计算机组成原理期末综合题

计算机组成原理期末综合题目录计算机系统概述数据的表示与运算存储器的层次结构指令系统与寻址方式中央处理器输入输出系统总线与通信01计算机系统概述硬件计算机系统的物理实体，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。软件计算机系统的程序和数据，包括系统软件和应用软件。操作系统管理系统资源、控制程序执行、提供用户界面等功能的软件。计算机系统的基本组成计算机系统的发展历程电子管计算机，出现于20世纪40年代，体积庞大、耗能高、可靠性差。晶体管计算机，出现于20世纪50年代，比电子管计算机体积小、速度快、可靠性高。集成电路计算机，出现于20世纪60年代，体积更小、速度更快、可靠性更高。大规模集成电路计算机，出现于20世纪70年代，成为现代计算机的基础。第一代计算机第二代计算机第三代计算机第四代计算机计算机执行运算操作的速度，通常以每秒执行多少次运算来衡量。运算速度计算机存储器能够存储的数据量，通常以字节为单位来衡量。存储容量计算机系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠性计算机系统在运行过程中能够方便地进行维护和修复的能力。可维护性计算机系统的性能指标02数据的表示与运算二进制、十进制和十六进制等表示方法。数值数据的表示ASCII码和Unicode码等表示方法。文字数据的表示像素、颜色深度等表示方法。图像数据的表示采样率、量化级数等表示方法。音频数据的表示数据的表示方法加法运算二进制减法、补码减法等运算方法。减法运算乘法运算除法运算01020403二进制除法、补码除法等运算方法。二进制加法、补码加法等运算方法。二进制乘法、补码乘法等运算方法。数据的运算方法运算器的工作原理根据控制器发出的指令，完成相应的运算操作，并将结果存储在寄存器中。乘法器和除法器实现乘法和除法运算的电路。控制器控制运算器的工作流程和时序的电路。加法器实现二进制加法和减法运算的电路。寄存器存储运算结果和中间结果的电路。运算器的组成与工作原理03存储器的层次结构主存储器主存储器是计算机系统中的主要存储设备，用于存储程序和数据。其特点是容量大，但速度较慢，价格相对较低。辅助存储器辅助存储器是计算机系统中的外部存储设备，如硬盘、光盘、U盘等。其特点是容量大，速度慢，价格便宜。寄存器寄存器是CPU内部的存储单元，用于存储中间计算结果和指令。其特点是速度快，但容量小，价格昂贵。存储器的分类与特点随机存取存储器（RAM）RAM是主存储器的主要组成部分，具有读写功能，可以同时读取任意一个单元的数据。其特点是速度快，但断电后数据会丢失。只读存储器（ROM）ROM是只读存储器，只能读取数据而不能写入数据。其特点是速度慢，但断电后数据不会丢失。高速缓存存储器（Cache）Cache是高速缓存存储器，用于存储CPU经常访问的数据和指令。其特点是速度快，但容量小。主存储器的组成与工作原理硬盘驱动器（HDD）01HDD是一种机械式辅助存储器，通过旋转磁盘和读写头实现数据的读写。其特点是容量大，速度慢，价格便宜。固态驱动器（SSD）02SSD是一种电子式辅助存储器，通过闪存芯片实现数据的读写。其特点是速度快，容量大，价格较高。光盘驱动器（CD/DVD/BD）03光盘驱动器是一种光学式辅助存储器，通过激光束照射光盘表面实现数据的读写。其特点是容量大，速度慢，价格便宜。辅助存储器的组成与工作原理04指令系统与寻址方式指令系统定义指令系统是计算机硬件能够直接识别和执行的指令集合，包括数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制指令等。指令系统的发展随着计算机技术的不断发展，指令系统的功能越来越强大，指令的长度和寻址方式也越来越多样化。指令的格式指令的格式包括操作码和地址码两部分，操作码表示指令的操作类型，地址码表示操作数或者操作数的地址。指令系统的基本概念操作数在指令中直接给出，紧跟在操作码后面，这种寻址方式称为立即寻址。立即寻址操作数是变址寄存器的内容加上一个偏移量，这种寻址方式称为变址寻址。变址寻址操作数在寄存器中，通过寄存器名称来指定，这种寻址方式称为寄存器寻址。寄存器寻址操作数的有效地址在指令中直接给出，这种寻址方式称为直接寻址。直接寻址操作数的有效地址通过寄存器间接给出，这种寻址方式称为间接寻址。间接寻址0201030405寻址方式及其特点为了提高计算机的执行效率和降低成本，可以采用精简指令集，即只保留常用的基本指令，而将其他复杂的功能通过组合指令来实现。精简指令集为了提高计算机的执行效率，可以采用流水线技术，即将一条指令的执行过程划分为多个阶段，每个阶段执行一个子任务，这样就可以并行处理多条指令。流水线技术为了在有限的指令空间内表示更多的操作数类型和寻址方式，可以采用扩展操作码的方法，即使用多个字节来表示一条指令的操作码。扩展操作码指令的格式与优化05中央处理器功能运算、控制和存储功能组成运算器、控制器、寄存器组CPU的功能与组成微程序设计将机器指令集编写成微程序，通过微指令执行流水线设计将指令执行过程划分为多个阶段，并行处理指令硬连线将指令集直接与硬件电路相连，提高执行效率CPU的设计方法指令执行速度衡量CPU执行指令的速度吞吐量衡量CPU在单位时间内处理的数据量功耗衡量CPU在工作时的能耗可靠性衡量CPU在长时间工作时的稳定性和可靠性CPU的性能评价06输入输出系统转换CPU与I/O设备间的不兼容性、地址译码、设备选择、信息缓冲、向CPU提供设备状态信息。功能独立于处理器的I/O接口（如串行接口、并行接口）、处理器内核的一部分（如内存控制器）。类型I/O接口的功能与类型CPU直接控制I/O操作的整个过程，适用于慢速I/O设备。程序控制方式CPU通过中断处理程序来控制I/O操作，适用于高速I/O设备。中断控制方式在主存与I/O设备之间开辟直接的数据通路，CPU只需向设备发出一个指令，其余工作由DMA控制器完成。直接内存存取（DMA）方式通道是一个独立于CPU的专门I/O处理器，用来执行I/O指令，管理数据传送。通道控制方式I/O控制方式及其特点中断与DMA技术中断当I/O设备完成或发生错误时，向CPU发出中断请求，CPU暂停现行程序，保存现场，转去执行相应的中断处理程序，处理完毕后恢复现场，继续执行。DMA技术允许某些I/O设备在不需要CPU干预的情况下，直接在内存和设备之间交换数据。07总线与通信总线是计算机各模块之间传输信息的公共通道，是连接各个部件的纽带。根据传输方式，总线可以分为并行总线和串行总线；根据功能，总线可以分为地址总线、数据总线和控制总线。总线的概念与分类总线的分类总线的概念总线通信协议总线通信协议包括数据传输的格式、控制方式、同步方式等，规定了总线上数据传输的基本规则。总线标准总线标准规定了总线的物理特性、电气特性、机械特性和功能特性，是总线的具