计算机组成原理习题_百度文库
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计算机组成原理习题
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计算机的基本组成:
存储器:　　　　　实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据运算器:　　　　　负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理控制器:　　　　　负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入,输出操作或内存访问输入设备:　　　　实现计算程序和原始数据的输入输出设备:　　　　实现计算结果输出
组成的联系:
计算机的工作过程:
用户打开程序系统把程序代码段和数据段送入计算机的内存控制器从存储器中取指令控制器分析,执行指令,为取下一条指令做准备取下一条指令,分析执行,如此重复操作,直至执行完程序中全部指令,便可获得全部指令
冯·诺依曼机制:
程序存储采用2进制
计算机系统的体系结构:
数据信息的两种基本方法:
按值表示:　　要求在选定的进位制中正确表示出数值，包括数字符号，小数点正负号按形表示:　　按一定的编码方法表示数据
信息的存储单位:
1KB=2^10B=1024Byte 1MB=2^20B=1024KB 1GB=2^30B=1o24MB 1TB=2^40B=1024GB
浮点表示法:
公式:　　N=2^(+-e)*(+-s)
E为阶码　　它是一个二进制正整数阶符（Ef）　　E前的+—为阶码的符号S称为尾数它是一个二进制正小数尾符（Sf）　　S前的+—为尾数的符号“2”是阶码E的底线
R进制表示法:
计算机中常用的进制数的表示:
进位制　　　　二进制　　　　八进制　　　　十进制　　　　十六进制　　
规则　　　　 　 逢二进一　　　 逢八进一　　
逢十进一　　
逢十六进一
基数　　　　
　R=2　　　　　 R=8　　　　　 R=10　　　　 R=16
数码　　　　　
0、1　　　　
0…7　　　　　 0…9　　　　 　0…F
权　　　　　 　 2^i　　　　　
8^i　　　　　
10^i　　　　
形式表示　　　
B　　　　　　
Q　　　　　　
不同进制之间的转化:
十进制与R进制转换:
　　十进制转R进制:　　　　整数的转化:　　　　“采用除R取余法”，从最后一次除得余数读取.　　　　小数部分的转化:　　“采用乘R取整数”将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的R进制小数
　　R进制转十进制:
　　　　使用权相加，即将各位进制数码与它对应的权相乘，其积相加，和数即为该R进制数相对应的十进制数二进制，八进制，十六进制转化:
（二进制 八进制）“三位并一位”（八进制 二进制）“一位拆三位”（二进制 十六进制）“四位并一位”（十六进制 二进制）“一位拆四位”（十六进制 八进制）“一位拆两位”（八进制 十六进制）“二位并一位”
原码,反码,补码,BCD码:
二进制的原码,反码及补码:
真值:　　一个数的正号用“+”表示,负号用“—”表示,即为该数真值机器数:　　以0表示整数的符号,用1表示负数的符号,并且每一位数值也用0,1表示,这样的数叫机器数也叫机器码原码:　　数的原码表示在机器中用符号位的0和1表示数的正负号,而其余表示其数本身反码:
对于正数其反码与原码相同对于负数其反码与原码的符号位不变数值各位取反即0变1,1变0补码:
对于正数其补码与原码相同对于负数补码与原码的符号位不变,数值各位取反,末尾加1
原码,反码,补码之间的关系:
(二→十进制) 用思维二进制代码对一位十进制数进行编码例：(931)10=(01)2
BCD奇偶校验码:
十进制　　　　　　BCD码　　　　　　奇校验码　　　　　　偶校验码　　　　
0　　　　　　　　　0000　　　　　　　00001　　　　　　 　00000
1　　　　　　　　　0001　　　　　　　00010　　　　　　　 00011
2　　　　　　　　　0010　　　　　　　00100　　　　　　　 00101
3　　　　　　　　　0011　　　　　　　00111　　　　　　　 00110
4　　　　　　　　　0100　　　　　　　01000　　　　　　　 01001
二进制四则运算:
加法规则:　　0+0=0;　　0+1=1+0=1 1+1=1减法规则:　　0-0=0;　　1-0=1;　　1-1=0;　　0-1=1乘法规则:　　0*0=0;　　0*1=1*0=0;　　1*1=1除法规则:　　0∕1=0;　　1∕1=1
【X】补+【Y】补=【X+Y】补【X-Y】补=【X+(-Y)】补=【X】补+【-Y】补
定义:　　实现了逻辑变量之间的运算分类:
逻辑加法 (‘或’运算)逻辑乘法 (‘与’运算)逻辑否定 (‘非’运算)
运算规则:　　0∪0=0;　　0∪1=1;　　1∪0=1;　　1∪1=1【1—真,0—假】运算式:　　C=A∪B 或 C=A+B(只有决定某一事件条件中有一个或一个以上成立,这事件才能发生)‘与’:
运算规则:　　0∩0=0;　　0∩1=0;　　 1∩0=0;　　 1∩1=1运算式:　　C=A∩B 或 C=A－B 或C=A*B(只有决定某一事件的所有事件全部具备,这事才能发生)‘非’:
运算规则:　　ō = 1;　　ī = 0运算式:　　C=A(当决定某一事件的条件满足时,事件不发生,反之事件发生)‘异或’:
运算规则:　　0异或0=0;　　0异或1=1;　　1异或0=1;　　1异或1=0运算式:　　C=A异或B【相同为0,不同为1】
逻辑代数常用公式
0-1律:　　　
　A+0=A;　　A*0=0重叠律:　　　　
A+1=1;　　A*1=A;　　A+A=1;　　A*A=A互补律:　　　　
A*(!A)=0;　　A+(!A)=1又拾律:　　　
　!(!A)=A交换律:　　　　
A+B=B+A;　　A*B=B*A结合律:　　　
　A+(B+C)=(A+B)+C;　　A*(B*C)=(A*B)*C分配率:　　　　
A*(B+C)=A*B+A*C;　　A+(B*C)=(A+B)*(A+C)摩尔定律:　　　　!(A+B)=(!A)*(!B);　　!(A*B)=(!A)+(!B)
定义:　　连接计算机各部件之间或各计算机直接的一束公共信息线,它是计算机中传送信息代码的公共途径
同一组总线在同一时刻只能接受一个发送源,否则会发生冲突信息的发送则可同时发送给一个或多个目的地
串行总线　　二进制各位在一条线上是一位一位传送的并行总线　　一次能同时传送多个二进制位数的总线信息分类
数据总线　　在中央处理器与内存或I/0设备之间传送数据地址总线　　用来传送单元或I/O设备接口信息控制总线　　负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息对象位置分类
片内总线　　指计算机各芯片内部传送信息的通道&I^2C总线,SPL总线,SCI总线&外部总线　　微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连&ISA总线,EISA总线,PCI总线&系统总线　　微机中各插件与系统板&USB总线,IEEE-488总线,RS-485总线,RS-232-C总线&
总线标准依据:　　物理尺寸,引线数组,信号含义,功能和时序,工作频率,总线协议
中央处理器
运算器组成:
算术逻辑单元(ALU)通用寄存器组(R1 ~Rn)多路选择器(Mn)标志寄存器(FR)
控制器组成:
时标发生器(TGU)主脉冲振荡器(MF)地址形成器(AGU)程序计数器(PC)指令寄存器(IR)指令译码器(ID)
数据总线(DBUS)地址总线(ABUS)控制总线(CBUS)
CPU运行原理图:
CPU主要性能指标:
主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU工作频率=信频*外频基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入∕输出设备之间一次数据传输的信息量
定义:　　计算机存储是存放数据和程序的设备
主存储器:　　也称内存,存储直接与CPU交换信息,由半导体存储器组成辅助存储器:　　也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成
内存与外存的比较:
　　　　　　主存　　　　　　　　　 　
辅存　　　　　　　　　　　　
类型　　　　ROM　　　　RAM　　 　　
　 软盘　　　
硬盘　　　
造价　　　　高　　　　
高　　　　　　　
低++　　　 低　　　　　低+
速度　　　　快　　　　　 快　　　　　　　
慢++　　　 慢　　　　
容量　　　
小+　　　　
小　　　　　　　
—　　　　　—　　　　　 —
断电　　　
有　　　　　 无　　　　　　　
有　　　　　有　　　　　有
主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据
存储体(MPS):　　由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数）且每个单元有一个编号,称为存储单元地址（地址）,通常一个存储单元由8个存储元件组成地址寄存器(MAR):　　由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为1K,长度无2^10=1K）地址译码器和驱动器数据寄存器(MDR):　　数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配】
主要技术指标:
存储容量:　　一般指存储体所包含的存储单元数量（N）存取时间(TA):　　指存储器从接受命令到读出∕写入数据并稳定在数据寄存器（MDP）输出端存储周期(TMC):　　两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长存取速率:　　单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数可靠性:　　用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔
高速缓冲存储器:
定义:　　高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器
特点:　　比主存快5 ~10倍
虚拟存储器:　　它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”
RAM(随机存储器)
可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性
ROM(只读存储器)
定义:　　ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性分类:
固定掩模型ROM（不能再修改）PROM可编程之读存储器（由用户写入,但只允许编程一次）EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)E2PROM电擦除可编程只读存储器（由电便可擦除里面内容）
辅存(硬盘)
说明:　　是以铝合金圆盘为基片,上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘
优点:　　体积小,重量轻,防尘性好,可靠性高,存储量大,存取速度快,但多数它们固定于主机箱内,故不便携带,价格也高于软盘
性能指标:　　转速,超频性能,缓存,单碟容量,传输模式,发热量,容量,平均等待时间
硬盘组成图:
在整颗磁碟的第一个磁区特别的重要,因为他记录了整颗磁碟的重要资讯！ 磁碟的第一个磁区主要记录了两个重要的资讯,分别是：
主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装启动管理程序的地方,有446 bytes&MBR是很重要的,因为当系统在启动的时候会主动去读取这个区块的内容,这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何进行启动&分割表(partition table)：记录整颗硬盘分割的状态,有64 bytes
磁盘分区表(partition table):
利用参考对照磁柱号码的方式来切割硬盘分区！ 在分割表所在的64 bytes容量中,总共分为四组记录区,每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码. 若将硬盘以长条形来看,然后将磁柱以直条图来看,那么那64 bytes的记录区段有点像底下的图示：
上图中我们假设硬盘只有400个磁柱,共分割成为四个分割槽,第四个分割槽所在为第301到400号磁柱的范围.
由於分割表就只有64 bytes而已,最多只能容纳四笔分割的记录, 这四个分割的记录被称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽. 根据上面的图示与说明,我们可以得到几个重点资讯：
其实所谓的『分割』只是针对那个64 bytes的分割表进行配置而已！硬盘默认的分割表仅能写入四组分割资讯&主要分割与扩展分配最多可以有四条(硬盘的限制)&这四组分割资讯我们称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽扩展分配最多只能有一个(操作系统的限制)逻辑分割是由扩展分配持续切割出来的分割槽,如果扩展分配被破坏,所有逻辑分割将会被删除能够被格式化后,作为数据存取的分割槽为主要分割与逻辑分割.扩展分配无法格式化分割槽的最小单位为磁柱(cylinder)逻辑分割的数量依操作系统而不同,在Linux系统中,IDE硬盘最多有59个逻辑分割(5号到63号), SATA硬盘则有11个逻辑分割(5号到15号)当系统要写入磁碟时,一定会参考磁盘分区表,才能针对某个分割槽进行数据的处理
扇区(Sector)为最小的物理储存单位，每个扇区为 512 bytes；将扇区组成一个圆，那就是磁柱(Cylinder)，磁柱是分割槽(partition)的最小单位；第一个扇区最重要，里面有：(1)主要启动区(Master boot record, MBR)及分割表(partition table)， 其中 MBR 占有 446 bytes，而 partition table 则占有 64 bytes。
输入/输出设备
字符:　　键盘图形:　　鼠标器 , 操纵杆 , 光笔模拟:　　语音 , 模数转化图像:　　摄影机 , 扫描仪 , 传真机光学阅读:　　光学标记阅读机 , 光学字符阅读机
键盘分类(以接口类型):
PS∕2接口的USB接口的无线的
PS∕2接口 , USB接口 ( 以接口类型 )机械式鼠标 , 光电式鼠标 ( 以内部构造 )两键鼠标 , 三键鼠标 ( 以按键数 )
语音输入设备: 主要部分:　　输入器 , 模数转换器 , 语音识别器
击打式打印机
原理:　　利用机械动作打击‘字体’使色带和打印纸相撞分类:　　活字式打印 , 点阵式打印特点:　　结构简单，价格便宜非击打式打印机
原理:　　用各种物理或化学的方法印刷字符分类:　　激光打印机 , 喷墨式打印特点:　　速度快，质量高，无噪声，但价格高主要性能指标:　　分辨率 , 接口类型 , 打印速度
显示器分辨率:　　屏幕上光栅的行数和列数分类:　　阴极射线管显示器;
液晶显示器;
等离子显示器主要技术指标:　　像素 , 分辨率 , 屏幕尺寸 , 刷新频率 , 点距 , 像素色彩
输入输出设备接口和控制方式
输入输出设备接口:
数据传送:　　串行口;
程序型接口;
DMA型接口通用性:　　通用接口;
专用接口功能选择:　　可编程接口;
不可编程接口
输入输出控制方式:
程序查询方式 :中断控制方式:直接存储器存取方式输入输出处理机方式
计算机的时标系统
时序控制方式:
同步控制方式:
定义 将操作时间划分为许多时钟周期,周期长度固定,每个时间周期完成一步操作,各页操作应在规定时钟周期内完成优缺点
优点：时序关系比较简单,控制部件在结构上易于集中,设计方便缺点：在时间安排利用上不经济在同步控制方式中,都有统一的时钟信号,各种微操作都是在这一时钟信息的同步下完成的,称这一时钟信号为计算机主频,其周期称为时钟周期,称完成一个基本操作所需要的时间为机器周期
异步控制方式:
定义 各项操作按其需要选择不同的时间,不受统一时钟周期的约束,各步操作间的衔接与各部件之间信息交换,采取应答的方式优缺点:
优点：时间紧凑,能按不同部件,设备实际需求分配时间缺点：是实际异步应答所需控制比较复杂
三级时标系统:
指令周期机器周期时钟周期
指令周期公式:
指令周期 = 时钟周期*组成一个机械周期所需T的个数*组成一个指令周期所需M个数
计算机组成原理简介
计算机组成原理总概括（转）
计算机组成原理
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组成原理是指计算机内部的一些组成元件，比如声卡，显卡，CPU；体系结构就是在程序员的眼里，计算机的一些属性，当写了某个程序，在该电脑上能否运行；
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色情、暴力
我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。电脑结构和CPU、内存、硬盘三者之间的关系 - R_e - 博客园
随笔 - 45, 文章 - 36, 评论 - 26, 引用 - 0
前面提到了，电脑之父&&冯&诺伊曼提出了计算机的五大部件：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。
我们看一下现在我们电脑的： 键盘鼠标、显示器、机箱、音响等等。
这里显示器为比较老的CRT显示器，现在一般都成功了液晶显示器。
我们想一下，我们在玩电脑的时候，我们使用键盘鼠标来操作电脑，我们在和其他人QQ聊天的时候，鼠标可以帮我们选中聊天的人，打开聊天窗口，键盘则是负责打字，帮我们输入聊天的内容。
我们在操作键盘鼠标的时候，其实都是在告诉电脑来做什么的。我们管键盘和鼠标叫输入设备。
输入设备： 向电脑输入数据和信息的设备。除了键盘。除了键盘鼠标，其他输入设备还包括触摸板、麦克风、摄像头，游戏手柄、扫描仪等等
显示器用来向我们展示画面，显示内容，音箱则播放音乐给我们听，我们管他们叫输出设备。
输出设备： 将电脑中的信息输出给用户的设备。常用的输入设备有：显示器、音箱、打印机、投影仪等等
我们买来电脑，如果只有键盘鼠标、显示器、音箱，我们能玩电脑么？肯定不能。 那么其实电脑机箱才是真正的工作的设备，输入输出设备只是用来让我们和电脑机箱来做交互的。
那机箱内部都有什么呢？我们看一下下面的图片：
我们来看一下这里的零件都有什么用
主板：连接所有其他设备的设备，是其他设备的载体，主板主要是为CPU、内存、显卡、硬盘等提供平台，相当于人体的躯干，关联着各个器官。
CPU：中央处理单元(Cntral Pocessing Uit)的缩写，也叫处理器，是计算机的运算核心和控制核心。人靠大脑思考，电脑靠CPU来运算、控制。让电脑的各个部件顺利工作，起到协调和控制作用。
硬盘：存储资料和软件等数据的设备，有容量大，断电数据不丢失的特点。也被人们称之为&数据仓库&。
内存：1.&负责硬盘等硬件上的数据与CPU之间数据交换处理；2. 缓存系统中的临时数据。3. 断电后数据丢失。
显卡：显示器想要呈现画面，显卡是关键。简单来说，就是负责在显示屏上显示一切信息。打个比方，它就像是人的眼睛，没有了它，电脑就无法驱动形成图像了。显卡性能好，电脑的图形处理能力就高，尤其在玩游戏时更能发现这个（所以很多游戏会要求显卡性能）。对玩家而言，最好选择独立显卡。不过，如果不玩大型游戏，CPU内置核心显卡也基本能满足要求。缺点：&系统功耗有所加大，发热量也较大，额外购买
电源：将电压220伏的市电转换为低等电压，然后送到主板及各个硬件！供电！电脑运行需要电力，而电源就是为此供电的，也可以说它在为电脑提供一切动力。电源决定了电脑的稳定性。它和人体心脏功能类似，都是提供动力的核心。
网卡： 让我们上网的，一般集成在主板上。
其他..........................
说了这么多，其实最最重要的设备是什么呢？ CPU、硬盘、内存。
现在我们来说一下CPU、硬盘、内存三者之间的关系。&
首先 ,我们先回想一下三者的作用：
CPU：是计算机的运算核心和控制核心，让电脑的各个部件顺利工作，起到协调和控制作用。硬盘：存储资料和软件等数据的设备，有容量大，断电数据不丢失的特点。也被人们称之为&数据仓库&。内存：1. 负责硬盘等硬件上的数据与CPU之间数据交换处理；2. 缓存系统中的临时数据。3. 断电后数据丢失。
然后， 我们再来看一下程序是如何执行起来的。
当我们在电脑上打开QQ时（右键-打开 或者双击QQ图标），其实是通过鼠标（输入设备）向CPU发送了一条命令，CPU接收到这条命令后，QQ程序就从硬盘里被加载到内存（加载时不通过处理器，直接从硬盘加载程序到内存里），加载完成后，CPU就开始执行QQ程序。程序执行起来后，CPU可以让QQ程序显示在我们的在显示器上。也就是你看到了QQ 程序运行起来了。如果这个时候，你用QQ截取了一张屏幕的图片，那么这张图片会首先保存到内存，在没有退出截屏状态时，你可以在这张图片上写字、画线条，等你右键保存这张图片的时候，这张图片就会保存到硬盘里。
通过了解一个程序是如何运行起来的，我们就可以了解三者是如何工作的 。
可能有些人会不明白，如果程序是这样执行起来的话，那么为什么CPU不直接在硬盘里执行程序，而非要把程序放到内存后在执行呢？
这里是有原因的。我们先来看几张图：
好点的企业用机械硬盘 ： & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &&一般的固态硬盘：
内存的读写速度：
通过上图我们可以看出，内存存取数据的速度比硬盘的存取速度快了10倍， 在某些环境里，硬盘和内存之间的速度差距可能会更大。
而CPU的速度比内存不知还要快多少倍。当我们把程序从硬盘放到内存以后，CPU就直接在内存运行程序，这样比CPU直接在硬盘运行程序就要快很多。
内存解决了一部分CPU运行过快，而硬盘数据存取太慢的问题。 提高了我们的电脑的运行速度。
内存就如同一条&高速车道&一般，数据由传输速度较慢的硬盘通过这条高速车道传送至CPU进行处理！
但内存是带电存储的(一旦断电数据就会消失)，而且容量有限，所以要长时间储存程序或数据就需要使用硬盘。
其实内存在这里起了两个作用：
1. &保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用
2. 保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘
三者之间的关系：
简单来说，硬盘用来存储我们的程序和数据，当我们运行程序的时候，CPU首先接受到我们的命令，之后CPU是告诉硬盘，我要运行你存储的程序A，你把程序A送到内存去。CPU对内存说，我让硬盘把程序A送到你这里来了，你保存一下。 等程序A被完整的送到内存之后。CPU就开始执行程序A。
过程就像上面说的，我们在举一个接近我们生活的例子。
如果说把硬盘比喻成一个大仓库，CPU比喻成加工车间，那么内存就是一个临时的小仓库。从距离上来说， 相比内存到CPU的距离和硬盘到内存的距离，内存和CPU的距离更短。
硬盘（大仓库）用来保存车间需要用的原料和最终生产出来的商品。仓库太大，取出原料和存储商品太慢，耗时间。
内存（临时小仓库）：原料会先放到这里，小仓库，可以很快的找到需要的原料或商品。
CPU（车间）：从内存（小仓库）里拿到原料，生产商品。中间会有半成品，半成品可以放在内存（小仓库）里。
以这种方式，车间的生产速度就会提高。
参考： CMU、google图片