计算机组成原理--1.计算机系统概论知识点总结及习题

知识点总结1. 计算机系统的层次结构计算机系统是一个多级层次结构从底层硬件到顶层应用逐层构建各层之间通过翻译或解释实现转换。层次 (级)名称描述0微程序级/硬件级最底层由硬件电路如ALU、寄存器直接实现。通过微程序将机器指令拆解为微操作。1机器语言级CPU直接识别的二进制指令是软硬件的接口。2操作系统级管理硬件资源CPU、内存为上层提供抽象服务如进程调度、文件系统。3汇编语言级机器语言的符号化表示助记符需经汇编器翻译贴近硬件操作。4高级语言级面向算法和问题如C/C、Java需经编译/解释提高开发效率。5应用语言级面向特定领域如SQL数据库语言由高级语言封装而成。2. 冯·诺依曼计算机体系结构现代计算机仍遵循冯·诺依曼提出的“存储程序”思想其核心特点如下核心思想存储程序。程序指令序列和数据以二进制形式同等存储在主存储器中CPU按地址顺序读取并执行。硬件组成由五大部件组成运算器执行算术/逻辑运算。控制器指挥协调各部件工作。存储器存储指令和数据。输入设备完成信息输入。输出设备完成结果输出。编码方式二进制。指令和数据均采用二进制表示硬件实现简单且可靠。执行方式指令串行执行。控制器按程序计数器PC指示逐条取指、分析、执行现代计算机通过流水线技术对此进行了优化。3. 计算机硬件组成及作用计算机硬件由五大部件组成其中CPU中央处理器由运算器和控制器集成。部件全称/简称主要功能运算器ALU执行算术运算和逻辑运算是数据处理的核心。控制器CU从存储器取指令、译码并向各部件发送控制信号协调指令执行流程。存储器Memory存储程序指令和数据。•主存内存CPU直接访问速度快容量小。•辅存硬盘/SSD持久存储断电不丢失。输入设备Input将外部信息转换为计算机可识别的二进制数据如键盘、鼠标。输出设备Output将计算机处理结果转换为人可感知的形式如显示器、打印机。细化的计算机组成框图4. 计算机硬件的主要技术指标衡量计算机性能的关键指标包括机器字长CPU一次能处理的二进制数据位数如32位、64位。影响决定运算精度和寻址能力。存储容量存储器能存储的最大二进制数据量。一个字节【Byte】被定义为由8位【bit】二进制代码组成单位1KB1024B1KB1024 B 1MB1024×1024B 。运算速度主频CPU时钟频率如3.5GHz影响指令执行节拍。CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数。MIPS/FLOPS每秒执行的百万指令数/百万浮点运算数。数据传输率存储带宽存储器与CPU间的数据传输速率。I/O速率输入/输出设备与主机间的数据传输速度。可靠性MTBF平均无故障时间衡量系统工作的可靠性。5. 核心概念辨析硬件与软件的逻辑等效性某些功能既可以用硬件实现也可以用软件实现。硬件实现的优势在于速度快软件实现的优势在于成本低、灵活性好。系统总线连接计算机五大部件并在各部件之间实现信息传送的公共通信线路。存储单元访问存储器由若干存储单元组成每个单元都有唯一的编号地址CPU通过地址来访问读/写存储单元。相关习题由于都是概念题故没有解析一. 单选题1.(单选题)电子计算机技术在半个多世纪取得了很大的进步但其工作原理仍然遵循着美籍匈牙利数学家( )提出的设计思想。A.巴贝奇 B. 乔治·布尔 C. 阿伦·图灵D.冯·诺依曼2. (单选题)运算器是完成( )算术和逻辑运算的部件由一组通用寄存器和算术逻辑运算单元(ALU)组成。A.十进制B.二进制C.八进制 D.十六进制3. (单选题)控制器是统一指挥和控制计算机各部件的中央机构其主要功能是。A.完成各种算术运算和逻辑运算B.形成操作数的有效地址C.负责CPU与主存储器和外部设备的信息传送D.从存储器逐条取出指令分析并执行指令4. (单选题)存储器是用来存放程序和数据的部件它由若干个存储单元组成每个存储单元都按 访问。A.地址B.内容 C.操作码 D.程序状态字5. (单选题)CPU又称为中央处理器是计算机系统的核心部件它由 和 组成。A.运算器、存储器B.运算器、控制器C.控制器、存储器 D.控制器、操作系统6. (单选题)在电子计算机中信息采用二进制代码表示的原因是 )。A.省元器件 B. 提高运算速度C.运算规则简单易于用开关电路实现D.降低功耗7. (单选题)软件和硬件在逻辑上是等效的即用硬件实现的功能在原理上也可以用软件实现反之亦然。但硬件实现的优势在于 。A.速度快B.成本低 C.容量大 D.灵活性好8. (单选题)计算机硬件能直接识别的语言是 。A.机器语言B.汇编语言 C. 高级语言 D.数据库语言9. (单选题)计算机的软件系统由系统软件和应用软件组成其中系统软件的核心是 。A.操作系统B.语言处理程序 C.数据库管理系统 D.各种服务程序10. (单选题)在具有四级层次结构的计算机系统中位于最底层的是 ( ) 机器。A.高级语言 B.汇编语言 C.机器语言D.微程序11. (单选题)将源程序转换成计算机能直接识别的二进制代码组成的机器语言这项工作是由( )完成的。A.指令系统 B.调试程序C.语言处理程序D.数据库管理系统12. (单选题)计算机的基本字长是指参与运算的数的基本位数它与( ) 有关。A.CPU时钟频率 B.主存容量C.运算精度D.可靠性13. (单选题)衡量计算机存储容量大小的最基本单位是字节一个字节由( )个二进制位组成。A.4B.8C.16 D.3214. (单选题)以下哪一个指标是用于衡量计算机工作的可靠性的A.MIPSB.MTBFC.CPI D.FLOPS15. (单选题)按照( )来分类可把电子计算机分为8位机、16位机、32位机、64位机等几种类型。A.处理的信息形式 B.计算机的规模C.机器字长D. 应用范围二. 填空题16. (填空题)按照冯•诺依曼的设计思想计算机由、、、和五大部件组成。(1) 运算器 (2) 存储器 (3) 控制器 (4) 输入设备 (5) 输出设备17. (填空题)衡量计算机存储容量大小的最基本单位是字节不过人们通常用KB或MB表示主存储器的容量其中1KB等于字节而1MB则等于字节。(1) 1024 (2) 1024×1024(或1048576)18. (填空题)把信息保存到存储器中的操作又称为 操作把信息从存储器中提取出来的操作又称为 操作。(1) 写 (2) 读19. (填空题)在计算机中把运算器和控制器组合在一起构成的部件称为。CPU(或中央处理器)20. (填空题)运算器是完成二进制运算和运算的部件。(1) 算术 (2) 逻辑21. (填空题)运算器中的核心部件是简称为ALU。此外运算器中还包含若干个通用寄存器用于暂时存放操作数和中间结果。算术逻辑运算单元22. (填空题)控制器是计算机的管理机构和指挥中心其主要功能可概括为指令、指令 和 指令。(1) 取 (2) 分析 (3) 执行23. (填空题)用于连接计算机五大部件并在各部件之间实现信息传送的线路被称为。总线24. (填空题)完全用二进制代码表示的计算机语言被称为用指令助记符、变量、常量、标号等符号书写的计算机语言被称为。(1) 机器语言 (2) 汇编语言25. (填空题)语言处理程序用于把源程序转换成计算机能直接识别的二进制代码它有两种工作方式即 方式和方式。(1) 编译 (2) 解释三. 名词解释共4题14分26. (名词解释)计算机硬件是指计算机中的实体部分这它由看得见摸得着的各种电子元器件各类光、电、机设备的实物组成如主机、外部设备等。27. (名词解释)软件它是看不见摸不着由人们事先编制的具体各类特殊功能的程序组成。28. (名词解释)CPU运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密往往把这两个部件集成在同一芯片上这个芯片称为中央处理器Central Processing Unit,CPU。29. (名词解释)机器字长是指CPU一次能处理的数据位数通常与CPU的寄存器位数有关。四、简答题1.2如何理解计算机系统的层次结构计算机系统是一个多级层次结构1. 微程序级/硬件级第0级最底层由硬件电路直接实现如ALU、寄存器、控制门等。微程序或硬布线逻辑将机器指令拆解为更细的微操作直接驱动硬件执行。2. 机器语言级第1级由CPU直接识别和执行的二进制机器指令组成是硬件能理解的唯一语言。程序员不可见由编译器/汇编器生成是上层软件与硬件的接口。3. 操作系统级第2级管理硬件资源CPU、内存、I/O为上层程序提供抽象服务如进程调度、内存分配、文件系统。部分功能由机器指令实现部分由系统调用封装是软硬件的“管理者”。4. 汇编语言级第3级​机器语言的符号化表示用符号代替二进制指令。需经汇编器翻译成机器语言与机器语言一一对应贴近硬件操作。5. 高级语言级第4级​面向问题和算法需经编译器/解释器翻译成汇编或机器语言提高开发效率和可移植性。6. 应用语言级第5级​面向特定领域如数据库语言SQL由高级语言封装而成。1.5冯·诺依曼计算机的特点是什么1. 存储程序思想​程序指令序列和数据以二进制形式同等存储在主存储器中CPU按地址顺序读取并执行。2. 五大基本部件​由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成分工明确​运算器执行算术/逻辑运算​控制器指挥协调各部件工作​存储器存储指令和数据​输入/输出设备完成人机交互。3. 以运算器为中心​早期结构中I/O操作需经过运算器数据流动以运算器为核心现代计算机已演变为以存储器为中心。4. 二进制编码指令和数据均采用二进制表示硬件实现简单、可靠性高。5. 指令串行执行​控制器按程序计数器PC指示的地址逐条取指、分析、执行指令流为线性顺序流水线技术是对串行的优化。1.6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各部件作用运算器 (ALU) 执行算术运算和逻辑运算是数据处理核心。控制器 (CU) 从存储器取指令、译码向各部件发送控制信号协调指令执行流程。存储器 (Memory) 存储程序指令和待处理/处理后的数据分为主存内存CPU直接访问和辅存硬盘/SSD持久存储。输入设备将外部信息文字、图像、操作指令转换为计算机可识别的二进制数据。输出设备将计算机处理结果转换为人可感知的形式文字、图像、声音。主要技术指标1.机器字长CPU一次能处理的二进制数据位数如32位/64位决定运算精度和寻址能力。2.存储容量存储器能存储的最大二进制数据量单位为B/KB/MB/GB/TB反映数据存储能力。3.运算速度​主频CPU时钟频率如3.5GHz影响指令执行节拍CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数​MIPS/FLOPS每秒执行的百万指令数/百万浮点运算数衡量运算性能。4.存储带宽存储器与CPU间的数据传输速率决定数据交互效率。5. I/O速率输入/输出设备与主机间的数据传输速度影响外设交互体验。