組成原理復(fù)習及習題

組成原理復(fù)習及習Contents目錄組成原理概述運算方法及運算器存儲系統(tǒng)指令系統(tǒng)及控制器輸入輸出系統(tǒng)習題解析與解答組成原理概述01包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，是計算機的物理實體。硬件軟件操作系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計算機的程序和數(shù)據(jù)。是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責管理和控制計算機硬件和軟件資源。030201計算機系統(tǒng)的基本組成計算機通過執(zhí)行指令來執(zhí)行任務(wù)，每條指令由操作碼和操作數(shù)組成。指令執(zhí)行程序和數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，通過地址碼來訪問存儲器中的內(nèi)容。存儲程序通過輸入輸出設(shè)備實現(xiàn)與外部環(huán)境的交互。輸入輸出計算機的工作原理包括各種物理設(shè)備和電路。硬件層負責管理和控制硬件資源，提供系統(tǒng)調(diào)用接口。操作系統(tǒng)層包括各種應(yīng)用程序，直接為用戶提供服務(wù)。應(yīng)用層計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)運算方法及運算器02定點數(shù)浮點數(shù)優(yōu)點應(yīng)用場景定點數(shù)和浮點數(shù)01020304在計算機中用固定小數(shù)點位置表示數(shù)值的方法，通常用整數(shù)部分和小數(shù)部分表示。在計算機中用小數(shù)點位置可變表示數(shù)值的方法，通常由符號位、指數(shù)和尾數(shù)三部分組成。定點數(shù)運算速度快，浮點數(shù)表示范圍大。定點數(shù)適用于科學計算、工程計算等領(lǐng)域，浮點數(shù)適用于金融、經(jīng)濟、科學計算等領(lǐng)域。優(yōu)點方便進行加減運算，解決了原碼和反碼表示法中加法與減法運算的問題。定義補碼表示法是一種二進制數(shù)的表示方法，其中正數(shù)的補碼與其原碼相同，負數(shù)的補碼是其絕對值的二進制表示取反加1。應(yīng)用場景計算機內(nèi)部運算普遍采用補碼表示法。補碼表示法

定點加減運算定義定點加減運算是指在進行加法和減法運算時，小數(shù)點位置固定不變的運算方法。運算步驟首先對齊小數(shù)點，然后進行加法或減法運算，最后根據(jù)需要舍入或進位。應(yīng)用場景適用于科學計算、工程計算等領(lǐng)域。03應(yīng)用場景適用于科學計算、工程計算等領(lǐng)域。01定義乘除運算是計算機中基本的數(shù)學運算之一，用于實現(xiàn)兩個數(shù)的乘積或商的運算。02運算步驟首先確定結(jié)果的符號，然后進行乘法或除法運算，最后根據(jù)需要舍入或進位。乘除運算浮點運算是計算機中用于處理實數(shù)的數(shù)學運算，包括加法、減法、乘法和除法等。定義首先對齊小數(shù)點，然后進行乘除或加減運算，最后根據(jù)需要舍入或進位。運算步驟適用于科學計算、工程計算、金融、經(jīng)濟等領(lǐng)域。應(yīng)用場景浮點運算存儲系統(tǒng)03存儲器分類磁表面存儲器、半導(dǎo)體存儲器順序存取存儲器、隨機存取存儲器只讀存儲器、讀寫存儲器高速緩沖存儲器、主存儲器、外存儲器按存儲介質(zhì)按存取方式按存取功能按存取速度主要功能存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)性能指標存取速度、容量和價格常見類型隨機訪問存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）主存儲器主要功能存放主存儲器不能存放的大容量數(shù)據(jù)和程序常見類型硬盤、軟盤、光盤、U盤等外存儲器存放CPU經(jīng)常訪問的指令和數(shù)據(jù)，加速數(shù)據(jù)訪問速度主要功能一級緩存、二級緩存、三級緩存等常見類型高速緩存擴大主存的容量，提高程序的執(zhí)行效率利用磁盤空間的一部分來模擬RAM的工作空間虛擬存儲器工作原理主要功能指令系統(tǒng)及控制器04指令格式是指令的組成形式，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)所在內(nèi)存單元的地址。根據(jù)地址碼的數(shù)量和形式，可以分為隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等尋址方式。指令格式尋址方式是指根據(jù)指令中給出的地址碼信息來尋找操作數(shù)所在內(nèi)存單元的方法。不同的尋址方式有不同的特點和適用場景，如隱含尋址方式中操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址由指令給出，而間接尋址方式中操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址通過間接給出。尋址方式指令格式和尋址方式指令系統(tǒng)的定義指令系統(tǒng)是指計算機中所有可能的指令的集合，包括操作碼和地址碼的集合。指令系統(tǒng)的設(shè)計直接影響到計算機的性能和功能，因此是計算機設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。指令系統(tǒng)的分類根據(jù)指令的操作類型和尋址方式的不同，可以將指令系統(tǒng)分為復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡指令系統(tǒng)（RISC）。復(fù)雜指令系統(tǒng)是指令系統(tǒng)的一種，其特點是具有大量的指令和復(fù)雜的尋址方式，而精簡指令系統(tǒng)則強調(diào)指令的簡潔和優(yōu)化。指令系統(tǒng)控制器的功能控制器是計算機中的核心部件之一，其主要功能是根據(jù)指令系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作，控制計算機各部件的工作流程?？刂破魍ㄟ^讀取存儲器中的指令，解析指令的操作碼和地址碼，然后根據(jù)操作碼向各個部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令的操作?？刂破鞯幕窘M成控制器主要由指令寄存器、譯碼器、操作控制器、時序信號發(fā)生器等組成。其中，指令寄存器用于存儲從存儲器中取出的指令；譯碼器用于將指令的操作碼譯成相應(yīng)的控制信號；操作控制器根據(jù)控制信號向各個部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號；時序信號發(fā)生器用于產(chǎn)生時序信號，控制各部件的工作流程。控制器的工作原理微操作序列的定義微操作序列是指在控制器中執(zhí)行一條指令時，各部件所進行的詳細操作步驟的序列。這些操作步驟包括取指、取操作數(shù)、執(zhí)行運算、保存結(jié)果等。微操作序列的實現(xiàn)微操作序列的實現(xiàn)需要依靠控制器中的各個部件協(xié)同工作。在取指階段，控制器從存儲器中取出指令并存入指令寄存器；在取操作數(shù)階段，控制器根據(jù)指令中的地址碼從存儲器中取出操作數(shù)；在執(zhí)行運算階段，控制器將操作數(shù)送入運算器進行運算，并將結(jié)果存回存儲器；在保存結(jié)果階段，控制器將運算結(jié)果保存到存儲器中。在整個過程中，時序信號發(fā)生器產(chǎn)生時序信號控制各部件的工作流程。指令執(zhí)行的微操作序列輸入輸出系統(tǒng)05鍵盤、鼠標、掃描儀、觸摸屏等。輸入設(shè)備顯示器、打印機、音響等。輸出設(shè)備實現(xiàn)人機交互，將用戶需求傳遞給計算機，將計算機處理結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。輸入輸出設(shè)備的作用輸入輸出設(shè)備并行接口串行接口USB接口輸入輸出接口的作用輸入輸出接口數(shù)據(jù)傳輸速率較高，但連接線較多，主要用于打印機等設(shè)備。通用串行總線接口，支持熱插拔，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但連接線較少，主要用于鼠標、鍵盤等設(shè)備。實現(xiàn)設(shè)備與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。123負責對輸入數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、壓縮等。輸入處理機負責對輸出數(shù)據(jù)進行后處理，如數(shù)據(jù)格式化、圖形渲染等。輸出處理機提高數(shù)據(jù)處理效率，減輕主機負擔。輸入輸出處理機的作用輸入輸出處理機總線帶寬總線每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?？偩€結(jié)構(gòu)的作用實現(xiàn)各部件之間的信息傳輸和通信，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分?？偩€類型系統(tǒng)總線、內(nèi)部總線、外部總線等。總線結(jié)構(gòu)習題解析與解答06計算機系統(tǒng)由哪些部分組成？各部分之間的層次關(guān)系是什么？問題描述計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，軟件包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等。各部分之間的層次關(guān)系是：硬件層、系統(tǒng)層、應(yīng)用層。答案習題一：計算機系統(tǒng)的基本組成和層次結(jié)構(gòu)問題描述定點數(shù)和浮點數(shù)在計算機中是如何表示的？它們之間的運算規(guī)則是什么？答案定點數(shù)采用固定小數(shù)點表示法，即整數(shù)部分和小數(shù)部分分別固定。浮點數(shù)采用IEEE754標準表示，包括符號位、指數(shù)位和尾數(shù)位。運算規(guī)則包括加法、減法、乘法和除法等，需要注意溢出和舍入誤差等問題。習題二：定點數(shù)和浮點數(shù)的表示法及運算VS存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是什么？高速緩存的工作原理是什么？答案存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)包括寄存器、高速緩存、主存、輔存等。高速緩存采用數(shù)據(jù)塊作為基本單位，通過數(shù)據(jù)替換算法（如最近最少使用算法）來管理緩存空間。當CPU訪問數(shù)據(jù)時，會先在高速緩存中查找，如果數(shù)據(jù)不在緩存中，則從主存或其他存儲器中加載到緩存中。問題描述習題三：存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)及高速緩存原理指令系統(tǒng)包含哪些部分？控制器的工作原理是什么？指令系統(tǒng)包括操作碼和地址碼兩部分，操作碼指定指令的操作類型，地址碼指定操作數(shù)所在的位置?？刂破魇怯嬎銠C系統(tǒng)的指揮中心，負責控制計算機各部件協(xié)調(diào)工作?？刂破魍ㄟ^讀取指令并解析操作碼來生成控制信號，控制各部件完成相應(yīng)的操作。問題描述答案習題四：指令系統(tǒng)及控制器的工作原理習