1、什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个重要?

  计算机系统:由“硬件”和“软件”两大部分组成。(原书就只写了这个,完全没再解释,总觉得应该会有更详细全面的概念,可惜百度了很久也没找到满意的)

  计算机硬件:即计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电子元件、各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外设等等。

  计算机软件:由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成。通常可以分为两大类:系统软件和应用软件。系统软件又称为系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,确保高效运行。应用软件又称应用程序,他是用户根据任务需要所编制的各种程序。

  很显然缺一不可。

2、如何理解计算机系统的层次结构?

  

软件有物理架构和什么组成 软件由什么和什么组成_存储单元

3、说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。

  机器语言:用户必须用二进制代码0/1编写程序。难度很大,但可以直接在机器上执行。

  汇编语言:符号式的程序设计语言。用符号ADD、SUB、MUL、DIV等分别表示加减乘除等操作,并用符号表示指令或数据所在存储空间的地址,使程序员摆脱了二进制代码程序。但是必须先将汇编语言程序翻译成机器语言程序后,才能被机器接受和运行。这个翻译过程是由机器系统软件中的汇编程序来完成的。由于汇编语言摆脱不了实际机器的指令系统,因此,汇编语言没有通用性,每台机器必须有一种与之相对应的汇编语言。

  高级语言:这类高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯,并且还具有较强的通用性。程序员完全可以不必了解实际机器M1的机型、内部的具体组成及自身的指令系统,只要掌握这类高级语言本身所赋予的语法和语义,便可直接用这种语言编程,很方便。当然在进入M1机器运行前,必须先将高级语言翻译成汇编语言(或其他中间语言程序),然后再将其翻译成机器语言程序。通常,我们把高级语言程序翻译成机器语言程序的软件叫做翻译程序。翻译程序有两种:一种叫编译程序,另一种叫解释程序。编译程序将用户编写的高级语言程序(即源程序)的全部语句一次全部翻译成机器语言程序,而后再执行机器语言程序。因此,只要源程序不变,就无需再次进行翻译。

4、如何理解计算机组成和计算机体系结构?

  计算机体系结构是指那些能被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性,通常是指用机器语言编程的程序员(也包括汇编语言)所看到的传统机器的属性,包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等,大多属于抽象的属性。

  计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,它包含了许多对程序员来说是透明的(即程序员不知道的)硬件细节。例如,指令系统体现了机器的属性,这是属于计算机结构的问题。但指令的实现,即如何取指令、分析指令、取操作数、如何运算、如何送结果等等,这些都属于计算机组成问题。例如,一台机器是否具备乘法指令的功能,这是一个结构的问题,可是,实现乘法指令采用什么方式的问题,这是一个组成问题。实现乘法指令可以采用一个专门的乘法电路,也可以采用连续相加的加法电路来实现,这两者的区别就是计算机组成的区别。

5、冯诺依曼计算机的特点是什么?

  • 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部分组成。
  • 指令和数据以同等地位存放于存储器内并可按地址寻访
  • 指令和数据均用二进制码表示
  • 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当中的位置
  • 指令在存储器内顺序存放。通常,指令是顺序执行的,在特定条件下,可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
  • 机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。

6、画出计算机硬件组成框架图,说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。

软件有物理架构和什么组成 软件由什么和什么组成_软件有物理架构和什么组成_02

图中各部件的功能是:

  • 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内;
  • 存储器用来存放数据和程序;
  • 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、执行以及处理运算结果;
  • 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等。
  • 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式,如打印机输出、显示器输出等。

软件有物理架构和什么组成 软件由什么和什么组成_软件有物理架构和什么组成_03

  计算机的五大部件(又称五大子系统)在控制器的统一指挥下,以存储器为中心,大大调和了运算器与输入输出相差很多的速度。

  由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密,尤其在大规模集成电路制作工艺出现后,这两大部件往往制作在同一芯片上,因此,通常将它们合起来统称为中央处理器,简称CPU。这样,现代计算机可认为由三大部分组成:CPU、I/O设备、及主存储器M.M。CUP和M.M合起来又可成为主机,I/O设备可叫做外部设备。

软件有物理架构和什么组成 软件由什么和什么组成_软件有物理架构和什么组成_04

衡量一台计算机的性能是由多项技术指标综合确定的

  机器字长:机器字长是指CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。字节越长,数的范围也越大,精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速度。机器字长对硬件造价也有较大的影响。它将直接影响加法器(或ALU)、数据总线以及存储字长的位数。

  存储容量:存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。即:存储容量 = 存储单元个数*存储字长

  运算速度:计算机的运算速度跟很多因素有关,如机器的主频、执行什么操作 、主存本身的速度(主存速度快、取指、取数就快)等等都有关。现在机器的运算速度,普遍采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量,并用MIPS作为计量单位,即每秒执行百万条指令。  

7、解释以下概念:

主机:主机是指计算机除去输入输出设备以外的主要机体部分。也是用于放置主板及其他主要部件的控制箱体(容器Mainframe)。通常包括 CPU、内存、主板、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口。

CPU:运算器和控制器往往制作在同一芯片上,合起来统称为中央处理器,简称CPU。中央处理器(CPU,central processing unit)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。

主存:是存储器子系统中的一类,用来存放程序和数据,它可以直接与CPU交换信息,包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等。另一类叫辅助存储器,简称副存,又叫外存。

存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字长:存储体由许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件(存储元),每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”或“1”。所以一个存储单元可存储一串二进制代码,这串二进制代码为一个存储字,这串二进制代码的个数叫做存储字长。

存储容量:存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。即:存储容量 = 存储单元个数*存储字长

机器字长:是指CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关

指令字长:指令的字节长度

8、解释英文代号:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、IO、MIPS、CPI、FLOPS

CPU:运算器和控制器往往制作在同一芯片上,合起来统称为中央处理器,简称CPU。

PC:指令计数器(Program Counter,PC),用来存放当前欲执行指令的地址,它与MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能,即可自动形成下一条指令的地址。

IR:指令寄存器,是中央处理器控制部件中的寄存器。IR的内容来自主存的MDR。IR中的操作码(OP(IR))送至CU(记作OP(IR)→CU。(IR,Instruction Register)

CU:控制单元,用来解释存储器中的指令,并发出各种操作命令来执行指令。(Control Unit)

ALU:算术逻辑单元(简称算逻部件),用来完成算术逻辑运算。

ACC:累加器,是一个具有特殊用途的二进制8位寄存器,专门用来存放操作数或运算结果。

MQ:乘商寄存器,主要负责数据的乘法与除法运算并可保存运算结果,是运算器的基本组成部分。(Multiple—Quotient Register)

X:操作寄存器。

MAR:存储器地址寄存器,用来存放预访问的存储单元的地址。(Memory Address Register)

MDR:是存储器数据寄存器,用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等。(Memory Data Register)

I/O:I/O子系统包括各种外部设备及相应的接口。

MIPS:计量单位,每秒执行百万条指令。如某机每秒能执行200万条指令,则记作2MIPS。

CPI:计量单位,执行一条指令所需要的时钟周期数(主频的倒数)。

FLOPS:计量单位,每秒浮点运算次数来衡量运算速度。

9、计算机如何区分存储器中的指令和数据:

方式一:通过不同时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段(或取值微指令)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。

方式二: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。