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一．计算机硬件系统组成的基本概念1.什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。计算机系统包括硬件和软件。从计算机系统的层次结构来看，它通常可以分为五个以上的层次，在每一层上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用及其语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言级，这一级由汇编语言支持和执行；第五级高级语言级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行。还可以有第六级，应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。2.冯诺依曼结构计算机的特点是什么，它有哪些局限性？冯诺依曼结构计算机是一种典型的计算机组织结构，将计算机硬件分为运算器，存储器，控制器，输入部件和输出部件，采用存储程序的工作方式。冯诺依曼结构计算机的主要外部特征是：(1)指令和数据都以字的方式存放在相同的存储器中，没有区别，由计算机的状态来确定从存储器独处的字是指令还是数据。指令送往控制单元译码，，数据送往运算器进行运算。(2)指令顺序串行地执行，并由控制单元集中控制，采用一个PC计数器对指令进行寻址。(3)存储器是一个单元定长的一维线性空间。(4)使用低级机器语言，数据以二级制形式表示。指令中包括操作码和地址码两部分。操作数的编码格式从数据本身不能进行区别。(5)单处理机结构，以运算器为中心，只有一个数据流和指令流。冯诺依曼结构计算机的局限性在于它的并行性十分有限，不适合于人工智能和模式识别等应用场合。3.计算机内部有哪两种信息流，它们之间有什么关系？计算机内部有控制信息流和数据信息流。控制信息包括指令信息、状态信息和时序信息，这些信息的组合产生各类控制信号，对数据信息进行加工处理，并控制数据信息的流向，实现计算机的各项功能。4.计算机采用什么计数制，为什么？计算机采用二进制计数制。这种计数制便于物理器件实现。如半导体存储器中输出元件的导通与截止、瓷表面存储器中磁化单元的磁化方向、光存储器中金属存储面上凹坑的有无等都可用来表示二级制数的0和1。5.简述运算器和控制器的主要功能运算器的主要功能是完成算数运算和逻辑运算；控制器的主要功能是对指令译码，并产生相应的控制信号。6.简述输入设备和输出设备的基本功能输入设备将人们书序的信息（数字、字符、文字、图形、图像、声音）形式转换成计算机能接受并识别的信息（二进制信息）形式，输出设备则将计算机内部信息形式转换成人们熟悉的信息形式。7.算术运算和逻辑运算个包括那些运算操作？算术运算对数据进行算数操作，包括加减乘除四则运算和数据格式转换；逻辑运算按位对数据进行与或非异或和移位等操作。8.机器语言、汇编语言、高级语言有何区别？机器语言是一种用二进制代码表示的计算机语言，机器可以直接执行用机器语言编写的程序。汇编语言是一种用助记符表示的与机器语言一一对应的语言，用汇编语言编写的程序需经过汇编后才能执行。高级语言是一种接近人类自然语言的与计算机结构无关的语言，用高级语言编写的程序要经过解释和编译才能执行。9.什么是指令？什么是程序？指令是机器完成某种操作的命令，典型的指令包括操作码和地址码两部分。操作码用来指出执行什么操作（如加、传送），地址码用来指出操作数在什么地方、程序是有序指令的集合，用来解决某一特定问题。10.存储器中存储的数据和指令是怎么区分的？在存储程序的计算机中，指令和数据都是以二进制的形式存放在存储器中。从存储器中存储的内容本身看不出它是指令还是数据，因为它们都是二进制代码。计算机在读取指令时把从存储器中读到的信息都看作是指令，而在读取数据时则把从存储器中读到的信息都看作是操作数，所以为了不产生混乱，在进行汇编程序设计时要注意区分存储器中的信息是程序还是数据，而用高级语言设计程序一般不会产生上述问题。有些计算机程序是专门对程序进行操作的，如编译程序和汇编程序，所以指令也可以是计算机的操作对象。有时我们把存储在计算机中的指令和数据统称为数据，因为它们都是存储在存储器中的二进制代码，都可以作为指令的操作对象。11.寄存器的功能是什么？寄存器在运算时用于保存运算数据和中间运算结果，以提高运算速度。此外，寄存器还可以存放指令、指令地址、程序运行状态等。寄存器还可以作为数据缓存。12.编译程序和解释程序的区别是什么？编译程序和解释程序的作用都是将高级语言程序转换成机器语言程序，但转换的过程不同。编译程序在编译时先检验程序错误，进行结构分析后转换成中间代码，然后将中间代码转换为机器指令代码，最后还需执行机器指令。这种方法编译时间长，运行速度块。解释程序前线检查错误，然后边解释边执行。这种方法简单，但运行速度慢，主要用于调试程序。13.什么是存储单元、单元地址、存储体、存储容量？存储单元是存储器的基本存储单位，用于存放一个字信息，可以使指令或数据。对存储单元用二进制统一编号，编号就是单元地址，信息存储按地址进行。存储体是计算机系统存储器的基本组成单位，计算机系统最少应有一个存储体，存储体应有课运行程序的基本容量，主要是数据位数应等于系统数据总线的宽度。存储单元的总数称为存储容量。14.什么是机器字长、指令字长、存储字长？机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。指令字长是指计算机指令中二进制代码的总位数。存储字长是指存储单元中存放二进制代码的总位数。三者可以相当也可以不等，视不同机器而定。15.计算机的硬件指标有哪些？(1)机器字长：CPU一次能处理的数据的位数，通常与CPU寄存器的位数有关。(2)存储容量：包括主存容量和辅存容量，是存放二进制代码的总和，可用位(Bit)或字节(Byte)来衡量。(3)运算速度：可用MIPS(每秒执行的百万条指令数)、CPI（没执行一条指令所需的时钟周期数）或FLOPS（每秒浮点运算次数）来衡量运算速度。16.有人说计算机指令的功能越强则计算机的性能越高。请对这个问题提出你的看法。不对。计算机指令的功能强并不意味着计算机的性能高。计算机系统的性能取决于程序中指令的数量和每条指令执行时所需的时间，指令的功能强可减少程序中指令的数量，但也可能使得每条指令的平均执行时间延长。17.为什么说计算机硬件和软件在逻辑上是等价的？用硬件实现的功能，在原理上可以用软件实现；用软件实现的功能，在原理上也可以用硬件来实现，这就是硬件和软件的等价性。例如，硬件可以直接做乘法运算，也可以通过软件用相加和移位的方式实现乘法运算。运行软件可以控制计算机的运行，但也可以把软件固化在ROM芯片中（如BIOS），在开机过程中由硬件直接运行。二．计算机中的信息表示1.什么是大数端存储方式，什么是小数端存储方式？当数据的位数超过一个字节时，将低位字节存放在低位地址的存储方式为小数端存储方式；将高低位字节存放在高位地址的存储方式为大数端存储方式。2.试比较定点带符号数在计算机内的四种表示方式。带符号数在计算机内部的表示方式有原码、反码、补码和移码。原码表示方法简单易懂，实现乘除法预算简单，但用它实现加减法运算比较复杂。补码的特点是加减法运算规则简单，正负数的处理方式一致。反码通常只用来计算补码，由于用发麻运算不方便，因此发麻在计算机中没得到实际应用。移码由于保持了数据原有的大小顺序，便于进行比较操作，因此常用语浮点数中的阶码，使用比较方便。3.试述浮点规格化的目的和方法浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效位。当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后第一位不相等，则被定义为已规格化数，若则便是非规格化数。通过规格化，可以保证运算数据的精度。3.什么是计算机系统硬件与软件之间的界面，其主要功能是什么？从程序的编制与执行的角度来看，指令规定了计算机的操作类型及操作数地址，它们是产生各种控制信息的基础。另外，从硬件设计的角度看，在设计计算机时先要确定其硬件能够直接执行哪些操作，表现为一组指令的集合，称之为该计算机的指令系统。因此，指令系统体现了一台计算机的软硬件界面。指令系统包含若干指令，它规定了计算机功能的强弱及硬件复杂程度。4.简述指令字长，存储字长和机器字长的定义。指令字长为机器指令所包含的二进制代码位数，存储字长为存储单元中二进制数的位数，及其子长为运算器一次运算的二进制位数。5.什么叫指令地址，形式地址，有效地址。指令地址：指令在内存中的地址；形式地址：指令地址字段给出的地址；有效地址：形式地址经一定的运算而得到的操作数的实际地址。6.什么是助记符，为什么要用助记符编写程序？用一些比较容易记忆的文字符号来表示指令中的操作码和操作数，这种符号称为助记符。助记符比较接近人类语言，因此程序编写比较容易，指令短，便于阅读，而用二进制代码编写程序则较复杂，指令长，阅读也较困难。8.RISC指令系统具有哪些主要特点？RISC指令系统通过简化指令，使计算机的结构更加简单合理，并通过减少指令执行周期数的途径，达到提高机器速度的目的。其特点如下。(1)选取使用频度较高的一些简单指令。复杂指令的功能由执行频度高的简单指令组合来实现。(2)指令长度固定，指令格式和寻址方式种类少。(3)CPU中通用寄存器数量多，大多数指令操作都在寄存器之间进行，只有取数(LOAD)和存数(STORE)指令访问存储器。(4)采用流水线技术们大部分指令在一个时钟周期内完成。(5)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。(6)采用优化编译程序。9.数据的寻址方式有哪几种，最常使用的寻址方式是哪一种？数据的寻址方式有：按地址查找、按内容查找、按顺序查找等，其中按地址查找的寻址方式最为普遍。10.比较寄存器寻址和寄存器间址的区别。寄存器寻址：寄存器中存放的就是操作数。寄存器间址：寄存器中存放的是操作数的地址，操作数在内存中。寄存器寻址访问操作数的速度比寄存器间接寻址访问操作数的速度快。11.在寄存器-寄存器型，寄存器-存储器型和存储器-存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长，哪类指令的执行时间最短，为什么？寄存器-寄存器型执行速度最快，存储器-存储器型最慢。因为前者操作数均在寄存器中，后者操作室在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。12.选择寻址方式时主要考虑哪些因素？选择寻址方式时主要考虑以下因素：(1)应与数据的表示相配合，能方便地存取各种数据；(2)应根据指令系统及各种寻址方式的特点和相互组合的可能性进行选择；(3)考虑实现上的有限性和可能性；(4)还应使地址码尽可能短，存取的空间尽可能大，使用方便。13.在指令格式中指明寻址方式有几种方法？寻址方式在指令格式中的表示方法通常有两种。(1)由不同的操作码指明操作数的不同寻址方式(操作码指明法)；(2)在指令格式中增设寻址特征位指明寻址方式(寻址方式位法)。14.在各类寻址方式中，哪类寻址方式最快，哪类寻址方式最慢，为什么？在各类寻址方式中，立即寻址方式最快，因为它不需要寻址，可从指令中直接获得操作数。复合寻址方式最慢，因为它不但要进行运算，执行(PC)+D或(Ri)+D操作，而且需要两次访问存储器才能获得操作数。15.简述相对寻址的特点相对寻址方式中，操作数的地址是程序计数器PC的值加上偏移量形成的，是一种特殊的变址寻址方式，偏移量用补码表示，可正可负。相对寻址方式可用较短的地址访问内存。16.转子指令执行时应执行哪些操作，子程序中的返回指令应执行哪些操作？转子指令保存返回地址有三种方式。(1)用子程序的第一个字单元存放返回地址。这种方法允许多重转子，但不允许子程序的递归和联锁递归。(2)用寄存器存放返回地址。这种方法可以支持多重转子及递归，但是子程序实现比较复杂。(3)用堆栈保存返回地址。这种方法支持多重转子和递归，是目前广泛采用的方法。17.若按指令功能分类，则指令系统可分为哪几类指令？按指令功能分，可分为数据传送类指令，算/逻运算类指令、程控类指令和I/O类指令等。这是最常用的分类方法。三．CPU子系统1.CPU有哪些功能？画出其内部组成框图，并说明图中每个部件的作用。CPU具有控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令，对各