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計算機組成原理--第一章系統概論筆記以及習題答案

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1.比較數字計算機和模擬計算機的特點。
2.數字計算機如何分類?分類的依據是什麼?
3.數字計算機主要有哪些方面的應用?
4.馮諾依曼型計算機的主要設計思想是什麼?它包括哪些組成部分?
5.什麼是儲存容量?什麼是單元地址? 什麼是資料字? 什麼是指令字?
6.什麼是指令?什麼是程式?
7.指令和資料均放在記憶體中,計算機如何區分它們是資料還是指令。
8.什麼是記憶體? 什麼是外存? 什麼是cpu?什麼是介面卡?並簡述器功能
9.計算機的系統軟體包括哪幾類?說明它們的用途。
10.說明軟體發展的演變過程。
11.現代計算機系統如何進行多級劃分?這種分級觀點對計算機設計會產生什麼影響?


12.為什麼軟體可以轉化為硬體,硬體能轉化為軟體?實現這種轉化的媒介是什麼?
13.CPU的效能指標有哪些?其概念是什麼?

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1、

比較內容數字計算機模擬計算機
資料表示方式 數字0和1 電壓
計算方式 數字計數 電壓組合和測量值
控制方式 程式控制 盤上連線
精度
資料儲存量
邏輯判斷能力

2.數字計算機如何分類?分類的依據是什麼?
數字計算機進一步又分為專用計算機和通用計算機。專用和通用是根據計算機的效率、速度、價格、執行的經濟性和適用性來劃分。

3.數字計算機主要有哪些方面的應用?


通用計算機可劃分為超級計算機,大型機、服務機、PC機,微控制器和多核機六類。他們的區別在體積,簡易性、功率損耗、效能指標、資料儲存容量、指令系統規模和機器價格。
超級計算機用於科學計算。
微控制器是隻用一片積體電路做成的計算機。

4.馮諾依曼型計算機的主要設計思想是什麼?他包括哪些組成部分?
設計思想為:數字計算機的數制採用二進位制;計算機應該按照程式順序執行。主要的組成部分有:運算器、控制器、儲存器、輸入和輸出裝置。

5.什麼是儲存容量?什麼是單元地址? 什麼是資料字? 什麼是指令字?
儲存器所有的儲存單元的總數稱為儲存器的儲存容量。
在儲存器中把儲存一個數的多個觸發器稱為一個儲存單元。儲存器是由許多儲存單元組成,每個儲存單元都有編號,稱為地址。


由於計算機使用的資訊既有指令又有資料,所以計算機字長可以代表指令或資料,如果某字代表要處理的資料,則稱為資料字,若為某一指令,稱為指令字。

6.什麼是指令?什麼是程式?

運算器只能完成加減乘除四則運算以及其他的一些輔助操作。每一個基本操作就叫做一條指令,而解決某一問題的一串指令序列,叫做該問題的計算程式。

7.指令和資料均放在記憶體中,計算機如何區分它們是資料還是指令。
一般來說,取指週期中從記憶體讀出的資訊流是指令流,它流向控制器;而在執行器週期中從記憶體讀出的資訊流是資料流。它流向控制器。

8.什麼是記憶體? 什麼是外存? 什麼是cpu?什麼是介面卡?並簡述器功能
計算機中配備的儲存容量較大的磁碟儲存器和光碟儲存器,稱為外存
相對而言,半導體材質的儲存器,稱為記憶體。介面卡是一個介面轉換器,它可以是一個獨立的硬體介面裝置,允許硬體或電子介面與其它硬體或電子介面相連,也可以是資訊介面。介面卡的作用相當於一個轉換器,它可以保證外圍裝置用計算機系統特性所要求的的形式傳送貨接收資訊。

9.計算機的系統軟體包括哪幾類?說明它們的用途。
包括四類 ①各種服務性程式,比如診斷程式、排錯程式、練習程式
②語言程式,如彙編程式、編譯程式、解釋程式。
③作業系統 ④資料庫管理系統。

10.說明軟體發展的演變過程。
早期計算機中,人們直接用機器語言編寫程式(手程式設計序)也叫目的程式,
為了編寫程式方便和提高機器的使用效率。用一些特殊符號表示的指令來編寫程式。也就是組合語言並且創造了一種程式,叫做彙編器。
又為了進一步實現程式的自動化和便於程式交流,人們又創造了各種接近於數學語言的演算法語言。比如C語言,c++,Java等

11.現代計算機系統如何進行多級劃分?這種分級觀點對計算機設計會產生什麼影響?

第5級   高階語言級    (編譯程式)
第4級   組合語言級    (彙編程式)
第3級   作業系統級    (作業系統)
第2級   一般機器級    (微程式)
第1級   微程式設計級(邏輯電路級)  直接由硬體執行

顯然,採用這種用一系列的級來組成計算機的概念和技術,對了解計算機如何組成提供了一種好的結構和機制。而且用這樣的分級的觀點來設計計算機,對保證產生一個良好的系統結構也是很有幫助的。

12.為什麼軟體可以轉化為硬體,硬體能轉化為軟體?實現這種轉化的媒介是什麼?
因為任何操作都可以由軟體來實現,也可以由硬體來實現。 任何指令的執行可以由硬體來完成,同樣軟體可以。現在已經可以把許多複雜的、常用的程式製作成韌體,從功能上它是軟體,從形態上它又是硬體。

13.CPU的效能指標有哪些?其概念是什麼?

主頻/時鐘週期: CPU的工作節拍受主時鐘控制,主時鐘不斷產生固定頻率的時鐘,主時鐘的頻率f 就叫CPU的主頻。(主頻的倒數稱為CPU時鐘週期)
CPU執行時間: 表示CPU執行一般程式所佔用的CPU時間。

CPU的執行時間 = CPU時鐘週期數 × CPU時鐘週期

CPI表示每條指令週期數,執行一條指令所需要的平均時鐘週期數。

CPI = 執行某段程式所需的CPU時鐘週期數 ÷ 程式包含的指令條數

MIPS表示平均每秒執行多少條百萬條定點指令數。

MIPS = 指令數 ÷ (程式執行時間 * 10`6)