组成原理复习及习题

组成原理复习及习Contents目录组成原理概述运算方法及运算器存储系统指令系统及控制器输入输出系统习题解析与解答组成原理概述01包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，是计算机的物理实体。硬件软件操作系统包括系统软件和应用软件，是计算机的程序和数据。是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机硬件和软件资源。030201计算机系统的基本组成计算机通过执行指令来执行任务，每条指令由操作码和操作数组成。指令执行程序和数据存储在存储器中，通过地址码来访问存储器中的内容。存储程序通过输入输出设备实现与外部环境的交互。输入输出计算机的工作原理包括各种物理设备和电路。硬件层负责管理和控制硬件资源，提供系统调用接口。操作系统层包括各种应用程序，直接为用户提供服务。应用层计算机系统的层次结构运算方法及运算器02定点数浮点数优点应用场景定点数和浮点数01020304在计算机中用固定小数点位置表示数值的方法，通常用整数部分和小数部分表示。在计算机中用小数点位置可变表示数值的方法，通常由符号位、指数和尾数三部分组成。定点数运算速度快，浮点数表示范围大。定点数适用于科学计算、工程计算等领域，浮点数适用于金融、经济、科学计算等领域。优点方便进行加减运算，解决了原码和反码表示法中加法与减法运算的问题。定义补码表示法是一种二进制数的表示方法，其中正数的补码与其原码相同，负数的补码是其绝对值的二进制表示取反加1。应用场景计算机内部运算普遍采用补码表示法。补码表示法

定点加减运算定义定点加减运算是指在进行加法和减法运算时，小数点位置固定不变的运算方法。运算步骤首先对齐小数点，然后进行加法或减法运算，最后根据需要舍入或进位。应用场景适用于科学计算、工程计算等领域。03应用场景适用于科学计算、工程计算等领域。01定义乘除运算是计算机中基本的数学运算之一，用于实现两个数的乘积或商的运算。02运算步骤首先确定结果的符号，然后进行乘法或除法运算，最后根据需要舍入或进位。乘除运算浮点运算是计算机中用于处理实数的数学运算，包括加法、减法、乘法和除法等。定义首先对齐小数点，然后进行乘除或加减运算，最后根据需要舍入或进位。运算步骤适用于科学计算、工程计算、金融、经济等领域。应用场景浮点运算存储系统03存储器分类磁表面存储器、半导体存储器顺序存取存储器、随机存取存储器只读存储器、读写存储器高速缓冲存储器、主存储器、外存储器按存储介质按存取方式按存取功能按存取速度主要功能存放计算机运行期间的大量程序和数据性能指标存取速度、容量和价格常见类型随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）主存储器主要功能存放主存储器不能存放的大容量数据和程序常见类型硬盘、软盘、光盘、U盘等外存储器存放CPU经常访问的指令和数据，加速数据访问速度主要功能一级缓存、二级缓存、三级缓存等常见类型高速缓存扩大主存的容量，提高程序的执行效率利用磁盘空间的一部分来模拟RAM的工作空间虚拟存储器工作原理主要功能指令系统及控制器04指令格式是指令的组成形式，包括操作码和地址码两部分。操作码表示指令的操作类型，地址码表示操作数所在内存单元的地址。根据地址码的数量和形式，可以分为隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等寻址方式。指令格式寻址方式是指根据指令中给出的地址码信息来寻找操作数所在内存单元的方法。不同的寻址方式有不同的特点和适用场景，如隐含寻址方式中操作数所在内存单元的地址由指令给出，而间接寻址方式中操作数所在内存单元的地址通过间接给出。寻址方式指令格式和寻址方式指令系统的定义指令系统是指计算机中所有可能的指令的集合，包括操作码和地址码的集合。指令系统的设计直接影响到计算机的性能和功能，因此是计算机设计中的重要环节。指令系统的分类根据指令的操作类型和寻址方式的不同，可以将指令系统分为复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）。复杂指令系统是指令系统的一种，其特点是具有大量的指令和复杂的寻址方式，而精简指令系统则强调指令的简洁和优化。指令系统控制器的功能控制器是计算机中的核心部件之一，其主要功能是根据指令系统执行相应的操作，控制计算机各部件的工作流程。控制器通过读取存储器中的指令，解析指令的操作码和地址码，然后根据操作码向各个部件发出相应的控制信号，完成指令的操作。控制器的基本组成控制器主要由指令寄存器、译码器、操作控制器、时序信号发生器等组成。其中，指令寄存器用于存储从存储器中取出的指令；译码器用于将指令的操作码译成相应的控制信号；操作控制器根据控制信号向各个部件发出相应的控制信号；时序信号发生器用于产生时序信号，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义微操作序列是指在控制器中执行一条指令时，各部件所进行的详细操作步骤的序列。这些操作步骤包括取指、取操作数、执行运算、保存结果等。微操作序列的实现微操作序列的实现需要依靠控制器中的各个部件协同工作。在取指阶段，控制器从存储器中取出指令并存入指令寄存器；在取操作数阶段，控制器根据指令中的地址码从存储器中取出操作数；在执行运算阶段，控制器将操作数送入运算器进行运算，并将结果存回存储器；在保存结果阶段，控制器将运算结果保存到存储器中。在整个过程中，时序信号发生器产生时序信号控制各部件的工作流程。指令执行的微操作序列输入输出系统05键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等。输入设备显示器、打印机、音响等。输出设备实现人机交互，将用户需求传递给计算机，将计算机处理结果呈现给用户。输入输出设备的作用输入输出设备并行接口串行接口USB接口输入输出接口的作用输入输出接口数据传输速率较高，但连接线较多，主要用于打印机等设备。通用串行总线接口，支持热插拔，广泛应用于各种设备。数据传输速率较低，但连接线较少，主要用于鼠标、键盘等设备。实现设备与主机之间的数据传输和控制。123负责对输入数据进行预处理，如数据转换、压缩等。输入处理机负责对输出数据进行后处理，如数据格式化、图形渲染等。输出处理机提高数据处理效率，减轻主机负担。输入输出处理机的作用输入输出处理机总线带宽总线每秒钟传输的数据量。总线结构的作用实现各部件之间的信息传输和通信，是计算机系统的重要组成部分。总线类型系统总线、内部总线、外部总线等。总线结构习题解析与解答06计算机系统由哪些部分组成？各部分之间的层次关系是什么？问题描述计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，软件包括操作系统、应用程序等。各部分之间的层次关系是：硬件层、系统层、应用层。答案习题一：计算机系统的基本组成和层次结构问题描述定点数和浮点数在计算机中是如何表示的？它们之间的运算规则是什么？答案定点数采用固定小数点表示法，即整数部分和小数部分分别固定。浮点数采用IEEE754标准表示，包括符号位、指数位和尾数位。运算规则包括加法、减法、乘法和除法等，需要注意溢出和舍入误差等问题。习题二：定点数和浮点数的表示法及运算VS存储系统的层次结构是什么？高速缓存的工作原理是什么？答案存储系统的层次结构包括寄存器、高速缓存、主存、辅存等。高速缓存采用数据块作为基本单位，通过数据替换算法（如最近最少使用算法）来管理缓存空间。当CPU访问数据时，会先在高速缓存中查找，如果数据不在缓存中，则从主存或其他存储器中加载到缓存中。问题描述习题三：存储系统的层次结构及高速缓存原理指令系统包含哪些部分？控制器的工作原理是什么？指令系统包括操作码和地址码两部分，操作码指定指令的操作类型，地址码指定操作数所在的位置。控制器是计算机系统的指挥中心，负责控制计算机各部件协调工作。控制器通过读取指令并解析操作码来生成控制信号，控制各部件完成相应的操作。问题描述答案习题四：指令系统及控制器的工作原理习