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第 5 章 中央处理器 (CPU)

【考纲内容】

1.CPU 的功能和基本结构

2.指令执行过程

3.数据通路的功能和基本结构

4.控制器的功能和工作原理

5.异常和中断机制

        (1) 异常和中断的基本概念

        (2) 异常和中断的分类

        (3) 异常和中断的检测与响应

6.指令流水线

        (1) 指令流水线的基本概念

        (2) 指令流水线的基本实现

        (3) 结构冒险、数据冒险和控制冒险的处理

        (4) 超标量和动态流水线的基本概念

7.多处理器基本概念

        (1) SISD、SIMD、MIMD、向量处理器的基本概念

        (2) 硬件多线程的基本概念

        (3) 多核处理器 (multi - core) 的基本概念

        (4) 共享内存多处理器 (SMP) 的基本概念

【考情统计】

年份	题数及分值			考点
	单选题	综合题	总分值
2009	2	1	17	指令流水线、控制器的功能和工作原理、数据通路
2010	2	0	4	CPU 的功能和结构、指令流水线
2011	2	0	4	指令流水线、异常和中断
2012	1	7	9	控制器的结构和功能、指令流水线
2013	1	0	2	指令流水线
2014	1	1	7	控制器的结构和功能
2015	1	2	25	异常和中断、数据通路
2016	4	0	8	CPU 的功能和结构、指令流水线、数据通路、异常和中断
2017	3	0	6	数据通路、控制器的结构和功能、指令流水线
2018	1	0	2	指令流水线
2019	3	0	6	指令的执行过程、控制器的结构和功能、指令流水线
2020	2	0	4	异常和中断、指令流水线
2021	2	0	4	CPU 的功能和结构、数据通路
2022	2	1	19	异常和中断、多处理器基本概念、数据通路、CPU 的功能和结构
2023	3	0	6	数据通路、指令流水线、异常和中断
2024	1	1	15	数据冒险、CPU 相关综合应用题

【考点解读】

        中央处理器是本书的重点和难点，考生要熟悉 CPU 的功能和基本结构，数据通路的功能和结构，准确理解指令的执行过程。熟悉控制单元的设计和实现，掌握组合逻辑和时序逻辑的特点和区别，掌握指令执行周期的概念和指令流水线的分析。

【复习建议】

        从考情统计来看，指令流水线、异常和中断、控制器的结构和功能等考点的考试频率最高，考生应重点把握这些考点的内容。异常和中断在本章篇幅较短，可以在学习到第六章的中断 I/O 方式的时候进行回顾，加深对知识点的理解。同时需要注意，数据通路和指令流水线也非常容易出综合题。本章的内容初学会比较困难，也经常会和第四章指令系统的知识点结合进行考查。考生在学习完知识点之后一定要把真题演练部分完成，通过做题来更好地理解中央处理器的相关知识，同时把握真题的出题方式。请考生在学习本章内容时思考以下问题，这些问题的答案会在章末给出。

1.理解 CPU 由哪几个部分组成，每一部分实现了什么功能？

2.CPU 是如何运行指令的？指令的执行过程分成哪几部分？指令执行过程中数据如何流动？

3.异常和中断事件有哪些？当异常和中断事件发生时，CPU 如何及时检测并响应？

4.从时间和空间的角度分析如何提升指令执行的并行性？当流水线发生冲突时如何处理？