1.什么是计算机系统、计算机硬件和软件?硬件和软件哪个更重要?
答:计算机系统包括硬件和软件。计算机硬件是计算机的实体部分,看得见摸得着的各种电子元器件,各类光、点、机设备的实物组成。计算机软件由事先编制的具有各类特殊功能的程序组成,看不见摸不着。硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2.如何理解计算机系统的层次结构?
答:从计算机系统的磁层机构来看,它通常可有5个以上的层次,在每一层次上都能进行程序设计。由下至上可排序为:第1级微程序机器级,微指令由硬件直接执行;第2级传统机器级,用微程序解释机器指令;第3级操作系统,一般用机器语言程序解释作业控制语句;第4级汇编语言机器级,这一级由汇编程序支持和执行;第5级高级语言机器级,采用高级语言,由各种高级语言编译程序支持和执行。还可以由第6级应用语言机器级,采用各种面向问题的应用语言。
3.高级语言、汇编语言和机器语言有什么区别于联系?
答:机器语言由代码“0”、“1”组成,是机器能直接识别的一种语言。
汇编语言是面向机器的语言,它用一些有特殊的符号表示指令。高级语言是面向用户的语言,它是一种接近于人们使用习惯的语言,直观,通用,于具体机器无关。
4.计算a-b+c=?
答:(a,b,c为已知的三个数,分别存放在主存的5-7号单元中;结果存放在主存的8号单元),完成这个运算至少需要五条指令,分成五步:
第一步:执行取数指令,从主存5号单元取出数,送入累加器中;
第二步:执行加法指令,从主存6号单元取出数b于累加器中的a一起
送到累加器中相加,结果a+b保留在累加器中;
第三步:执行减法指令,将累加器中的内容于主存7号单元取出的数c一起送到运算器中相减,结果a+b-c保留在累加器中;
第四步:执行存数指令,把累加器的内容存至主存8号单元;
第五步:执行停机指令,计算机停止工作。
5.某台计算机指令系统按指令周期长短可以分为4种, t1=10ns, t2= 15ns, t3= 16ns, t4 = 20ns,这4种指令在程序中出现的概率分别为:f1=20%,f2= 16%,f3=40%,f4= 24%,求机器平均运算速度是多少MIPS?
解:依辛普森法公式,先求Tm,
= 10X0.2+15X0.16+16X0.4+20X0.24
= 15.6 (ns)
所以平均运算速度为:
V=1/ Tm =1/(15.6X10-9) =64X106=64 (MIPS)
6.指令和数据都存在存储器种,如何区分它们?
答:通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段。在取指阶段通过访问存储器可将指令取出;在执行阶段通过访问存储器可将操作数取出。
CPU就是根据取指阶段和执行阶段的访存性质不同来区分指令和数据的。
7.什么是指令?什么是程序?
答:指令是机器完成某种操作的命令,典型的指令通常包括操作码和地址码两部分。粗操作码用来指出执行什么操作,地址码用来指定操作数在什么地方。
程序是有序指令的集合,用来解决某一特定问题。
8.冯*诺依曼计算机的特点是什么?
● 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;
● 指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;
● 指令和数据均用二进制表示;
● 指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;
● 指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;
● 机器以运算器为中心(原始冯 • 诺依曼机)。
9.解释下列概念:
主机、 CPU 、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
主机:是计算机硬件的主体部分,由 CPU 和主存储器 MM 合成为主机。
CPU :中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的 CPU 内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE )。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指 CPU 一次能处理的二进制数据的位数,通常与 CPU 的寄存器位数有关。
指令字长 : 一条指令的二进制代码位数。
10.解释下列英文缩写的中文含义:
CPU 、 PC 、 IR 、 CU 、 ALU 、 ACC 、 MQ 、 X 、 MAR 、 MDR 、 I/O 、 MIPS 、 CPI 、 FLOPS
解:全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。
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 ,控制单元(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 ,算术逻辑运算单元,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元的地址。
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元读出、或要写入某存储单元的数据。
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。
11. 画出主机框图,分别以存数指令“ STA M ”和加法指令“ ADD M ”( M 均为主存地址)为例,在图中按序标出完成该指令(包括取指令阶段)的信息流程(如→①)。假设主存容量为 256M *32 位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下,指出图中各寄存器的位数。
解:主机框图如下图所示。
( 1 ) STA M 指令: PC → MAR , MAR → MM , MM → MDR , MDR → IR ,
OP(IR) → CU , Ad(IR) → MAR , ACC → MDR , MAR → MM , WR
( 2 ) ADD M 指令: PC → MAR , MAR → MM , MM → MDR , MDR → IR ,OP(IR) → CU , Ad(IR) → MAR , RD , MM → MDR , MDR → X , ADD , ALU → ACC , ACC → MDR , WR
假设主存容量 256M *32 位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下, ACC 、 X 、 IR 、 MDR 寄存器均为 32 位, PC 和 MAR 寄存器均为 28 位。