第三章 中央处理器-【单招零距离】计算机专业综合（上）

总复习方案·参考答案 【拓展练习】 1.×2.×3.×4.√5./ 一、选择题 三、填空题 1.D2.B3.A4.B5.A 1.ALU2.状态寄存器3.FPU4.级冲寄存器 二、判断题 5.执行6.控制器7.同步控制方式 1.×2.√3.×4.×5./ 8.DR或缓冲寄存器 三、填空题 第四章指令系统 1.机器2.输入输出3.软件系统 4.操作系统5.应用软件 【知识体系】 第三章中央处理器 一台计算机或一个计算机系统能够执行的各种指 令的集合，完备性、有效性、规整性、兼容性、计算机能 【知识体系】 够识别和执行的操作命令、表示操作的性质及功能、 指令控制、时间控制、数据加工、ALU、算术运算，逻 扩展操作码、表示指令的操作对象、三地址指令格式、 辑运算、算术逻辑运算单元、寄存器组、程序计数器、 二地址指令格式、一地址指令格式、零地址指令格式、 保存正在执行的指令、对指令译码、产生周期节拍和 传送类指令、输入输出类指令、算术运算指令、逻辑 脉冲等时序信号的部件、控制和协调各部件有序运 运算指令、移位指令、串操作指令、程序控制、转移指 行，Cache、提高CPU浮点数运算能力、来保存当前所 令、循环控制指令、子程序调用和返回指令、程序自中 要访问的主存单元或IO端口的地址、用来暂时存放 断指令、处理机控制、停机指令，空操作指令、指确定 CPU从主存读来的一条指令字或一个数据字、计算 本条指令的地址及下一条要执行的指令地址的方法， 机的时间控制、同步控制方式、异步控制方式、时钟周 操作数，寄存器、直接寻址、寄存器、存储器、两、相对、 期、计算机完成一个基本操作所需的时间、指令周期、 RISC,CISC 取指周期、执行周期、指令周期包括若干个CPU周 【巩固练习】 期：CPU周期包括若干个时钟周期、非访内指令、直 一、选择题 接访内指令，间接访内指令，程序控制指令、RISC、 1.A2.D3.C4.C CISC,流水线或超流水线，超标量、MMX,倍频技术、 二、填空题 分支预测技术 1.匀齐性2.指令系统3.地址码 【巩固练习】 4.指令的寻址方式5.立即寻址6.PC内容 一、选择题 7.指令8.程序控制9.数据处理10.数据传送 1.B2.A3.B4.B5.D 【拓展练习】 二、填空题 一、选择题 1.移位2.应答3.累加器4.PC 1.B2.D3.C 5.1R6.CPU工作7.28.19.时序发生器 二、判断题 10.超标量技术 1./2.×3.×4. 【拓展练习】 三、填空题 一、选择题 1.内存2.操作码3.基址十变址 1.B2.B3.C4.B5.D 4.相对寻址5.变址6.内存7.PC 二、判断题 8.程序控制 ·117·单招零距离·计算机专业综合·上册 第三章中央处理器 学习日标 Y⑤ 1.了解CPU各组成部分的功能。 2.了解指令周期的概念。 3.了解一些典型的CPU技术。 知识体系 C⊙ 操作控制 功能 是CPU的根本任务 英文缩写 运算器功能 等 组成 功能：保存下条执行指令地址 IR功能： 组成 控制器 D功能： 组成 时序发生器功能： CPU 功能： 功能：协调CPU和内存之间的速度的差异 FPU功能： 地址寄存器功能： 缓冲寄存器功能： 时序 定义： 分类： 最基本的时间单位 时间单位CPU周期定义： 时间长短关系： 包括 和 典型指令 CPU技术： 知识梳理 ⊙⊙ 一、CPU的功能 1.指令控制：即控制指令按事先规定的顺序自动地执行。 2.操作控制：即将指令解释成一组控制信号，控制执行部件按指令规定的操作。 ·20· 总复习方案·第一部分计算机原理 3时间控制：即对各种操作实行严格定时，保证计算机各部件协调、有序地工作。 4.数据加工：对数据进行算术运算或逻辑运算以及其他非数值数据（如字符）的处理。完 成数据的加工处理是CPU的根本任务。 二、CPU的组成及各部件作用 1.CPU主要有运算器、控制器两部分组成，目前CPU中包含了CACHE(用来协调CPU 和内存间速度的差异)，过去的CPU中为了提高浮点运算速度，包含了协处理器FPU。 2.运算器包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC和状态寄存器PSW和通用寄存器 组、多路开关和数据总线等。 ALU的作用是进行算术运算、逻辑运算、移位操作等。 ACC的作用是向CPU提供一个操作数，存放运算结果或暂存中间结果。 状态寄存器：用来保存各类指令的状态结果，为后续指令的执行提供判断条件。 通用寄存器组：提高CPU的运算速度。 3.控制器主要有程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器、时序发生器和控制信号发 生器。 PC的作用是用来保存下一条待执行指令的地址。 IR的作用是用来保存正在执行的指令。 D的作用是分析、执行指令的部件。 时序发生器是产生周期节拍、脉冲等时序信号的部件。 4.CPU其他的一些部件 地址寄存器：MAR用来保存当前所要访问的主存单元或I/O端口的地址，是CPU与内 存或外设之间的地址缓冲寄存器。 缓冲寄存器：DR用来暂时存放CPU从主存读出的一条指令字或一个数据字。 三、时序的概念 计算机的时间控制称为时序，计算机的工作过程都是按时间顺序进行的。 时序控制方式分为同步控制和异步控制两大类。 四、指令周期 1.时钟周期 又称为节拍，是指时钟脉冲的重复周期，是计算机主频的倒数。它是计算机中处理操作的 最基本的时间周期。每个时钟周期完成一步操作，如一次传送、加减等。 2.CPU周期 又称机器周期，是指计算机完成一个基本操作所需的时间。一个机器周期一般由若干个 时钟周期组成，通常用从主存读出的一条指令的最短时间来规定CPU工作周期。 3.指令周期 在计算机中，CPU取指、译码、执行一条指令所需的时间称为指令周期。不同类型的指 令，其指令周期的长短可不同，指令周期由若干个CPU周期组成。 五、四类典型的指令 1.非访内指令2.直接访内指令3.间接访内指令4.程序控制指令 一条指令的执行至少需要两个CPU周期，其中第一个CPU周期用来取指令。 ·21· 单招零距离·计算机专业综合·上册 六、典型的CPU技术 1.CISC技术和RISC技术 CISC是复杂指令系统计算机的简称，RISC是精简指令系统计算机的简称。 2.流水线(Pipeline)技术和超流水线(Superpiplined)技术 CPU能同时执行不同指令的各个部分，类似于服装生产中的流水线。 3.超标量(Superscalar)技术 超标量是指用空间换取时间的技术而超流水线技术用时间换取空间的技术。 4.MMX技术 MMX是多媒体扩展指令集，多用在处理多媒体信息的计算机中。 5.倍频技术 在486DX2中首次采用了倍频技术，提高系统总线频率或提高倍频数的方法实现超频，从 而达到提高CPU的执行速度的目的。 6.分支预测技术 是一种能动态地预测程序分支转移情况的技术。 典例精析 【例1】CPU中，用于存放运算结果溢出标志的是 A.程序计数器 B.地址寄存器 C.指令寄存器 D.状态寄存器 【答案】D 【解析】状态寄存器存放运算的状态结果。状态标志位有Z、N、V、C。 【例2】协调各个工作部件按指令要求完成规定任务，属于CPU的 功能。 A.指令控制 B操作控制 C.时间控制 D.数据加工 【答案】B 【解析】指令控制：控制指令严格按程序设定的顺序进行，它是CPU的首要任务。 操作控制：协调各个功能部件按指令要求完成规定任务的基础。 时间控制：对各种操作实施时间上的定时，保证各功能部件组合构成有机的计算机系统。 数据加工：即进行算术运算、逻辑运算，是CPU的根本任务。 【例3】在CPU中，执行定点算术运算、逻辑运算和移位操作的部件是 A.ALU B.GPU C.MTU D.TPU 【答案】A 【解析】CPU中算术逻辑部件ALU负责定点算术运算、逻辑运算和移位操作。 【例4】累加器是一个具有累加功能的通用寄存器。 【答案】X 【解析】累加器没有累加功能。 【例5】CPU中 用于存放下一条将要执行的指令地址。 A.程序计数器 B.累加寄存器 C.地址寄存器 D.指令寄存器 【答案】A 【解析】P℃用于存放下一条要执行指令的地址。 ·22· 总复习方案·第一部分计算机原理 【例6】下列不属于控制器组成部件的是 A.状态寄存器 B.指令译码器 C.指令寄存器 D.程序计数器 【答案】A 【解析】累加器、状态寄存器和指令译码器、指令寄存器、程序计数器更是常考的重点。 【例？】同步控制方式的多级时序中，最基本的时间分段是 A.指令周期 B.机器周期 C.取指周期 D.时钟周期 【答案】D 【解析】时钟周期是最小的时间分段，每个时钟周期完成一步操作。 【例8】CPU每进行一次操作，都要有时间开销。下列几种周期按由短到长排列的 是 A.时钟周期、CPU周期、指令周期 B.CPU周期、指令周期、时钟周期 C.指令周期、CPU周期、时钟周期 D.CPU周期、时钟周期、指令周期 【答案】A 【解析】一个指令周期由若干个机器周期组成，一个机器周期由若干个时钟周期组成。 【例9】CPU每进行一种操作，都要有时间的开销，因此，CPU取指、译码、执行需要一定 的时间，这一系列操作的时间称为 【答案】指令周期 【解析】掌握指令周期的概念。 【例10】某计算机指令由取指和执行两部分构成，采用两路流水线分别完成取指和执行 操作，其中取指需要3ms,执行需要2ms,则完成10条指令需要的时间是 ms. 【答案】32 【解析】 第一条取指令完成才执行第一条指令，最后一条指令取完才执行最后一条指令。 3ms 取指令 2ms 执行指令 32ms 巩固练习 一、选择题 1.在微机中，指令寄存器是在 中。 A.存储器 B.控制器 C.运算器 D.外部设备 2.微型计算机的性能主要取决于 A.CPU B.硬盘 C.显示器 D.RAM 3.要求指令按事先规定的顺序自动地执行，这种功能是 A.数据加工 B指令控制 C.操作控制 D.时间分配 4.计算机的内存储器可与CPU 交换信息。 A.不 B.直接 C.部分 D.间接 5 技术的目的是使CPU内部时钟频率为系统总线频率的几倍。 A.超标量 B.流水线 C.RISC D.倍频 二、填空题 1.运算器的功能主要有算术运算、逻辑运算和 等。 ·23· 单招零距离·计算机专业综合·上册 2.异步控制方式的基本特征是：在控制所涉及的范围内，没有统一的时钟周期划分和同步 定时脉冲，但存在着 关系。 3.运算器包括算术逻辑运算单元ALU、 和状态寄存器PSW、通用寄存器组、数 据总线和多路开关。 4.用来保存下一条待执行指令的地址的寄存器称为 5.用来保存正在执行的指令的寄存器称为 6.指令周期由若干个 周期组成。 7.一条指令的执行至少需要 个CPU周期。 8.加法运算的结果为0，则相应的Z标志的值为 9.计算机系统中产生周期节拍、脉冲等时序信号的部件为 10.CPU中有一条以上的流水线，并且每个时钟周期内通过并行操作完成一条以上的指 令的技术称为 拓展练习 一、选择题 1.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间称为 A.机器周期 B.指令周期 C.时钟周期 D.总线周期 2.加法指令ADD需要 个CPU工作周期。 A.2 B.3 C.4 D.1 3.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称 为 A.超标量技术 B.MMX技术 C乱序执行技术 D.RISC技术 4.下列不属控制器组成的是 A.程序计数器 B.累加寄存器 C.指令译码器 D.指令寄存器 5.程序计数器中存放的是 A.当前指令 B.下一条指令 C.当前指令地址 D.下一条指令地址 二、判断题 1.累加器主要作用是完成程序运行过程中的累加操作。 ( 2.状态寄存器主要作用是存放运算的类型，如加法或减法等。 ( 3.执行不同指令所需的时钟周期数是相同的。 ) 4.一条指令的执行需要一段微程序的解释。 ) 5.时钟周期是处理操作的最基本单位，通常被称为节拍脉冲。 ( 三、填空题 1.CPU中能完成二进制加法功能的部件是 2.若二进制加法过程中发生溢出，其标志将存放在 中。 3.能提高CPU处理浮点数能力的处理器称 4.用来暂时存放CPU从主存读来的一条指令字或一个数据字的寄存器称为 5.一个CPU周期分为取指周期和 周期。 6.译码器属于CPU中 的部件。 7时序控制方式分为同步控制和异步控制两大类，适用于CPU内部的是 8.作为CPU和主存间的信息中转站，暂时存放CPU从主存读出的一条指令字或一个数 据字的部件是 ·24·