量子计算机原理及发展前景
量子力学和计算机理论，这两个看起来互不相关的领域，其结合却产生了一门富于成效的学科：量子计算机。文章介绍了量子计算机原理、基本概念和历史背景，它相对于经典计算机的优越性，它的构造和实验方案，以及实现量子计算的困难及其克服途径，最后展望了量子计算机的发展前景。
一、量子计算机的概念及发展背景
1996年，美国《科学》周刊科技新闻中报道，量子计算机引起了计算机理论领域的革命。同年，量子计算机的先驱之一，Bennett在英国《自然》杂志新闻与评论栏声称，量子计算机将进入工程时代。目前，有关量子计算机的理论和实验正迅猛发展，那么，什么是量子计算机呢？
量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：
（1）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：
C1|0110110 ＞＋C2|1001001＞。
（2）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。
相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特）,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。因此量子计算机的特点为：
[1]量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；
[2]量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。
由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，如一个很大的自然数的因子分解（后面将叙及）。量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本质性的利用。
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，而研究可逆计算机是为了克服计算机中的
能耗问题。早在六七十年代，人们就发现，能耗会导致计算机芯片的发热，影响芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。Landauer最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作。例如，对两比待的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了一个自由度，因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生一定的热量。但这种不可逆性是不是不可避免的呢？事实上，只要对异或门的操作如图1所示的简单改进，即保留一个无用的比特，该操作就变为可逆的。因此物理原理并没有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造为可逆操作（见图1）。
图1 不可逆异或门改进为可逆异或门
Bennett后来更严格地考虑了此问题，并证明了，所有经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算能力。
经典计算机实际上就是一个通用图灵机。通用图灵机是计算机的抽象数学模型，它由两部分构成：
[1]具有无限多个存储单元的记录带，每个存储单元内容的变化是有限的，通常用二进制的“0”和“1”来表示；
[2]一个具有有限内态的读写头，每步操作中读写头可以在记录带上左移或右移一格或不动。图灵机在操作中，读写头根据其内态和当前存储单元的内容，按既定的规则，改变其内态和存储单元的内容。并决定下一步读写头的移动方向。
上述图灵机的模型是不可逆的，例如，对如下图灵机操作“写存储单元--> 左移一格”，其逆就变成了“左移一格-->写存储单元”，该逆操作不再是一个有效的图灵机操作。但Bennett 证明了一个基本结果：对所有不可逆的通用图灵机，都可以找到一个对应的可逆图灵机，使得两者具有完全相同的计算能力和计算效率。
因为计算机中的每步操作都可以改造为可逆操作，在量子力学中，它就可以用一个么正变换来代表。Benioff最早用量子力学来描述可逆计算机。在量子可逆计算机中，比特的载体成为二能级的量子体系，体系处于|0＞和|1＞上，但不处于它们的叠加态。量子可逆计算机的研究，其核心任务为，对应于具体的计算，寻找合适的哈密顿量来描述。
早期的量子可逆计算机，实际上是用量子力学语言表述出来的经典计算机，它没有利用量子力学的本质特性，如量子叠加性和相干性。Feymann首先指出，这些量子特性可能在未来的量子计算机中起本质作用，如用来模拟量子系统。Deutsch找到一类问题，对该类问题，量子计算机存在多项式算法(多项式算法指运算完成的时间与输入二进制数据的长度，即比特的位数存在多项式关系），而经典计算机则需要指数算法。但最具轰动性的结果却是Shor给出的关于大数因子分解的量子多项式算法（见第三节），因为此问题在经典公钥体系中有重要应用。Shor的发现掀起了研究量子计算机的热潮，从此后，量子计算机的发展日
新月异。
二、量子计算机的构造及实验方案
正如经典计算机建立在通用图灵机基础之上，量子计算机亦可建立在量子图灵机基础上。量子图灵机可类比于经典计算机的概率运算。前一节提到的通用图灵机的操作是完全确定性的，用q代表当前读写头的状态，s代表当前存储单元内容，d取值为L,R,N,分别代表读写头左移、右移或不动，则在确定性算法中，当q,s给定时，下一步的状态q'，s'及读写头的运动d完全确定。我们也可以考虑概率算法，即当q,s给定时，图灵机以一定的概率（q,s,q,s”,d）变换到状态q',s'及实行运动d。概率函数(q,s,q',s',d）为取值[0,1]的实数，它完全决定了概率图灵机的性质。经典计算机理论证明，对解决某些问题，慨率算法比确定性算法更为有效。
量子图灵机非常类似于上面描述的经典概率图灵机，现在q,s,q',s'相应地变成了量子态，而慨率函数（q,s,q',s',d）则变成了取值为复数的概率振幅函数x(q,s,q',s',d），量子图灵机的性质由概率振幅函数确定。正因为现在的运算结果不再按概率叠加，而是按概率振幅叠加，所以量子相干性在量子图灵机中起本质性的作用，这是实现量子并行计算的关键。
量子计算机可以等效为一个量子图灵机。但量子图灵机是一个抽象的数学模型，如何在物理上构造出量子计算机呢？理论上已证明，量子图灵机可以等价为一个量子逻辑电路，因此可以通过一些量子逻辑门的组合来构成量子计算机。量子逻辑门按其输入比特的个数可分为单比特、二比特、及三比特逻辑门等。
因为量子逻辑门是可逆的，所以其输入和输出比特数相等。量子逻辑门对输入比特进行一个确定的幺正变换，得到输出比特。Deutsch最早考虑了用量子逻辑门来为造计算机的问题，他发现，几乎所有的三比特量子逻辑门都是通用逻辑门。通用逻辑门的含义是指，通过该逻辑门的级联，可以以任意精度逼近任何一个么正操作。后来不少人发展了Deutsch的结果，最后Deutsch和Lloyd各自独立地证明，几乎所有的二比特量子逻辑门都是通用的，这里“几乎”是指，二比特通用量子逻辑门的集合是所有二比特逻辑门的集合的一个稠密子集。
实验上通常用一些具体的量子逻辑门来构造计算机。Barenco等人证明，一个二比特的异或门和对一比特进行任意操作的门可构成一个通用量子门集。相对来说，单比特逻辑门在实验上比较容易实现，现在的不少实验方案都集中干制造量子异或门。量子异或门和经典异或门非常类似，它有2个输入比待：控制比特和受控比特。当控制比特处于|1＞态，即在上能级时，受控比特态发生反转。用记号C12代表量子异或操作，其中1，2分别代表控制和受控比特，则有
其中n1,n2取值0或1，表示模2加。已有的用来实现量子异或门的方案包括：利用原子和光腔的相互作用；利用冷阱束缚离子；或利用电子或核自旋共振。在已实现的方案中，以冷阱束缚离子方案最为成功，我们稍详细地介绍这一方案。
在冷阱束缚离子计算机中，N个离子经激光冷却后，束缚到一个线性势阱或环形势阱中，
每个离子的两个内态作为量子比特的载体。离子受到势阱束缚势和相互间库仑排斥势的作用，在平衡位置附近作微小振动，可用简正模描述，量子化后即用声子描述。其中频率最低的模称为质心模。每个离子可以用不同的激光束来控制，在激光束的作用下，离子内态和离子集体振动的元激发——声子发生相互耦合。通过声子传递相互作用，可实现任意两个比特之间的异或操作。类似的想法还可以用来实现多比特的量子逻辑门，但目前只有二比特的量子逻辑门得到了具体的实验证实。
原子光腔方案也有实验报道。原子和光腔的相互作用是量子光学中比较成熟的实验，但此方案的弱点是不易级联，难以形成复杂的逻辑网络。Gershenfeld等最近指出[15]，利用宏观样品的自旋共振，经适当操作，也可以用来实现量子逻辑门，这种方案稳定性好，在理论上被认为很有前途。实验上，今年初美国的MIT和Los Alamos小组已实现了包含3个量子比特的自旋系统，并成功地执行了1十l＝2的运算。
三、量子计算机的优越性及其应用
与经典计算机相比，量子计算机最重要的优越性体现在量子并行计算上。因为量子并行处理，一些利用经典计算机只存在指数算法的问题，利用量子计算机却存在量子多项式算法，这方面最著名的一个例子当推Shor在1994年给出的关于大数因子分解的量子多项式算法。
大数的因子分解是数学中的一个传统难题，现在人们普遍相信，大数的因子分解不存在经典的多项式算法，这一结果在密码学中有重要应用。密码学的一个新的方向是实现公钥体制。公钥体制中，加密密钥公开，可以像电话号码一样通知对方，而脱密密钥是保密的，这样仍然可以实现保密通信。公银体制的核心在于，从加密密钥不能导致脱密密钥，即它们之间不存在有效的算法。最著名的一个公钥系统由Rivet，Shamir和Adleman提出，它的安全性就基于大数因子分解，因为对于经典计算机，后者不存在有效的多项式算法。但Shor却证明，利用量子计算机，可以在多项式时间内将大数分解，这一结果向RSA公钥系统的安全性提出严重挑战。
Shor的算法的主要思想为，首先利用数论中的一些定理，将大数的因子分解转化为求一个函数的周期问题，而后者可以用量子快速傅里叶变换（FFT）在多项式步骤内完成。
除了进行一些超快速计算外，量子计算机另一方面的重要用途是用来模拟量子系统。早在1982年，Feymann就猜测，量子计算机可以用来模拟一切局域量子系统，这一猜想，在1996年由Lloyd证明为正确的。首先得指出，模拟量子系统是经典计算机无法胜任的工作。作为一个简单的例子，考虑由40个自旋为1／2的粒子构成的一个量子系统，利用经典计算机来模拟，至少需要内存为240=106M，而计算其时间演化，就需要求一个240 X 24O维矩阵的指数，这一般来讲，是无法完成的。而利用量子计算机，上述问题就变得轻而易举，只需要40个量子比特，就足以用来模拟。Lloyd进一步指出，大约需要几百至几千个量子比特，即可精确地模拟一些具有连续变量的量子系统，例如格点规范理论和一些量子引力模拟。这些结果表明，模拟量子系统的演化，很可能成为量子计算机的一个主要用途。
四、量子计算的困难及其克服途径
量子计算的优越性主要体现在量子并行处理上，无论是量子并行计算还是量子模拟，都
本质性地利用了量子相干性。失去了量子相干性，量子计算的优越性就消失殆尽。但不幸的是，在实际系统中，量子相干性却很难保持。消相干（即量子相干性的衰减）主要源于系统和外界环境的耦合。因为在量子计算机中，执行运算的量子比特不是一个孤立系统，它会与外部环境发生相互作用，其作用结果即导致消相干。Uruh定量分析了消相干效应，结果表明，量子相干性的指数衰减不可避免。Unruh的分析揭示了消相干的严重性，这一结果无疑是对量子计算机的信奉者的当头一棒。
因为量子计算机本质性地利用了量子相干性，相干性的丢失就会导致运算结果出错，这就是量子错误。除了消相干会不可避免地导致量子错误外，其他一些技术原因，例如量子门操作中的误差等，也会导致量子错误。因此，现在的关键问题就变成，在门操作和量子存储都有可能出错的前提下，如何进行可靠的量子运算？
Shor在此方向取得一个本质性的进展，这就是量子纠错的思想。量子纠错是经典纠错码的量子类比。在三四十年代，经典计算机刚提出时，也曾遇到类似的法难。当时就有人指出，计算机中，如果任一步门操作或存储发生错误，就会导致最后的运算结果面目全非，而在实际中，随机的出错总是不可避免的。经典计算机解决此问题，采取的是冗余编码方案。我们以最简单的重复码来说明其编码思想。如果输入1比特信号0，现在可通过引入冗余度将其编码为3比特信号000，如果在存储中，3比特中任一比特发生错误，如变成001，则可以通过比较这3比特信号，按照少数服从多数的原则，找到出错的比特，并将其纠正到正确信号000。这样虽然在操作中有一定的错误率。计算机仍然能进行可靠运算。Shor的编码就是这种思想的量子类比，但在量子情况下，问题变得复杂得多。量子运算不再限制于态|0＞和|1＞，而是二维态空间中的所有态，因此量子错误的自由度也就大得多。另一个更本质的原因为，量子力学中有个著名的量子态不可克隆定理（我们将另撰文介绍），它指出，对一个任意的量子态进行复制是不可能的。因此对1个单比特输入态|＞，无法将其编码为3比特输入态|＞|＞|＞。这些困难表明，任何经典码的简单类比，在量子力学中是行不通的。但Shor却给出了一个完全新颖的编码，他利用9个量子比特来编码1比特信息，通过此编码，可纠正9个比特中任一比特所有可能的量子错误。（关于量子纠错更进一步的介绍，可参看后续文章（《量子编码》）。Shor的结果极其振奋人心，在此基础上，各种量子纠错码接二连三地被提出。最新的结果（尚未出版）表明，在量子计算机中，只要门操作和线路传输中的错误率低于一定的阈值，就可以进行任意精度的量子计算。这些结果显示出，在通往量子计算的征途上，已经不存在任何原则性的障碍。
五、展望
量子计算机的发展方兴未艾。纵观其发展过程，量子计算机研究中最突出的特点是物理学的原理和计算机科学的交融和相互促进。计算机不再是一个抽象的数学模型，物理原理对计算机计算能力和效率的限制愈来愈引起人们的重视。自从Shor提出大数的因子分解的量子算法后，基于量子并行处理的一些超快速算法接连地被发现，现在已形成一门新的研究领域：量子复杂性理论。另一方面，量子计算机中消相干的克服，在理论上和实验上都是人们最关注的问题，量予纠错方案被寄予高度厚望，在1996年，量子纠错理论成为研究中最热门的课题。
与量子计算理论上的突飞猛进相比，量子计算机的实验方案还很初步。现在的实验只制备出单个的量子逻辑门，远未达到实现计算所需要的逻辑门网络。实验物理学家正在寻找更
有效的制备途径，以克服消相干并实现逻辑门的级联。理论上虽然已提出各种量子纠错码，但在实验上如何利用量子编码来有效地克服消相干，这还是一个富于挑战性的问题。我们对此已进行了一系列研究（尚未出版），其目的是，根据量子计算机的具体物理模型，来寻找相应的最有效的消相干克服方案。总体来讲，实现量子计算，已经不存在原则性的困难。按照现在的发展速度，可以比较肯定地预计，在不远的将来，量子计算机一定会成为现实，虽然这中间还会有一段艰难而曲折的道路。
浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来 趋势 量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。 【关键词】量子通信技术；发展现状；未来趋势 【Abstract】The quantum communication has the characteristics of super security，large channel capacity，super high communication speed and ultrahigh concealment. After 30 years of development，it has matured theoretically，and the technical scheme has gradually moved from the laboratory to the practical. Quantum communication technology has also achieved fruitful results. 【Key words】Quantum communication technology；Development status；Future trend 量子通信是利用量子纠缠效应改变量子态，从而实现信息传递的一种新型的通信方式，它是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信具有超强安全性、超大信道容量、超高通信速率、超高隐蔽性等特点，其发展历经30余年，在理论上日益成熟，技术方案已逐渐从实验室走向了实用化，我国在量子通信技术领域也取得了丰硕成果。
[模拟] 计算机原理与体系结构 选择题 第1题： 中断响应时间是指(1) 。 A.从中断处理开始到中断处理结束所用的时间 B.从发出中断请求到中断处理结束后所用的时间 C.从发出中断请求到进入中断处理所用的时间 D.从中断处理结束到再次中断请求的时间 参考答案：C 第2题： A.13 B.183 C.193 D.203 参考答案：D 第3题： 在单指令流多数据流计算机(SIMD)中，各处理单元必(3) 。 A.以同步方式，在同一时间内执行不同的指令 B.以同步方式，在同一时间内执行同一条指令 C.以异步方式，在同一时间内执行不同的指令 D.以异步方式，在同一时间内执行同一条指令 参考答案：B 在计算机中，最适合进行数字加减运算的数字编码是(4) ，最适合表示浮点数阶码的数字编码是(5) 。 第4题： A.原码 B.反码 C.补码 D.移码
参考答案：C 第5题： A.原码 B.反码 C.补码 D.移码 参考答案：D 操作数所处的位置，可以决定指令的寻址方式。操作数包含在指令中，寻址方式为(6) ；操作数在寄存器中，寻址方式为(7) ；操作数的地址在寄存器中，寻址方式为(8) 。 第6题： A.立即寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 参考答案：A 第7题： A.立即寻址 B.相对寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 参考答案：C 第8题： A.相对寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址
参考答案：D 第9题： 两个同符号的数相加或异符号的数相减，所得结果的符号位SF和进位标志CF 进行(9) 运算为1时，表示运算的结果产生溢出。 A.与 B.或 C.与非 D.异或 参考答案：D 第10题： 若浮点数的阶码用移码表示，尾数用补码表示。两规格化浮点数相乘，最后对结果规格化时，右规的右移位数最多为(10) 位。 A.1 B.2 C.尾数位数 D.尾数位数-1 参考答案：A 第11题： A.10/70△t
全国2013年7月高等教育自学考试 计算机组成原理试题 课程代码：02318 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸” 的相应代码涂黑。未涂、错涂或多涂均无分。 1．若十进制数为120，则其对应的8位补码[X]补为 A．01111000 B．00001111 C．11111000 D．10001111 2．用3K×4位的存储芯片组成12KB存储器，需要这样的芯片 A．8片B．4片 C．3片 D.2片 3．下列存储器中，存取速度最快的存储器是 A．主存B．高速缓存 C．光盘D．硬盘 4．寄存器寻址是指 A．操作数在寄存器中B．操作数地址在寄存器中 C．操作数在存储器中D．操作数地址在存储器中 5．指令格式中的地址结构是指 A．地址段占多少位B．指令中采用几种寻址方式 C．指令中如何指明寻址方式D．指令中给出几个地址 6．下列寄存器中，汇编语言程序员可编程使用的是 A．存储器地址寄存器B．通用寄存器 C．存储器数据寄存器D．指令寄存器 7．微指令存放在 A．主存中 B.RAM中 C．ROM中D．硬盘中 8．总线从设备 A．不掌握总线控制权B．掌握总线控制权 C．只能发送信息D．只能接收信息 9．DMA方式是指输入输出接口控制 A．CPU与外设之间传输数据 B.CPU与内存之间传输数据 C．外设与外设之间传输数据D．内存与外设之间传输数据 10．不属于 ．．．输入输出设备的计算机部件是
A．显示器B．运算器 C．打印机D．键盘 二、名词解释题（本大题共6小题，每小题3分，共18分） 11．ALU 12．定点数 13．ROM 14．控制字 15．中断 16．CRT显示器 三、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分） 17．在计算机硬件处理中采用什么计数制？为什么？ 18．计算机指令中一般包含哪些字段？ 19．计算机中有哪些类型的寄存器？ 20．总线上有哪些信息传输方式？ 21.CPU响应中断的步骤有哪些？ 22．磁盘有哪些记录方式？ 四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分） 23．用原码一位乘的乘法方法进行2×4的四位原码乘法运算，要求写出其运算过程。 24．写出单总线的CPU结构中，执行写存储器指令STORE R3,mem的过程（其中mem为内存地址值）。单总线CPU的结构示意图如下：
量子计算机 量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装臵。当某个装臵处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。 组长：黄桢 组员：鲍成晓、陈成川、葛广杰、胡龙 演讲：黄桢 问题回答：葛广杰 资料收集：鲍成晓、陈成川、胡龙、黄桢、葛广杰 PPT制作：鲍成晓、陈成川、黄桢
目录 第1章量子计算机 (3) 第1.1章有趣的量子理论 (4) 第2章概念 (4) 第2.1章经典计算机的特点 (4) 第2.2章量子计算机的特点 (5) 第2.3章量子计算机能做什么 (6) 第2.4章量子计算机的工作原理 (7) 第2.5章目前发展的系统 (9) 第3章名称的不同 (9) 第3.1章关于在中国台湾的名称 (9) 第3.2章关于在中国大陆的名称 (9) 第4章展望 (10) 第4.1章未来 (10) 第4.2章量子计算机的广阔前景 (10) 第5章研发现状 (10) 第5.1章世界首台量子计算机在美国问世 (10) 第5.2章最新研究结果 (11) 第5.3章国内量子计算机发展现状 (12) 第6章第一台商业化量子计算机 (12)
第1章量子计算机 量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。 量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。 半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。 图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。 20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠
微型计算机原理及应用试题库及答案 一、填空 1.数制转换 A）125D=（ 11111101 ）B =（ 375 ）O=（ 0FD ）H=（0001 0010 0101 ）BCD B）10110110B=（ 182 ）D =（ 266 ）O=（ 0B6 ）H=（0001 1000 0010 ）BCD 2.下述机器数形式可表示的数值范围是(请用十进制形式写出):单字节无符号整数0~255；单字节有符号整数-128~+127。 注：微型计算机的有符号整数机器码采用补码表示，单字节有符号整数的范围为-128~+127。 3.完成下列各式补码式的运算，并根据计算结果设置标志位SF、ZF、CF、OF。指出运算结果有 效否。 A）00101101+10011100= B）11011101+10110011= 4.十六进制数2B．4Ｈ转换为二进制数是__00101011.0100，转换为十进制数是__43.25____。 5.在浮点加法运算中，在尾数求和之前，一般需要（对阶）操作，求和之后还需要进行（规格化） 和舍入等步骤。 6.三态门有三种输出状态：高电平、低电平、（高阻）状态。 7.字符“A”的ASCII码为41H，因而字符“E”的ASCII码为（45H），前面加上偶校验位后代 码为（C5）H。 8.数在计算机中的二进制表示形式称为（机器数）。 9.在计算机中，无符号书最常用于表示（地址）。 10.正数的反码与原码（相等）。 11.在计算机中浮点数的表示形式有（阶码）和（尾码）两部分组成。 12.微处理器中对每个字所包含的二进制位数叫（字长）。 13.MISP是微处理的主要指标之一，它表示微处理器在1秒钟内可执行多少（百万条指令） 14.PC机主存储器状基本存储单元的长度是（字节）. 15.一台计算机所用的二进制代码的位数称为___字长_________，8位二进制数称为__ 字节____。 16.微型计算机由（微处理器）、（存储器）和（I/O接口电路）组成。 17.8086CPU寄存器中负责与I/O端口交换数据的寄存器为（AX,AL） 18.总线有数据总线、地址总线、控制总线组成，数据总线是从微处理器向内存储器、I/O接口 传送数据的通路；反之，它也是从内存储器、I/O接口向微处理器传送数据的通路，因而它可以在两个方向上往返传送数据，称为（双向总线）。 19.一个微机系统所具有的物理地址空间是由(地址线的条数)决定的，8086系统的物理地址空间 为（1M）字节。 20.运算器包括算术逻辑部件（ALU），用来对数据进行算术、逻辑运算，运算结果的一些特征由 （标志寄存器）存储。 21.控制寄存器包括指令寄存器、指令译码器以及定时与控制电路。根据（指令译码）的结果， 以一定的时序发出相应的控制信号，用来控制指令的执行。 22.根据功能不同，8086的标志为可分为（控制）标志和（状态）标志位。 23.8086/8088CPU内部有（14）个（16位）的寄存器。 24.在8086/8088的16位寄存器中，有（4）各寄存器可拆分为8位寄存器使用。他们是 （AX,BX,CX,DX）,他们又被称为（通用寄存器）。 25.8086/8088构成的微机中，每个主存单元对应两种地址（物理地址）和（逻辑地址）。 26.物理地址是指实际的（20）为主存储单元地址，每个存储单元对应唯一的物理地址，其范围 是（00000H-FFFFFH）。
阅读下面的文字，完成7～9题。 材料一： 日前，中国科学院在京召开新闻发布会对外宣布，“墨子号”量子科学实验卫星提前并圆满实现全部既定科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信研究奠定了坚实的基础。 通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。千百年来，人们对于通信安全的追求从未停止。然而，基于计算复杂性的传统加密技术，在原理上存着着被破译的可能性，随着数学和计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。中国科学技术大学潘建伟教授说：“通过量子通信可以解决这个问题，把量子物理与信息技术相结合，用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，从而在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈。” 量子通信主要研究内容包括量子密钥分发和量子隐形传态。量于密钥分发通过量子 态的传输，使遥远两地的用户可以共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次 一密的严格加密。这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式，量子通信的另一重要内客量子隐形传态，是利用量子纠缠特性，将物质的未知量子 态精确传递到遥远地点，而不用传递物质本身，通过隐形传输实现信息传递。（摘 编自吴月辉《“墨子号”，抢占量子科技创新制高点），《人民日报》2017年8月10日） 材料二： 潘建伟的导师安东·蔡林格说，潘建伟的团队在量子互联网的发展方面冲到了领先地位。量子互联网是由卫星和地面设备构成的能够在全球范围分享量子信息的网络。这将使不可破解的全球加密通信成为可能，同时也使我们可以开展一些新的控制远距离量子联系的实验。目前，潘建伟的团队计划发射第二颗卫星，他们还在中国的天宫二号空间站上进行着一项太空量子实验。潘建伟说，未来五年“还会取得很多精彩的成果，一个新的时代已经到来”。 潘建伟是一个有着无穷热情的乐观主义者。他低调地表达了自己的信心，称中国政府将会支持下一个宏伟计划——一项投资20亿美元的量子通信、量子计量和量子计算的五年计划，与此形成对照的是欧洲2016年宣布的旗舰项目，投资额为12亿美元。 （摘编自伊丽莎白·吉布尼《一位把量子通信带到太空又带回地球的物理学家》，《自然》2017年12月） 材料三： 日本《读卖新闻》5月2日报道：中国实验设施瞄准一流（记者：莳田一彦，船越翔）在中国南部广东省东莞市郊外的丘陵地带，中国刚刚建成了大型实施设施“中国散裂中子
2018年4月自考《计算机组成原理》真题（完整试卷）含参考答案 选择题部分 一、单项选择题：本大题共10小题，每小题1分，共10分。在每小题列出的备选项中只有一项是最符合题 目要求的，请将其选出。 1．计算机中的U盘属于 A．运算器B．控制器 C．内存D．外存 2．下列软件中不属于系统软件的是 A．操作系统B．语言处理系统 C．文字处理软件D．数据库管理系统 3．IEEE754单精度(32位)浮点数格式中指数的偏移常数为 A．127 B．128 C．1023 D．1024 4．若十进制数为-l00，则其对应的8位补码[X]补为 A．01100100 B．11100lOO C．10011100 D．1001101l 5．采用寄存器直接寻址方式的操作数在 A．指令中B．通用寄存器中 C．内存中D．外存中 6．MIPS计算机的汇编指令“1w $s1，200($s2)”的功能是 A．$sl=Memory[$s2+200] B．$s2=Memory[$s1+200] C．$s1=Memory[$s2]+200 D．$s2=Memory[$s1]+200 7．微程序存放在 A．主存储器中B．控制存储器中 C．高速缓存中D．外存储器中 8．—个1 6MB的主存储器，按字节编址需要地址线 A．14条B．24条 C．34条D．44条 9．在计算机的存储器层次结构中，速度最陕的是 A．硬盘B．寄存器 C．高速缓存D．主存 10．在浮点数的乘法中，乘积的尾数规格化后，小数点左边两位是 A．00 8．01
C．10 D．11 非选择题部分 二、填空题：本大题共15空，每空1分，共15分。 11．MIPS指令流水线数据通路通常包括取指、译码、_____、_____和五段流水线。 12．Cache行和主存块之间的映射方式有_____、_____和_____三种。 13．磁盘的平均存取时间由_____、_____和_____三部分构成。 14．CPU的数据通路的时钟周期长度包括Clk—to-Q时间(也叫锁存延迟)、所有操作元件中最长操作延迟时间、_____和_____等四个部分。 15．I／O端口的编址方式有_____和_____两种方式。 16．在Intel处理器中将外部中断分为_____中断和_____中断两类。 三、名词解释题：本大题共5小题，每小题3分，共15分。 17．标志寄存器 18．总线宽度 19．随机存取存储器RAM 20．微地址 21．DMA控制器 四、简答题：本大题共4小题，每小题5分，共20分。 22.试说明在计算机系统的层次化结构中，最终用户、应用程序员、系统管理员和系统程序员分别与操作系统、汇编程序、编译程序和应用程序这四个程序的哪一个相对应？ 23.汉字字符的编码有哪三类？简述各类编码的作用，并分别列举一个实际的编码。 24.在浮点数加减法中对阶的目的是什么？对阶原则是什么？ 25.试比较变址寻址方式和基址寻址方式的异同。 五、计算题：本大题共3小题，第26、27小题各6分，第28小题4分，共16分。 26.某计算机的时钟周期为2.5ns，指令集中有A?D四种不同类型的指令，这四类指令的平均CPI分别为3、2、4、5。某高级语言程序P经两个不同版本的编译程序，编译成了两种不同的指令序列X1和X2，两个指令序列包含的指令情况如下表所示。 (1)该计算机的峰值MIPS是多少？
微型计算机原理及应用知识点总结
第一章计算机系统 一、微机系统的基本组成 1.微型计算机系统由硬件和软件两个部分组成。 (1)硬件: ①冯●诺依曼计算机体系结构的五个组成部分：运算器，控制器，存储器，输入设备，输入设备。其特点是以运算器为中心。 ②现代主流的微机是由冯●诺依曼型改进的，以存储器为中心。 ③冯●诺依曼计算机基本特点： 核心思想：存储程序； 基本部件：五大部件； 信息存储方式：二进制； 命令方式：操作码（功能）+地址码（地址），统称机器指令； 工作方式：按地址顺序自动执行指令。 (2)软件: 系统软件：操作系统、数据库、编译软件 应用软件：文字处理、信息管理（MIS）、控制软件 二、系统结构 系统总线可分为3类：数据总线 DB(Data Bus)，地址总线 AB(Address Bus)，控制总线 CB(Control Bus)。 根据总线结构组织方式不同，可分为单总线、双总线和双重总线3类。
总线特点：连接或扩展非常灵活， 有更大的灵活性和更好的可扩展 性。 三、工作过程 微机的工作过程就是程序的执行过 程,即不断地从存储器中取出指令,然后执行指令的过程。 ★例：让计算机实现以下任务：计算100＋100H＝？并将结果保存在16920H的字单元内。 编程运行条件： CS=1000H,IP=100H,DS=1492H 将机器指令装入计算机的存储器 计算机自动地进行计算(执行) 计算机工作过程大致描述： （1）分别从CS和IP寄存器中取出1000和100经地址加法器运算后，通过总线控制，找到对应地址的机器指令，第一条汇编指令的第一个机器指令为B8，对应的地址为10100H；将B8取出，通过总线和指令队列到达执行部分电路控制，给CPU发出信号。
1. 1概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。 1. 2你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。 1. 3试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1. 4计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？略。 1 . 5计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1. 6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？ 答：指CPU —次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1 . 7什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？ 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数) 。它包括主存容量和辅存 容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。 1. 8根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。 (1)为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 (2)计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 (3)计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 (4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 (5)嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 (6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 (7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 (8)将高级语言翻译成机器语言的程序。 (9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 (10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。 供选择的词或短语： 1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器(CPU) 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器10、VLSI 答：(1) 8, (2) 3, (3) 9, (4) 6, ( 5) 2, (6) 10, (7) 5, (8) 4, ( 9) 1 , (10) 7 计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。 硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成 1. 9 冯?诺伊曼Von Neumann计算机的主要设计思想是什么？略。
第1章计算机系统概论 电子计算机是一种能够自动、高速、精确地对各种信息进行处理和存储的电子设备，从总体上可以分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机。 1．1 计算机发展简史 [填空]计算机最初是作为一种计算工具而问世的。早在计算机问世之前，就有各种各样的计算工具。纵观计算工具的发展历史，人类的计算工具已经经过了算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机，正在向生物 计算、光计算、量子计算等方向探索。 [单选、填空]ENIAC是个划时代的创举，是世界上第一台电子数字计算机，成为现代数字计算机的始祖。 1．2 计算机系统 [单选、填空]一个完整的计算机系统包括硬件和软件两大部分。硬件是指计算机的所有器件或装置的总称，它们是“看得见、摸得着"的有形设备。软件是相对硬件而言的，是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关文档资料，例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护 使用手册、程序流程图和说明等，是无形的东西。’。 硬件是计算机系统的物质基础，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从谈起，也就无法计算、处理某一 方面的问题。同样，软件是计算机系统的灵魂，是硬件功能的完善与扩充。没有软件，计算机“仍是个“死"东西，根本无法工作。因此，计算机的硬件与软件是相互渗透、相互依存、互相配合、相互促进的关系，二者缺一 不可。所以计算机系统性能的好坏取决于软、硬件功能的总和。 [简答]冯·诺依曼思想体制主要包括： (1)采用二进制数字代码形式表示各种信息。 (2)采用存储程序控制工作方式。 (3)计算机硬件由五大部件组成。计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，其组成框图如图1—1所示。图中，空心箭头代表数据信号流向，实心箭头代表控制信号流向。 [填空]运算器是对信息进行运算和处理的部件。在计算机中的运算有两类：算术运算和逻辑运算。运算器主要由算术逻辑运算部件(ALU)和用来暂存数据或存放运算结果的一系列寄存器组成。 [单选、填空]通常，人们把运算器和控制器统称为中央处理机(CPU)，而把CPU和内部存储器一起称为主机。主机内的存储器称为内部存储器或简称内存，位于主机之外的存储器称为外部存储器或简称外存。外存和输入、输出设备一起又统称为外部设备或简称外设。 [单选、填空]总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线 [简答]计算机系统的层次结构如下： (1)数字逻辑层。最底层是由逻辑门组成的逻辑电路，称为数字逻辑层。 (2)微程序设计层。这是一个实在的硬件层，它是机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行该应用程序。对于非微程序控制的计算机，此层合并人数字逻辑层。 (3)机器语言层。又称为一般机器层，它是微程序解释机器指令系统。
量子通信前景广阔 近年来，网络信息安全问题日益加剧了人们的忧虑和关注，随着量子计算技术的快速发展，传统保密通信技术自身的安全性也将面临挑战。量子通信作为能够提供无条件安全性保证的信息安全解决方案受到世界各国政府、学术界和产业界的广泛关注。基于量子密钥分发的保密通信作为量子通信领域理论和应用研究的热点，在技术研究、试点应用和产业化等方面发展迅速。中国在量子通信领域的研究和应用也取得了一系列重要进展，与国际发展水平基本保持同步。 信息安全威胁山雨欲来，量子通信技术异军突起 随着电子商务、移动支付和互联网金融等新兴业务的蓬勃发展，通信与网络技术的触角已经深入到社会经济生活的各个角落。近年来不断曝光的监控窃听丑闻和用户隐私泄露事件进一步加剧了人们对于网络信息安全的忧虑与关注。传统加密技术通过算法和密码加解密在“明文”与“密文”间进行转换，以保护敏感信息的私密性和完整性，由算法的计算复杂度保证密码的安全性。量子计算技术的快速发展将对计算安全性构成挑战，由于量子计算巨大的信息携带量和高效的并行处理能力，能够非常快速地对密文进行计算破解，将对互联网信息安全的基础造成严重威胁。 有矛必有盾，量子物理学在向我们展现量子计算巨大威力的同时，也为我们提供了无条件安全的保密通信方式——量子通信。量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听及计算破解的绝对安全性保证，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。量子隐形传态基于量子纠缠对分发与贝尔态联合测量，实现量子态的信息传输，其中量子态信息的测量和确定仍需要现有通信技术的辅助。量子隐形传态中的纠缠对制备、分发和测量等关键技术有待突破，目前处于理论研究和实验探索阶段，距离实用化尚有较大差距。量子密钥分发，也称量子密码，借助量子叠加态的传输测量实现通信双方安全的量子密钥共享，再通过一次一密的对称加密体制，即通信双方均使用与明文等长的密码进行逐比特加解密操作，实现无条件安全的保密通信。经过近30年的发展，量子密钥分发从理论协议到器件系统初步成熟，目前已有小规模的试点应用和初步产业化趋势。以量子密钥分发为基础的量子保密通信成为未来保障网络信息安全的一种非常有潜力的技术手段，是量子通信领域理论和应用研究的热点。 量子密钥分发提供安全密钥共享，实现较短距离低速保密通信 在量子密钥分发中，通信双方首先对单光子进行随机的偏振态调制和测量，之后根据调制和测量结果进行协商、纠错和信息处理，最终获得共享的量子密钥。由于单光子的随机偏振具备量子叠加态的特征，任何窃听行为都将导致量子态的坍缩和信道误码率的上升从而被通信双方察觉。其密钥传输的安全性基于物理特性
全国2018年1月高等教育自学考试 计算机原理试题 课程代码：02384 一、单项选择题(本大题共25小题，每小题1分，共25分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.CPU中包含控制器和（） A.运算器 B.存储器 C.输入设备 D.输出设备 2.供多个用户同时使用计算机的操作系统称为（） A.批处理操作系统 B.分时操作系统 C.实时操作系统 D.网络操作系统 3.下列属于逻辑运算的一组算式是（） A.1／1=1 B.1-1=0 C.1+1=10 D.1+1=1 4. 以下的逻辑推导中，能正确应用狄·摩根定律的是（） A．C B A+ C A + B + = + B B C A A+ + + = +B．C C．C B C A A+ + B + = B + +D．C C A A B + = + 5. 欲使触发器为1状态(Q=1)，则其输入端R和S应是（） A.R=1，S=1 B.R=1，S=0 C.R=0，S=1 D.R=0，S=0 6. 有一个32位二进制的数，若用十六进制书写，则其位数可以减少到（） A.2位 B.3位 C.4位 D.8位 7.在计算机符号数的表示法中，将符号位加上真值的绝对值的二进制表示，这种编码是 （）A.原码 B.补码 C.反码 D.偏移量代码 8.将视觉信息转换为计算机图像信息的两个基本过程是（） A.采样和编码 B.抽样和量化 C.抽样和矢量化 D.采样和抽象化 9.与CRC码的纠错方法相关的是（） A.循环移位 B.奇偶校验 C.交叉奇偶校验 D.生成多项式 1
第一章计算机基础知识 一、微机系统的基本组成 1. 微型计算机系统由硬件和软件两个部分组成。 (1) 硬件: ①冯●诺依曼计算机体系结构的五个组成部分：运算器，控制器，存储器，输入设备，输入 设备。其特点是以运算器为中心。 ②现代主流的微机是由冯●诺依曼型改进的，以存储器为中心。 ③冯●诺依曼计算机基本特点： 核心思想：存储程序； 基本部件：五大部件； 信息存储方式：二进制； 命令方式：操作码（功能）+地址码（地址），统称机器指令； 工作方式：按地址顺序自动执行指令。 (2) 软件: 系统软件：操作系统、数据库、编译软件 应用软件：文字处理、信息管理（MIS）、控制软件 二、微型计算机的系统结构 大部分微机系统总线可分为 3 类：数据总线DB(Data Bus) ，地址总线AB(Address Bus)，控制总线CB(Control Bus) 。 总线特点：连接或扩展非常灵活，有更大的灵活性和更好的可扩展性。 三、工作过程 微机的工作过程就是程序的执行过程, 即不断地从存储器中取出指令, 然后执行指令的过程。★例：让计算机实现以下任务：计算计算7+10=？ 程序：mov al,7 Add al,10 hlt
指令的机器码： 10110000 （OP ） 00000111 00000100 （OP） 00001010 11110100 （OP ） 基本概念： 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3. 常用的名词术语和二进制编码 （1）位、字节、字及字长
（2）数字编码 （3）字符编码 （4）汉字编码 4. 指令、程序和指令系统 习题： 1.1 ，1.2 ，1.3 ，1.4 ，1.5 第二章8086／8088 微处理器 一、8086／8088 微处理器 8086 微处理器的内部结构：从功能上讲，由两个独立逻辑单元组成，即执行单元EU和总线 接口单元BIU。 执行单元EU包括：4 个通用寄存器（AX，BX，CX，DX，每个都是16 位，又可拆位，拆成 2 个8 位）、4 个16 位指针与变址寄存器（BP，SP，SI ，DI）、16 位标志寄存器FLAG（6 个状 态标志和 3 个控制标志）、16 位算术逻辑单元(ALU) 、数据暂存寄存器； EU功能：从BIU 取指令并执行指令；计算偏移量。 总线接口单元BIU 包括：4 个16 位段寄存器（CS(代码段寄存器) 、DS(数据段寄存器) 、SS(堆 栈段寄存器) 和ES(附加段寄存器) ）、16 位指令指针寄存器IP （程序计数器）、20 位地址加 法器和总线控制电路、 6 字节（8088 位4 字节）的指令缓冲队列； BIU 功能：形成20 位物理地址；从存储器中取指令和数据并暂存到指令队列寄存器中。 3、执行部件EU和总线接口部件BIU 的总体功能：提高了CPU的执行速度；降低对存储器的 存取速度的要求。 4、地址加法器和段寄存器 由IP 提供或由EU按寻址方式计算出寻址单元的16 位偏移地址( 又称为逻辑地址或简称为偏 移量) ，将它与左移 4 位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加，最后形成一个 20 位的实际地址( 又称为物理地址) ，以对应存储单元寻址。 要形成某指令码的物理地址（即实际地址），就将IP 的值与代码段寄存器CS（Code Segment）左移 4 位后的内容相加。 【例假设CS＝4000H，IP ＝0300H，则指令的物理地址PA＝4000H× 1 0H＋0300H＝40300H。
如对你有帮助，请购买下载打赏，谢谢！第1章计算机系统概论 电子计算机是一种能够自动、高速、精确地对各种信息进行处理和存储的电子设备，从总体上可以分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机。 1．1 计算机发展简史 [填空]计算机最初是作为一种计算工具而问世的。早在计算机问世之前，就有各种各样的计算工具。纵观计算工具的发展历史，人类的计算工具已经经过了算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机，正在向生物 计算、光计算、量子计算等方向探索。 [单选、填空]ENIAC是个划时代的创举，是世界上第一台电子数字计算机，成为现代数字计算机的始祖。 1．2 计算机系统 [单选、填空]一个完整的计算机系统包括硬件和软件两大部分。硬件是指计算机的所有器件或装置的总称，它们是“看得见、摸得着"的有形设备。软件是相对硬件而言的，是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关文档资料，例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护 使用手册、程序流程图和说明等，是无形的东西。’。 硬件是计算机系统的物质基础，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从谈起，也就无法计算、处理某一 方面的问题。同样，软件是计算机系统的灵魂，是硬件功能的完善与扩充。没有软件，计算机“仍是个“死"东西，根本无法工作。因此，计算机的硬件与软件是相互渗透、相互依存、互相配合、相互促进的关系，二者缺一 不可。所以计算机系统性能的好坏取决于软、硬件功能的总和。 [简答]冯·诺依曼思想体制主要包括： (1)采用二进制数字代码形式表示各种信息。 (2)采用存储程序控制工作方式。 (3)计算机硬件由五大部件组成。计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，其组成框图如图1—1所示。图中，空心箭头代表数据信号流向，实心箭头代表控制信号流向。 [填空]运算器是对信息进行运算和处理的部件。在计算机中的运算有两类：算术运算和逻辑运算。运算器主要由算术逻辑运算部件(ALU)和用来暂存数据或存放运算结果的一系列寄存器组成。 [单选、填空]通常，人们把运算器和控制器统称为中央处理机(CPU)，而把CPU和内部存储器一起称为主机。主机内的存储器称为内部存储器或简称内存，位于主机之外的存储器称为外部存储器或简称外存。外存和输入、输出设备一起又统称为外部设备或简称外设。 [单选、填空]总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线 [简答]计算机系统的层次结构如下： (1)数字逻辑层。最底层是由逻辑门组成的逻辑电路，称为数字逻辑层。 (2)微程序设计层。这是一个实在的硬件层，它是机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行该应用程序。对于非微程序控制的计算机，此层合并人数字逻辑层。 (3)机器语言层。又称为一般机器层，它是微程序解释机器指令系统。 (4)操作系统层。它由操作系统程序实现，而操作系统由机器指令和广义指令组成。所谓广义指令，是操 作系统定义和解释的软件指令。 (5)汇编语言层。它给程序员提供一种符号形式的语言，以减少程序员利用机器语言编写程序的复杂性。这一层由汇编程序支持或执行。 (6)高级语言层。这一层由各种高级语言编译程序支持。高级语言层上运行的程序是用比汇编语言更高级、更接近人类自然语言的高级语言所编写的。高级语言程序员在这一级上不需要了解计算机硬件、编译及操作系统等内容。 1·3 计算机系统的技术指标 [填空、简答]计算机系统的技术指标如下． (1)字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长通常是字节的整倍数：它与计算机的功能和用途有很大的关系。字长不但决定着寄存器、加法器、数据总线等部件的位数，直接影响着硬件的代价，而且还决定了计算机的运算精度。字长越长：计算机的运算精度就越高。 (2)内存容量。一个内存所能存储的全部信息量称为内存容量。它可以以字长为单位来计算，也可以以字节为单位来计算。在以字节为单位时，约定以8位二进制位为一个字节(Byte，缩写为B)。
微型计算机原理及应用（第3版）（修订本）答案 习题 1 一、选择题 1.A 2.C 3.B 4.B 5.A 6.A 7.B 8.C 9.C 10.C 11.C 12.A 13.D 14.A 15.D 16.C 在GB2312-80国家标准中，16~55区为一级汉字、56~87区为二级汉字。 DBB5H－A0A0H = 3B15H 3BH = 59 DBB5H属于二级汉字。 二、完成下列不同进制数的转换 1.⑴270 = 100001110B ⑵455 =1 11000111B ⑶0.8125 = 0.1101B ⑷720.3125 = 1011010000.0101B 2.⑴1001001B = 73 ⑵11001100B = 204 ⑶0.0101B = 0.3125 ⑷11011.1011B = 27.6875 3.⑴11100011B = E3H ⑵10001111B = 8FH ⑶0.0011101B = 0.3AH ⑷110011011.01011B = 19B.58H 4.⑴A21H = 101000100001H ⑵4B7H = 10010110111B ⑶0.00A3H = 0.0000000010100011B ⑷2E8.0D5H = 1011101000.000011010101B 三、完成下列机器数和真值的转换 1.⑴[11001B]补= 00011001B ⑵[－11001B]补= 11100111B ⑶[100000B]补= 00100000B ⑷[－100000B]补= 11100000B 2.⑴[65]补= 01000001B ⑵[－75]补= 10110101B ⑶[120]补= 01111000B ⑷[－100]补= 10011100B 3.⑴[1000]补= 0000001111101000B ⑵[－12]补= 1111111111110100B ⑶[800]补= 0000001100100000B ⑷[－3212]补=1 111001*********B 4.⑴[10000001B]补= －127 ⑵[01100110B]补= +102 ⑶[0111011101110111B]补= 30583 ⑷[1000000000000001B]补= －32767 四、完成下列各数值和机器编码的转换 1.⑴01100011B=99 压缩的BCD码= 10011001 非压缩的BCD码= 0000100100001001 ⑵01010000B=80 压缩的BCD码= 10000000 非压缩的BCD码= 0000100000000000 ⑶0000001100001111B=783 压缩的BCD码= 0000011110000011 非压缩的BCD码= 000001110000100000000011 ⑷0001111111111111B=8191 压缩的BCD码= 1000000110010001 非压缩的BCD码= 00001000000000010000100100000001 2.⑴换行0AH ⑵字母“Q”51H ⑶ASCII码“7”37H ⑷空格20H ⑸汉字“隘”(国标码) 30H、2FH ⑹汉字“保”(内码) B1H、A3H 3.⑴[15]补= 00001111 ⑵15的压缩BCD数= 00010101B
- 《计算机原理及系统结构》 一、单项选择（每小题有四个备选答案，只有一个是正确的） 1. 透明性是指( A )。A.某一事物或属性实际存在,但从某种 2. 设置“相关专用通路”解决通用寄存器数相关问题的代价是( D )。 D.增加设备 3. 为了便于实现多级中断,保存现场信息最有效的办法是采用( B )。B.堆栈 4. EPROM是指(D)。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器 5. 用某个寄存器中操作数的寻址方式称为(B)寻址。B.间接 二、填空题 1. 数据表示的确定属于(),数据通道宽度的确定属于()。 2.机器最大速率是指（），“一次重叠”方式的吞吐率比顺序方式提高（）。 3. 在流水线相关处理中,采用异步流动会产生()和()。 4. 运算器的两个主要功能是算术运算和逻辑运算。 5.指令通常由操作码，地址码两部分组成。 三、简答题 1. 软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的。 答：（1）等效性：软件和硬件在逻辑功能上是等效的。 （2）软件的功能可用硬件或固件完成。 （3）硬件的功能也可用软件模拟完成。 （4）不等效性：软件和硬件实现的性能价格比不同，实现的难易程度不同。 2. 什么是中断源？简要说明中断分类的目的。 答：（1）中断源：引起中断的来源。 （2）中断分类目的：中断源很多，若都形成单独程序入口，则硬件复杂，代价大，故进行分类。 （3）中断分类方法：把性质相近的中断源归为一类。 3. 举例说明什么是部件级流水、处理机级流水和系统级流水。 答：（1）部件级流水是指构成处理机部件内各子部件之间的流水，如运算器内浮点加运算的流水（2）处理机级流水是指构成处理机各个部件之间的流水，如取指、分析和执行操作的流水 （3）系统级流水是指系统的多个处理机之间的流水，如宏流水。 4.说明程序查询方式与中断方式各自的特点。 程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外国设备用来“主动”通知CPU,准备输入输出的一种方法，它节省了CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。 四、用256×4位的存储器芯片组成1KB RAM的存储器，试画出逻辑电路图。