計算機組成原理

1、什麼是計算機系統、計算機硬體、計算機軟體？硬體和軟體哪個更重要？

計算機系統：由計算機硬體和軟體組成的一個系統；

計算機硬體：計算機的實體部分，由各種電子元器件組成的一個系統；

計算機軟體：由具有各種特殊功能的程式組成的一個系統；

硬體和軟體在計算機系統中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。

2、如何理解計算機的層次結構？

計算機硬體、系統軟體和應用軟體構成了計算機系統的三個層次結構。

（1）硬體系統是最內層的，它是整個計算機系統的基礎和核心。

（2）系統軟體在硬體之外，為使用者提供一個基本操作介面。

（3）應用軟體在最外層，為使用者提供解決具體問題的應用系統介面。

通常將硬體系統之外的其餘層稱為虛擬機器。各層次之間關係密切，上層是下層的擴充套件，下層是上層的基礎，各層次的劃分不是絕對的。

3、說明語言、組合語言和機器語言的差別及其聯絡。

答：機器語言是計算機硬體能夠直接識別的語言，組合語言是機器語言的符號表示，語言是面向演算法的語言語言編寫的程式（源程式）處於最高層，必須翻譯成組合語言，再由彙編程式彙編成機器語言（目標程式）之後才能被執行。

4．如何理解計算機組成和計算機體系結構？

答：計算機體系結構是指那些能夠被程式設計師所見到的計算機系統的屬性，如指令系統、資料型別、定址技術組成及I／0機理等。計算機組成是指如何實現計算機體系結構所體現的屬性，包含對程式設計師透明的硬體細節，如組成計算機系統的各個功能部件的結構和功能，及相互連線方法等。

5，馮●諾依曼計算機的特點是什麼？

解：馮●諾依曼計算機的特點是：

計算機由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置五大部件組成；

指令和資料以同同等地位存放於儲存器內，並可以按地址訪問：

指令和資料均用二進位制表示；

指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示運算元在儲存器中的位置；

指令在儲存器中順序存放，通常自動順序取出執行；

機器以運算器為中心（原始馮●諾依曼機）。

6，畫出計算機硬體組成框圖，說明各部件的作用及計算機系統的主要技術指標。

各部件的作用如下：

控制器：整機的指揮中心，它使計算機的各個部件自動協調工作。

運算器：對資料資訊進行處理的部件，用來進行算術運算和邏輯運算。

儲存器：存放程式和資料，是計算機實現“儲存程式控制”的基礎。

輸入裝置：將人們熟悉的資訊形式轉換成計算機可以接受並識別的資訊形式的裝置。

輸出裝置：將計算機處理的結果（二進位制資訊）轉換成人類或其它裝置可以接收和識別的資訊形式的裝置。

計算機系統的主要技術指標有：

機器字長：指CPU一次能處理的資料的位數。通常與CPU的暫存器的位數有關，字長越長，數的表示範圍越大，精度也越高。機器字長也會影響計算機的運算速度。

資料通路寬度：資料匯流排一次能並行傳送的資料位數。

儲存容量：指能儲存資訊的最大容量，通常以位元組來衡量。一般包含主存容量和輔存容量。

運算速度：通常用MIPS（每秒百萬條指令）、MFLOPS（每秒百萬次浮點運算）或CPI（執行一條指令所需的時鐘週期數）來衡量。CPU 執行時間是指CPU對特定程式的執行時間。

主頻：機器內部主時鐘的執行頻率，是衡量機器速度的重要引數。

吞吐量：指流入、處理和流出系統的資訊速率。它主要取決於主存的存取週期。

響應時間：計算機系統對特定事件的響應時間，如實時響應外部中斷的時間等。

7、解釋下列概念：

主機、CPU、主存、儲存單元、儲存元件、儲存基元、儲存元、儲存字、儲存字長、儲存容量、機器字長、指令字長。

解：

主機：是計算機硬體的主體部分， 由CPU和主儲存器MM合成為主機。

CPU：中央處理器， 是計算機硬體的核心部件， 由運算器和控制器組成； （早期的運算器和控制器不在同一晶片上， 現在的CPU內除含有運算器和控制器外還整合了CACHE） 。

主存：計算機中存放正在執行的程式和資料的儲存器，為計算機的主要工作儲存器，可隨機存取；由儲存體、各種邏輯部件及控制電路組成。

儲存單元：可存放一個機器字並具有特定儲存地址的儲存單位。

儲存元件：儲存一位二進位制資訊的物理元件，是儲存器中最小的儲存單位，又叫儲存基元或儲存元，不能單獨存取。

儲存字：一個儲存單元所存二進位制程式碼的邏輯單位。

儲存字長：一個儲存單元所儲存的二進位制程式碼的總位數。

儲存容量：儲存器中可存二進位制程式碼的總量：（通常主、輔存容量分開描述）。

機器字長：指CPU一次能處理的二進位制資料的位數， 通常與CPU 的暫存器位數有關。

指令字長：機器指令中二進位制程式碼的總位數。

8。解釋下列英文縮寫的中文含義：

CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS

解：全面的回答應分英文全稱、中文名、功能三部分。

CPU：Central Processing Unit，中央處理機（器），是計算機硬體的核心部件，主要由運算器和控制器組成。

PC：Program Counter，程式計數器，其功能是存放當前欲執行指令的地址，並可自動計數形成下一條指令地址。

IR：Instruction Register， 指令暫存器， 其功能是存放當前正在執行的指令。

CU：Control Unit， 控制單元（部件） ， 為控制器的核心部件，其功能是產生微操作命令序列。

ALU：Arithmetic Logic Unit， 算術邏輯運算單元， 為運算器的核心部件，其功能是進行算術、邏輯運算。

ACC：Accumulator， 累加器， 是運算器中既能存放運算前的運算元，又能存放運算結果的暫存器。

MQ：Multiplier-QuotientRegister，乘商暫存器，乘法運算時存放乘數、除法時存放商的暫存器。

X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示運算元暫存器，即運算器中工作暫存器之一，用來存放運算元；

MAR：Memory Address Register， 儲存器地址暫存器， 在主存中用來存放欲訪問的儲存單元的地址。

MDR：Memory Data Register， 儲存器資料緩衝暫存器， 在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某儲存單元的資料。

I/0： Input/output equipment，輸入/輸出裝置，為輸入裝置和輸出裝置的總稱，用於計算機內部和外界資訊的轉換與傳送。

MIPS： Million Instruction Per Second，每秒執行百萬條指令數，為計算機運算速度指標的一種計量單位。

9、畫出主機框圖，分別以存數指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均為主存地址）為例，在圖中按序標出完成該指令（包括取指令階段）的資訊流程（如→①）。假設主存容量為256M*32位，在指令字長、儲存字長、機器字長相等的條件下，指出圖中各暫存器的位數。

解:

(1) STA M指令: PC-》MAR, MAR-》MM, MM-》MDR, MDR-》IR,OP (IR)-》CU, Ad (IR)-》MAR, ACC-》MIDR, MAR -》MM, WR

(2) ADD M指令: PC-》MAR, MAR-》MM, MM-》MDR, MDR-》IR,OP (TR)-》CU, Ad (IR)-》MAR, RD, MM-》MDR,MDR-》X, ADD, ALU-》ACC, ACC -》MDR, WR

假設主存容量256M*32位,在指令字長、儲存字長、機器字長相等的條件下, ACC、 X、 IR, MDR暫存器均為32位, PC和MAR暫存器均為28位.

10，指令和資料都存於儲存器中，計算機如何區分它們？

解：計算機區分指令和資料有以下2種方法：

透過不同的時間段來區分指令和資料，即在取指令階段（或取指微程式）取出的為指令，在執行指令階段（或相應微程式）取出的即為資料。

透過地址來源區分，由PC提供儲存單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供儲存單元地址的取出的是運算元。

chibohandong