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发表于 2024-2-29 18:02
复习内容a) 掌握冯∙诺依曼计算机的核心思想，（存储程序和程序控制）;五大功能部件的构成 及各自作用；（控制器/运算器/存储器/输入输出设备） b) 了解计算机系统的层次结构及各层级之间的关系；（机器语言（计算机唯一认识的 语言）、汇编语言、高级语言）c) 掌握计算机性能指标和评价，（时钟周期、CPI、IPC、CPU 时间、MIPS 和 MFLOPS 的概念及计算） 1.2 计算机系统的组成计算机系统=硬件系统+软件系统关系：相关依存，逻辑等效，协同发展计算机（硬件）由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大基本不见组成冯∙诺依曼结构体系工作原理：- 存储程序：将程序和运行程序所需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中
- 程序控制： 按控制器逐条取出存储器中的指令并按顺序执行，控制各功能部件进行相应的操作，完成数据的加工处理
 特点计算机（指硬件）应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成1.2.1计算机硬件系统存储器：存放程序和数据，按地址访问运算器：执行算术运算和逻辑运算控制器：根据指令的操作码，指令执行过程中的条件状态，时序系统等三方的因素来产生指令执行过程中所需要的控制信号，控制执行执行输入设备：将信息输入到计算机的外部设备，如键盘，鼠标输出设备：输出计算机出结果的外部设备，如显示器，打印机1.3计算机系统的层次结构 1.4计算机的性能指标和评价非时间指标
- 由运算器，寄存器的位数决定
- 一般与内部寄存器的位数相等
- 字长决定数据表示范围与精度
- 目前常见的有32位和64位字长
- 运算器与存储器之间的数据总线位数
- 有些计算机内部与外部数据总线宽度不一致
- 8086，80286，80386内外数据总线等宽
- 8088，80386SX外部总线宽度8位内部总线宽度16位
- Pentium外总线64位，内总线32位（两条32位流水线）
- 1024个字节称为1KB（210 =1K)
- 主存容量=存储单元个数X存储字长
- 存储单元个数 存储字长 容量
- 210 8（bit） 1K X8位
- 216 32（bit） 64K X 32位
- 1KB=1024B=210B
- 1MB=1024KB=220B
- 1GB=1024MB=230B
- 1TB=1024GB=240B
时间指标
- 指CPU内核工作的时钟频率，即CPU内数字脉冲信号振荡的速率
- 也称节拍周期，是计算机中最基本的，最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作
- 互为倒数，f越高，T越小
- f=100MHz，则T=10ns
- f=1GHz，则T=1ns
- CPI：执行一条指令需要的时钟周期数（即T周期的个数）
- CPI=程序中所有指令的时钟周期数之和/程序指令总数=Σ（程序中各类指令的CPI×程序中该指令的比例）
例题：某计算机指令系统中各类指令所占比例及CPI如下表所示，求程序的CPI。 解：1×60%+2×18%+4×12%+8×10%
- IPC：每个时钟周期CPU能够执行的指令条数（CPI的倒数）
- MIPS：每秒执行多少百万条指令
- MIPS=指令总条数/CPU时间×106=指令总条数/（所有指令CPU时钟周期书数之和×T）×106=f/CPI×106
- MFLOPS=（\frac{浮点操作次数}{执行时间×10的6次}）
例题：: 某计算机主频为1GHZ，在其上运行的目标代码包含2x105条指令，分4类，各类指令所占比例和各自CPI如下表所示，求程序的MIPS。| 指令类型 | CPI | 指令比例 | | 算术和逻辑 | 1 | 60% | | Load/Store | 2 | 18% | | 转移 | 4 | 12% | | Cache缺失访存 | 8 | 10% |
解： [url=]  [/url]
- （CPU时间+I/O时间+存储访问时间+各类排队时延等）
- CPU时间（TCPU）=程序中所有指令的时钟周期数之和×T=程序中所有指令的时钟周期书之和/f
- 考虑CPI后的CPU时间：
- CPU时间=总指令数×（\sum_{i=0}^n）（CPIi×（\frac{CPIi}{总指令数}））×时钟周期
- Tcpu=总指令数×CPI×T
- Tcpu=（\frac{总指令数}{MIPS×10的6次}）
- MIPS=（\frac{总指令数}{Tcpu×10的6次}）
例题：某计算机主频为1GHZ，在其上运行的目标代码包含2×105条指令，分4类，各类指令所占比例和各自CPI如下表所示，求该段程序的CPU时间。| 指令类型 | CPI | 指令比例 | | 算术和逻辑 | 1 | 60% | | Load/Store | 2 | 18% | | 转移 | 4 | 12% | | Cache缺失访存 | 8 | 10% |
  本章习题1) [2018]冯▪诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示，其主要原因是__D___。I． 二进制运算规则简单II．制造两个稳态的物理器件较为容易III. 便于逻辑门电路实现算术运算A．仅I、II B．仅I、III C．仅II、III D．I、II、2) [2019]下列关于冯▪诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是__C___。A. 程序的功能都通过中央处理器执行指令实现B. 指令和数据都用二进制表示，形式上无差别C. 指令按地址访问，数据都在指令中直接给出D. 程序执行前，指令和数据需预先存放在存储器中3) [2016]把高级语言源程序转换为机器级目标代码文件的程序称为__C___。A. 汇编程序 B．链接程序 C．编译程序 D．解释程序4) [2015]计算机硬件能够直接执行的是___A___。 I．机器语言程序 II．汇编语言程序 III．硬件描述语言程序 A. 仅I B．仅I、II C．仅I、III D．I、II、III5) [2011]下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是___D__。A. MIPS B．CPI C．IPC D．MFLOPS6) [2010]下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是___D__。I．提高CPU时钟频率 II．优化数据通过结构 III．对程序进行编译优化A. 仅I和II B．仅I和III C．仅II和III D．I、II、III7) [2013]某计算机主频为1.2GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。 该机的MIPS数是__C___。A．100 B．200 C．400 D．600 8) [2012]假定基准程序 A 在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为 CPU时间，其余为I/O时间。若 CPU 速度提高 50%，I/O 速度不变，则运行基准程序 A 所耗费的时间是___D__。A. 55 秒 B．60 秒 C．65 秒 D．70 秒9) [2014]程序P在机器M上的执行时间是20秒，编译优化后，P执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是__D_。A．8.4秒 B．11.7秒 C．14.0秒 D．16.8秒10) [2017]假定计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构（ISA），主频分别为1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2上运行某基准程序P，平均CPI分别为2和1，则程序P在M1和M2上运行时间的比值是__C__。 A．0.4 B．0.625 C．1.6 D．2.5章节作业1.冯•诺依曼结构的核心思想是(A)A. 存储程序控制B. 二进制运算C. 有存储信息的功能D. 运算速度快2.中央处理器CPU是指(B)A. 运算器B. 运算器和控制器C. 运算器和存储器D. 控制器3.描述浮点数操作速度的指标是(C)A. CPIB. IPCC. MFLOPSD. MIPS4. 微型计算机的发展以（A）技术为标志A. 微处理器B. 软件C. 操作系统D. 磁盘5. 冯·诺伊曼计算机工作方式的基本特点是(B)A. 堆栈操作B. 按地址访问并顺序执行指令C. 多指令流单数据流D. 存储器按内部选择地址6. 完整的计算机系统应包括（C）A. 主机和实用程序B. 外部设备和主机C. 配套的硬件设备和软件系统D. 运算器、存储器、控制器7. 计算机中有关ALU的描述,正确的是（D）A. 只做算术运算,不做逻辑运算B. 只做加法C. 能存放运算结果D. 以上答案都不对8. 通常划分计算机发展时代是以(A)为标准的A. 所用电子器件B. 所有语言C. 运算速度D. 计算机结构9.关于CPU主频、CPI、MIPS、MFLOPS,说法正确的是(B)A. CPI是执行一条指令平均使用CPU时钟的个数, MIPS描述一条CPU指令平均使用的CPU时钟数B. CPU主频指CPU使用的时钟脉冲频率, CPI是执行一条指令平均使用的CPU时钟数C. MIPS是描述CPU执行指令的频率, MFLOPS是计算机系统的浮点数指令D. CPU主频是指CPU系统执行指令的频率,CPI是执行一条指令平均使用的频率10. 计算机硬件能直接执行的只有(C)A. 汇编语言B. 机器语言和汇编语言C. 机器语言D. 符号语言11. 对计算机的软硬件资源进行管理,是（D）的功能A. 数据库管理系统B. 用户程序C. 语言处理程序D. 操作系统12. 计算机操作的最小单位时间是(B)A. CPU周期B. 时钟周期C. 指令周期D. 中断周期13. 计算机的外围设备是指（A）A. 除了CPU和内存以外的其他设备B. 远程通信设备C. 外存储器D. 输入输出设备14. 按照冯诺依曼结构组成计算机,主机的构成是(D)A. 控制器和外设B. 运算器和控制器C. 运算器和内存储器D. CPU和内存储器15. 只有当源程序执行时,某个程序才会将源程序翻译成机器语言,而且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句,完成上述任务的程序称为（C）A. 目标程序B. 编译程序C. 解释程序D. 汇编程序16. 目前所说的个人计算机属于（C）A. 小型机B. 中型机C. 微型机D. 巨型机17. 电子计算机技术在70多年中虽有很大的进步,但至今其运行仍遵循着一位科学家提出的基本原理。这位科学家是（A）A. 冯•诺依曼B. 牛顿C. 爱迪生D. 爱因斯坦18. 基准程序A在某计算机上的运行时间100秒,其中90秒为CPU时间,其余时间忽略不计,若CPU速度提高50%,I/O速度不变,则运行基准程序A所耗时间为(C )A. 55B. 60C. 70D. 6519.某计算机的主频为1.2G,其指令分为4类,他们在基准程序中所占比例及CPI如表所示指令类型 所占比例 CPI 指令类型 所占比例 CPIA 50% 2 C 10% 4B 20% 3 D 20% 5该机的MIPS数是__D__。A. 600B. 200C. 100D. 40020. 运算器由许多部件组成,其核心部分是_ALU___。21. 某程序在两台计算机上的性能测量结果为:测量内容 计算机A 计算机B指令数 100亿次 80亿次时钟频率 4GHz 4GHzCPI 1.0 1.1请问:计算机_A_的MIPS值更高,计算机__B_更快。22. 计算机各组成部件相互连接方式,从早期的以 _运算器_中心,发展到现在的以 _存储器_为中心。 23. 计算机硬件系统主要包括5大部分, 分别是:运算器、控制器、存储器、输出设备、输入设备24. 存储程序的基本含义是将编制好的程序和原始数据事先存入主存储器中。AA. 对B. 错25. 存储程序概念包括存储程序和程序控制两个基本概念。AA. 对B. 错26. (简答题, 10分)冯·诺依曼计算机的特点是什么?(1)计算机硬件是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。(2)计算机内部采用二进制来表示指令和数据。(3)将编好的程序和数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。27. (简答题, 10分)计算机的硬件由哪些部件组成?他们各有哪些功能 ？运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件。输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中,并且将它们转换成计算机内部能识别和接受的信息方式。输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。存储器:存放程序和数据。运算器:对数据进行计算。控制器:按照人们预先确定的操作步骤,控制计算机的各部件有条不紊地自动工作. CPI1＝3.25 MIPS1＝185 CPI2＝2.65 MIPS2＝302 |
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发表于 2024-2-29 19:00
