計算機組成原理筆記

計算機的發(fā)展簡史

第一代計停機是電子管計算機(1946-1958),這一時期計算機的主要特征是使用電子管作為電子器件，軟件還處初始階

段，使用機器語言與匯編語言編制程序.該時代計算機是訂算機發(fā)展的初級階段，其體枳比較大，運整速度比較慢,存儲容量不大.為

了解決某一問題，所編制的程序往往根亞雜.這一代計算機主要用于進行科學(xué)計算.

第二代計算機是晶體管計算機(1958—1964),這一時期計算機的主要特征是使用晶體管作為電子器件，在軟件方面則開

始使用計算機高級語言，這為更多的人學(xué)習(xí)和使用計并機鋪平了道路.這一代計莫機的體枳大大減小,具有質(zhì)量小、壽命長、耗電

少、運莫速度快和存儲容量比較大等優(yōu)點.因此，這一代計算見不僅用于科學(xué)計算，坯用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理，井逐綱用于工業(yè)拴

制。

第三代計翱機是集成電路計算機(1964-1970),這一時期計算機的主要特征是使用中、小規(guī)模集成電路(MS/、S$/)作為

電子甥件.在這?時期，操作系統(tǒng)的出現(xiàn)使計算機的功能越來越強，應(yīng)用范圍越來越廣.使用中、小規(guī)模集成電路制成的計算機，其體

積與功耗都進一步減小，運算速度加快,可毒性等指標也得到「進一步的提高，并且為計算機的小型化、微型化提供f良好的條件.

在這一時期，計算機不僅用于科學(xué)計厘，還用于文字處理、企業(yè)管理和自動控制等領(lǐng)域,出現(xiàn)了計并機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的管

理信息系統(tǒng)，可用于生產(chǎn)管理、交通管理和情報檢索等領(lǐng)域。

第四代計兌機是指用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路(LSOVLSI)作為電子器件制成的計駕機(1971-1990).這一代計。機的

各種性能都有了大幅度的提高，應(yīng)用軟件也越來越豐宓，應(yīng)用涉及國民經(jīng)濟的芬個領(lǐng)域,已經(jīng)在辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理、圖像識

別、語音識別和專家系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域大顯身手，并11進入了家庭.

第五代計兌機是指用日大規(guī)模集成電路(ULSI)作為電子器件制成的計算機.1￡90年后”?算機進入第五代,其主要標志有兩個：

一個是總片集成電路規(guī)模達I00萬晶體管以上;另一個是超標量技術(shù)的成熱和廣泛應(yīng)用.

計算機的特點

計算機的主要特點表現(xiàn)在以卜幾個方面.

1.運算速度快

運算速度是計算機的一個田要性能指標，計算機的運算速度通常用每秒鐘執(zhí)行定點加法的次數(shù)或平均每秒鐘執(zhí)行指令的條數(shù)來衡

量.運算速度快是計算機的?個突出特點，計算機的運算速度已由早期的每秒幾千次發(fā)展到現(xiàn)在的最高可達每秒萬億次甚至更高.

2.計算精度高

科學(xué)研究和工程設(shè)計，對計算結(jié)果的荒度有很高的要求.?般的計算工具只能達到幾位有效數(shù)字(如過去常用的4位數(shù)學(xué)用表、8

位數(shù)學(xué)用表等)，而計算機處理計算結(jié)果的精度可達到十幾位、幾十位有效數(shù)字,甚至根據(jù)需要可達到任意的精度.

3.存儲容最大

計算機的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計算機具有了“記憶”功能.目前計算機的存儲容量越來越大，己高達千古數(shù)量級的容量.計

算機具有“記憶”功能，是其與傳統(tǒng)計和工具的一個也要區(qū)別.

4.具有邏輯判斷功能

計算機的運算器除了能夠完成基木的算術(shù)運算外，還具有進行比較、判斷等邏輯運算的功能.這種能力是計算機處理邏輯推理問題

的前提.

5.自動化程度高，通用性強

由于計算機的工作方式是將程序利數(shù)據(jù)先存放在機內(nèi)，工作時按程序預(yù)先規(guī)定的操作，一步一步地自動完成，一般無須人工干預(yù)，

因而自動化程度高.這一特點是一般計卯工具所不具備的.計算機通用性的特點,表現(xiàn)在其幾乎能求解自然科學(xué)和社會科學(xué)中一切

類型的問題,能廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

計算機的分類

按計嵬機信息的表示形式和對信息的處理方式分類：，數(shù)字計笄機2.模擬計算機；按照計算機的用途分類：1■.通用計算見2.專

用計算機：按其它規(guī)模、速度、功能分類：1.巨型機；2.大型機：3.小型機：4.微型機

計算機的應(yīng)用

由于計算機具有高速、自動化和存儲大量信息的優(yōu)勢，還具有很強的推理和判斷能力，因此，計算機已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并

11仍然呈上升利擴展趨勢。

通常，計算機的應(yīng)用可有以卜.幾個方面.

1.科學(xué)計算

早期的計即機主要用于科學(xué)計算.日冊，科學(xué)il算仍然是計算機的一個正要應(yīng)用第域.由于計算機具有很高的運算速度和運期精度，

使得過去用手工無法完成的計算變?yōu)榭赡?隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的計算能力將越來越強,計算速度會越來越快，計算精度

也會越來越高.利用計算機進行數(shù)值計算，可以節(jié)省大量的時間、人力和物力.

2.過程檢測與控制

特別是微處理器進入儀器儀表領(lǐng)域后所產(chǎn)生的智能化儀器儀表，將1：業(yè)自動化推向了一個更高的水平.利用計算機進行控制，可以

節(jié)省勞動力、降低勞動強度、提高勞動生產(chǎn)效率,并且還可以節(jié)省生產(chǎn)原料、減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本.

3.信息管理

所謂信息管理，是指利用計算機來加工、管理和操作任何形式的數(shù)據(jù)資料,如企業(yè)管理、物資管理、報表統(tǒng)計、賬目計算和信息情

報檢索等.

4.計算機輔助系統(tǒng)

計算機應(yīng)用于輔助設(shè)計、輔助制造科輔助教學(xué)等方面，統(tǒng)稱為計算機輔助系統(tǒng).

5.測量和測試

6.家用電器

7.人工智能

計算機系統(tǒng)的基本組成及層次結(jié)構(gòu)

完整的計算機系統(tǒng)是由硬性和軟件兩大部分（即兩類資源）組成的。

硬件與軟件二者相互依存，分工協(xié)作，缺一不可,硬件是計算機軟件場行的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則為硬件完成預(yù)期功能提供智力支持。

應(yīng)當(dāng)強調(diào)指出硬件和軟件是相輔相成的、不可分割的整體.軟件是計算機系統(tǒng)的靈瑰,沒有軟件的硬件“裸機”將不能提

供給用戶使用,猶如一堆廢鐵!

硬件、軟件的功能劃分與邏輯上的等價：

硬件是軀體，是物質(zhì)基礎(chǔ)：軟件是靈就，是硬件功能的完善和補充?沒有硬件，或者沒有良好的硬件,就無從發(fā)起運

任軟件」…也就無法計算…、一處理某二方面的問題,…沒有軟件，一或者沒有優(yōu)秀的軟件,一計算機就是二個空強,一根本無法工

作,L期煮小熊商效累或工佳.」、.因比上廢件與教住縣有相互避鬟，期及依克，…真相配食、、.真相促進的段系/二:置決二丕

建性和軟件在里輯功熊上懸裝仇的?.例如九夔法運算，用可以用磅件乘法器實現(xiàn)L.也可幺用乘法壬程序?qū)崿F(xiàn)

系統(tǒng)軟件：用來管理整個計算機系統(tǒng)

語言處理程序、操作系統(tǒng)win7/8、服務(wù)型程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件

軟件

應(yīng)用軟件：按任務(wù)編制成的各種程序wordExcelQQC++所有游戲

計算機的硬件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中看得見、摸得著的物理設(shè)備，是一種高度復(fù)雜的、由多種電子線路及精密機械裝置等構(gòu)成的、

能自動并且高速地完成數(shù)據(jù)計算與處理的裝置或者工具.

計算機的軟件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)，包括完成計算機資源管理、方便用戶使用的系統(tǒng)軟件和完成用戶預(yù)期處理

的應(yīng)用軟件這樣兩大部分.系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類：系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、診斷程序、計算機語言處理程序等；應(yīng)

用程序包括廠家提供的通用軟件和用戶自已編寫的應(yīng)用程序。

計算機硬件系統(tǒng)通常由運算器部件、控制器部件、存儲器部件、輸入設(shè)備和輸出設(shè):備這五個部分組成。

晚件系統(tǒng)的功能就是要實現(xiàn)每?條指令的功能，能夠直接識別和執(zhí)行由指令代碼組成的程序。指令是用于程序設(shè)計的.二進制代碼

語言,也就是計算機的指令，一臺計算機的全部指令的集合構(gòu)成了該計算機的指令系統(tǒng).

計算機的基礎(chǔ)硬件實質(zhì)是在機器語言的層次上設(shè)計與實現(xiàn)的，并且可以直接識知和執(zhí)行的只能是由機器語言構(gòu)成的程序。

人們逋常把沒有配備軟件的純哽件系統(tǒng)稱為“裸機”,這是計算:機系統(tǒng)的根基或“內(nèi)核”，它的設(shè)計目標更多地集中在方便硬件實

現(xiàn)和有利于降低成本這兩個方面，因此提供的功能相對較弱，只能執(zhí)行由機器語言編寫的程序.為此，人們期望能開發(fā)出功熊更強、

更接近人的期維方式和使用習(xí)慣的語言，這是通過在裸機上囹備適當(dāng)?shù)能浖沓涑傻?每加?層軟件就構(gòu)成新的“虛擬計算況”，功

能更強大，使用也更加方便.

要把計算機系統(tǒng)當(dāng)做一個整體.它既包含硬件，也包含軟件，軟件和硬件在邏輯功能上是等效的,即某些操作由軟件可以實現(xiàn)，也可

由硬件實現(xiàn).故軟、哽件之間沒行固定的界線，主要受實好需要及系統(tǒng)性能價格比所支配。在設(shè)計計算機系統(tǒng)時，要進行軟硬件的

功能分配。通常來說，能若使用較為頻繁而且用硬件實現(xiàn)的成本理想的話，使用硬件解決提高效率。而軟件可以提高靈活性，

但效率往往不如硬件實現(xiàn)而。改件實現(xiàn)的功能一般比軟件實現(xiàn)具有更高的執(zhí)行速度.

物入軸出坡備地過運算器與存健器傳送數(shù)據(jù)。

計算機硬件的五個功能部件及其功能

計算機系統(tǒng)的核心功能是執(zhí)行程序.為此，首先必須有能力把要運行的程序和用到的原始數(shù)據(jù)輸入到計算機內(nèi)部并存儲起來，接K

來應(yīng)該有辦法逐條執(zhí)行這個程序中的指令以完成數(shù)據(jù)運算并得到運算結(jié)果，最后還要輸出運算結(jié)果供人檢查和使用.為此，一套計

算機的硬件系統(tǒng)至少需要五個相互連接在一起的部件或設(shè)備組成.其中，數(shù)據(jù)輸入設(shè)備完成把程序和原始數(shù)據(jù)輸入計算機;數(shù)據(jù)存

儲部件用于實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的保存;數(shù)據(jù)運兌部件承擔(dān)數(shù)據(jù)的運兌和處理功能;數(shù)據(jù)輸出設(shè)得完成把運兌及處理結(jié)果從計算機輸

出，供用戶杳看或長期保存;而計兜機控制部件則負責(zé)苜先從存儲部件取出指令并完成指令譯碼,然后根據(jù)每條指令運行功能的要

求，向各個部件或設(shè)備提供它們所需要的控制信號，它在整個便件系統(tǒng)中起著指揮、協(xié)調(diào)和控制的作用.

計算機的主機

主機=CPU+主存儲器

主機是一個簡單的基本概念.但經(jīng)常會有學(xué)生回答：主機=CPU+存儲器。這個答案對早期的計算機來說不能算錯，

但對現(xiàn)代的計算機來說就不能算對了，起碼這個答案是因為存儲凈仃土存儲潛和輔助存儲船之分，土機中只包括土存儲器，而

不包括輔助存儲器。主存儲器由RAM和ROM組成,對于微里計算機而；是指插在主板上的內(nèi)存條和其他存儲芯片。輔

助存儲器則是硬盤、軟盤、光盤等存儲器的總稱，它們處于主板之外，依于外部設(shè)備。

運算器的核心是算術(shù)邏輯單元ALU,運算器包含若干通用寄存器，用于暫存操作數(shù)和中間結(jié)果,如累加器（ACC）,乘商寄存

器（MQ）、操作數(shù)寄存器（X）、變址寄存罌（IX）等。

控制器是計算機的指揮中心，由其指揮各部件自動協(xié)調(diào)地進行工作。控制器由程序計數(shù)器（PC）、指令寄存器（1尺）、控制單

元（CU）組成.

計算機中除去主機的其他硬件裝置，通稱為外部設(shè)備（外設(shè)），外設(shè)主要包括外存和I/O設(shè)備。

馮?諾依曼計算機的特點：

早期的馮?諾依曼型計算機組成框圖

馮?諾依曼結(jié)構(gòu)規(guī)定控制器是根據(jù)存放在存儲器中的程序來工作的,即計算機的工作過程就是運行程序的過程。為了使計

算機能正常工作，程序必須預(yù)先存放在存儲器中。這就是存儲程序的概念。

現(xiàn)代計算機與早期討算機相比在結(jié)構(gòu)上還是有不少變化的，如從以運算器為中心改為以存儲器為中心.但就其結(jié)構(gòu)原理來

說,目前絕大多數(shù)計算機仍建立在存儲程序概念的基礎(chǔ)上。馮?諾依侵型計算機的這種I:作方式稱為控制驅(qū)動?？刂乞?qū)

動是由指令流來驅(qū)動數(shù)據(jù)流的。

問：計算機的硬件是由哪些部件組成的？它們各有哪些功能？

解：計算機的硬件應(yīng)由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件

組成。它們各自的功能是：

①輸入設(shè)備：把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計算機中去，并且將它們轉(zhuǎn)換成計

算機內(nèi)部所能識別和接受的信息方式。

②輸出設(shè)備：將計算機的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式送出計算機。

③存儲器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。

④運算器：對信息進行處理和運算。

⑤控制器：按照人們預(yù)先確定的操作步驟，控制整個計算機的各部件有條不紊地自

動工作。

計算機組成與實現(xiàn)

計算機組成是指計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)輯實現(xiàn),包括機器級內(nèi)的數(shù)據(jù)通道和控制信號的組成及邏輯設(shè)計，它著眼于機潛級內(nèi)務(wù)事件

的時序方式與控制機構(gòu)、各部件功能及相互聯(lián)系。計算機組成還應(yīng)包括:數(shù)據(jù)通路寬度;根據(jù)速度、造價、使用狀況設(shè)置專用部件,

如是否設(shè)置乘法器、除法器、浮點運算協(xié)處理器、I/O處理器等;部件共享和并行執(zhí)行;控制器結(jié)構(gòu)（組合邏輯、PLA.微程序）、

單處理機或多處理機、指令預(yù)取技術(shù)和保估、預(yù)判技術(shù)應(yīng)用等組成方式的選擇;可靠性技術(shù);芯片的集成度和速度的選擇。

計算機實現(xiàn)是指計算機組成的的物理實現(xiàn)，包括處理機、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，芯片的集成度和速度，芯片、模塊、掛件、

底板的劃分與連接.專用芯片的設(shè)L,微組裝技術(shù)、總線驅(qū)動，電源、通風(fēng)降溫，整機裝配技術(shù)等.它著眼于芯片技術(shù)和組裝技術(shù)，

其中，芯片技術(shù)起著主導(dǎo)作用。

機器字長

機甥字長是指CPU一次能處理數(shù)提的位數(shù)，它是由加法器、寄存黯的位數(shù)決定的，通常與CPU的寄存涔位數(shù)有關(guān)，所以磯甥字

長?般等于內(nèi)部寄存器的大小.字長標志著精度，字長越長,數(shù)的表示范圍越大，計算的精度就越高。以字節(jié)為基本單位,.個字

節(jié)等于8位二進制位。

存儲容最

包括主存容量和軸存容域.主存容揖指主存中存放二進制代碼的總位數(shù).存儲容址=存儲單元個數(shù)*存儲字長

最小單位：位（b論）存儲㈱與CPU交換信息用少是8字節(jié)位=ZBt字節(jié)

習(xí)題&重點0

1.能夠被計算機硬件直接識別的語言是：機器語言;計算機能直接執(zhí)行的程序是：機器語

言程序。

2.計算機內(nèi)的信息都是以三遜幽形式表示的。至今為止，計算機中的所有信息仍以二

進制方式表示，其理由是：物理器件容易實現(xiàn)

3.計算機硬件系統(tǒng)基本組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。

硬件系統(tǒng)包括CPU、存儲器、I/O設(shè)備，而CPU包含運算器和控制器。

4.主機由CPU和（主）存儲器組成。

5.馮?諾依曼基本工作方式是：控制流驅(qū)動方式。工作方式的基本特點是：按地址訪問并

順序執(zhí)行指令。

6.計算機能自動工作的關(guān)鍵是：存儲程序控制

7.計算機能對指令進行譯碼的部件是：控制器（根據(jù)指令控制運算器、存儲器和I/O設(shè)備

的操作）

8.現(xiàn)代計算機硬件框圖

運算器ALUCPU

控制器CU主機

主存（內(nèi)存儲器）

存儲器硬件

輔存（外存儲器）

輸入設(shè)備I/O設(shè)備

輸出設(shè)備

9.只有當(dāng)程序執(zhí)行時，才將源程序翻譯成機器語言，并且一次只能翻譯一行語句，

邊翻譯邊執(zhí)行的是解釋程序；把匯編語言源程序轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器語言程序的過程是匯編。

10.“存儲程序”的概念是指指令以代碼的形式事先輸入到計算機主存儲器中，然

后其在存儲器中的首地址執(zhí)行程序的第一條指令，以后就按照該程序的規(guī)定執(zhí)行其他指令，

直至程序執(zhí)行結(jié)束。

11.CPU能夠更接訪問的存儲器是：主存儲器。

12.輔助存儲器用于幫助主存儲器記憶更多的信息，輔助存儲器中的信息必須調(diào)入

主存后才能為CPU所訪問。

13.主存儲器由許多存儲單元組成，每個存儲單元包含若干個存儲元件，每個元件

存儲一位二進制代碼“0”或“1"。故而存儲單元可存儲一串二進制代碼，稱這串代包為存

儲字，這串代碼的位數(shù)稱為存儲字長，存儲字長可以是一個字節(jié)或字節(jié)的偶數(shù)倍。主存儲

相的工作方式是按存儲單元的地址進行存取的，這種存取方式稱為按地址存取方式。

14.三個級別的語言：

15.計算機的工作過程：

16.馮?諾依曼計算機中指令和數(shù)據(jù)均以二進制形式存放在存儲器中，CPU區(qū)分它們的依據(jù)

是：指令周期的不同階段

16.存放欲執(zhí)行指令的寄存器是IR。PC存放下一條指令的地址。MAR用來存放欲

訪問的存儲單元地址，MDR存放從存儲單元取來的數(shù)據(jù)。

17.CPU不包括：C

A:地址寄存器B:指令寄存器(IR)C:地址譯碼器D:通用寄存器

地址譯碼器是主存的構(gòu)成部分，不屬于CPU。

地址寄存器雖然一般屬于主存，但是現(xiàn)代計算機中絕大多數(shù)CPU內(nèi)集成了地址寄存器.

18.MAR和MDR的位數(shù)分別為：地址碼長度、存儲字長

19.主存是程序運行時的存儲位置，包括所需的數(shù)據(jù)。

20.操作系統(tǒng)屬于大型系統(tǒng)軟件；編譯程序?qū)儆谡Z言處理程序；連接程序?qū)偈?wù)

性程序。

21.答案：C

22.將高級語言源程序轉(zhuǎn)換為機器級目標代碼文件的程序是：編譯程序

解析：翻譯程序是指高級語言源程序轉(zhuǎn)換成機器語言程序（目標代碼）的軟件。翻譯語言程

序有兩種：

23.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不屬于系統(tǒng)軟件。

24.數(shù)據(jù)流：從主存流向運算器；指令流從主存流向控制器。

25.存儲字是指：存放在一個存儲單兀中的二進制代嗎組合。

26.若一臺計算機的字長是4個字節(jié)，這表明該計算機：在CPU中能夠作為一個整

體加以傳送處理的二進制代碼為32位。

27.指令是：發(fā)給計算機的一個個操作命令。

28.計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)可以分為6層，其層次之間的依存關(guān)系是：上層實現(xiàn)對下

層的功能擴展，而下層是實現(xiàn)上層的基礎(chǔ)。

29.32位微機是指該計算機所用CPU能同時間處理32位的二進制數(shù)。

30.用于科學(xué)計算的計算機中，標志系統(tǒng)性能的主要參數(shù)是：MFLOPS

31.計算機主頻的倒數(shù)指的是：時鐘周期。

32.當(dāng)前設(shè)計高性能計算機的重要技術(shù)途徑是：采用并行處理技術(shù)

33.決定計算機計算精度的主要技術(shù)指標是：計算機的字長。

34.主機中能對指令進行譯碼的器件是：控制器（控制器主要負責(zé)對指令進行譯碼,

并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號）

35.完成一條指令取指令PC取指

分析指令I(lǐng)R

執(zhí)行指令CU執(zhí)行

PC存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，具有計數(shù)功能（PC）+1~PC

IR存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令

（計算機的工作過程（就是取指令、分析指令、執(zhí)行指令，如此周而復(fù)始的過程）：一：取

指令（首先將指令從存儲器讀到指令寄存器），二：分析指令（接著它分析這條指令，指出

指令要完成的操作，并指明操作數(shù)的地址），三：執(zhí)行指令（最后，根據(jù)指令分析的結(jié)果

完成某種操作）：在OC中產(chǎn)生控制信號，由OC完成對其他部件的控制，進行執(zhí)行。由

OC來進行時序捽制,由指令捽制OC.再由OC控制其他部件執(zhí)行.由OC負責(zé)取指令并分

析指令，以及控制指令的執(zhí)行。在內(nèi)存取指令。)

36.計算機的語言

?機器語言：用二進制代碼表示的計算機語言，可直接執(zhí)行。特點：可讀性差，不易

編程和維護

?匯編語言：用助記符號編寫的語言。特點：可讀性較好，適合編寫與硬件打交道的

系統(tǒng)軟件

?高級語言特點：接近自然語言，描述問題強，易維護可移植

?解釋方式：邊解釋邊執(zhí)行，不會生成目標程序

?編譯方式：將高級語言編寫的程序(源程序)翻譯成機器語言程序(目標程序)，

以文件形式儲存然后執(zhí)行。

38.程序：指令的有序集合

指令系統(tǒng)：一臺機器所擁有的全部指令

39.

＞計算機系統(tǒng)的組成

■硬件：計算機系統(tǒng)使用的電子線路和物理裝置。

■軟件：計算機系統(tǒng)中使用的各種程序及全部文當(dāng)?shù)目偡Q。

40.舉例解釋計算機的硬件

L存儲器(Memory)：存儲程序和數(shù)據(jù)信息的部件。

(1)功能：存儲信息。

(2)組成：

①存儲體MB——存儲元件的有序集合，存儲二進制代碼；

②地址寄存器AR一一寄存訪問內(nèi)存儲器的地址碼；

③數(shù)據(jù)寄存器DR——暫存要寫入MB或從MB讀出的代碼；

④讀寫控制電路——控制存儲器進行讀或?qū)懙牟僮鳌?/p>

（3）幾個術(shù)語：

①單元地址：存儲單元的地址編號；

②存儲單元：存放一個字（或字節(jié)）的編址單元；

③存儲容量：存儲單元的總數(shù)。

例如64KB即64X1024X8位；

常用容量單位：lKB=2i（）B=1024B1MB=2,OKB

1GB=2,0MB1TB=2,OGB

2.運算器（ALU）：實現(xiàn)算術(shù)運算和邏輯運算功能的部件。

（1）功能：運算——完成數(shù)字信息的加工、寄存、移位等。

（2）組成：

①加法器（或還有乘、除法器）；

②寄存器組；輸入輸出門。

3.控制器（ControlUnit）：向計算機各部件發(fā)出控制信息的部件。

（1）功能：控制指令的讀出、解釋和執(zhí)行、中斷事件的處理等。

（2）組成：

①指令部件：

程序計數(shù)器PC——提供要執(zhí)行的指令地址；

指令寄存器IR—寄存現(xiàn)行指令；

指令譯碼器ID-解釋現(xiàn)行指令，產(chǎn)生相應(yīng)的控制電位。

②時序部件：產(chǎn)生計算機運行所需的時序信號。

③微操作信號發(fā)生器：產(chǎn)生執(zhí)行指令的微操作控制信號。

（3）有關(guān)術(shù)語和概念:

①中央處理器（CPU）—-包括運算器（ALU）和控制器（CU）；

②主機一指CPU和內(nèi)存儲器；

③計算機中的信息流：

指令流——在取指令周期，從內(nèi)存分控制器（IR）的信息流；

數(shù)據(jù)流一一在執(zhí)行周期，內(nèi)存6今運算器的信息流。

4.輸入/輸出（I/O）設(shè)備

5.適配器（I/O接口）：I/O設(shè)備與主機之間互相連接（緩沖）的部件。

4L計算機的性能指標

計算機的性能指標是指能在一定程度上衡量計算機優(yōu)劣的技術(shù)指標，計算機的優(yōu)劣是由多

項技術(shù)指標綜合確定的，而這些指標主要包括處理字長、CPU時鐘周期、主頻、CPkCPU

執(zhí)行時間、MIPS、MFLOPS等。

1.機器字長

機器字長是指參與運算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器的位數(shù)決定的，所以

機器字長一般等于內(nèi)部寄存器的大小。字長標志著精度，字長越長，計算機的運算能力越

強，計算的精度也就越高。

在計算機中為了更靈活地表達和處理信息，又以字節(jié)（byte）為基本單位，用大寫字

母B表示。一個字節(jié)等于8位二進制位（bit）。

2.CPU時鐘周期和執(zhí)行時間

CPU的主頻是CPU內(nèi)核工作的時鐘頻率，一般以MHz或GHz為單位。很多人認為

CPU的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU的主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的

速度，與CPU實際的運算能力并沒有直接關(guān)系。主頻和實際的運算速度存在一定的關(guān)系（在

同一個系列計算機中，在同樣條件下，主頻越高，速度越快），但目前還沒有一個確定的

公式能夠定量兩者的數(shù)值關(guān)系，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線各方面的性能

指標（緩存、指令集，CPU的位數(shù)等）。

注：主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不能代表CPU的整體性能。

主頻:外頻（外部工作頻率）.倍頻（CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)）

CPU時鐘周期（T）是一個時間的量，主頻的倒數(shù)就是CPU時鐘周期，這是CPU中

最小的時間元素。每個操作至少需要一個時鐘周期。

CPI（CyclePerInstruction,每條指令執(zhí)行需要的時鐘周期數(shù)）指CPU的指令時鐘

數(shù)。表示每條計算機指令執(zhí)行所需的時鐘周期數(shù)。由于不同指令的功能不同，造成指令執(zhí)

行時間不同，即指令執(zhí)行所用的時鐘數(shù)不同，所以CPI應(yīng)該是一個平均值。

CPU執(zhí)行時間是指CPU全速工作時完成某進程所花費的時間，計算公式如下：

CPU執(zhí)行時間=CPU時鐘周期數(shù)*CPU時鐘周期長

上式表明，CPU的性能取決于三個要素：時鐘頻率、每條指令執(zhí)行所用的時鐘周期數(shù)、指

令條數(shù)（IC）。

3.MIPS和MFL0PS

MIPS（MillionInstructionsPerSecond；每秒執(zhí)行多少百萬條指令）定義為：

IPC（InstructionPerCycle,每個時鐘周期執(zhí)行的指令條數(shù)）指CPU每

一時鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令數(shù)量，IPC代表了一款處理器的設(shè)計架構(gòu)，一旦該處理器設(shè)計

完成之后，IPC值就不會再改變了。這里所說的指令一般是指加、減運算這類短指令。

MFLOPS（MillionFLoating-pointOperationsPerSecond,每秒執(zhí)行多少百萬次浮

點運算）定義為：

自考測試題摘選

42.直接尋址方式下的操作數(shù)地址在C

A.某個寄存器中B.某個存儲器單元中

C.指令中D.輸IV輸出端口中

43.CPU響應(yīng)中斷請求是在A

A.一條指令執(zhí)行結(jié)束時

B.一個總線周期結(jié)束時

C.一個時鐘周期結(jié)束時

D.一段程序結(jié)束時

44.下列存儲器中，訪問速度與存儲位置無關(guān)的存儲器是D

A.硬盤B.光盤

C.軟盤D.主存儲器

下列存儲器中，讀取數(shù)據(jù)的速度與存儲位置相關(guān)的存儲器是A

A.硬盤B.高速緩存

C.主存D.ROM

45.動態(tài)RAM存儲信息依靠的是C

A.晶體管B.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

C.電容D.磁場

靜態(tài)RAM存儲信息依靠的是D

A.光信息B.磁場

C.電容D.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

46.當(dāng)前正在CPU中執(zhí)行的指令存放位置是A

A.指令寄存器B.狀態(tài)寄存器

C.程序計數(shù)器D.數(shù)據(jù)寄存器

47.計算機中有哪些類型的寄存器？

指令寄存器、程序寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、狀態(tài)寄存器。

48.一條機器指令中主要包含哪些信息？

操作的類型；操作數(shù)的存儲位置；操作結(jié)果的存儲位置,

49.硬盤存儲器信息訪問方式是D

A.隨機存取方式B.順序存取方式

C.半順序存取方式D.直接存取方式

50.一地址指令既能對單操作數(shù)進行加工處理，也能對雙操作數(shù)進行運算。

51.下列指令助記符中表示“邏輯或”的操作是D

A.ADDB.SUB

C.AND（邏輯與）D.OR

52.匯編語言是面向機器的語言，用助記符代替操作碼，用地址符號或標號代替地址碼。

53.從存儲器中讀取數(shù)據(jù)到CPU的存放位置是D

A.指令寄存器B.狀態(tài)寄存器

C.程序計數(shù)器D.數(shù)據(jù)寄存器

54.中央處理器有哪些基本功能？

指令控制、操作控制、數(shù)據(jù)運算、異常處理和中斷處理功能。

55.在下列存儲器中，屬于順序存取存儲器的是D

A.U盤B.光盤

C.磁盤D.磁帶

56.在下列存儲器中，按隨機存取方式工作的存儲器是D

A.硬盤B.光盤

C.磁帶D.主存

57.下列尋址方式中，執(zhí)行速度最快的是C

A.存儲器間接尋址B.寄存器間接尋址

C.立即尋址D.相對尋址

58.即將要運行的用戶程序存儲在C

A.微程序控制器中B.硬盤中

C.主存中

59.在控制器中，程序計數(shù)器PC用來存放D

A.正在執(zhí)行的指令B.正在執(zhí)行的指令地址

C.下一條指令D.下一條指令的地址

60.計算機硬件主要由哪些部分構(gòu)成?

運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備

61.什么是指令格式？計算機指令為什么要有一定的格式？

指令格式指定指令中編碼字段的個數(shù)、各個字段的位數(shù)以及各個字段的編碼方式，以便于

對指令進行譯碼。

為了區(qū)別指令中各個字段，指令中必須有一定的格式。

62.下列寄存器中用于與存儲器之間傳送數(shù)據(jù)的是(A)

A.顧B.MAR

C.PCD.SP

63.硬盤存儲器與主存儲器直接傳輸數(shù)據(jù)應(yīng)采用（C）

A.中斷方式B.程序查詢方式

C.DMA方式D.通道方式

64.在多級中斷方式下，CPU在處理中斷時（B）

A.可響應(yīng)更低級別的中斷請求B.可響應(yīng)更高級別的中斷請求

C.禁止其它的中斷請求D.可響應(yīng)同級別的中斷請求

65.在計算機中磁盤存儲器一般用作（C）

A.主存B.高速緩存

C.輔存D.只讀存儲器

66.采用直接尋址方式的操作數(shù)存放在（B）

A.某個寄存器中B.某個存儲器單元中

C.指令中D.輸入/輸出端口中

67.在CPU中，指令寄存器IR用來存放（A）

A.正在執(zhí)行的指令B.即將執(zhí)行的指令

C.已執(zhí)行的指令D.指令地址

68.存取速度最快的存儲器是（C）

A.主存（通常用動態(tài)RAM）B.硬盤

C.高速緩存（使用靜態(tài)RAM）D.光盤

69.CPU可直接訪問的存儲器是（D）

A.硬盤B.軟盤

C.光盤D.高速緩存

70.外部設(shè)備接口是指（B）

B.系統(tǒng)總線與外部設(shè)備之間的邏輯部件

C.主存與外圍設(shè)備之間的邏輯部件D.運算器與外圍設(shè)備之間的邏輯部件

71.在磁盤中實現(xiàn)輸入輸出數(shù)據(jù)傳送的方式（D）

A.只采取程序查詢等待方式B.只采取程序中斷方式

C.只采取DMA方式D.既有DMA方式，也有中斷方式

72.RAM與RO