计算机组成原理与体系结构
计算机组成原理与体系结构习题
1.冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是______。
A 多指令流单数据流B 按地址访问并顺序执行指令C 堆栈操作D 存贮器按内容选择地址2. 某计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是______A. 64KB. 32KC. 64KBD. 32 KB3.单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用______。
A堆栈寻址方式 B立即寻址方式 C隐含寻址方式 D 间接寻址方式4．在微程序控制器中，微地址形成电路产生两种地址：微程序入口地址和后续微地址。
5、已知某8位机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，采用4K×4位的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条形式，问：(1)若每个模块条为32K×8位，共需几个模块条？(2)每个模块条内有多少片RAM芯片?(3)主存共需多少RAM芯片？CPU需使用几根地址线来选各模块？用何种译码器？6.CPU有16根地址线（A15～A0），8根数据线（D7～D0），MREQ 作访问存储器的控制电平（低电平有效），WE作为读写控制电平（WE=0时，写允许；WE=1时，读允许）。
现有芯片Intel 2114（1K*4），要扩展成2KB内存，地址范围为2000H～27FFH。
片选信号由74LS138译码器采用全译码方式进行。
试画出CPU与译码器及存储芯片的连接图。
7.某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有64条指令，试采用四种寻址方式（直接、间接、变址、相对）设计指令格式。
解：64条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。
为了覆盖主存64K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：６２８OP X D寻址方式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址 E=D（256单元）X= 0 1 间接寻址有效地址 E= (D）（64K）X= 1 0 变址寻址有效地址 E= (R)＋D （64K）X= 1 1 相对寻址有效地址 E=（PC）＋D （64K）其中R为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。
它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
2）微程序级：第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。
3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
计算机考研十大核心考点总结
计算机考研十大核心考点总结
一、计算机组成原理
计算机组成原理是计算机科学的一个基础，是考研计算机的重要科目，它涉及计算机系统体系结构的概念，关系的数据处理技术等。
其中，主要
考察计算机体系结构、计算机存储器，CPU结构，机器指令等方面的相关
知识，是考研计算机考试的重要考点。
1.计算机系统概述
计算机系统包括硬件、软件、中断、存储器以及I/O系统，其中硬件
由处理器、控制器、存储器和接口组成，软件由操作系统、辅助工具和应
用程序组成。
计算机系统中的数据在系统设计、实施和管理过程中起着重
要作用，是系统可靠性和性能的主要考量因素。
2.CPU体系结构
CPU是计算机系统中的中央处理器，主要负责数据的存取、处理和控制，它经历了多次改进和升级，现代计算机CPU一般由指令集、控制单元、内部总线和外部总线等组成，有了这些组成部件，CPU就可以实现指令系
统的运行和控制，保证数据的处理和控制。
3.存储器体系结构
存储器可以分为两类，一类是主存储器，一类是外存储器，外存储器
分为磁盘和移动存储器，而主存储器又分为物理内存和虚拟内存。
计算机体系结构与组成原理
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理讨论了计算机系统的基本原理、组成结构和相互关系。
它研究了计算机的硬件和软件组件，并介绍了计算机如何执行指令以及数据在计算机内部的处理方式。
本文将从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面来探讨这一主题。
一、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和操作系统之间的接口关系。
它定义了计算机的结构、功能和性能特征，包括内存、输入输出设备和处理器等组件。
计算机体系结构的设计决定了计算机系统的可扩展性和性能。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是一种广泛应用的计算机体系结构，是由冯·诺依曼于1945年提出的。
它包括了一个存储器、一个运算器、一个控制器、输入设备和输出设备等组件。
其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于执行算术和逻辑运算，控制器用于指挥各个组件的操作。
2. 硬件层次结构计算机体系结构还可以按照硬件的层次结构进行分类。
常见的硬件层次结构包括计算机系统、总线、处理器和存储器等。
计算机系统是最高层次的硬件，它由多个处理器和存储器组成，并通过总线进行连接。
二、计算机组成原理计算机组成原理研究了计算机硬件的内部结构和功能，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
它关注计算机内部数据的存储、传输和处理方式。
1. 处理器处理器是计算机的核心组件，负责执行指令和处理数据。
它由控制器和算术逻辑单元组成。
控制器用于解析和执行指令，算术逻辑单元用于执行算术和逻辑运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机内部的数据和指令。
根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于临时存储数据和程序，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于将数据和指令传递给计算机系统，或将计算结果输出到外部设备。
常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器和打印机等。
三、计算机体系结构与组成原理的关系计算机体系结构和组成原理是相互关联的，在计算机系统设计和优化过程中起着重要作用。
计算机组成原理知识点
计算机组成原理知识点1. 冯·诺依曼体系结构：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
2. 运算器：计算机的核心部分，负责执行各种算术运算和逻辑运算。
3. 控制器：负责控制指令的执行次序和操作，包括指令的获取、解码和执行。
4. 存储器：用于存储计算机程序和数据，包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。
5. 输入设备：用于将外部数据或指令输入到计算机，包括键盘、鼠标、扫描仪等。
6. 输出设备：用于将计算机处理后的结果输出到外部，包括显示屏、打印机、音响等。
7. 指令集：计算机能够执行的全部指令的集合。
8. 指令的执行过程：指令的获取、解码、操作和存储四个步骤。
9. 计算机的时钟：用于统一各个部件的工作节奏。
10. 运算器的设计：包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器的设计。
11. 控制器的设计：包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器的设计。
12. 存储器的分类：根据访问方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
13. 存储器的层级结构：由高速缓存、主存储器和辅助存储器组成，速度逐级递减，容量逐级递增。
14. 输入输出控制方式：包括程序控制方式、中断方式和直接存储器访问方式。
15. 总线的作用：用于数据和控制信息在计算机各个部件之间传输。
16. 总线的分类：根据传输数据的方式可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
17. 中央处理器（CPU）的功能：包括指令的获取、解析、运算和存储。
18. 中央处理器的核心部分：由运算器和控制器组成。
19. 中央处理器的指令周期：包括取指周期、执行周期和存储周期。
20. 中央处理器的性能指标：包括时钟频率、主频和执行速度。
21. 程序和指令：程序是指一系列有序的指令集合，指令是计算机能够识别和执行的最小指令单元。
22. 计算机的存储方式：包括字节顺序、地址分配和寻址方式。
23. 输入输出设备的原理：包括数据传输、数据缓冲和数据控制。
计算机组成-冯·诺依曼体系结构
计算机组成-冯·诺依曼体系结构计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构⽬录计算机组成原理⽬录：计算机组成原理在整个计算机课程中的地位如下图所⽰：图1：计算机体系结构计算机组成原理这门课会围绕冯·诺依曼体系的五⼤组成部分展开，分别介绍运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture)，也叫存储程序计算机。
什么是存储程序计算机呢？这⾥⾯其实暗含了两个概念：可编程计算机：计算机是由各种门电路组合⽽成的，然后通过组装出⼀个固定的电路板，来完成⼀个特定的计算程序。
⼀旦需要修改功能，就要重新组装电路。
这样的话，计算机就是“不可编程”的。
如计算器就是不可编程的。
存储计算机。
⽐如内存和硬盘都是存储设备。
图2：冯·诺依曼体系结构⽰意图处理器单元(Processing Unit)：⾸先是⼀个包含算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）和处理器寄存器（ProcessorRegister）的处理器单元（Processing Unit），⽤来完成各种算术和逻辑运算。
因为它能够完成各种数据的处理或者计算⼯作，因此也有⼈把这个叫作数据通路（Datapath）或者运算器。
控制器单元(Control Unit/CU)：是⼀个包含指令寄存器（Instruction Register）和程序计数器（Program Counter）的控制器单元（Control Unit/CU），⽤来控制程序的流程，通常就是不同条件下的分⽀和跳转。
在现在的计算机⾥，上⾯的算术逻辑单元和这⾥的控制器单元，共同组成了我们说的 CPU。
存储器存储器：⽤来存储数据（Data）和指令（Instruction）的内存。
以及更⼤容量的外部存储，在过去，可能是磁带、磁⿎这样的设备，现在通常就是硬盘。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机组成原理与
体系结构
1
2020年4月19日
计算机组成原理与体系结构(专业基础课)
Computer Organization and Architecture
【课程编号】BJ26157 【课程类别】专业基础课
【学分数】3.5 【编写日期】 .3.30
【学时数】70 = 63（理论）+ 7（研究）【先修课程】离散数学、数字电路
【适用专业】网络通信工程
一、教学目的、任务
《计算机组成原理与体系结构》是计算机专业本科生核心硬件课程。
学习本课程应已具备数字
逻辑的基本知识，并掌握数字系统的一般设计方法。
经过学习本课程，能了解计算机一般组成原理
与内部运行机制，为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。
二、课程教学的基本要求
本课程主要讲述计算机硬件系统的基本组成原理与运行机制。
课程从组成硬件系统的五大部件出发，讲解了各组成部分的工作原理、设计方法以及构成整机系统的基本原理。
主要内容有：计算机系统概论；运算方法和运算器；存储系统；指令系统；中央处理器；系统总线和输入输出系统。
经过对计算机各部件工作原理、信息加工处理及控制过程的分析，使学生掌握基本的分析方法、设计方法和互连成整机的技术。
具备维护、使用计算机的基本技能，并为具备硬件系统的开发应用能
力打下一定的基础。
三、教学内容和学时分配（3 + 7 + 12 + 10 + 8 + 12 + 10 + 8 = 70）
第一章计算机系统概论 3 学时（课堂讲授学时）
主要内容：
1.1 计算机发展简史
1.2 计算机硬件组成
1.3 计算机技术指标
1.4 软件概述
1.5 计算机系统层次结构
教学要求：
总体介绍计算机发展的历史，以及计算机的硬件和软件组成。
另外，介绍计算机在硬件层次上的结构组成。
其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（实验课独立开设）。