计算机组成原理02-4
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计算机四级计算机组成原理知识点总结
计算机四级计算机组成原理涉及多个关键知识点,主要包括:
1.**计算机的基本组成**:计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
其中,运算器和控制器合称为中央处理器(CPU)。
2.**指令系统**:指令是计算机执行某种操作的命令,通常由操作码和操作数地址码组成。
指令系统是指一台计算机中所有指令的集合。
指令的长度取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数,与机器字长没有固定的关系。
指令可以分为零地址指令、一地址指令等多种类型。
3.**计算机硬件层次结构**:计算机硬件层次结构可以分为微程序机器层(M0)、传统机器层(M1)、虚拟机器层(M2)、汇编语言机器层(M3)和高级语言机器层(M4)。
每一层都对应着不同的指令系统和执行方式。
4.**存储系统**:存储系统包括主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。
主存储器是计算机直接访问的存储部件,其速度快,但容量小。
辅助存储器则容量大,速度慢,需要通过输入输出设备才能访问。
5.**输入输出系统**:输入输出系统负责计算机与外部世界的联系,包括输入设备和输出设备。
输入设备用于将外部信息输入到计算机中,输出设备用于将计算机的处理结果输出到外部世界。
6.**总线系统**:总线是连接计算机各部件的通信线路,包括数据总线、地址总线和控制总线。
总线系统负责在各部件之间传输数据和控制信号。
以上就是计算机四级计算机组成原理的主要知识点,掌握了这些知识,就能对计算机的基本组成和工作原理有深入的理解。
计算机组成原理课件
计算机组成原理课件通常包括以下几个部分:1.计算机系统概述
计算机的发展历史
计算机的基本组成
计算机的工作原理
2.数据表示与运算
二进制数系统
数据的表示方法:原码、反码、补码
基本运算:加法、减法、乘法、除法、逻辑运算3.计算机硬件组成
中央处理器(CPU)
指令系统
控制器
运算器
存储器
内存
外存
输入/输出设备
输入设备
输出设备
4.计算机指令系统
指令格式
指令分类:数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等
指令执行过程
5.存储系统
存储器层次结构
高速缓冲存储器(CaChe)
主存储器(内存)
辅助存储器(外存)
虚拟存储器
6.I/O系统
I/O设备的分类
I/O接口与总线
I/O控制方式:轮询、中断、直接内存访问(DMA)等
I/O设备管理
7.计算机性能评价与优化
计算机性能指标
影响计算机性能的因素
计算机性能优化方法
8.计算机体系结构
冯•诺依曼体系结构
哈佛体系结构
VonNeumann和Harvard体系结构的比较与优缺点9.多处理器系统与并行计算
多处理器系统的基本概念
多处理器系统的分类与特点
并行计算的基本概念与技术
多处理器与并行计算的应用实例。
计算机组成原理实验报告实验报告运算器实验⼀、实验⽬的掌握⼋位运算器的数据传输格式,验证运算功能发⽣器及进位控制的组合功能。
⼆、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验,熟悉ALU运算控制位的运⽤。
三、实验原理实验中所⽤的运算器数据通路如图2-3-1所⽰。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连,运算源寄存器A和暂存器B的数据输⼊端分别由2个74LS574锁存器锁存,锁存器的输⼊端与数据总线相连,准双向I/O 输⼊输出端⼝⽤来给出参与运算的数据,经2⽚74LS245三态门与数据总线相连。
图2-3-1运算器数据通路图中A WR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的⼆进制开关控制,“0”有效,通过【单拍】按钮产⽣的脉冲把总线上的数据打⼊,实现运算源寄存器A、暂存器B的写⼊操作。
四、运算器功能编码算术运算逻辑运算K23~K0置“1”,灭M23~M0控位显⽰灯。
然后按下表要求“搭接”部件控制路。
表2.3.2 运算实验电路搭接表算术运算1.运算源寄存器写流程通过I/O单元“S7~S0”开关向累加器A和暂存器B置数,具体操作步骤如下:2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能,令K18=K17=“1”,按下流程分别读A、B。
3.加法与减法运算令M S2 S1 S0(K15 K13~K11=0100),为算术加,FUN及总线单元显⽰A+B的结果令M S2 S1 S0(K15 K13~K11=0101),为算术减,FUN及总线单元显⽰A-B的结果。
逻辑运算1.运算源寄存器写流程通过“I/O输⼊输出单元”开关向寄存器A和B置数,具体操作步骤如下:2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能,令K17= K18=1,按下流程分别读A、B。
①若运算控制位设为(M S2 S1 S0=1111)则F=A,即A内容送到数据总线。
②若运算控制位设为(M S2 S1 S0=1000)则F=B,即B内容送到数据总线。
可编辑修改精选全文完整版第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:P9-10主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE)。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长:一条指令的二进制代码位数。
计算机组成原理课后答案习题解答第一章思考题与习题1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
硬件即指计算机的实体部分。
软件是由计算机运行所需的程序及相关文档硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要4.如何理解计算机组成和计算机体系结构?计算机体系结构是指那些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,通常是指用机器语言编程的程序员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 机理等等计算机组成是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硬件细节。
5.冯·诺依曼计算机的特点是什么?(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成(5) 指令在存储器内按顺序存放。
(6) 机器以运算器为中心。
6.画出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
硬件的主要技术指标:(1) 机器字长:指 CPU 一次能处理数据的位数,通常与 CPU 的寄存器位数有关(2) 存储容量:包括主存容量和辅存容量,存放二进制代码的总数=存储单元个数×存储字长(3) 运算速度:主频、Gibson 法、MIPS 每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数7.解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
主机——是计算机硬件的主体部分,由CPU+MM(主存或内存)组成;CPU——中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器+控制器组成;存储字长——存储器一次存取操作的最大位数;存储容量——存储器中可存二进制代码的总量;机器字长——CPU能同时处理的数据位数;等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数;8.解释下列英文代号:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
计算机组成原理(第三版)课后答案计算机是⼀种能⾃动地、⾼速地对各种数字化信息进⾏运算处理的电⼦设备。
1.2冯诺依曼计算机体系结构的基本思想是存储程序,也就是将⽤指令序列描述的解题程序与原始数据⼀起存储到计算机中。
计算机只要⼀启动,就能⾃动地取出⼀条条指令并执⾏之,直⾄程序执⾏完毕,得到计算结果为⽌。
按此思想设计的计算机硬件系统包含:运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
各部分的作⽤见教材:P10—P121.3计算机的发展经历了四代。
第⼀代:见教材P1第⼆代:见教材P2第三代:见教材P2第四代:见教材P21.4系统软件定义见教材:P12—13,应⽤软件定义见教材:P121.5见教材:P14—151.6见教材:P111.7见教材:P6—81.8硬件定义见教材:P9软件定义见教材:P12固件定义见教材:P131.91)听觉、⽂字、图像、⾳频、视频2)图像、声⾳、压缩、解压、DSP1.10处理程度按从易到难是:⽂本→图形→图像→⾳频→视频27/64=00011011/01000000=0.0110110=0.11011×2-1规格化浮点表⽰为:[27/64]原=101,011011000[27/64]反=110,011011000[27/64]补=111,011011000[27/64]反=110,100100111[27/64]补=111,1001010002.3 模为:29=10000000002.4 不对,8421码是⼗进制的编码2.5浮点数的正负看尾数的符号位是1还是0浮点数能表⽰的数值范围取决于阶码的⼤⼩。
浮点数数值的精确度取决于尾数的长度。
2.61)不⼀定有N1>N2 2)正确2.7 最⼤的正数:0111 01111111 ⼗进制数:(1-2-7)×27最⼩的正数:1 ⼗进制数:2-7×2-7最⼤的负数:1 ⼗进制数:--2-7×2-7最⼩的负数:0111 10000001 ⼗进制数:--(1-2-7)×272.81)[x]补=00.1101 [y]补=11.0010[x+y]补=[x]补+[y]补=11.1111⽆溢出x+y= -0.0001[x]补=00.1101 [--y]补=00.1110[x-y]补=[x]补+[--y]补=01.1011 正向溢出2)[x]补=11.0101 [y]补=00.1111[x+y]补=[x]补+[y]补=00.0100 ⽆溢出x+y= 0.0100[x]补=11.0101 [--y]补=11.0001[x-y]补=[x]补+[--y]补=10.0110 负向溢出3) [x]补=11.0001 [y]补=11.0100[x+y]补=[x]补+[y]补=10.0101 负向溢出[x]补=11.0001 [--y]补=00.1100[x-y]补=[x]补+[--y]补=11.1101 ⽆溢出X-y=-0.00112.91)原码⼀位乘法|x|=00.1111 |y|=0.1110部分积乘数y n00.0000 0.1110+00.000000.0000+00.111100.11110→00.011110 0.11+00.111101.011010→00.1011010 0.1+00.111101.1010010→00.11010010P f=x f⊕y f=1 |p|=|x|×|y|=0.11010010所以[x×y]原=1.11010010补码⼀位乘法[x]补=11.0001 [y]补=0.1110 [--x]补=11.0001 部分积y n y n+1 00.0000 0.11100→00.00000 0.1110+00.111100.11110→00.011110 0.111→00.0011110 0.11→00.0 0.1+11.000111.00101110[x×y]补=11.001011102)原码⼀位乘法|x|=00.110 |y|=0.010部分积乘数y n00.000 0.010+00.00000.000→00.0000 0.01+00.11000.1100→00.01100 0.0+00.00000.01100 0所以[x×y]原=0.001100补码⼀位乘法[x]补=11.010 [y]补=1.110 [--x]补=00.110部分积y n y n+100.000 1.1100→00.0000 1.110+00.11000.1100→00.01100 1.11→00.001100 1.1所以[x×y]补=0.0011002.101)原码两位乘法|x|=000.1011 |y|=00.0001 2|x|=001.0110部分积乘数 c000.0000 00.00010+000.1011000.1011→000.001011 0.000→000.00001011 00.0P f=x f⊕y f=1 |p|=|x|×|y|=0.00001011所以[x×y]原=1.00001011补码两位乘法[x]补=000.1011 [y]补=11.1111 [--x]补=111.0101部分积乘数y n+1000.0000 11.11110+111.0101111.0101→111.110101 11.111→111.11110101 11.1所以[x×y]补=111.11110101 x×y=--0.000010112)原码两位乘法|x|=000.101 |y|=0.111 2|x|=001.010 [--|x| ]补=111.011 部分积乘数 c 000.000 0.1110+111.011111.011→111.11011 0.11+001.010→000.100011P f=x⊕y f=0 |p|=|x|×|y|=0.100011所以[x×y]原=0.100011补码两位乘法[x]补=111.011 [y]补=1.001 [--x]补=000.101 2[--x]补=001.010 部分积乘数y n+1 000.000 1.0010+111.011111.011→111.111011 1.00+001.010001.00011→000.100011所以[x×y]补=0.1000112.111) 原码不恢复余数法|x|=00.1010 |y|=00.1101 [--|y| ]补=11.0011部分积商数00.1010+11.0011←11.1010+00.110100.0111 0.1←00.1110+11.001100.0001 0.11←00.0010+11.001111.0101 0.110←01.1010+00.110111.0111 0.1100+00.110100.0100所以[x/y]原=0.1100 余数[r]原=0.0100×2—4补码不恢复余数法[x]补=00.1010 [y]补=00.1101 [--y]补=11.0011 部分积商数00.101000.0111 0.1←00.1110+11.001100.0001 0.11←00.0010+11.001111.0101 0.110←10.1010+00.110111.0111 0.1100+00.110100.0100所以[x/y]补=0.1100 余数[r]补=0.0100×2—42)原码不恢复余数法|x|=00.101 |y|=00.110 [--|y| ]补=11.010 部分积商数00.101+11.01011.111 0←11.110+00.11000.100 0.1←01.000+11.01000.010 0.11←00.100+11.01011.110 0.110+00.11000. 100所以[x/y]原=1.110 余数[r]原=1.100×2—3补码不恢复余数法[x]补=11.011 [y]补=00.110 [--y]补=11.010 部分积商数11.01111.100 1.0←11.000+00.11011.110 1.00←11.100+00.11000.010 1.001+11.01011.100所以[x/y]补=1.001+2—3=1.010 余数[r]补=1.100×2—32.121)[x]补=21101×00.100100 [y]补=21110×11.100110⼩阶向⼤阶看齐:[x]补=21110×00.010010求和:[x+y]补=21110×(00.010010+11.100110)=21110×11.111000 [x-y]补=21110×(00.010010+00.011010)=21110×00.101100 规格化:[x+y]补=21011×11.000000 浮点表⽰:1011,11.000000规格化:[x-y]补=21110×00.101100 浮点表⽰:1110,0.101100 2)[x]补=20101×11.011110 [y]补=20100×00.010110⼩阶向⼤阶看齐:[y]补=20101×00.001011求和:[x+y]补=20101×(11.011110+00.001011)=20101×11.101001 [x-y]补=20101×(11.011110+11.110101)=20101×00.010011 规格化:[x+y]补=21010×11.010010 浮点表⽰:1010,11. 010010规格化:[x-y]补=21010×00.100110 浮点表⽰:1010,00.1001102.13见教材:P702.141)1.0001011×262)0.110111*×2-62.151)串⾏进位⽅式C1=G1+P1C0G1=A1B1,P1=A1⊕B1C2=G2+P2C1G2=A2B2,P2=A2⊕B2C3=G3+P3C2G3=A3B3,P3=A3⊕B3C4=G4+P4C3G4=A4B4,P4=A4⊕B4C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4= G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C02.16参考教材P62 32位两重进位⽅式的ALU和32位三重进位⽅式的ALU 2.17C n“1”“1”3.1见教材:P79 3.2 见教材:P833.3与SRAM 相⽐,DRAM 在电路组成上有以下不同之处:1)地址线的引脚⼀般只有⼀半,因此,增加了两根控制线RAS 、CAS ,分别控制接受⾏地址和列地址。
《计算机组成原理》第01章在线测试《计算机组成原理》第01章在线测试剩余时间:59:54答题须知:1、本卷满分20分。
2、答完题后,请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷,否则无法记录本试卷的成绩。
3、在交卷之前,不要刷新本网页,否则你的答题结果将会被清空。
第一题、单项选择题(每题1分,5道题共5分)1、完整的计算机系统应包括______。
A、运算器、存储器、控制器B、外部设备和主机C、主机和实用程序D、配套的硬件设备和软件系统2、计算机系统中的存储器系统是指______。
A、RAM存储器B、ROM存储器C、主存储器D、主存储器和外存储器3、冯•诺依曼机工作方式的基本特点是______。
A、多指令流单数据流B、按地址访问并顺序执行指令C、堆栈操作D、存储器按内部选择地址4、邮局把信件进行自动分拣,使用的计算机技术是______。
A、机器翻译B、自然语言理解C、模式识别D、机器证明5、计算机高级程序语言一般分为编译型和解释型两类,在Java、Fortran和C语言中,属于编译语言的是______。
A、全部B、FortranC、CD、Fortran和C第二题、多项选择题(每题2分,5道题共10分)1、冯•诺依曼原理的基本思想是:A、采用二进制形式表示数据和指令。
指令由操作码和地址码组成。
B、将程序和数据存放在存储器中,使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行,自动完成计算任务。
这就是“存储程序”和“程序控制”(简称存储程序控制)的概念。
C、指令的执行是顺序的,即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行,程序分支由转移指令实现。
D、计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成,并规定了5部分的基本功能。
2、计算机总线结构分为:A、单总线结构B、双总线结构C、多总线结构D、全总线结构3、理解计算机的概念,应从以下几个方面:A、以电子器件为物质基础,即研究的对象是电子数字计算机(Digital Computer)B、不需要人的直接干预,说明具有自动化能力,其前提是存储程序C、处理各种数字化信息,计算机以二进制编码作为数字化编码及运算的基础D、具有算逻运算能力,基本运算操作是算术和逻辑运算E、计算机是快速工具,主要取决于两个因素:一是电子器件,二是存储程序F、由硬件和软件组成4、目前常见的系统软件有:A、操作系统B、各种语言处理程序C、数据库管理系统D、各种服务性程序5、计算机系统的主要技术指标有:A、机器字长B、数据通路宽度C、主存储器容量D、运算速度第三题、判断题(每题1分,5道题共5分)1、任何可以由软件实现的操作也可以由硬件来实现正确错误2、固件就功能而言类似于软件,而从形态来说又类似于硬件正确错误3、在计算机系统的层次结构中,微程序级属于硬件级,其他四级都是软件级正确错误4、面向高级语言的机器是完全可以实现的正确错误5、电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量,运算的过程是不连续的;电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量,运算的过程是连续的。
__________________________________________________计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点第一章知识总结(一)2017-04-19马辉一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。