计算机组成原理 各章习题

第一章习题

1.1 本章需要掌握以下一些术语：

主机、ＣＰＵ、运算器、寄存器、ＡＬＵ、存储器、外围设备、数据、指令、透明、位、字、字节、字长、地址、存储器的访问、总线、硬件、软件、兼容、操作系统、汇编程序、编译程序、解释程序、系统软件、接口、应用软件、指令流、数据流、机器语言、高级语言、等价性、虚拟机

答：主机--CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。 CPU--中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成. 运算器--计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器等构成。 ALU--算术逻辑运算单元，执行种种自述运算和逻辑运算。

外围设备--计算机的输入输出设备，包括输入设备、输出设备和外存储设备。 数据--编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。 指令--构成计算机软件的基本元素，表示成二进制数编码的操作命令。 透明--在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性。 字--数据运算和存储单位，其位数取决于具体的计算机。

字节--衡量数据量以及存储器容量的基本单位。1字节等于8位二进制信息。 字长--一个数据字中包含的位数。一般为8位16位32位64位等。 地址--给主存储器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。 存储器--计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存两种。 存储器的访问--对存储器中数据的读操作和写操作的统称。 总线--计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。

硬件--由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。 软件 --由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件两种。 兼容--计算机部件的通用性。

操作系统--主要的系统软件，控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。 汇编程序--将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。

汇编语言--采用文字等助记符表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应。

编译语言--将高级语言程序转换成机器语言程序的计算机软件。

解释程序--解释执行高级语言程序的计算机软件，解释并执行源程序的语句。

系统软件--计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件。

应用软件--完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。 指令流--在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。

数据流--在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的数据序列

接口--部件之间的连接电路，如输入输出接口是主机与外围设备之间传递数据与控制信息的电路。

1.…2 电子计算机是什么时候诞生的?为什么说它是人类长期研究的结果?

答：1946年，世界上第一台计算机在美国诞生取名为 ENIAC .在电子计算机出现之前，人们已经研制出中各种计算工具，包括机械式计算机系统和机电式计算机系统，因此说电子计算机的出现是人类长期研究的结果。

1.3 电子计算机一般分成哪些组成部分？为什么要分成这些组成部分？

答：电子计算机主要有五个组成部分：输入设备、控制单元、存储器、运算单元和输出设备。这些部件相互配合，相互协调地完成运算任务。输入设备用于接收外界信息，输出设备将计算的结果从计算机中输出，控制器完成操作步骤的控制和协调，存储器用于存储程序和数据，运算器则是完成计算工作的部件。

1.4计算机中采用什么计数制？为什么？

答：计算机中所采用的是二进制的数据表示形式,因为二进制能方便可靠地用数字电路的逻辑电平表示。

1.5运算器中可以有哪些寄存器？为什么？

答：首先讲一下寄存器的概念，寄存器是运算中临时存放数据的部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用的数据。

运算器中可以有存储数据的寄存器，用于存放一些中间运算结果等；运算器中还可以有保存指令的寄存器、保存运算状态的寄存器以及保存存储器地址的寄存器。

原因：数据和存储器地址等信息从存储器中取出后需要临时保存在运算器中，运算的中间结果在存放到存储器中之前也需要临时存放。

1.6什么是存储器的容量？什么是数据字？什么是指令字？

答:存储器的容量是衡量存储器容纳信息能力的指标.主存储器中数据的存储一般是以字为单位时进行,存储器中存储的一个字的信息如果是数据则称为数据字,如果是指令则称为指令字. 1.7、存储器中存储的数据和程序是怎样区分的？

答：数据和指令都以二进制代码的形式存储在存储器中，从代码本身无法区别它是数据还是指令，CPU在取指令时把从存储器中读取的信息都看作指令，在读取数据时把从存储器中读取的信息都看成是数据。为了区分运算数据和程序中的指令，程序员在编写程序时需要知道每个数据的存

储位置以及指令的存储位置，以避免将指令当作数据或者将数据当作指令。 1.8存储器中可存放大量数据，怎样从中找出指定的数据？

答:为了寻找主存储器中的某一个数据的位置,需要给不同的存储位置指定一个编号,也就是编排地址.数据写入和读出通过指定一个地址进行,就可以从存储器中找出指定的数据. 1.9某计算机的内存为64MB，试计算该内存有多少个字节？

答：存储器容量的换算关系：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。

64MB=64×1024KB=64×1024×1024B=67108864B。 1.10计算机的存储器为什么要有内存和外存之分？

答:为了用最合理的成本实现最大的存储容量,存储器分为主存储器和辅存储器.主存储器一般采用半导休存储器件实现,速度较高.程序和数据在运行时主要存放在主存中由于主存的成本较高,在计算机中难以实现很大容量,为此需要附加一个成本较低容量更大的辅存储器辅存又称外存,它一般通过输入输出部件连接到主存的外围设备. 1.11为什么说系统软件是整个计算机系统的一部分？

答:系统软件向用户提供了一个基本的操作界面,并向应用软件提供功能支持.计算机如果没有系统软件将无法进行工作,因为应用软件的输入存储装入和运行都需要系统软件的支持,同时用户向计算机发出一系列操作命令也需要由系统软件来执行. 1.12软件与硬件之间有什么关系？

答：软件和硬件在逻辑上是等效的，其区别在于速度、成本、可靠性、存储容量、变更周期等因素。

一般而言，用硬件实现的功能具有较高的执行速度，但同时成本也相对较高，而且硬件不易改变，它的灵活性较差。硬件是基础，通常实现一些最基本的系统功能，软件则实现一些比较复杂的功能，作为硬件的扩充。 1.13计算机软件兼容有什么用处？

答:计算机软件的兼容就是软件的通用性,也就是一种计算机上的软件可以在别一种计算机上运行.软件的兼容有利充分利用已有的软件,降低软件的成本.

1.14什么是计算机程序设计语言？为什么要有程序设计语言？

答:计算机语言是人与计算机交流信息用的语言,或者叫表达信息的规则.通过计算机语言,人们可以将要求计算机完成的工作表示出来.用于编写计算机软件的语言称为程序设计语言,它是用于编写各种计算机软件的工具.有了程序设计语言,人们就可以编写出各种计算机软件.

1.15、什么是多媒体？多媒体计算机处理的信息有哪些？

答：多媒体是指各种信息表示和传播的媒介，包括声音图像等信息表示形式。

在多媒体计算机中处理的信息形式有数值信息、文字信息、音频信息（包括音乐和语音信息）、图形图像信息和视频信息等。

1.16计算机的应用领域有哪些？试用例子说明。 答:计算机的应用领域主要有:

科学计算,数据处理,实时控制,辅助设计CAD,辅助制造CAM,通信和辅助教学CAI)等. 1.比较数字计算机和模拟计算机的特点。

答：电子模拟计算机中，“模拟”就是相似的意思。模拟计算机的特点由连续量表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动运算。 2.数字计算机如何分类？分类的依据是什么？

答：数字计算机进一步又可分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机。 3.数字计算机有哪些主要应用？

答：数字计算机的应用主要有科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理（事务处理、管理应用）、教育和卫生、家用电气、人工智能。

4.冯.诺依曼计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？

答：将解题的程序（指令序列）存放在存储器中称为存储程序，而控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算机任务叫做程序控制，存储程序并按地址顺序招待，这就是冯.诺依曼型计算机的设计思想，也是机器自动工作的关键。其由运算器、存储器、输入设备或输出设备、控制器组成。

5.什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？

答：存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。存储器是由许多存储单元组成的，每个存储单元都有编号，称为单元地址。由于计算机使用的信息既有指令又有数据。如果某字处理的数据，则称为数据字。如果某字为一条指令，则可以称为指令字。 6.什么是指令？什么是程序？

答：运算器完成加、减、乘、除四则运算及其他一些辅助操作。每一个基本操作就叫做一条指令。而解算某一问题的一串指令序列，叫做该问题的计算程序，简称程序。 7.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？

答：其可以如下区分，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器。而从执行周期中从内存中送入内存的信息流是数据流，它由内存流向运算器，或者由运算器流向内存。 8.什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是接口？简述其功能。

答：计算机又称配备了存储容量更大的磁盘存储器称为外存。相对而言，半导体存储器称为内存储器。通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称为CPU。 9.计算机的系统软件包括哪几类？说明它们的用途？

答：系统软件包括以下四类：1、程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等。2、语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序 3、操作系统 4、数据库管理系统。 10.说明软件发展的演变过程。

答：软件发展的过程是一开始人们直接用手工来写机器语言，这种方式称为手工程序。这种方式效率低下。人们又想出了用一些约定的文字、符号和数字按规定的格式来表示各种不同的指令，然后再用特殊符号表示的指令来编写程序，这就是汇编程序。于是人们又创造了接近数学算法语言，对于算法来说，其有两种：解释方式和编译方式。后来又出现了操作系统来管理用户及各种程序的情况。随着计算机的普及，大量数据需要进行计算就出现了所谓的数据库技术。数据和数据库管理软件在一块。就形成了数据管理系统。

11.现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影响？ 答：第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统。第三级是操作系统级，它由操作系统实现。第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设计的。 用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制。而且用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。 12.为什么软件能够转化为硬件？硬件能够转化为软件？实现这种转化的媒介是什么？ 答：随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了，因为任何操作可以由软件来实现，也可以由软件来完成，对于某一机器功能采用硬件方案还是软件方案，取决于价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等因素。 13.从哲学的观点阐述硬件与软件的关系及其相互转换。 答：所谓硬件与软件都是共通的。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3pvh.html