計算機組成原理期末綜合題

計算機組成原理期末綜合題目錄計算機系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)的表示與運算存儲器的層次結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)與尋址方式中央處理器輸入輸出系統(tǒng)總線與通信01計算機系統(tǒng)概述硬件計算機系統(tǒng)的物理實體，包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等。軟件計算機系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、提供用戶界面等功能的軟件。計算機系統(tǒng)的基本組成計算機系統(tǒng)的發(fā)展歷程電子管計算機，出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代，體積龐大、耗能高、可靠性差。晶體管計算機，出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，比電子管計算機體積小、速度快、可靠性高。集成電路計算機，出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，體積更小、速度更快、可靠性更高。大規(guī)模集成電路計算機，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，成為現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)。第一代計算機第二代計算機第三代計算機第四代計算機計算機執(zhí)行運算操作的速度，通常以每秒執(zhí)行多少次運算來衡量。運算速度計算機存儲器能夠存儲的數(shù)據(jù)量，通常以字節(jié)為單位來衡量。存儲容量計算機系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。可靠性計算機系統(tǒng)在運行過程中能夠方便地進行維護和修復(fù)的能力?？删S護性計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)02數(shù)據(jù)的表示與運算二進制、十進制和十六進制等表示方法。數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCII碼和Unicode碼等表示方法。文字?jǐn)?shù)據(jù)的表示像素、顏色深度等表示方法。圖像數(shù)據(jù)的表示采樣率、量化級數(shù)等表示方法。音頻數(shù)據(jù)的表示數(shù)據(jù)的表示方法加法運算二進制減法、補碼減法等運算方法。減法運算乘法運算除法運算01020403二進制除法、補碼除法等運算方法。二進制加法、補碼加法等運算方法。二進制乘法、補碼乘法等運算方法。數(shù)據(jù)的運算方法運算器的工作原理根據(jù)控制器發(fā)出的指令，完成相應(yīng)的運算操作，并將結(jié)果存儲在寄存器中。乘法器和除法器實現(xiàn)乘法和除法運算的電路?？刂破骺刂七\算器的工作流程和時序的電路。加法器實現(xiàn)二進制加法和減法運算的電路。寄存器存儲運算結(jié)果和中間結(jié)果的電路。運算器的組成與工作原理03存儲器的層次結(jié)構(gòu)主存儲器主存儲器是計算機系統(tǒng)中的主要存儲設(shè)備，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。其特點是容量大，但速度較慢，價格相對較低。輔助存儲器輔助存儲器是計算機系統(tǒng)中的外部存儲設(shè)備，如硬盤、光盤、U盤等。其特點是容量大，速度慢，價格便宜。寄存器寄存器是CPU內(nèi)部的存儲單元，用于存儲中間計算結(jié)果和指令。其特點是速度快，但容量小，價格昂貴。存儲器的分類與特點隨機存取存儲器（RAM）RAM是主存儲器的主要組成部分，具有讀寫功能，可以同時讀取任意一個單元的數(shù)據(jù)。其特點是速度快，但斷電后數(shù)據(jù)會丟失。只讀存儲器（ROM）ROM是只讀存儲器，只能讀取數(shù)據(jù)而不能寫入數(shù)據(jù)。其特點是速度慢，但斷電后數(shù)據(jù)不會丟失。高速緩存存儲器（Cache）Cache是高速緩存存儲器，用于存儲CPU經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)和指令。其特點是速度快，但容量小。主存儲器的組成與工作原理硬盤驅(qū)動器（HDD）01HDD是一種機械式輔助存儲器，通過旋轉(zhuǎn)磁盤和讀寫頭實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。其特點是容量大，速度慢，價格便宜。固態(tài)驅(qū)動器（SSD）02SSD是一種電子式輔助存儲器，通過閃存芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。其特點是速度快，容量大，價格較高。光盤驅(qū)動器（CD/DVD/BD）03光盤驅(qū)動器是一種光學(xué)式輔助存儲器，通過激光束照射光盤表面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。其特點是容量大，速度慢，價格便宜。輔助存儲器的組成與工作原理04指令系統(tǒng)與尋址方式指令系統(tǒng)定義指令系統(tǒng)是計算機硬件能夠直接識別和執(zhí)行的指令集合，包括數(shù)據(jù)傳輸指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、控制指令等。指令系統(tǒng)的發(fā)展隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，指令系統(tǒng)的功能越來越強大，指令的長度和尋址方式也越來越多樣化。指令的格式指令的格式包括操作碼和地址碼兩部分，操作碼表示指令的操作類型，地址碼表示操作數(shù)或者操作數(shù)的地址。指令系統(tǒng)的基本概念操作數(shù)在指令中直接給出，緊跟在操作碼后面，這種尋址方式稱為立即尋址。立即尋址操作數(shù)是變址寄存器的內(nèi)容加上一個偏移量，這種尋址方式稱為變址尋址。變址尋址操作數(shù)在寄存器中，通過寄存器名稱來指定，這種尋址方式稱為寄存器尋址。寄存器尋址操作數(shù)的有效地址在指令中直接給出，這種尋址方式稱為直接尋址。直接尋址操作數(shù)的有效地址通過寄存器間接給出，這種尋址方式稱為間接尋址。間接尋址0201030405尋址方式及其特點為了提高計算機的執(zhí)行效率和降低成本，可以采用精簡指令集，即只保留常用的基本指令，而將其他復(fù)雜的功能通過組合指令來實現(xiàn)。精簡指令集為了提高計算機的執(zhí)行效率，可以采用流水線技術(shù)，即將一條指令的執(zhí)行過程劃分為多個階段，每個階段執(zhí)行一個子任務(wù)，這樣就可以并行處理多條指令。流水線技術(shù)為了在有限的指令空間內(nèi)表示更多的操作數(shù)類型和尋址方式，可以采用擴展操作碼的方法，即使用多個字節(jié)來表示一條指令的操作碼。擴展操作碼指令的格式與優(yōu)化05中央處理器功能運算、控制和存儲功能組成運算器、控制器、寄存器組CPU的功能與組成微程序設(shè)計將機器指令集編寫成微程序，通過微指令執(zhí)行流水線設(shè)計將指令執(zhí)行過程劃分為多個階段，并行處理指令硬連線將指令集直接與硬件電路相連，提高執(zhí)行效率CPU的設(shè)計方法指令執(zhí)行速度衡量CPU執(zhí)行指令的速度吞吐量衡量CPU在單位時間內(nèi)處理的數(shù)據(jù)量功耗衡量CPU在工作時的能耗可靠性衡量CPU在長時間工作時的穩(wěn)定性和可靠性CPU的性能評價06輸入輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)換CPU與I/O設(shè)備間的不兼容性、地址譯碼、設(shè)備選擇、信息緩沖、向CPU提供設(shè)備狀態(tài)信息。功能獨立于處理器的I/O接口（如串行接口、并行接口）、處理器內(nèi)核的一部分（如內(nèi)存控制器）。類型I/O接口的功能與類型CPU直接控制I/O操作的整個過程，適用于慢速I/O設(shè)備。程序控制方式CPU通過中斷處理程序來控制I/O操作，適用于高速I/O設(shè)備。中斷控制方式在主存與I/O設(shè)備之間開辟直接的數(shù)據(jù)通路，CPU只需向設(shè)備發(fā)出一個指令，其余工作由DMA控制器完成。直接內(nèi)存存取（DMA）方式通道是一個獨立于CPU的專門I/O處理器，用來執(zhí)行I/O指令，管理數(shù)據(jù)傳送。通道控制方式I/O控制方式及其特點中斷與DMA技術(shù)中斷當(dāng)I/O設(shè)備完成或發(fā)生錯誤時，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫停現(xiàn)行程序，保存現(xiàn)場，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，處理完畢后恢復(fù)現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行。DMA技術(shù)允許某些I/O設(shè)備在不需要CPU干預(yù)的情況下，直接在內(nèi)存和設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。07總線與通信總線是計算機各模塊之間傳輸信息的公共通道，是連接各個部件的紐帶。根據(jù)傳輸方式，總線可以分為并行總線和串行總線；根據(jù)功能，總線可以分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線?？偩€的概念與分類總線的分類總線的概念總線通信協(xié)議總線通信協(xié)議包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?、控制方式、同步方式等，?guī)定了總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽?guī)則?？偩€標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總線的物理特性、電氣特性、機械特性和功能特性，是總線的具