计算机组成原理

​1.什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。

计算机系统包括硬件和软件。

计算机系统通常可有5个以上的层次，在每一层次（级）上都能进行程序设计。

由下至上可排序为：

微程序机器级：微指令由硬件直接执行

传统机器级：用微程序解释机器指令

操作系统级：一般用机器语言程序解释作业控制语句

汇编语言机器级：由汇编程序支持和执行

高级语言机器级：有各种高级语言编译程序支持和执行

应用语言机器级：采用各种面向问题的应用语言

2.画出计算机硬件基本组成框图，通过解题过程说明每一功能部件的作用及它们之间的信息流向。

计算机系统由5大部件组成：

控制器：指挥各部件协调工作

运算器：能完成算术运算和逻辑运算

存储器：用来存放程序和数据

输入设备：将人们熟悉的信息转换成机器能识别的信息

输出设备：将机器运行结果转化成人们能接受的信息

解题过程：

将需要解决的问题编制成解题程序

在控制器的指挥下，经输入设备输入至存储器

启动机器运行程序，控制器从存储器中自动、逐条地取出指令

控制器分析并执行指令，发出各种不同的指令，运算器完成运算指令

最终将运行结果通过输出设备显示或打印出来

注意：

控制器控制其他4个部件

存储器通过数据连接其他4个部件

3.什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。

主机包括运算器、控制器和存储器。

功能：在控制器的指挥下，逐条地从存储器中取出指令，分析指令，发出各种不同的命令，在运算器中完成各种算术逻辑运算，并将结果存于存储器中。

CPU包括运算器和控制器，又称为中央处理器，具有运算器和控制器的功能。

存储器用来存放程序和数据。

4.计算机系统软件包括哪几类？各有何作用？

标准程序库，如监控程序，用于监视计算机工作

服务型程序，如连接、编辑、调试、诊断

语言处理程序，如编译程序、汇编程序、解释程序，将各种语言转换成机器语言

操作系统，用来控制和管理计算机

数据库管理系统

各种计算机网络软件

5.什么是硬件？什么是软件？两者谁更重要？为什么？

硬件：计算机系统的实体部分，包括主机和外部设备等，由看得见摸得着的各种电子元器件及各类光、电、机设备的实物组成。

软件：看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。

硬件和软件同样重要，两者是不可分割的统一体，前者是后者的物质基础，后者是前者的“灵魂”，它们相辅相成，互相促进。

6.什么是指令？什么是程序？

指令：机器完成某种操作的命令，典型的指令通常包括操作码和地址码两部分。

操作码：用来指定执行什么操作

地址码：用来指出操作数在什么地方

程序：有序指令的集合，用来解决某一特定问题。

7.机器语言、汇编语言、高级语言有何区别？

机器语言：由代码“0”、“1”组成，是机器能直接识别的一种语言。

汇编语言：面向机器的语言，用一些特殊的符号表示指令。

高级语言：面向用户的语言，一种接近于人们使用习惯的语言，直观，通用，与具体机器无关。

8.计算机硬件的主要技术指标有哪些？

机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总位数，可用位（bit）或字节（byte）来衡量。

运算速度：可用MIPS（每秒执行的百万条指令数）、CPI（每执行一条指令所需的时钟周期数）或FLOPS（每秒浮点运算次数）来衡量运算速度。

寄存器：

CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。

其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。

寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。

寄存器是中央处理器内的组成部分。

寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。

9.解释英文缩写的含义：MIPS、CPI、FLOPS。

MIPS：Million InstructionPer Second，即每秒执行百万条指令数，如每秒执行300万条指令，则极为3MIPS。

CPI：Cycle Per Instruction，即执行一条指令所需的时钟周期（时钟频率的倒数）数。

FOLPS：Floating PointOperation Per Second，即每秒浮点运算次数。

10.什么是机器字长、指令字长、存储字长？

机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

指令字长：机器指令中二进制代码的总位数。

存储字长：存储单元中存放二进制代码的总位数。

三者可以相等也可以不等，视不同机器而定。

11.如何理解计算机体系结构和计算机组成？

计算机体系结构：指能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

通常指用机器语言编程的程序员（也包括汇编语言程序设计者和汇编程序设计者）所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等，大都属于抽象的属性。

计算机组成：指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的（即程序员不知道的）硬件细节。

例如，一台机器是否具备乘法指令是一个结构问题，而实现乘法指令采用什么方式是一个组成问题。

12.解释英文缩写的含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、MM、I/O。

CPU(Central ProcessingUnit):中央处理器，包括控制器和运算器

PC(Program counter):程序计数器

IR(Instruction Register):指令寄存器

CU(Control Unit):控制单元

ALU(Arithmetic LogicUnit):算术逻辑单元

MQ(Multiplier-QuotientRegister):乘商寄存器

X:操作数寄存器

MAR(Memory Address Register):存储器地址寄存器

MDR(Memory Data Register):存储器数据寄存器

MM(Main Memory):主存储器

I/O(Input/Output Equipment):输入输出设备

13.解释存储元件、存储元、存储基元、存储单元、存储字的概念。

存储元件/存储基元/存储元：用来存放一位二进制信息。

存储单元：由若干个存储元件组成，能存放多位二进制信息。

存储矩阵/存储体：由许多个存储单元组成。

存储字：每个存储单元中二进制代码的组合，可代表数值、指令、地址或逻辑数等。

存储字长：每个存储单元中二进制代码的位数。