《计算机组成原理》第二版第一章课后习题答案

1.什么是计算机系统，计算机硬件和计算机软件，硬件和软件哪个更重要？

1.1完整意义的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统组成的，计算机系统=硬件系统+软件系统

1.2硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。硬件和软件是相辅相成的，不可分割的整体。

当前计算机的硬件和软件正朝着互相渗透，互相融合的方向发展，在计算机系统中没有一条明确的硬件与软件的分界线。硬件和软件之间的界面是浮动的，对于程序设计人员来说，硬件和软件在逻辑上是等价的。

硬件软化：原来由硬件实现的操作改由软件来实现。它可以增强系统的功能和适应性。

软件硬化：原来由软件实现的操作改由硬件来实现。它可以显著降低软件在时间上的开销。

固件是指那些存储在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，是具有软件功能的硬件。固件的性能指标介于硬件与软件之间，吸收了软、硬件各自的优点，其执行速度快于软件，灵活性优于硬件，是软、硬件结合的产物，计算机功能的固件化将成为计算机发展中的一个趋势。

计算机硬件是计算机运行的物理实体，计算机硬件包含五大部件，运算器ALU、控制器CU、存储器M、输入设备、输出设备以及连接五大部件的通信线路组成。计算机软件是计算机的各种程序，包括操作系统、语言处理程序、数据库、应用程序等。

2.如何理解计算机系统的层次结构

计算机系统的层次结构分为5层，微指令虚拟机、机器语言虚拟机、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机。计算机系统的层次结构反映了计算机硬件特别是计算机软件发展的过程，也明晰表示了计算机应用到计算机运行所依赖的过程。站在每一层虚拟机上的程序员只关心该层次的硬件和软件，而计算机内部的具体运行过程对程序员而言是透明的。

这种分层的理念，贯穿整个计算机体系结构、计算机系统结构、计算机组成乃至计算机网络的方方面面。分层的概念是又一个计算机中的重要概念。

高级语言汇编语言机器语言的区别和联系

高级语言用接近现实世界人们思维的语法和语义变量来编写计算机程序。和具体机器无关，提高编程效率。程序员注重的是把问题转换为高级语言描述的计算机程序。

汇编语言用符号来代表二进制代码的操作，显然比二进制代码本身具有更高的可读性易于理解二进制代码机器语言执行的操作。使得编程效率在机器语言的基础上极大的提高。

例如：move AX, BX 这样的语句，只从字面上理解为移动，或者为传送。

机器语言完全由二进制代码组成，就是计算机程序员如果不同的系统结构的计算机，有时也不能完全知道101100110011，这串代码表示的意义，更不用说编程。因此难于编程、难于理解。但是执行速度快。程序代码短，语言本身功能弱。

计算机组成和计算机体系结构

5.1计算机基本组成：定义：实现计算机体系结构所体现的属性，主要是具体指令的实现，系统结构的逻辑实现，包括机器内的数据流和控制流的组成及逻辑设计。主要分为五个部分：控制器，运算器，存储器，输入设备，输出设备。

计算机体系结构：定义：计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。程序员所见到的计算机系统的属性概念性结构和功能特性，包括指令系统，数据类型，寻址技术，I/0机理。

冯若依曼计算机的特点

6.1计算机由五大部件组成，即输入设备，输出设备，存储器，运算器，控制器

6.2指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访

6.3指令和数据用二进制表示

6.4指令由操作码和地址码组成

6.5存储程序

6.6以运算器为中心

计算机硬件组成框图，各部分的作用及计算机硬件的主要指标

7.1以存储器为中心的计算机硬件框图：

7.2以运算器为中心的计算机硬件框图

7.3现代计算机硬件框图

输入设备：将信息转换成机器能识别的形式

输出设备：将运算结果转换成人熟悉的形式

存储器：存放数据和程序

运算器：算术运算和逻辑运算

控制器：指挥程序的运行

7.4计算机硬件主要指标：CPU主频（运算速度）；内存储容量；机器字长；外存储器

主机 CPU 主存存储单元存储元件存储字存储字长

存储容量机器字长指令字长

8.1主机：CPU和主存储器合称主机

8.2CPU：运算器和控制器集成在一块芯片上，合称中央处理器，即CPU

8.3主存：主存储器，及也称内存，包括逻辑部件及控制电路

8.4存储单元：存储单元组成存储体，它又包含许多存储元件（每个存储元件存储一个1或0）

8.5存储字：一个存储字代表一个二进制数，也可以是一串字符

8.6存储字长：存储单元里面存储的一串二进制代码

8.7存储容量：存储容量=存储单元个数x存储字长，表示存储器的容量，包括主存储量和辅存储容量

8.8机器字长：指CPU一次能处理数据的位数，字节越长，数的表示范围越大

8.9指令字长：一指令中包含的二进制代码的位数

cpu PC IR CU ALU ACC MQ X MAR MDR I/O

MIPS CPI FLOPS

9.1:CPU：中央处理器，ALZ控制完成数逻辑运算，CU解释存储器中指令并发出操作指令来执行命令

9.2PC：用来存放当前欲执行地址，可自动形成下一条指令地址

9.3IR：指令寄存器，用来存放当前指令，它的内容来自MDR

9.4ALU：算数逻辑单元，完成算数逻辑运算

9.5ACC:累加器

9.6MQ：乘商寄存器

9.7X：操作数寄存器

9.8MAR：存储器地址寄存器，用来存放欲访问的存储单元的地址，位数对应存储单元个数

9.9MDR：存储器数据寄存器，用来存放从存储体单元取出的代码或者准备某个存储单元存入的代码，位数与存储字长相等

9.10：I/O:I/o子系统包含各种i/os设备和相应的接口，每一种I/o设备都有i/o接口与主机相连，接受CPU发出各种指令，并完成相应操作。

9.11MIPS:单位时间内执行命令的平均条数，是一个计量单位

9.12CPI:执行一条命令所需的时钟周期数

9.13FLOPS：每秒的浮点运算次数

指令和数据都存储于存储器中，计算机如何区分它们？

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提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。存储器中的每段存储空间都会有一个地址，每个指令都包括一段操作数和一段空间地址，cpu会根据操作数去处理地址所指的数据。一般计算机先读取存储器最开始的内容（这一部分是指令），然后加载操作系统（先是LOADER）后由操作系统对硬盘文件系统结构（即是数据）以判断其他数据和指令的位置

10.什么是指令，什么是程序？

指令由操作码和操作数构成，分别表示何种操作和存储地址

而程序则是：
程序是可以连续执行,并能够完成一定任务的一条条指令的集合。它是人与机器之间进行交流的语言。程序主要是原代码文件,有了程序才有软件。

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