简述计算机各组成部分的基本功能_计算机五大组成部分及其功能

简述计算机各组成部分的基本功能_计算机五大组成部分及其功能计算机组成原理知识点 如 冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能 第一章1、冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能1、运算器:计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。2、控制器:由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算

计算机组成原理知识点 如 冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能       第一章   1、冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能   1、运算器:计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。   2、控制器:由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。   3、存储器:存储器分为内存和外存。内存是电脑的记忆部件,用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。内存可以分为随机访问存储器和只 读存储器,前者允许数据的读取与写入,磁盘中的程序必须被调入内存后才能运行,中央处理器可直接访问内存,与内存交换数据。 4、输入设备:输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。   5、输出设备:是计算机硬件系统的终端设备,用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。    2、名词 CPU 、I/O、主机、主存、RAM、PC、机器字长  、存储容量、存储字、存储字长、指令字长 ACC  IR  MAR  MDR  、MIPS 、CPI (答案在第一章和后续存储器,控制器章节   CPU:Central Processing Unit,中央处理机(器),是计算机硬件的核心部件,主要由运算器和控制器组成。   PC:Program Counter,程序计数器,其功能是存放当前欲执行指令的地址,并可自动计数形成下一条指令地址。   IR:Instruction Register,指令寄存器,其功能是存放当前正在执行的指令。   CU:Control Unit,控制单(部件),为控制器的核心部件,其功能是产生微操作命令序列。   ALU:Arithmetic Logic Unit,算术逻辑运算单,为运算器的核心部件,其功能是进行算术、逻辑运算。   ACC:Accumulator,累加器,是运算器中既能存放运算前的操作数,又能存放运算结果的寄存器。   MQ:Multiplier-Quotient Register,乘商寄存器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。   X:此字母没有专指的缩写含义,可以用作任一部件名,在此表示操作数寄存器,即运算器中工作寄存器之一,用来存放操作数;   MAR:Memory Address Register,存储器地址寄存器,在主存中用来存放欲访问的存储单的地址。    MDR :Memory Data Register,存储器数据缓冲寄存器,在主存中用来存放从某单读出、或要写入某存储单的数据。   I/O:Input/Output equipment,输入/输出设备,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机内部和外界信息的转换与传送。   MIPS:Million Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种计量单位。        2、计算机如何区分程序和数据?   计算机区分指令和数据有以下2种方法:   1、通过不同的时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段(或取指微程序)取出的为指令,在执行指令阶段(或相应微程序)取出的即为数据。   2、通过地址来源区分,由PC提供存储单地址的取出的是指令,由指令地址码部分提供存储单地址的取出的是操作数。   第三章   1、总线概念?   总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质   2、为什么设置多总线?常用总线有,简述   三类: 数据总线,地址总线,控制总线   3、系统总线分类和各自的功能特点   数据总线,地址总线,控制总线   4、总线宽度、总线带宽的计算、为什么总线复用   总线宽度:通常是指数据总线的根数   总线带宽:总线的数据传输速率,即单位时间内总线上传输数据的位数,通 常用每秒传输信息的字节数来衡量,单位为MBps(兆字节每秒) 总线复用:一条信号线上分时传送两种信号。通常地址总线与数据总线在物理上 是分开的两种总线,地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息。为了提 高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一组物理线路, 在这组物理线路上分时传输地址信号和数据信号,即为总线的多路复用。       5、总线为什么要判优,集中总裁的三种方式的特点和优缺点   总线判优控制解决了多个部件同时申请总线时的使用权分配问题。   常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求;   特点:链式查询方式连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;计数器定时查询方式优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线及控制过程较复杂;独立请求方式速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高        6、总线分几个阶段,同步和异步特点   1、申请分配阶段 2、寻址阶段 3、传数阶段 4、结束阶段   同步通信:指由统一时钟控制的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中各部 件工作速度差异较大时,总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合。   异步通信:指没有统一时钟控制的通信,部件间采用应答方式进行联系,控制方式较同步复杂,灵活性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总线工作效率。       7、例题3.1 3.2 和3.4   第四章   1、存储器分类和各自特点 图4.1描述   主存储器、辅助存储器、缓冲存储器   主存的主要特点是它可以和CPU直接交换信息。 辅存是主存储器的后援存储器,用来存放当前暂时不用的程序和数据,它不能与 CPU直接交换信息。   缓存用在两个速度不同的部件之中,起到缓冲作用       2、存储器分几层,解决了什么问题,速度快慢   存储器的层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 缓存-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用,即从整体运行的效果分析,CPU访存速度加快,接近于缓存的速度,而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用,即从程序员的角度看,他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存,而速度接近于主存   3、存储容量计算  存取时间和存取周期  存储带宽计算   4、动态RAM为什么要刷新,刷新的分类   刷新原因:因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充,因此安排了定期刷新操作;   常用的刷新方法有三种:集中刷新、分散刷新、异步刷;集中刷新:在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间;分散刷新:在每个读/写周期之后插入一个刷新周期,   5、存储器和CPU的连接(不考了)   6、校验 奇偶校验、海明校验()、冗余校验(见作业4.41和例题)   7、提高访存的措施 例题4.6   1、高速件 2、采用层次结构 3、调整主存的结构   8、什么是高速缓存,为什么设置高速缓存,解决了什么问题   高速缓存就是高速缓冲存储器。用来解决主存与CPU速度的不匹配问题。   9、例题 4.7  4.8  4.9   10、 CACHE-主存地址映射几种方式下主存和CACHE地址构成?几种映射方式的优缺点,掌握组相联和直接映射   主要有三种地址映射方式分别为全相联映射、直接相联映射和组相联映射。   1. 全相联映射 全相联映射是指主存中任一块都可以映射到Cache中任一块的方式。 全相联映射方式的优点是Cache的空间利用率高但缺点是相联存储器庞大比较电路复杂因此只适合于小容量的Cache之用。   2. 直接相联映射方式是指主存的某块j只能映射到满足特定关系的Cache块i中,直接相联映射方式的优点 是比较电路最简单但缺点是Cache块冲突率较高从而降低了Cache的利用率。由于主存的每一块只能映射到Cache的一个特定块上,当主存的某块 需调入Cache时,如果对应的Cache特定块已被占用而Cache中的其它块即使空闲,主存的块也只能通过替换的方式调入特定块的位置,不能放置到其它块的位置上   3、组相联映射方式,将Cache分成2u组每组包含2v块。主存的块与Cache的组之间采用直接相联映射,而与组内的各块则采用全相联映射。也就是说主存的某块只能映射到Cache的特定组中的任意一块。。        11、会辅助存储器的计算  例如  作业4.38 和4.39   第五章   1、I/O设备编址的两种方法及特点   统一编址和不统一编址   统一编址就是将I/O地址看做是存储器地址的一部分。统一编址占用了存储空间,减少了主存容量,但无须专用的I/O指令   不统一编址就是指I/O地址和存储器地址是分开的,所有对I/O设备的访问必须有专用的I/O指令。不统一编址由于不占用主存空间,故不影响主存容量,但需设I/O专用指令。       2、I/O于主机交换的几种方式及优缺点(简答)   程序直接控制方式:也称查询方式,采用该方式,数据在CPU和外设间 的传送完全靠计算机程序控制,CPU的操作和外围设备操作同步,硬件结构简单,但由于外部设备动作慢,浪费CPU时间多,系统效率低。   程序中断方式:外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU,在CPU相应 I/O设备的中断请求后,在暂停现行程序的执行,转为I/O设备服务可明显提高CPU的利用率,在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作,但硬件结构负载,服务开销时间大   DMA方式与中断方式一样,实现了主机和I/O设备的并行工作,由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送,传送期间不需要CPU程序干预,CPU可继续执行原来的程序,因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高,但DMA方式的硬件结构更为复杂       3、显示器的分辨率、灰度、显存的容量(上课没有学,考)   4、I/O接口的功能(见幻灯片)   几种方式要求电路相关知识不看,重点会描述流程图   1、选址功能 2、传送命令功能 3、传送数据功能   4、反映I/O设备工作状态的功能       5、程序查询的特点优缺点 例5.1   特点:其特点是主机与I/O串行工作。   优点:简单、经济、CPU和I/O设备接口只需配置少量的硬设备   缺点:系统效率低       6、概念题:中断,中断屏蔽字,开中断,关中断、中断向量、中断向量表(P195-196类似电路都不看)中断响应的时间和条件,P199 中断处理的四个部分及作用   中断:计算机在执行程序的过程中,当出现异常情况或特殊请求时,计算机停止 现行程序的运行,转向对这些异常情况或特殊请求的处理,处理结束后再返 回到现行程序的间断处,继续执行原程序,这就是“中断”。 四个部分:   1、保护现场。其一是保存程序的断点,其二是保存通用寄存器和状态寄存 器的内容   2、中断服务。提供中断服务操作   3、恢复现场。退出服务程序前,将原程序中断时的“现场”恢复到原来的 寄存器中   4、中断返回。使其返回到原程序的断点处,以便继续执行原程序 效率低       7、什么是DMA?解决了什么问题?DMA和主存交换数据方式(三种简答)   DMA:(即直接存储器存取方式)   DMA与主存交换数据方式:1、停止CPU访问主存 2、周期挪用 3、DMA与CPU交替访问       8、DMA的传输过程分为哪三个?解决了什么(简答)   一、预处理   1、给DMA控制逻辑指明数据传送方向是输入还是输出   2、向DMA设备地址寄存器送入设备号,并启动设备   3、向DMA主存地址寄存器送入交换数据的主存起始地址   4、对字计数器赋予交换数据的个数   二、数据传送   解决数据输入和数据输出的问题   后处理   当DMA的中断请求得到响应后,CPU停止原程序的执行,转去执行中断服务 程序,做一些DMA的结束工作。       第六章   1、N位带符号数和无符号数的范围   以机器字长为16位为例,无符号数的表示范围为0~65535,而有符号数的表示范围为 -32768~32767   2、定点小数和定点整数的区别   区别定点小数和定点整数的存储时,计算机会将定点小数先规范化再存储,定点整数则是直接存储的,这样就能够区分了   3、给定真值X和Y,能求[-X]和 [-Y]的原码,补码、移码,[X±Y]补并判断是否溢出(考)   4、已知真值X和Y,求其左移和右移后的原码和补码(考)   原码乘   补码乘  原码除   5、什么是浮点数?浮点数的优点?32位和64位浮点数的构成?浮点数规格化的目的?   浮点表示的数称为浮点数。   浮点数的优点是 数值范围不受限制、表示格式也不受限制 浮点数规格化的目的是为了提高浮点数的精度       5、已知浮点数X和Y,求[X±Y]浮(考)   6、ALU的功能,74181和74182的作用   ALU主要完成算术运算和逻辑运算   74181的作用是 完成4位二进制代码的算逻运算   74182是超前进位产生器,具有超前进位功能的芯片。        第七章   1、机器指令有哪两部分构成,各自的作用?   指令是由操作码和地址码两部分组成。   操作码用来指明该指令所要完成的操作,如加法、减法、传送、移位、转移等。 地址码用来指出该指令的源操作数的地址、结果的地址以及下一条指令的地址。        2、指令字长和存储字长、机器字长概念   指令字长:一个指令字中包含二进制代码的位数。   存储字长:一个存储单存储一串二进制代码(存储字),这串二进制代码的位 数称为存储字长,存储字长可以是8位、16位、32位等。 机器字长:是指计算机能直接处理的二进制数据的位数,它决定了计算机的运算 精度。       3、指令的分类       4、能够写出不同寻址方式的数的EA的计算,能够根据EA及其它写出寻址方式,熟悉每一种寻址方式的寻址过程(必考)   5 、RISC 和CISC的意思,各自的特点   RISC即精简指令系统计算机。 CISC即复杂指令系统计算机。   第八章   1、CPU的功能?   2、CPU里面有哪些特殊寄存器,各自的功能?   3、指令周期概念?   4、取指令、间址周期、中断周期的操作?(幻灯片有)(或者看第九章)   5、提高处理器速度的方法(P345和355)   6、影响流水线的因素,并且能够分析哪种相关(幻灯片)   7、流水线的相关题,看例8.1   8、中断系统需要解决的问题P359?   9、习题8.54-8.28   第九章   1、例9.1和9.2,会9.2   2、指令周期、 机器周期、时钟周期概念和关系   会做 例9.3  10.1   第十章   1、什么叫组合逻辑控制器?   2、什么叫微程序控制器?微指令和机器指令关系,微操作?   3、垂直型微指令和水平型微指令的特点?   例10.1 10.2 10.4  10.6

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