文章目录计算机系统基础41-60 知识点整理。定点表示与浮点表示的基本概念和区别。定点表示法中小数点的位置是预先约定好的固定位置它只是人为规定在某一位的左边或右边并不需要实际占用一个存储位因此定点数常分为定点整数和定点小数两类A 的说法正确浮点表示法则把一个数写成“尾数 × 基数的阶码次方”的形式用阶码和尾数来表示数C 也正确在总位数相同的条件下浮点表示由于引入了阶码通常能表示更大的数值范围所以 D 也正确。错误的是B因为在定点表示中占用存储位的是数值本身和符号等信息小数点本身并不存储只是默认位置固定而已。存储器的访问方式分类。根据题目给出的答案解析存储系统中的存储器若按“访问方式”来看可以分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器两大类前者是通过地址来定位和读取信息后者则是根据存储内容进行匹配访问。题目说“不属于按寻址方式划分的一类存储器”这里的关键就是理解“寻址方式”强调的是按地址来访问而相联存储器是按照存储内容来查找和访问的属于按内容访问不属于按地址寻址方式划分的那一类存储器。因此结合题目和解析可知本题的核心知识点是要区分按地址访问与按内容访问两种不同的存储器访问思想所以正确答案是C相联存储器。几种 I/O 数据传输方式中 CPU 参与程度的区别。在程序查询方式下CPU 要不断轮询设备状态几乎全程参与在中断方式下CPU 虽然不必一直等待但每次数据准备好后仍需响应中断并参与传送而DMA直接存储器存取方式的特点是CPU 只在传送开始前进行初始化设置在传送结束后进行结果处理或响应完成信号数据块在传送过程中由 DMA 控制器直接在 I/O 设备和主存之间完成CPU 无须干预具体传送过程。题干中的关键信息“CPU 只需在开始和结束时作少量处理而无需干预数据传送过程”正是 DMA 的典型特征因此正确答案是D直接存储器存取。Cache 写策略中 write through直写法的特点。为了保证 Cache 和主存Memory中的数据一致常见有三种写策略write through、post write和write back。其中write through的核心思想是CPU 每次把数据写入 Cache 时同时也把同样的数据立即写入主存这样 Cache 与主存始终保持一致实现简单、数据可靠但写操作速度会受到主存速度影响而post write是先写入 Cache再把要写主存的数据暂存到写缓冲器中由系统稍后写入主存write back则是先只修改 Cache并给该块加上“已修改”标志等这个 Cache 块被替换时再写回主存。因此题目中属于write through特点的是ACPU 向 Cache 写入数据时同时向 Memory 复制一份。总线带宽的计算方法。总线带宽表示单位时间内总线能够传送的数据量计算公式通常是总线带宽 总线工作频率 × 每个时钟周期传送的数据量。题中系统总线工作频率为133 MHz表示每秒可进行133×10⁶次传输总线位宽为32 位也就是每次可并行传送32 bit 4 Byte数据因此总线带宽为133 × 4 532 MB/s。所以这道题蕴含的核心知识点是先把位宽换算成字节数再乘以工作频率本题答案为D532MB更准确地说应理解为532MB/s。同一个二进制机器码在原码、补码和反码表示下数值含义不同这一知识点。对于 5 位定点整数机器码11111若按原码理解最高位是符号位1表示负数其余 4 位1111表示数值 15所以是-15若按补码理解5 位补码11111表示-1若按反码理解11111是00000的按位取反形式因此表示-0。这道题的关键在于原码看“符号位数值位”补码按补码权值求值反码要注意存在“0 和 -0”两种零所以答案是B-15-1-0。Cache 与主存地址映像的实现方式。在程序执行过程中主存中的数据块装入 Cache 的哪一行、访问时怎样判断命中、未命中后如何替换这些操作都要求速度非常快而且对程序员应尽量透明因此并不是由程序员手工调度也不是由操作系统逐次管理而是由硬件自动完成的。也就是说Cache 控制器会按照直接映像、组相联或全相联等规则自动完成 Cache 与主存之间的地址对应和数据调入。题目蕴含的核心知识点就是Cache 是硬件级高速缓冲其地址映像和命中管理主要依靠硬件自动实现所以正确答案是A。指令寄存器IR的位数与什么因素相关。指令寄存器的作用是保存当前取出的那一条指令供 CPU 后续进行译码和执行因此它必须能够完整容纳一条机器指令所以它的位数应当由指令字长决定。题目中的其他选项里存储器容量影响的是能存多少信息地址总线宽度决定可寻址范围数据总线宽度决定一次并行传送的数据位数它们都不是决定 IR 容量的直接因素。题目蕴含的核心知识点就是IR 是“装指令”的寄存器一条指令有多少位IR 就至少要有多少位所以正确答案是B指令字长。非均衡流水线吞吐率的计算方法。流水线虽然分成了 4 段但各段耗时分别为Δt、2Δt、3Δt、Δt由于流水线必须按统一节拍工作所以节拍由最慢的一段决定这里就是3Δt。对连续输入的 8 条指令来说第 1 条指令通过整个流水线所需时间是各段时间之和即Δt 2Δt 3Δt Δt 7Δt从第 2 条开始每增加 1 条指令只需再增加一个流水线节拍3Δt。因此完成 8 条指令的总时间为7Δt (8-1)×3Δt 28Δt所以吞吐率 完成的任务数 / 总时间 8 / 28Δt。这道题的关键知识点就是非均衡流水线的节拍取决于最慢阶段总时间 第一条通过时间 其余指令数 × 流水节拍因此答案是C。运算器各组成部件的功能分工以及其中的核心部件。运算器中通常包含算术逻辑运算单元ALU、累加器、状态寄存器以及数据通路等部分其中真正负责完成加、减、与、或、比较、移位等算术和逻辑操作的是ALU它决定了运算器最基本、最核心的处理能力累加器主要用于暂存操作数和中间结果状态寄存器用于保存运算结果的标志位数据总线则负责数据传送它们都重要但不是“完成运算”这一功能的核心。因此题目蕴含的关键知识点是运算器的核心在于执行算术逻辑运算的部件所以正确答案是C算术逻辑运算单元。不同类型通道与外设特性的对应关系。通道按信息交换方式可分为字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道其中字节多路通道适合连接多台低速、字符型设备因为它按字节交叉方式工作能让多个慢速设备共享通道数据选择通道更适合一次独占通道、成块传送数据的高速设备数组多路通道则适合连接多台高速外设并并行提高利用率。图中(1)下方连接的是多台终端终端属于典型的低速字符设备因此最适合采用字节多路通道。这道题的关键知识点就是“终端/键盘/打印机等低速字符设备对应字节多路通道磁带磁盘等成块高速设备对应后两类通道”所以答案是A。直接映射 Cache 中主存地址的划分与定位方法。已知 Cache 容量为16KB、块大小为16B所以 Cache 的块数为16KB ÷ 16B 1024 2^10说明块索引行号需要 10 位又因为块大小为16B 2^4所以块内地址需要 4 位。在 32 位主存地址中采用直接映射时地址要划分为Tag Index Offset其中Offset 为 4 位Index 为 10 位。把主存地址1234E8F8H写成二进制是00010010001101001110100011111000取最后4 位得块内地址1000再往前取10 位得 Cache 行号1010001111因此装入 Cache 的地址就是Index Offset 10100011111000写成题目选项的分组形式就是1010 0011 1110 00所以正确答案是C。分级存储体系建立的根本原因。在计算机中速度快的存储器如寄存器、Cache通常容量小、成本高而容量大的存储器如主存、外存通常速度慢、成本低三者之间难以同时兼顾因此计算机采用分级存储结构把不同速度、容量和成本特性的存储器组合起来利用程序访问的局部性原理在整体上尽量做到“既快、又大、还相对便宜”。所以分级存储体系主要是为了解决存储容量、成本和速度之间的矛盾而不是单纯解决主存容量不足、外设访问效率或可靠性问题因此正确答案是D。CPU 内部各部件按功能的归属。CPU 通常由运算器和控制器两大部分组成其中算术逻辑单元ALU属于运算器专门负责完成算术运算和逻辑运算而加法器正是 ALU 中最基本、最典型的组成部件用来实现加法以及很多相关运算相对地程序计数器、指令寄存器和指令译码器主要都属于控制器系统用于保存指令地址、暂存当前指令和对指令进行译码控制不直接承担算术逻辑运算。因此这道题蕴含的核心知识点是凡是直接完成数值或逻辑运算的部件才属于 ALU所以正确答案是B加法器。按字节编址时存储容量的计算方法。由于题目说明内存是按字节编址所以每个地址对应1 个字节某一段地址空间的容量应按“末地址 − 首地址 1”来计算注意这里一定要1因为首末地址对应的存储单元都要算进去。题中地址范围是A5000H 到 DCFFFH所以容量为DCFFFH − A5000H 1 38000H字节换算成十进制是229376B再除以1024得224KB。这道题蕴含的关键知识点就是按字节编址时地址差值加 1 就是字节数再换算成 KB因此正确答案是D224KB。Cache 设置的根本目的。Cache 是位于CPU 和主存之间的高速缓冲存储器它的作用不是扩大主存容量也不是解决主存与外存或外设之间的问题而是利用程序访问的时间局部性和空间局部性把 CPU 近期最可能访问的数据和指令先放到一个速度更快的小容量存储器中从而减少 CPU 等待主存的时间。因此设置 Cache 主要是为了解决主存速度跟不上 CPU 速度的矛盾也就是题中的“主存与 CPU 速度不匹配”问题所以正确答案是C。I/O 数据传送方式中 CPU 参与程度的区别。在程序查询方式和中断方式下数据传送过程都需要 CPU 参与前者由 CPU 反复查询设备状态并完成传送后者虽然由设备发中断通知 CPU但真正的数据读写仍需要 CPU 处理而DMA直接存储器访问方式的特点是由DMA 控制器直接控制I/O 设备与主存之间的数据交换数据块传送时不经过 CPU 逐字干预CPU 只在开始前进行初始化、结束后进行收尾处理。因此题目中“I/O 设备与存储设备进行数据交换不经过 CPU 来完成”描述的正是DMA 方式所以正确答案是C。虚拟存储器的组成基础。所谓虚拟存储器并不是一种实际独立存在的新存储器而是把主存和辅存配合起来在软硬件共同作用下形成的一种“容量比主存大得多”的存储体系程序运行时当前需要的部分先放在主存中执行暂时不用的部分放在辅存中需要时再调入主存因此用户会感觉自己拥有一个很大的连续存储空间。寄存器、Cache 主要是为了解决速度问题不构成虚拟存储器的两级层次虚拟存储器真正解决的是主存容量有限的问题。所以题目蕴含的核心知识点是虚拟存储体系建立在主存—辅存两级存储结构之上因此正确答案是A主存—辅存。浮点数表示中“数值范围”和“表示精度”由哪部分决定。浮点数通常由数符、尾数、阶符、阶码组成其中阶码决定小数点实际可以移动多远也就决定了这个浮点数能够表示的数值范围大小阶码位数越多指数变化范围越大能表示的最大数和最小非零数之间的跨度也就越大。相对地尾数主要决定的是表示的精度不是范围数符和阶符只表示正负也不决定范围大小。所以题目蕴含的核心知识点是浮点数的范围看阶码精度看尾数因此正确答案是B阶码。几种常见寻址方式的区别。在机器指令中如果指令的地址字段里存放的不是操作数所在的地址而是操作数本身的数值这种方式就叫立即寻址也就是操作数“直接写在指令里”CPU 取到指令后不必再去内存中寻找该操作数因此执行速度较快。题目中的关键信息是“直接指出操作数本身”这正是立即寻址的典型定义而直接寻址是地址字段给出操作数所在的内存地址寄存器寻址是操作数在寄存器中隐含寻址则是操作数位置由指令默认约定。所以本题正确答案是C立即寻址。
【嵌入式系统设计师】：1. 计算机系统基础41-60
文章目录计算机系统基础41-60 知识点整理。定点表示与浮点表示的基本概念和区别。定点表示法中小数点的位置是预先约定好的固定位置它只是人为规定在某一位的左边或右边并不需要实际占用一个存储位因此定点数常分为定点整数和定点小数两类A 的说法正确浮点表示法则把一个数写成“尾数 × 基数的阶码次方”的形式用阶码和尾数来表示数C 也正确在总位数相同的条件下浮点表示由于引入了阶码通常能表示更大的数值范围所以 D 也正确。错误的是B因为在定点表示中占用存储位的是数值本身和符号等信息小数点本身并不存储只是默认位置固定而已。存储器的访问方式分类。根据题目给出的答案解析存储系统中的存储器若按“访问方式”来看可以分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器两大类前者是通过地址来定位和读取信息后者则是根据存储内容进行匹配访问。题目说“不属于按寻址方式划分的一类存储器”这里的关键就是理解“寻址方式”强调的是按地址来访问而相联存储器是按照存储内容来查找和访问的属于按内容访问不属于按地址寻址方式划分的那一类存储器。因此结合题目和解析可知本题的核心知识点是要区分按地址访问与按内容访问两种不同的存储器访问思想所以正确答案是C相联存储器。几种 I/O 数据传输方式中 CPU 参与程度的区别。在程序查询方式下CPU 要不断轮询设备状态几乎全程参与在中断方式下CPU 虽然不必一直等待但每次数据准备好后仍需响应中断并参与传送而DMA直接存储器存取方式的特点是CPU 只在传送开始前进行初始化设置在传送结束后进行结果处理或响应完成信号数据块在传送过程中由 DMA 控制器直接在 I/O 设备和主存之间完成CPU 无须干预具体传送过程。题干中的关键信息“CPU 只需在开始和结束时作少量处理而无需干预数据传送过程”正是 DMA 的典型特征因此正确答案是D直接存储器存取。Cache 写策略中 write through直写法的特点。为了保证 Cache 和主存Memory中的数据一致常见有三种写策略write through、post write和write back。其中write through的核心思想是CPU 每次把数据写入 Cache 时同时也把同样的数据立即写入主存这样 Cache 与主存始终保持一致实现简单、数据可靠但写操作速度会受到主存速度影响而post write是先写入 Cache再把要写主存的数据暂存到写缓冲器中由系统稍后写入主存write back则是先只修改 Cache并给该块加上“已修改”标志等这个 Cache 块被替换时再写回主存。因此题目中属于write through特点的是ACPU 向 Cache 写入数据时同时向 Memory 复制一份。总线带宽的计算方法。总线带宽表示单位时间内总线能够传送的数据量计算公式通常是总线带宽 总线工作频率 × 每个时钟周期传送的数据量。题中系统总线工作频率为133 MHz表示每秒可进行133×10⁶次传输总线位宽为32 位也就是每次可并行传送32 bit 4 Byte数据因此总线带宽为133 × 4 532 MB/s。所以这道题蕴含的核心知识点是先把位宽换算成字节数再乘以工作频率本题答案为D532MB更准确地说应理解为532MB/s。同一个二进制机器码在原码、补码和反码表示下数值含义不同这一知识点。对于 5 位定点整数机器码11111若按原码理解最高位是符号位1表示负数其余 4 位1111表示数值 15所以是-15若按补码理解5 位补码11111表示-1若按反码理解11111是00000的按位取反形式因此表示-0。这道题的关键在于原码看“符号位数值位”补码按补码权值求值反码要注意存在“0 和 -0”两种零所以答案是B-15-1-0。Cache 与主存地址映像的实现方式。在程序执行过程中主存中的数据块装入 Cache 的哪一行、访问时怎样判断命中、未命中后如何替换这些操作都要求速度非常快而且对程序员应尽量透明因此并不是由程序员手工调度也不是由操作系统逐次管理而是由硬件自动完成的。也就是说Cache 控制器会按照直接映像、组相联或全相联等规则自动完成 Cache 与主存之间的地址对应和数据调入。题目蕴含的核心知识点就是Cache 是硬件级高速缓冲其地址映像和命中管理主要依靠硬件自动实现所以正确答案是A。指令寄存器IR的位数与什么因素相关。指令寄存器的作用是保存当前取出的那一条指令供 CPU 后续进行译码和执行因此它必须能够完整容纳一条机器指令所以它的位数应当由指令字长决定。题目中的其他选项里存储器容量影响的是能存多少信息地址总线宽度决定可寻址范围数据总线宽度决定一次并行传送的数据位数它们都不是决定 IR 容量的直接因素。题目蕴含的核心知识点就是IR 是“装指令”的寄存器一条指令有多少位IR 就至少要有多少位所以正确答案是B指令字长。非均衡流水线吞吐率的计算方法。流水线虽然分成了 4 段但各段耗时分别为Δt、2Δt、3Δt、Δt由于流水线必须按统一节拍工作所以节拍由最慢的一段决定这里就是3Δt。对连续输入的 8 条指令来说第 1 条指令通过整个流水线所需时间是各段时间之和即Δt 2Δt 3Δt Δt 7Δt从第 2 条开始每增加 1 条指令只需再增加一个流水线节拍3Δt。因此完成 8 条指令的总时间为7Δt (8-1)×3Δt 28Δt所以吞吐率 完成的任务数 / 总时间 8 / 28Δt。这道题的关键知识点就是非均衡流水线的节拍取决于最慢阶段总时间 第一条通过时间 其余指令数 × 流水节拍因此答案是C。运算器各组成部件的功能分工以及其中的核心部件。运算器中通常包含算术逻辑运算单元ALU、累加器、状态寄存器以及数据通路等部分其中真正负责完成加、减、与、或、比较、移位等算术和逻辑操作的是ALU它决定了运算器最基本、最核心的处理能力累加器主要用于暂存操作数和中间结果状态寄存器用于保存运算结果的标志位数据总线则负责数据传送它们都重要但不是“完成运算”这一功能的核心。因此题目蕴含的关键知识点是运算器的核心在于执行算术逻辑运算的部件所以正确答案是C算术逻辑运算单元。不同类型通道与外设特性的对应关系。通道按信息交换方式可分为字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道其中字节多路通道适合连接多台低速、字符型设备因为它按字节交叉方式工作能让多个慢速设备共享通道数据选择通道更适合一次独占通道、成块传送数据的高速设备数组多路通道则适合连接多台高速外设并并行提高利用率。图中(1)下方连接的是多台终端终端属于典型的低速字符设备因此最适合采用字节多路通道。这道题的关键知识点就是“终端/键盘/打印机等低速字符设备对应字节多路通道磁带磁盘等成块高速设备对应后两类通道”所以答案是A。直接映射 Cache 中主存地址的划分与定位方法。已知 Cache 容量为16KB、块大小为16B所以 Cache 的块数为16KB ÷ 16B 1024 2^10说明块索引行号需要 10 位又因为块大小为16B 2^4所以块内地址需要 4 位。在 32 位主存地址中采用直接映射时地址要划分为Tag Index Offset其中Offset 为 4 位Index 为 10 位。把主存地址1234E8F8H写成二进制是00010010001101001110100011111000取最后4 位得块内地址1000再往前取10 位得 Cache 行号1010001111因此装入 Cache 的地址就是Index Offset 10100011111000写成题目选项的分组形式就是1010 0011 1110 00所以正确答案是C。分级存储体系建立的根本原因。在计算机中速度快的存储器如寄存器、Cache通常容量小、成本高而容量大的存储器如主存、外存通常速度慢、成本低三者之间难以同时兼顾因此计算机采用分级存储结构把不同速度、容量和成本特性的存储器组合起来利用程序访问的局部性原理在整体上尽量做到“既快、又大、还相对便宜”。所以分级存储体系主要是为了解决存储容量、成本和速度之间的矛盾而不是单纯解决主存容量不足、外设访问效率或可靠性问题因此正确答案是D。CPU 内部各部件按功能的归属。CPU 通常由运算器和控制器两大部分组成其中算术逻辑单元ALU属于运算器专门负责完成算术运算和逻辑运算而加法器正是 ALU 中最基本、最典型的组成部件用来实现加法以及很多相关运算相对地程序计数器、指令寄存器和指令译码器主要都属于控制器系统用于保存指令地址、暂存当前指令和对指令进行译码控制不直接承担算术逻辑运算。因此这道题蕴含的核心知识点是凡是直接完成数值或逻辑运算的部件才属于 ALU所以正确答案是B加法器。按字节编址时存储容量的计算方法。由于题目说明内存是按字节编址所以每个地址对应1 个字节某一段地址空间的容量应按“末地址 − 首地址 1”来计算注意这里一定要1因为首末地址对应的存储单元都要算进去。题中地址范围是A5000H 到 DCFFFH所以容量为DCFFFH − A5000H 1 38000H字节换算成十进制是229376B再除以1024得224KB。这道题蕴含的关键知识点就是按字节编址时地址差值加 1 就是字节数再换算成 KB因此正确答案是D224KB。Cache 设置的根本目的。Cache 是位于CPU 和主存之间的高速缓冲存储器它的作用不是扩大主存容量也不是解决主存与外存或外设之间的问题而是利用程序访问的时间局部性和空间局部性把 CPU 近期最可能访问的数据和指令先放到一个速度更快的小容量存储器中从而减少 CPU 等待主存的时间。因此设置 Cache 主要是为了解决主存速度跟不上 CPU 速度的矛盾也就是题中的“主存与 CPU 速度不匹配”问题所以正确答案是C。I/O 数据传送方式中 CPU 参与程度的区别。在程序查询方式和中断方式下数据传送过程都需要 CPU 参与前者由 CPU 反复查询设备状态并完成传送后者虽然由设备发中断通知 CPU但真正的数据读写仍需要 CPU 处理而DMA直接存储器访问方式的特点是由DMA 控制器直接控制I/O 设备与主存之间的数据交换数据块传送时不经过 CPU 逐字干预CPU 只在开始前进行初始化、结束后进行收尾处理。因此题目中“I/O 设备与存储设备进行数据交换不经过 CPU 来完成”描述的正是DMA 方式所以正确答案是C。虚拟存储器的组成基础。所谓虚拟存储器并不是一种实际独立存在的新存储器而是把主存和辅存配合起来在软硬件共同作用下形成的一种“容量比主存大得多”的存储体系程序运行时当前需要的部分先放在主存中执行暂时不用的部分放在辅存中需要时再调入主存因此用户会感觉自己拥有一个很大的连续存储空间。寄存器、Cache 主要是为了解决速度问题不构成虚拟存储器的两级层次虚拟存储器真正解决的是主存容量有限的问题。所以题目蕴含的核心知识点是虚拟存储体系建立在主存—辅存两级存储结构之上因此正确答案是A主存—辅存。浮点数表示中“数值范围”和“表示精度”由哪部分决定。浮点数通常由数符、尾数、阶符、阶码组成其中阶码决定小数点实际可以移动多远也就决定了这个浮点数能够表示的数值范围大小阶码位数越多指数变化范围越大能表示的最大数和最小非零数之间的跨度也就越大。相对地尾数主要决定的是表示的精度不是范围数符和阶符只表示正负也不决定范围大小。所以题目蕴含的核心知识点是浮点数的范围看阶码精度看尾数因此正确答案是B阶码。几种常见寻址方式的区别。在机器指令中如果指令的地址字段里存放的不是操作数所在的地址而是操作数本身的数值这种方式就叫立即寻址也就是操作数“直接写在指令里”CPU 取到指令后不必再去内存中寻找该操作数因此执行速度较快。题目中的关键信息是“直接指出操作数本身”这正是立即寻址的典型定义而直接寻址是地址字段给出操作数所在的内存地址寄存器寻址是操作数在寄存器中隐含寻址则是操作数位置由指令默认约定。所以本题正确答案是C立即寻址。
