编码就是两个字节“D1 CF”,这正是“严”的GB2312编码,这也暗示GB2312是采用大头方式存储的。

  4)UTF-8:编码是六个字节“EF BB BF E4 B8 A5”,前三个字节“EF BB BF”表示这是UTF-8编码,后三个“E4B8A5”就是“严”的具体编码,它的存储顺序与编码顺序是一致的。

  4、总线)、总线的作用:将计算机的各个部件连接在一起,使各个部件之间方便地进行信息交换。

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