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2.1 IA-32 架构基本概念

2.1 IA-32 架构基本概念

1.中央处理(CPU)除了包含寄存器之外还包含哪些其他基本部件?
  CPU包含一个高频时钟,一个算术逻辑单元,一个控制单元,以及数量有限的寄存器
   时钟主要用于将CPU内部的操作和其他系统部件同步。(how?)
   控制单元(CU)协调执行机器指令时各个步骤的次序。
   算术逻辑单元(ALU)执行加法和减法之类的算术运算以及AND.OR.NOT之类的逻辑操作(没有乘除?)
   是否可以理解为CPU就是加减和NOT AND OR?  
   
2.中央处理器使用哪三种总线同计算机的其他部分相连接?
   地址总线,控制总线,数据总线。
   数据总线:在CPU和内存之间传送指令和数据。输入输出设备的数据如何传送的??
   控制总线:使用二进制信号对连接到系统总线上的所有设备的动作进行同步。
   地址总线:当和内存进行数据交互的时候,地址总线保存指令和数据的地址。   
   
3.为什么访问存储器比访问寄存器要花费更多的机器周期?
  存储器的速度比CPU慢的多,因此访问存储器,CPU需要等待一个或者几个时钟周期。
4.指令执行周期中的三个基本步骤是什么?
  取指令,解码,以及执行。   
5.当使用内存操作数时,指令执行周期中海需要那两个额外的步骤?
  取操作数,存储输出操作数
6.在指令执行周期的那个阶段中,程序计数器的值会增加?
  控制单元取得指令,将其从存储器拷贝到CPU中并增加程序计数器的值。因此取指令的时候,PC的值将增加。
7.给出流水线执行的定义
  
  PS:这个地方中译版有个地方翻译的不准确,按照原文,应该是386将一个指令执行分解为6个阶段,486才引入流水线技术。
     intel的文档说386支持并行,486引入流水线,具体细节有待研究。 
  通常情况下,一条指令的执行可以分解成6步(386),CPU将一步一步的执行这些步骤,但是下一条指令并不需要等上一条6步全部执行完成后
  再开始。可以当第一条指令的第一步执行完成后,在执行第一条指令第二步的时候,并发执行第二条指令的第一步。这就是流水线技术。
  关于I386的6步,摘录如下:
   1.总线接口单元BIU,访问存储器并提供输入输出
   2.代码预取单元CPU(code prefetch unit):从BIU接收机器指令并将其插入到CPU内部的指令队列。
   3.指令解码单元:将队列中的指令进行解码,翻译成微代码
   4.执行单元:执行解码后的微代码
   5.分段部件:将逻辑地址转换成线性地址并进行保护检查。
   6.分页部件:将线性地址转换为物理地址,进行页保护检查并保留一个最近访问页的列表。
8.在5级非流水线处理器中,执行两条指令需要多少时钟周期?
  对于K级的处理器,执行n条指令需要(n*k)个时钟周期。因此需要10个周期。
9.在5级单级流水线处理中,执行8条指令需要多少时钟周期?
  
  对于单级流水线,k级处理器执行n条指令需要k+(n-1)=12 个周期
10.什么是超标量处理器?
  两条以上的流水线,使得两条指令能够同时处于同一个执行阶段。
  针对单流水线,如果某个阶段执行操作一个周期,那么将造成瓶颈。
  针对某个K级处理器,如果某个阶段需要2个周期,那么执行N条指令需要 k+2n-1 个周期
  如果将需要2个周期的地方扩充到2个流水线,u和v,那么直接导致 k+n出现。
  PS:教材按照简化版本分析,貌似intel的处理多个阶段都可以并行处理。 
11.假设5级双流水线处理器中有一个阶段的执行周期需要两个时钟周期,执行10条指令需要多少时钟周期?
   k+n = 5+10 = 15
12.当程序运行时,OS从磁盘的文件目录项中读取哪些信息?
   文件大小以及在磁盘驱动器上的物理位置。
13.程序装入内存后如何开始执行?
   程序装入内存后将程序的大小和位置等信息登记在一张表中。OS执行一条分支转移指令,使CPU在程序的第一条机器指令处开始执行。
14.试给出多任务的定义?
   操作系统能故同时运行多个任务。任务和进程并不等价。OS给每个人物分配一个时间片,轮流激活执行这些程序。
15.OS调度程序的功能是什么?
   任务切换??
16.当处理器从一个任务切换到另一个任务的时候,必须保存第一个任务的那些值?
   处理器中寄存器的内容,任务变量和程序计数器够构成。

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