【机组】计算机系统组成 期末复习总结
第一章 计算机系统概论
名词解释
Q：主机
A：除去 输入输出设备 以外放置 主板 及 其他主要机体部分 的容器。
Q：CPU
A：中央处理器 由 寄存器组 、 算术逻辑单元 、 控制器 和 内部总线 组成，通常集成在一片芯片上，是 计算机系统的核心设备 ，能够完成 指令控制 、 操作控制 、 时间控制 、 数据加工 、 处理中断 等功能。
Q：主存
A：内存储器常称为内存或主存，用以 存放指令和数据 ，并能 与中央处理器（CPU）直接交换信息 。通常包含随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
Q：存储单元
A：可 存取一个机器字 并具有 特定存储地址 的存储单元，通常以 一个字节（8 bit） 为存储单元。存储单元是 可寻址访问的最小单位 ，每个存储单元有 唯一的地址 。
Q：存储字
A： 存储单元中 的 二进制代码组合 。
Q：存储字长
A： 存储单元一次 能 存储 的 二进制数据的位数，与 存储器数据寄存器（MDR） 的 位数相等 。
Q：机器字长
A：CPU一次 能 处理 的 二进制数据的位数 。
Q：CU
A：Control Unit， 控制单元 是 CPU里控制器的组成部分 ，用来 分析当前指令所需完成的操作 ，并 发出各种微操作命令序列 ，用以 控制所有被控对象 。
Q：PC
A：Program Counter， 程序计数器 是 CPU里控制器的组成部分 ，用来 存放当前想要执行的指令地址 ，它与 主存的MAR 之间有一条直接通路，且具有 自动加1 的功能，即可 自动形成下一条指令的地址 。
Q：IR
A：Instruction Register， 指令寄存器 是 CPU里控制器的组成部分 ，用来 存放来自主存MDR的当前指令 ，IR中的 操作码 将送至 CU ，其 地址码作为操作数的地址 送至存储器的 MAR 。
Q：ALU
A：Arithmetic and Logic Unit， 算术逻辑单元 用于 执行指令中所需的算术、逻辑、移位操作 。
Q：ACC
A：Accumulator， 累加器 。
Q：MQ
A：Multiplier-Quotient Register， 乘商寄存器 。
Q：X
A：操作数寄存器 / 辅助寄存器。
Q：MAR
A：Memory Address Register， 存储器地址寄存器 用来 存放想要访问的存储单元的地址 ，其 二进制位数对应存储单元的个数，如 MAR 为 10 位，则有210 = 1024个存储单元，记为1K。
Q：MDR
A：Memory Data Register， 存储器数据寄存器 用来 存放从存储体某单元取出的代码或准备往某存储单元存入的代码 ，其 位数 与 存储字长相等 。
Q：I/O
A：Input/Output equipment， 输入 / 输出设备。
Q：MIPS
A：Million Instruction Per Second，单位时间内执行指令的平均条数。
Q：CPI
A：Cycle Per Instruction， 执行一条指令所需的时钟周期数 ，时钟周期数即为 主频的倒数 。
Q：FLOPS
A：Floating Piont Operation Per Second， 每秒浮点运算次数 。
Q：解释下列英文代号
A：
| CPU | 中央处理器 |
| PC | 程序计数器 |
| IR | 指令寄存器 |
| CU | 控制单元 |
| ALU | 算术逻辑单元 |
| ACC | 累加器 |
| MQ | 乘商寄存器 |
| X | 操作数寄存器 |
| MAR | 存储器地址寄存器 |
| MDR | 存储器数据寄存器 |
| IO | 输入输出设备 |
| MIPS | 单位时间内执行指令的平均条数 |
| CPI | 执行一条指令所需的时钟周期数 |
| FLOPS | 每秒浮点运算次数 |
简答题
Q：什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？
A：
- 计算机系统：能 接受和存储信息 ，自动进行 数据处理和计算 ，并 输出结果信息的机器系统 。该计算机系统由 硬件（子）系统 和 软件（子）系统 组成。
- 硬件子系统：是 系统赖以工作的实体 ，包括 中央处理器 、 主存存储器 、 输入输出控制系统 和 各种外围设备 。
- 软件子系统：由 各种程序以及程序所处理的数据组成 ，使整个计算机系统能够协调有序地工作，包括 系统软件 、 支援软件 、 应用软件 。
都很重要：硬件是 基础 ，软件是 灵魂 。
选择题
| 1 | 下列的四个叙述中，只有一个是正确的，它是（ ）。 | 系统软件就是买来的软件，应用软件就是自己编写的软件 | 外存上的信息可以直接进入CPU被处理 | 用机器语言编写的程序可由计算机直接执行 | 说一台计算机配置了FORTRAN语言，就是说它一开机就可以用FORTRAN语言编写和执行程序 | C |
| 2 | 下列（ ）型号计算机标志了计算机时代的真正开始。 | ENIAC | EDVAC | EDSAC | UNIVAC-I | D |
| 3 | 计算机的基本概念单位是:() | 中央处理器 | 硬盘 | 操作系统 | 晶体管 | D |
第二章 计算机中的信息表示
- 原码、补码、反码、移码
- 正数的原码、补码和反码相同！
- 负数补码左规添0，右规添1。
- IEEE标准
- 定点运算
已知[B]补，求[-B]补，只要连同符号位全部取反，末位加一。
- 浮点四则运算
- 首先，将浮点数化为二进制补码形式：阶符（双重），阶码补码；数符，数码补码
- 其次，对阶，将小的阶码化为大的阶码，并将数码补码进行移位；
- 然后，对尾数求和，注意数符也要参与；
- 接着，规格化，出现最右边数符和最左边尾数相同，需要左规，出现两个数符不相同，需要右规，连同右边那个数符一起规；
- 在规格化中，遵循0舍1入法。
- 指令信息的表示（名词解释、简答）
- 指令系统：计算机能执行的全体指令。
- 指令的一般格式：操作码，地址码。
- 指令的分类：
| 三地址指令 | 操作码 操作数一的地址 操作数二的地址 存放操作结果的地址 |
| 二地址指令 | 操作码 源操作数 目标操作数 |
| 单地址指令 | 使用累加器作为目标操作数 |
| 零地址指令 | 无操作数 |
- 常用寻址方式：
| 立即寻址 | 指令直接给出操作数本身 |
| 直接寻址 | 指令直接给出操作数地址 |
| 间接寻址 | 指令给出存放操作数地址的存储单元地址 |
| 寄存器直接寻址 | 操作数在指令指定的CPU的某个寄存器中 |
| 寄存器间接寻址 | 操作数地址在指令指定的CPU的某个寄存器中 |
| 寄存器变址寻址 | 指令指定一个CPU寄存器和一个形式地址，操作数地址是两者之和。 |
- 循环冗余校验码
- 定点机器码的范围
对于整数来说，原码、补码、反码的范围都是-127~127，但是定点整数补码可以表示-128；
对于小数来说，三种机器码都是-127/128~127/128，但是定点小数补码可以表示-128/128，也就是-1。
第三章 CPU
Q：CPU包含哪几个部分？
A：寄存器组，算术逻辑单元，控制器，内部总线。
Q：计算机的运行程序遵循什么样的循环过程？PC和IR在这个过程中起的作用是什么？
A：循环过程为”取指——译码——执行“。
PC在过程中用于保存下一条要取出指令的地址，当指令取出后，系统会修改PC的内容，使其指向下一条指令，当执行转移指令时，系统也会将要转移的地址送入PC，使系统始终按照PC内容所指向的地址取指令。
IR用来保存取指阶段取出的指令，并为指令译码提供相关的信息，取出的指令直到执行完一直待在IR中。
Q：模型机中的指令周期分为哪几个工作周期？（佛山的ID）
A：
Fetch 取指周期 FT
Source 取源操作数周期 ST
Destination 取目的操作数周期 DT
Execute 执行周期 ET
Interuption 中断响应周期 IT
DMA 传送周期 DMAT
Q：三级时序系统是什么？各自的作用分别是什么？
A：工作周期，节拍，脉冲。
工作周期（机器周期或CPU周期）：把指令周期分为几个工作阶段（FT、ST、DT、ET、IT、DMAT），每个工作周期完成一个基本操作；
节拍：一个工作周期分为若干个节拍，一个节拍对应一个点位信号，控制一个或几个微操作的执行；
脉冲：在一个节拍内，设置一个或多个脉冲，用于寄存器的复位和接收数据。
Q：指令和数据都存放在主存中，计算机在执行程序时是怎样区分哪个地址单元存的是指令，哪个地址单元存的是数据？
A：
- 在空间上，将指令和数据在主存中分开存放；
- 在时间上，将一条指令的执行分为多个工作周期，取指令是在取指周期 FT ，取数据是在 取操作数周期。
Q：三种总线结构的特点是什么？
A：单总线结构传送数据的速度比双总线和三总线结构慢，但是单总线结构较为简单，其他两种节省时间，提高效率，且会同时把数据传送给运算器ALU。单总线里需要用到一个三态门。
Q：什么是RISC机和CISC机？
A：精简指令系统计算机和复杂指令系统计算机。
Q：什么是组合逻辑控制？什么是微程序控制？它们的特点是什么？
A：
(1) 组合逻辑控制又称硬连线控制，它将控制部件看作产生固定时序信号的逻辑电路，
而此逻辑电路以最少的元件和取得最高操作速度为设计目标。
(2) 微程序控制又称存储逻辑控制，是将机器指令的操作分解为若干个更基本的微操
作序列，并将有关的控制信号（微命令）以微码形式编成微指令输入到控制存储器
中。这样，每条机器指令将与一段微程序对应，取出微指令就产生微命令，实现
机器指令要求的信息传送与加工。
(3) 组合逻辑控制速度快，但设计不规整、不可调整、难以形式化。
(4) 微程序控制设计规整、可调整、可形式化，但速度慢。
第四章 指令系统层
Q：什么是”程序可见“的寄存器？
A：程序可见寄存器是指在用户程序中用到的寄存器，它们由指令来指定。
Q：8086微处理器的基本结构寄存器组包括哪些寄存器？各有什么用途？
A：
- 通用寄存器：存放操作数或用作地址指针；
- 专用寄存器：EIP和EFLAGS，分别存放要执行的下一条指令的偏移地址和各种标志；
- 段寄存器：存放段基址或段选择子。
第六章 存储系统
- 在虚拟存储器中，物理空间和逻辑空间有何联系和区别?
(1) 物理空间是主存的实际空间，也称为实存空间。
(2) 逻辑空间是程序员编程时可用的虚拟地址对应的地址空间，也称为虚存空间。
(3) 通常情况下，逻辑空间远远大于物理空间。
(4) 物理空间是运行程序时，计算机能提供的真正的存储空间，而逻辑空间是用户编程
时可以运用的虚拟空间，程序在运行过程中，必须把逻辑地址映射到物理地址，才
能真正访存（包括读取指令和读写数据）
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