计算机组成原理的习题

第一章课后习题
什么是计算机系统，计算机硬件和计算机软件，硬件和软件哪个重要？
计算机系统由“硬件”和“软件”两部分组成。
计算机性能的好坏，取决于“软”“硬”件功能的总和。

如何理解计算机系统的层次结构？
第零层：硬件逻辑层，可以直接完成每一条微指令的功能，这一层是计算机的计算内核，是实现计算机各种基本操作的实体。由门，触发器等逻辑电路组成。

第一层：微代码层，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。常用微程序设计技术。

第二层：指令集架构层，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。

第三层：操作系统，它提供了机器语言级所没有的，但在汇编语言和高级语言的实现中所需要的某些基本操作。它由机器指令和广义指令组成，机器指令由微程序直接解释，广义指令由操作系统来定义和解释。

第四层：汇编语言，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。

第五层：高级语言，这级的机器语言就是各种高级语言，如C++、Java等，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。

第六层：应用程序，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。

其中指令集架构层为软硬件的分界线；值得我们注意的是不同用户处于不同层次，不同层次具有不同的属性，使用不同工具，且不同层次的代码效率也不同，越往高层代码效率越低。

说明高级语言，汇编语言，和机器语言的差别和联系？
机器语言是二进制代码语言，汇编语言是通过用助记符来表示机器语言的符号语言（机器语言和汇编语言一一对应），而高级语言是更加自然的语言，跟接近我们日常的语言；

通常要运行一个由高级语言编写的程序，需要先通过编译器转换为汇编语言，然后汇编语言跟机器语言一一对应，编译为计算机然后直接执行的机器语言。

如何理解计算机组成和计算机系统结构?
计算机体系构是软件功能的划分，确定硬件和软件的界面，即哪些功能应划分给硬件子系统完成，哪些功能应划分到软件子系统中完成。通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。

计算机组成包括计算机系统概论；运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、外围设备等 。是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。从这一点又可以说，计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。

冯诺依曼计算机结构的特点？
1.冯·诺依曼计算机主要由五大部件组成，分别是：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；

2.冯诺依曼体系结构的指令和数据均采用二进制码表示；

3.指令和数据以同等地位存放于存储器中，均可按地址寻访；

4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置；

5.指令在存储器中按顺序存放，通常指令是按顺序执行的，特定条件下，可以根据运算结果或者设定的条件改变执行顺序；

6.机器以运算器为中心，输入输出设备和存储器的数据传送通过运算器。

画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用以及计算机硬件的主要技术指标？
计算机系统的主要技术指标有：
机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长也会影响计算机的运算速度。
数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。
存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。一般包含主存容量和辅存容量。
运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。CPU执行时间是指CPU对特定程序的执行时间。
主频：机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。
吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。它主要取决于主存的存取周期。
响应时间：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。

解释下列概念？
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/存储元∶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∶一个存储单元所存储的二进制代码的总位数。
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∶机器指令中二进制代码的总位数。

指令和数据都存储于存储器中，计算机如何区分它们？
1、通过不同时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段取出的是指令，在执行指令阶段取出的是数据。
2、通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址取出的是指令，由指令码部分提供存储单元地址取出的是操作数。