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硬件技术基础参考习题资料
第1章 计算机概述
1.计算机的类型有哪些?
简述他们的特点。
答:
通常可将计算机分为微型计算机、中大型计算机、巨型计算机
微型计算机:
①以微处理器(MCU)为核心。
②集成度高,体积小,重量轻,价格低廉。
③部件标准化,易于组装和维修。
④高可靠性及适应性。
中大型机:
①有比较完善的指令系统,丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。
②通用,有极强的综合处理能力。
巨型计算机:
①运算速度快,存储容量大,结构复杂,价格昂贵。
②主要应用与尖端科学计算。
6.计算机的主要发展趋势有哪些?
有什么特点和含义?
答:
①速度越来越快,容量越来越大。
②微型化和巨型化。
在实现微型化的同时,还实现巨型化。
④智能化。
计算机将具有逻辑推理,学习等能力。
8.冯.诺伊曼计算机的结构和特点是什么?
答:
①计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大基本构件;②计算机内部采用二进制来表示指令和数据。
③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。
10.简述计算机的结构模块及各模块的功能作用与特点。
答:
计算机系统分为硬件系统和软件系统,具体结构如下图:
中央处理器:
CPU,包括运算器和处理器,计算机的心脏。
内存:
存放当前正在使用和随时要使用的程序和数据。
外存:
内存的延伸,长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、用户程序、文档和数据。
输入输出设备:
包括显示设备、打印设备、文字输入设备、图形输入设备、图像输入设备、音频处理设备等。
第2章 计算机系统组成及工作原理
一、选择题
1.与十进制56等值的二进制数是(A )
A.111000 B.111001
C.101111 D.110110
2.二进制数111010011转换成十六进制数是( B )
A.(323)16 B.(1D3)16
C.(133)16 D.(3D1)16
4.带+,-号的数,如N1=+1001010,称为( B )
A.无符号数 B.真值
C.浮点数 D.机器数
6.CPU包括( C )两部分。
A.ALU和累加器 B.ALU和控制器
C.运算器和控制器 D.ALU和主存储器
7.用以指定待执行指令所在地址的是( C )
A.指令寄存器 B.数据计数器
C.程序计数器 D.累加器
11.一个逻辑门电路,若有任一输入为1时,其输出为0,则此逻辑门电路位为:
(C)
A.XOR门 B.AND
C.NOR门 D.OR门
12.下列描述中( B )是正确的。
A.控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果
B.一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算术逻辑运算五个单元C.所有的数据运算都在CPU的控制器中完成
D.以上答案都正确
13.以下哪条不属于“存储程序控制计算机结构”(即冯•诺依曼机)应具备的特征( D )
A.将编好的程序先存入存储器中,然后再启动计算机
B.计算机内部采用二进制数
C.计算机硬件有五大基本部件组成
D.所有计算机都采用同样的指令系统
15.某微机内存采取字节编址,每执行一条指令,程序计数器( D )
A.自动加1 B.保持不变
C.自动增2 D.自动增加本指令的字节数
二、填空
4. 设字长为N+1位(含1位符位),补码的表示范围为(-2N--2N-1)
7. 通常,约定二进制数的最高位为(符号)位,“0”表示( 正),”1“表示( 负 )。
8. 在计算机中常用的两种表示小数的方式,一种是(定点)表示法,另一种是(浮点)表示法。
三、简答题
1、计算机的硬件是由哪些部件组成的?
它们各有哪些功能?
答:
运算器:
用来进行运算;
存储器:
用来记忆原始数据,运算程序及运算结果;
控制器:
发出各种控制信息,以便使计算机各部件协调工作;是计算机的核心部件;
输入、输出设备:
将原始数据及运算程序输入计算机,并将结果和其他信息输出;
2、求出二进制数10110110和01110110分别为原码,反码,补码时所表示的十进制数。
答:
[10110110]原=2+4+16+32+128=-54
[10110110]反=[11001001]原=-73
[10110110]补=[11001010]原=-74
正数的原码反码补码不变,
[01110110]原=118
[01110110]反=118
[01110110]补=118
3、简述中央处理器的构成。
答:
控制单元:
指令寄存器、译码器、操作控制器等。
算术逻辑单元:
ALU。
寄存器组:
通用寄存器,标志寄存器,累加器,程序计数器等。
5、某浮点数字长12位,其中阶符1位,阶码三位,数符1位,尾数7位,阶码以2为底,阶码和尾数皆用补码表示, 它所能表示的最大正数是?
最小规格化正数是?
绝对值最大的负数是?
答:
规格化的概念是:
通过调整阶码,使其尾数D满足下面形式的数:
①原码规格化后,正数为0.1X…X的形式;负数为1.lx…x的形式。
②补码规格化后,正数为0.1X…X的形式;负数为1.0X…X的形式。
尾数D的真值的小数点后的第一位值必须为1。
所以能表示的最大正数是:
011101111111 =+127
最小规格化正数是:
100001000000=+1/512
绝对值最大的负数是:
011110000000=-128
6、画出表达式X=AB(-)+A(-)C对应的逻辑电路图;
8、指令字中有哪些字段,各有何作用?
答:
操作码字段:
表明了所要执行的操作,每条指令都有唯一确定的操作码;
地址码字段:
包括参加运算的操作数存放的地址以及参加某种操作的结果存放的地址;
10、令执行的基本过程分为哪几个阶段?
简单说明各阶段完成的任务。
答:
指令执行大致分为三个阶段:
取指令阶段、分析及取数阶段和执行阶段。
⑴取指令
将现行指令从内存中取出来并送至指令寄存器中去。
①将程序计数器(PC)中的地址通过地址总线送至内存地址寄存器MAR;
②向内存发读命令;
③从内存中取出的指令经数据寄存器MDR、数据总线送到指令寄存器IR中去;
④将PC的内容递增,为取下一条指令做好准备。
⑵分析及取数
指令译码器ID识别和区分不同的指令类型及各种获取操作数的方法;
无操作数指令,转执行阶段;
带操作数指令需要读取操作数;
⑶执行和操作结果存储
执行阶段完成指令规定的各种操作,形成稳定的运算结果,并将其存储起来。
第3章 微型机的中央处理器CPU
一、选择
1、下面列出的Intel系列CPU中哪种支持MMX技术( D )
A. 80286 B. 80386
C. 80486 D. PentiumⅡ
3、下列关于L2Cache说法有误的是( D )
A. L2Cache比L1Cache大
B. L2Cache的设置始于486时代
C. L2Cache最大程度的减小了主内存对CPU运行造成的迟缓
D. L2Cache的设置是为了解决主内存不足的问题
4、下列因素中,与Cache的命中率无关的是(A )
A. 主存的存取时间 B. 块的大小
C. Cache的组织方式 D. Cache的容量
5、下列关于“MMX”技术和“3DNOW!
”技术说法正确的是( D )
A. MMX侧重浮点运算
B.3DNOW!
侧重整数运算
C. MMX技术是由AMD公司推出的
D. 3DNOW!
主要针对三维建模、坐标变换等三维应用场合
10、Cache中的内容是( B )
A. 主存容量的扩充 B. 是主存储器中的部分地址内容的副本
C. 主存储器内容的地址 D. 主存储器部分地址的副本
二、填空
1、具有16位数据线,32位地址线的CPU可以访问的物理空间为(4GB)。
2、所谓的超标量CPU,就是指集成了多个ALU、多个FPU、多个译码器和多个流水线的CPU,以(并行)处理的方式来提高性能。
5、计算机字长取决于(数据)总线的宽度;
三、简答
1、决定CPU性能的主要技术参数有哪些?
答:
①位、字节、字长
②时钟频率
③L1和L2Cache的容量和速度
④CPU的扩展指令集
⑤工作电压
⑥地址总线、数据总线宽度
⑦制造工艺
2、CPU的主频、外频、倍频关系如何?
什么是超频?
答:
主频=外频×倍频。
超频是实际使用中让CPU工作在高于额定的频率上。
可以从超外频和超倍频两个方面着手,可以通过跳线或主板BIOS设置完成。
3、为什么Cache能提高CPU的速度?
Cache的哪些主要参数影响其性能?
答:
Cache依据局部性原理,不断地将与当前指令集相关联的一个不太大的后继指令集从内存读进来,然后再与CPU高速传送,解决了CPU与内存读取速度不一致的问题,达到速度匹配,同时采用各种策略提高访问命中率,从而提高了CPU的速度;
影响Cache性能的主要参数如下:
Cache的基本结构与抵制映像方式;
Cache与DRAM存取策略;
Cache的替换策略;
Cache的分级体系设计
4、简述Cache的替换策略
答:
①先进先出策略(FIFO:
FirstInFirstOut):
是把最先调入的Cache块替换出去。
②最不经常使用策略(LFU:
LeastFrequencyUsed):
将上次替换后被CPU访问最少的Cache快替换出去。
③最近最少使用策略(LRU:
LeastRecentlyUsed):
把当前近期Cache中使用次数最少的Cache块替换出去。
该方法的检测时间与LFU不同,是最能反映Cache的实际使用情况的算法。
5、CPU与主板连接的接口有那几种形式?
他们互相兼容吗?
答:
主要有Socket423、Socket478、Socket775、SocketA、Socket754、Socket939、SocketAM2等。
他们不互相兼容。
6、影响流水线效率的2个主要因素是什么?
为什么他们影响流水线的效率?
答:
流水线系统最大限度地利用了CPU资源,使每个部件在每个时钟周期都工作,大大提高了效率,但是流水线存在两个问题影响其效率,相关和转移;
①数据相关性——即指令的执行需要前一条指令的结果;当第二条指令需要取操作数时,第一条指令的运算还没有完成,如果这时第二条指令就去取操作数,就会得到错误的结果,所以整条流水线只能停下来等待第一条指令的完成,这种停顿会损失时钟周期;
②分支——控制转移,在上例中,如果第一条指令是一个条件转移指令,系统只有等待上一指令的判断结果出来以后才知道下面应执行哪一条指令,但是条件转移所造成的流水线停顿甚至比相关还要严重得多;
7、简述Cache的作用
答:
Cache主要用来减少CPU与内存之间的速度差异。
Cache是一个速度等于或接近与上级级联存储器的小容量存储器,用于保存先前被存取过的上级存储器数据以及邻近小范围数据。
Cache通过这种高速缓存机制提高系统性能。
8、简述MMX、SSE的技术特点,比较两种指令集的性能
答:
①MMX是单指令流,多数据流技术,它可使多条信息由一条单一指令来处理,是为了扩充CPU的多媒体和通信功能而设计的,该技术核心体现在如下三点:
4种新的数据类型;
8个64位宽的MMX寄存器;
57条新指令;
②SSE指令集也叫单指令多数据流扩展,为提高处理器浮点性能而开发的扩展指令集;
③两种指令集的性能比较:
MMX指令的先进性体现在:
单指令多数据结构;扩充的饱和运算方式;积和运算方式。
MMX是一种SIMD并行处理指令,扩充了CPU的多媒体和通信功能;
SSE指令集向下兼容MMX,它可以通过SIMD和单时钟周期并行处理多个浮点数据来有效的提高浮点运算速度;
9、简述超线程结构
答:
超线程技术是在超标量基础上发展而来的,超线程技术为每个物理处理器设置了两个入口——AS接口,从而使操作系统等软件将其识别为两个逻辑处理器,这两个逻辑处理器向传统处理器一样,拥有独立的IA-32构架,可以分别进入暂停、中断状态,并且都拥有高级可编程终端控制器APIC;
超线程中的两个逻辑处理器并没有独立的执行单元、整数单元、寄存器甚至缓存等资源,他们在运行过程中仍需要共用执行单元、缓存和系统总线接口,在执行多线程时两个处理器交替工作,当同时需要某一资源时,其中一个暂停并让出资源,待资源空闲时才可继续运行。
10、说明NetBurst构架的主要特点
答:
①较快的系统总线,在P4CPU和内存之间提供了3.2GB/s的传输带宽;
②高级传输缓存,将L1指令Cache改进为译码之后的微码缓存,可以存放12K条微码,访问命中可以直接执行;
③20级超标量结构,将指令执行的级数增大,可以减小指令执行的平均时间;
④快速执行引擎,和PIII相比,新的ALU和地址部件的执行速度是原来的2倍;
⑤高级浮点以及多媒体指令集SSE2,大幅度提高了浮点运算的速度;
⑥Netburst存在的问题是:
频率继续提高存在困难、功耗大、超长流水线存在弊端;
第4章 内部存储器
一、选择
1、下列有关存储器的读写速度排列正确的是( B )
A. RAM>Cache>硬盘>软盘
B. Cache>RAM>硬盘>软盘
C. Cache>硬盘>RAM>软盘
D. RAM>硬盘>软盘>Cache
2、内部存储器的功能不包括(D )
A. 暂存正在运行的程序 B.作为CPU运行程序的区域
C.配合CPU与外设打交道 D.具有非易失性,且解决了存储容量不足的问题
3、内存可分为哪两类(B)
A. 动态内存和静态内存 B. 只读内存和随机存取内存
C. 高速内存和低速内存 D. Cache和ROM
4、ROM与RAM的主要区别在于(A)
A. 在掉电后,ROM中存储的信息不会丢失,RAM信息会丢失
B. 掉电后,ROM信息会丢失,RAM则不会
C. ROM是内存储器,RAM是外存储器
D. RAM是内存储器,ROM是外存储器
5、断电会使存储数据丢失的存储器是( C)
A.ROM B.EEPROM
C.DRAM D.硬盘
二、填空
2、为保证动态RAM中的内容不消失,需要进行(刷新)操作。
3、RAM多采用MOS型半导体集成电路芯片制成,根据其保存数据的机理的不同,RAM可分为DRAM和(SRAM)两大类
4、计算机的主存储器用来存储数据和指令,为了实现按地址访问,每个存储单元必须有一个唯一的地址,PC机主存储器的编址单位是(位);
5、EPROM是可改写的,(不能)作为读写存储器。
(填能或不能)
三、简答
1、从存储机理,芯片结构和应用三个方面比较SRAM和DRAM;
答:
(1)从存储机理来看:
DRAM,动态随机存取存储器,利用的是触发器的记忆功能,需要不断的刷新,才能保存数据。
而且是行列地址复用的,许多都有页模式。
SRAM,静态的随机存取存储器,利用的是电容中电荷的有无,加电情况下,不需要刷新,数据不会丢失,而且,一般不是行列地址复用的。
(2)从芯片结构看:
DRAM存储阵列为多页面结构,地址线为行地址和列地址分别传送,由行选通(RAS)信号和列选通信号控制。
数据线分为输入和输出,WE有效为写,无效为读。
SRAM内部由存储矩阵、地址译码器、存储控制逻辑和I/O缓冲器组成。
(3)从应用方面看:
SRAM的速度非常快,在快速读取和刷新时可以保持数据完整性,即保持数据不丢失。
SRAM在PC平台上就只能用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存。
而我们所说的“系统内存”使用的应该是DRAM。
DRAM的应用比SRAM要广泛,结构较SRAM要简单许多,无论是集成度、生产成本以及体积,DRAM都比SRAM具有优势 。
2、SDRAM、DDRAM、RDRAM、的主要特点和区别?
存储器是如何分类的?
答:
①SDRAM同步动态随机存储器,可以和系统时钟同步工作。
②DDRAM是SDRAM的升级版,一个时钟周期前后沿都触发数据传输。
③RDRAM与DDRAM一样,也采用双沿触发技术,但结构和控制体系与前两者有很大变化。
内存槽需要插满,采用串行传输方式和RISC指令系统。
3、与硬盘,RAM相比,Flash存储器有什么优势和缺陷?
答:
和硬盘相比优点是,采用电子式存储,不存在机械只读过程;体积小,携带方便;抗震,低功耗;产品价格在中低端;缺点是容量小,单位容量造价高;
和RAM相比优点是:
掉电后信息不丢失,具有非易失的优势,但是速度慢,不能完成完全随机读写。
4、内存的速度怎样定义,什么是内存的带宽?
内存的主要性能指标有哪些?
答:
我们通过内存的一个主要技术指标存取周期,来间接定义内存速度,存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔,称为取数时间,两次独立的存取操作之间所需的最短时间称为存取周期,这个数值越小,存取速度越快。
带宽是用来描述频带宽度的,但是在数字传输方面,也常用带宽来衡量传输数据的能力。
用它来表示单位时间内传输数据容量的大小,表示吞吐数据的能力。
B表示带宽,F表示存储器时钟频率,D表示存储器数据总线位数,则内存带宽可以表示为:
B=F×D/8
如果是双通道内存,上式应再乘以2;
内存的主要性能指标有:
①存储容量。
②存取周期。
③错误校验。
5、64MB的SRAM和DRAM芯片的地址引线和数据引线各有多少条?
答:
地址引线,SRAM:
2^n=64MB,n=26;DRAM=13;
数据引线,SRAM:
13条,DRAM不确定,一般为8条,也有1位的和4位的;
6、比较SDRAM和DDRSDRAM的特点;
答:
SDRAM有多个Bank,在单元组织上采用交叉存放。
读写是和系统总线时钟clock同步的。
SDRAM是64位位宽,3.3伏工作电压。
在SDRAM的基础上,内部具备2bit预取机制,采用时钟的上、下沿分别传输数据,使传送带宽增加一倍。
在相同的时钟频率下,DDR比SDRAM的传输速度提高一倍。
采用双体结构,存储阵列由双存储体构成,交叉编址,执行一个存储器输出的同时准备另一个存储器的数据,按时间交替输出。
7、动态RAM为什么需要刷新?
答:
动态RAM存放信息靠电容,但任何电容都会漏电,当电容器存有电荷时,过一段时间由于电容器的放电过程导致电荷流失,所以要每隔一定时间刷新一次,使电荷得到补充。
8、简述从EDODRAM到SDRAM存储器采用的改进技术。
答:
EDODRAM是在FPMDRAM的基础上的改进,可以在输出数据的同时进行下一个列地址选通。
EDO存储模组中只有一个Bank,SDRAM有多个Bank,在单元组织上采用交叉存放;读写是和系统总线时钟clock同步的,采用管道处理方式;支持高速总线时钟频率,让RAM和CPU共享一个时钟周期,以相同的速度同步工作;采用新的双存储体结构,内涵两个交错的存储阵列,允许两个内存页面同时打开,通过两个存储阵列的紧密切换,提高读取效率。
这些新技术使得SDRAM具有优良的特性,为各种流行的芯片组所支持。
第5章 总线与芯片组
1、名词解释
FSB FrontSideBus,前端总线。
ISA IndustryStandardArchitecture,总线。
EISA ExtendedIndustryStandardArchitecture,ISA的32位版本。
MAC MicroChannelArchitecture,微通道体系结构。
VESA VideoElectronicStandardAssociation,制定视频和总线标准的组织。
PCI PeripheralComponentInterconnection,总线。
PCI Express 取代PCI的新的总线标准。
PCI-X 扩充133MHz的PCI总线。
AGP AcceleratedGraphicsPort,图形加速接口。
IHA IntelHubArchitecture,主板芯片组结构,简称Hub结构。
MC
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