第4章习题参考答案 1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？ 答：不合理。指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。 2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。 答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。 双操作数指令 单操作数指令 无操作数指令 3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1) 单字长二地址指令。 (2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。 (4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。 4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 15 10 9 8 7 4 3 0 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1)双字长二地址指令，用于访问存储器。 (2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数 在主存中。有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。
第5章习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ） (3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。 2．参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解： STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：
STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i R/W=W 3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。 解： LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：
PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。 解：
5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。 解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令 211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：
四川警安职业学院标准教案纸 课程名称计算机组成原理（第二讲）任课教师陈平授课时间地点多媒体授课班级人数 教学目标1.掌握计算机系统组成 2.了解计算机的层次结构 教学重点计算机系统组成 教学难点计算机系统的层次结构 教学时数2节教学方法讲授法、演示法、实践操作法教学手段多媒体教学 教学内容： 第一章计算机系统概述（二） 1.3.1计算机硬件系统 计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成，它们都是看得见摸得着的，故通常称为硬件，它是计算机系统的物质基础。 绝大多数计算机都是根据冯·诺依曼计算机体系结构的思想来设计的。故具有共同的基本配置，即由五大部件组成：主机部分由运算器、控制器、存储器组成，外设部分由输入设备和输出设备组成，其中核心部件是运算器。这种硬件结构也可称为冯·诺依曼结构，如图1-3所示。 图1-3计算机硬件的基本组成 计算机硬件的基本组成演示 计算机各部件之间的联系是通过两股信息流动而实现的，宽的一股代表数据流，窄的代表控制流。数据由输入设备输入至运算器，再存于存储器中，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果存入存储器，或由运算器经输出设备输出。指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器产生控制流控制数据流的流向并控制各部件的工作，对数据流进行加工处理。 1.运算器 运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。运算器由累加器（用符号A表示）、通用寄存器（用符号B表示）和算术逻辑单元（用符号ALU表示）组成，其结构如图1-4所示，其核心是算术逻辑单元。 图1-4运算器结构示意图
计算机组成原理第五版习题答案计算机组成原理第五版习题答案 第一章 (1) 第二章 (3) 第三章 (14) 第四章 (19) 第五章 (21) 第六章 (27) 第七章 (31) 第八章 (34) 第九章 (36)
1
计算机组成原理第五版习题答案第一章 1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0 和 1 表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。 2．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 3．科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。4．主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。6．计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。 7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。 8．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。 9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。 10．在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。 11．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置的。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。
计算机的基本组成及工作原理（初中信息技术七年级） 讲课：教技12江旭美【教学设计学科名称】 计算机的基本组成及工作原理是广西教育出版社出版的初中 信息技术七年级教材第一册模块二<计算机的发展》第二节教学内容。 【学情分析】 初一新生刚入学，对信息技术硬件方面的知识知道可能不多，对硬件普遍 有一种神秘感，觉得计算机高深莫测，本节课就是要对电脑软硬件进行深入 “解剖”，并对工作原理做讲解，让学生了解电脑各组成部分，更好的使用 电脑。 【教材内容分析】 本节内容是广西教育出版社初中信息技术七年级第一册模块 二《计算机的发展》第二节教学内容。本节主要让学生掌握计算机的组成， 理解计算机系统中信息的表示，了解计算机的基本工作原理。本节内容以感 性认识为主，增强学生的计算机应用意识，通过大量举例及用眼睛看、用手摸、 用脑想，对计算机的基本组成、软硬件常识、发展有一定了解和比较清晰的认 识。通过学生亲手触摸计算机组件和教师运行自主制作的多媒体课件进行教 学，打破学生对计算机的“神秘感”，觉得计算机并不难学，而且非常实际，认 识到计算机只是普通技能，提高学生学习兴趣。 【教学目标】 知识与技能：掌握计算机的组成，理解计算机系统中信息的表示，了解 计算机的基本工作原理。 过程与方法：向学生展示拆卸的旧电脑部件及未装任何系统的电脑，通过 实际观察加教师讲授的方法完成本节内容。 情感态度与价值观：培养学生的科学态度，激发学生的想象能力和探索精 神。 【教学重难点分析】 教学重点：计算机的组成，计算机系统中信息的表示。 教学难点：计算机的基本工作原理。 【教学课时】 2课时 【教学过程】 图片图片 师：观察图片结合实物并思考：从外观上来看，计算机广．般由哪些部分组成？ 生：讨论、思考、回答 [设计意图】通过图片的展示，同学们对计算机的硬件有了直观的印象， 初步的了解。 （二）自主学习，探究新知 1、先请同学们自己看书P17-P20内容，边看书边思考： ①完整的计算机系统由哪两部分组成？
第1章计算机系统概论 本章系统地介绍计算机系统的基本知识，要求学生了解计算机的分类与应用，掌握计算机的硬件组成，软件与硬件的关系以及计算机系统的层次结构。 重点提示： ●计算机系统的工作原理 ●计算机硬件系统的几大部件及其功能 ●计算机软件系统 1-1重点难点指导 1-1-1计算机系统简介 ENIAC（电子数字积分计算机，Electronic Numerical Integrator And Computer）是第一台正式运转的通用电子计算机。自从这台计算机问世以来，从使用的元器件角度来看，计算机的发展大致经历了4代的变化。 ●第一代（1946～1954）电子管计算机； ●第二代（1955～1964）晶体管计算机； ●第三代（1965～1973）集成电路计算机； ●第四代（1974～现在）大规模和超大规模集成电路计算机。 在计算机系统发展历史中，摩尔定律（Moore’s Law）是一个很重要的概念。Intel的创始人之一高登·摩尔（Gordon Moore）于1965年提出了著名的摩尔定律，预言单位平方英寸芯片的晶体管数目每过18到24个月就将增加一倍。 计算机的分类方法有很多种，主要的分类方式有： 按所处理的信号分类：⑴模拟计算机；⑵数字计算机。 按硬件的组合及用途分类：⑴专用计算机；⑵通用计算机。 按计算机的规模分类：⑴微型计算机；⑵工作站；⑶小型计算机；⑷主机；⑸小巨型计算机；⑹巨型计算机。 现实中的分类：⑴服务器；⑵工作站；⑶台式机；⑷便携机；⑸手持机。 计算机系统就是按人的要求接收和存储信息，自动地进行数据处理和计算，并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。前者是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统赖以工作的实体。后者是各种程序和文
计算机系统组成和工作原理 1、计算机系统由（C）组成 A、主机和系统软件 B、硬件系统和应用软件 C、硬件系统和软件系统 D、微处理器和软件系统 2、在微型计算机中，微处理器的主要功能是进行（D） A 、算术运算B、逻辑运算C、算术逻辑运算D、算术逻辑运算及全机的 控制 3、微型计算机硬件系统中最核心的部件是（B） A、显示器 B、CPU C、内存储器 D、I/O 设备 4、微型计算机中，合称为中央处理单元的是指（A） A、运算器和控制器 B、累加器和算术逻辑运算部件 C、累加器和控制器 D、通用寄存器和控制器 5、运算器的主要功能是（ A ） A、实现算术运算和逻辑运算 B、保存各种指令信息供系统其他部件使用 C、分析指令并进行译码 D、按主频指标规定发出时钟脉冲 6、微型计算机中，控制器的基本功能是（D） A、进行算术运算和逻辑运算 B、存储各种控制信息 C、保持各种控制状态 D、控制机器各个部件协调一致地工作 7、计算机系统的“主机”由（B）构成 A、CPU，内存储器及辅助存储器 B、CPU 和内存储器 C、存放在主机箱内部的全部器件 D、计算机的主板上的全部器件 8、为解决某一特定问题而设计的指令序列称为（C） A、文档 B、语言 C、程序 D、系统 9、计算机最主要的工作特点是（ A ） A、程序存储于自动控制 B、高速度与高精度 C、可靠性与可用性 D、有记忆能力 10、冯.诺依曼计算机工作原理的设计思想是（B） A、程序设计 B、程序存储 C、程序编制D 、算法设计 11、世界上最先实现的程序存储的计算机是（ B ） A、ENIAC B、EDSAC C、EDVAC D、NIV AC 12、通常，在微机中表明的P4 或奔腾 4 是指（D） A、产品型号 B、主频 C、微机名称 D、微处理器型号 13、以平均无故障时间，用于描述计算机的（A） A、可靠性 B、可维护性 C、性能价格比 D、以上答案都不对 14、以平均修复时间达到，用于描述计算机的（B） A、可靠性 B、可维护性 C、性能价格比 D、以上答案都不对 15、性能价格比也是一种用来衡量计算机产品优劣的概括性指标。 性能代表系统 的使用价值，它一般不包括（D）
计算机的基本结构及工作原理 教学内容：计算机的基本结构及工作原理 教学目的：了解计算机的分类及其基本结构，知道计算机的基本工作原理。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的基本结构 2、计算机的基本工作原理 三、小结： 计算机的工作原理 四、练习： 计算机是怎样工作的？ 计算机的工作真是ZYB重油煤焦油泵全自动的吗？ 第6课时计算机的分类及计算机的文化 教学内容：计算机的分类及计算机的文化 教学目的：了解计算机的分类，了解计算机文化的主要特点。 教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的分类： 按工作用途可以分为通用计算机和专用计算机 按工作原理可以分为数字计算机和模拟计算机 2、计算机文化 所谓计算机文化就是因为计保温沥青泵算机的产生与使用使人类社会的生存方式发生了根本变化从而产生的一种新的文化形态。 三、小结： 计算机分类和计算机文化 四、练习： 1、计算机是怎样分类的？ 2、什么是计算机文化？ 第7课时计算机的硬件系统和软件系统 教学内容：计算机的硬件系统和软件系统 教学目的：了解计算机的硬件的基本组成，能正确识别计算机上的主要部件，并知道其作用。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 三、小结： 计算机的硬件系统和软件系统 四、练习： 计算机的硬件系统由那几部份组成？ 第8课时学会正确开、关机 教学内容：学会正确开、关机 教学目的和要求 学会开、关机 教学难点：1、了解计算机外设的开、关顺序
2、正确学会开、关机 教学准备：计算机、网络 教学过程： 一、教学导入 同学们，在你们面前看ZYB-B可调压式渣油泵到的是什么呀？ 对了，是电脑。 老师告诉你们电脑现在正在睡觉，这个大懒虫，到现在还在睡觉，我们让小朋友把它喊醒，让他和小朋友们一起学习好不好？ 二、教学新课 （一）教师示范讲解 在把电脑喊醒之前老师先考考小朋友们一个最最简单的问题，小朋友们早上醒来第一件事是干吗？老师再重复一遍，是第一件事。 刚才小朋友们说了很多，有的说穿衣服，有的小朋友说是洗脸，还有的小朋友说叠被子，但老师却不同意小朋友的意见，再好好想想，我们早上醒来的第一件事是做什么？ 对了，首先是睁开眼睛，我们小朋友只有先睁开眼睛然后才能去穿衣服、洗脸、刷牙等等。电脑同样如此，它也要先睁开眼睛，然后才能和小朋友一起学习。所以第一步我们要让电脑睁开眼睛。怎么做？ 1、教师示范开显示器，同时提醒电源指示灯的颜色变化 光睁开眼睛怎么行呢？，我KCB齿轮泵们的目的是让他和小朋友们一起做游戏，我们要让他动起来，那第二步我们应该怎么做？其实很简单，就是接通电源。 2、教师出示电源开关“POWER”标志，同时逐台电脑巡视开机情况 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？；左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其；3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”；4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几；小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛；5、教师示范关显示器；（二）、学生练习开、关电脑；在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑；教师巡视指导；第9 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？ 左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其它两个灯熄灭了。现在电脑就会和小朋友一起来学习了。比如说画画了 3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”给学生做示范。刚才我们让电脑给我们小朋友画了几幅画，它说他累了，我们还是让他休息吧，下面我们就先来学习如何关机。 4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几次。 小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛，那上床后我们会把眼睛闭上。然后开始休息。电脑同样如此。我们最后也要让电脑把眼睛闭上，要不然电脑就休息不好，他会生气的。再次提醒小朋友，我们最后千万不要让电脑的睁着眼睛睡觉。记住了要把电脑的显示器关掉。 5、教师示范关显示器。 （二）、学生练习开、关电脑 在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑。 教师巡视指导。
四川省义务教育课程改革实验教科书 《信息技术》七年级上 第四课计算机系统及其工作原理 教案 一、教学目标： １、知识目标：要求学生基本掌握计算机系统的基本组成，对计算机的工作原理和分类要有一个简单的认识 ２、能力目标：能正确辨认常见硬件与常见软件，能给自己配置计算机，能理解计算机的工作原理，理解计算机的基本容量单位及换算关系。初步培养学生使用信息技术对其它课程进行学习和探讨的能力，培养学生的自学能力。 ３、情感目标：体会通过自己的学习，列出计算机配置清单所带来的愉悦，从而达到培养学生对信息技术的兴趣意识和爱国主义精神。 二、教学重、难点： １、重点：计算机系统的基本组成，各硬件的重要作用 ２、难点：计算机的工作原理 三、教学方法：讲授法、观察法、讨论法、赏识教育法、实习实作 四、教学媒体：多媒体网络教室、相关教学课件、硬件系统的实物（ＣＰＵ、内存条、硬盘及其他硬件实物） 五、教学课时２课时（１+１） （１节理论课+１节实习实作课） 六、教学过程（第一课时） 课题：第４课计算机系统及其工作原理 （一）组织教学 （二）新课导入：问题导入“对于大家经常使用的计算机，从外观上看，它是由哪些部分组成的呢？”学生回答（略）师（看得见、摸得着的设备在计算机中都称硬件）（有了硬件计算机就能工作了吗？）为了回答这个问题，今天我们就来学习第四课－计算机系统及工作原理 （三）知识讲解（系统讲解）： 第一部分：计算机系统 Ａ：硬件部分知识简介： １、中央处理器（芯片）－ＣＰＵ计算机的大脑（核心部件）组成、功能，观察实物，分类，生产发展及国内外的差异，激发学生的爱国热情和学习动力的目的。 ２、存储器（存储大量的数据和信息）：内存和外存实物展示、作用地位、容量单位及换算。概括：内存容量较小，运行速度快，价格高，外存容量更大，存取速度比内存较慢，价格较便宜。 ３、其他硬件简介：主板、输入设备、输出设备等等
第一章计算机系统概论 一、填空题 1．1946年，世界上第一台数字电子计算机ENIAC在______美国_____诞生。 2．从硬件来看，计算机先后经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路以及大和超大规模集成电路四个发展阶段。 3．微型计算机也称为个人计算机，英文简称__PC__机。 4．计算机的出现，被称为第 4 次产业革命。 5．一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两个部分。 6．计算机的应用领域有科学计算、过程检测与控制、信息管理、计算机辅助系统、人工智能五个方面。 7．只有1和0的数字系统这称为标准数字系统。 8．对计算机来说，所谓指令只是一堆0和1的组合。 9．8位二进制位称为一个位。 10．二进制数据的长度单位有B、KB、MB、GB、TB。 11．1.4MB=1.4×1024KB，0.02GB=0.02×1024×1024KB。 12．二进制数1011011等于十进制数___91__，十进制数78等于二进制数__1001110_________。 13．ASCⅡ码是一种__7__位进制编码。 14．我国标准的汉字字符集的编码采用__GB2312－80__编码。 15．微型计算机的硬件系统通由运算器、控制器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备六部分组成。 16．中央处理器简称为CPU，由两部分组成：运算器和控制器是整个计算机系统的指挥中心。 17．存储器一般分为内存储器和外存储器两种类型。 18．内存储器接其功能可以分为ROM和RAM两种。 19．通常所说微机的内存容量是指RAM的容量。 20．磁盘存储器是一种外部存储器。 21．磁盘存储器主要有软盘和硬盘两种。 22．CD-ROM的中文名称为只读紧凑式光盘。 23．扫描仪是一种输入设备，打印机是一种输出设备。 24．没有软件的计算机称为裸机。
计算机的基本组成及工作原理 1.3.1 计算机系统的组成 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成，这一节将分别介绍计算机硬件系统和软件系统。 计算机硬件是构成计算机系统各功能部件的集合。是由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。计算机硬件是看得见、摸得着的，实实在在存在的物理实体。 计算机软件是指与计算机系统操作有关的各种程序以及任何与之相关的文档和数据的集合。其中程序是用程序设计语言描述的适合计算机执行的语句指令序列。 没有安装任何软件的计算机通常称为“裸机”，裸机是无法工作的。如果计算机硬件脱离了计算机软件，那么它就成为了一台无用的机器。如果计算机软件脱离了计算机的硬件就失去了它运行的物质基础；所以说二者相互依存，缺一不可，共同构成一个完整的计算机系统。 计算机系统的基本组成如图1-6 所示。
1.3.2 计算机硬件系统的基本组成及工作原理 现代计算机是一个自动化的信息处理装置，它之所以能实现自动化信息处理，是由于采 用了“存储程序”工作原理。这一原理是1946年由冯 · 诺依曼和他的同事们在一篇题为《关 于电子计算机逻辑设计的初步讨论》的论文中提出并论证的。这一原理确立了现代计算机的 基本组成和工作方式。 ⑴ 计算机硬件由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 ⑵ 计算机内部采用二进制来表示程序和数据。 ⑶ 采用“存储程序”的方式，将程序和数据放入同一个存储器中（内存储器），计算机 能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。 可以说计算机硬件的五大部件中每一个部件都有相对独立的功能，分别完成各自不同 的工作。如图1-7所示，五大部件实际上是在控制器的控制下协调统一地工作。首先，把表 示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据，在控制器输入命令的控制下，通过输入设备送 入计算机的存储器存储。其次当计算开始时，在取指令作用下把程序指令逐条送入控制器。 控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存储、取数命令和运 算命令，经过运算器计算并把结果存放在存储器内。在控制器的取数和输出命令作用下，通 过输出设备输出计算结果。 1．运算器（ALU ） 运算器也称为算术逻辑单元ALU （Arithmetic Logic Unit ）。它的功能是完成算术运算和 逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、除及它们的复合运算。而逻辑运算是指“与”、“或”、 “非”等逻辑比较和逻辑判断等操作。在计算机中，任何复杂运算都转化为基本的算术与逻 辑运算，然后在运算器中完成。 2．控制器（CU ） 控制器CU （Controller Unit ）是计算机的指挥系统，控制器一般由指令寄存器、指令译 码器、时序电路和控制电路组成。它的基本功能是从内存取指令和执行指令。指令是指示计 算机如何工作的一步操作，由操作码（操作方法）及操作数（操作对象）两部分组成。控制 器通过地址访问存储器、逐条取出选中单元指令，分析指令，并根据指令产生的控制信号作 用于其它各部件来完成指令要求的工作。上述工作周而复始，保证了计算机能自动连续地工 作。 通常将运算器和控制器统称为中央处理器，即CPU （Central Processing Unit ）,它是 整个计算机的核心部件，是计算机的“大脑”。它控制了计算机的运算、处理、输入和输出 等工作。 集成电路技术是制造微型机、小型机、大型机和巨型机的CPU 的基本技术。它的发展 使计算机的速度和能力有了极大的改进。在1965年，芯片巨人英特尔公司的创始人戈 登 · 摩尔，给出了著名的摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔18~24个月就会翻一番。让 所有人感到惊奇的是，这个定律非常精确的预测了芯片的30年发展。1958年第一代集成电 路仅仅包含两个晶体管，而1997年，奔腾II 处理器则包含了750万个晶体管，2000年的 程序 数据 控制流 数据流 图 1-7 计算机基本硬件组成及简单工作原理
计算机基本构成模式 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件 计算机中数的表示 计算机内部应采用二进制表示指令和数据 计算机的工作原理 计算机系统应按照下述模式工作：将编好的程序和原始数据，输入并存储在计算机的内存储器中（即“存储程序”）；计算机按照程序逐条取出指令加以分析，并执行指令规定的操作（即“程序控制”）。这一原理称为“存储程序”原理，是现代计算机的基本工作原理，至今的计算机仍采用这一原理。 计算机的工作原理 按照冯·诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，然后再取出下一条指令并执行，如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。其工作过程就是不断地取指令和执行指令的过程，最后将计算的结果放入指令指定的存储器地址中。计算机工作过程中所要涉及的计算机硬件部件有内存储器、指令寄存器、指令译码器、计算器、控制器、运算器和输入/输出设备等，在以后的内容中将会着重介绍。 （一）计算机硬件系统 硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。 中央处理器 CPU（central processing unit）意为中央处理单元，又称中央处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。 控制器 控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指纹操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据种类指纹的需要综合有关的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令。 运算器 运算器又称积极态度逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存
1.3 计算机的硬件 一、硬件组成要素 1．举例说明 要了解数字计算机的主要组成和工作原理，可从打算盘说起。假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，要求计算这样一个题目。为了和下面讲到的内容做比较，不妨按以下方法把使用算盘进行解题的过程步骤事先用笔详细地记录在带横格的纸上。 （1）首先，将横格纸编上序号，每一行占一个序号，如l，2，3，…，n，如表1-2所示。 （2）其次，把计算式中给定的四个数a，b，c和z分别写到横格纸的第 9，10，11，12行上，每一行只写一个数。 （3）接着详细列出给定题目的解题步骤，而解题步骤也需要记在横格纸上，每一步也只写一行。第一步写到横格纸的第l行，第二步写到第2行，……依次类推。 （4）如表1-2所示，根据表中所列的解题步骤，从第l行开始，一步一步进行计算，最后可得出所要求的结果。
表1-2 解题步骤和数据记录在横格纸上 2．冯·诺依曼体系结构 计算机组成原理讨论的基础就是冯·诺依曼的计算机，其基本设计思想就是存储程序和程序控制，具有以下特点： （1）由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能。
（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 （3）数据以二进制数码表示。 （4）指令由操作码和地址码组成。 （5）指令在存储器中按顺序存放，由指令计数器PC 指明要执行的指令所在单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件改变。 （6）机器以运算器为中心，I/O 设备与存储器间数据传送都通过运算器。 计算机硬件系统的基本构成如图1-9所示。 图1-9 冯·诺依曼型计算机 二、 运算器 算术运算和逻辑运算 ； 在计算机中参与运算的数是二进制的 ； 运算器的长度一般是8、16、32或64位。 运算器的结构示意图如图1-10所示。
第一章概述习题集 一、选择题 1．随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网域广域网的互连是通过____________ 实现的。 A. 通信子网 B. 路由器 C. 城域网 D. 电话交换网 2．网络是分布在不同地理位置的多个独立的_________ 的集合。 A. 局域网系统 B. 多协议路由器 C. 操作系统 D. 自治计算机 3. 计算机网络是计算机技术和__________ 技术的产物； A.通信技术 B.电子技术 C.工业技术 4. 计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，它反映出网络中各实体间的__________ 。 A. 结构关系 B. 主从关系 C. 接口关系 D. 层次关系 5．建设宽带网络的两个关键技术是骨干网技术和__________ 。 A. Internet 技术 B. 接入网技术 C. 局域网技术 D. 分组交换技术 1.B 2.D 3.A 4.A 5.B 二、选择 1．在OSI 参考模型中，在网络层之上的是________ 。 A. 物理层 B. 应用层 C. 数据链路层 D. 传输层 2．在OSI 参考模型，数据链路层的数据服务单元是_________ 。 A. 帧 B. 报文 C. 分组 D. 比特序列 3.在TCP/IP参考模型中，与OSI参考模型的网络层对应的是__________ A. 主机- 网络层 B. 互联网络层 C. 传输层 D. 应用层
4.在TCP/IP 协议中，UDP 协议是一种 ________ 协议。 A. 主机- 网络层 B. 互联网络层 C. 传输层 D. 应用层 1.1 答： 什么是计算机网络？计算机网络与分布式系统有什么区别和联系？ 口 ? 计算机网络凡是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循约定的通信协议 ,通过 软硬件设备互连 ,以实现交互通信 ,资源共享 ,信息交换 ,协同工作以及在线处理等功能的 系统. 计算机网络与分布式系统的区别主要表现在：分布式操作系统与网络操作系统的设 计思想是不同的，因此它们的结构、工作方式与功能也是不同的。 分布式系统与计算机网络的主要区别不在它们的物理结构上， 而是在高层软件上。 分布式系 统是一个建立在网络之上的软件系统， 这种软件保证了系统高度的一致性与透明性。 分布式 不同的，因此它们的结构、工作方式与功能也是不同的。 分布式系统与计算机网络的主要区别不在它们的物理结构上， 而是在高层软件上。 分布式系 统是一个建立在网络之上的软件系统， 这种软件保证了系统高度的一致性与透明性。 分布式 1.2 简述计算机网络的发展阶段？ 答：答计算机网络的发展主要分为一下四个阶段 1 以单计算机为中心的联机系统 2 计算机 计算机网络 3 体系结构标准化网络 4 Internet 时代 1.3 计算机网络由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：计算机网络系统是由计算机系统、 数据通信和网络系统软件组成的， 从硬件来看主要有 下列组成部分： （1）终端：用户进入网络所用的设备，如电传打字机、键盘显示器、计算机等。在局 域网中，终端一般由微机担任，叫工作站，用户通过工作站共享网上资源。 （2）主机：有于进行数据分析处理和网络控制的计算机系统，其中包括外部设备、操 作系统及其它软1.D 三、简答题 2.A 3.B 4.C 系统的用户不必关心网络环境中资源分布情况， 文 件管理过程是透明的。 计算机网络为分布式系统研究提供了技术基础， 阶 段。 计算机网络与分布式系统的区别主要表现在： 以及连网计算机的差异， 用户的作业管理与 而分布式系统是计算机网络技术发展的高级 分布式操作系统与网络操作系统的设计思想是 系统的用户不必关心网络环境中资源分布情况， 文 件管理过程是透明的。 计算机网络为分布式系统研究提供了技术基础， 阶 段。 以及连网计算机的差异， 用户的作业管理与 而分布式系统是计算机网络技术发展的高级
计算机的基本工作原理 计算机的工作原理 1、冯诺依曼原理 “存储程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的，所以又称为“冯诺依曼原理”。该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着“冯诺依曼”体系结构。 2、“存储程序控制”原理的基本内容 ①采用二进制形式表示数据和指令。 ②将程序（数据和指令序列）预先存放在主存储器中（程序存储），使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令，并加以执行（程序控制）。 ③由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机硬件体系结构。 3、计算机工作过程 第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。 第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。 第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。 第四步：当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。 计算机的软件分类 计算机软件是指计算机运行、管理、应用和维护所需的各种程序、数据及其有关技术文档资料。只有硬件没有软件的计算机称为“裸机”，裸机只能运行由 0 和1 组成的机器语言程序，没有软件系统的计算机几乎是没有用的。通常人们使用的计算机是经过软件“包装”的计算机，计算机的功能不仅仅取决于硬件系统，更大程度上由所安装的软件系统来决定。 软件种类繁多，通常根据软件用途可将其分为系统软件和应用软件。系统软件是用于管理、控制和维护计算机系统资源的软件，主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等。应用软件是针对某一应用而开发的软件，可分为通用应用软件和专用应用软件。 1.2.4 计算机系统的层次结构 在一个完整的计算机系统中，计算机硬件和软件之间是有一定的层次关系的，如图 1-3 所示。计算机硬件位于是最低层，是计算机系统的基础。操作系统位于硬件之上，而操作系统的上一层为其他系统软件和应用软件，最高层是用户程序或文档。 用户程序或文档
第五章习 题答案 32 6. (80 * 3 1)* 964字节 8 取指微指令除外，每条机器指令对应三条微指令构成的微程序，因此控制存储 器中共有 80*3+1 条微指令，每条微指令占32 位，即4Byte 8.经分析，（d, i, j ）和（e, f, h）为两组相斥性微命令（在全部8 条微指令中，组内任意两 个微命令没有同时出现 ），可将（d, i, j）编 码表示，使用两位二进 制表示三个相斥性微命令，编码00 表示空操作，即三个微命令都不出现 ，（e, f, h）作类似处 理，剩下的a, b, c, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组 成如下： * * * * * * * * a b c g 0 1 d 10 i 10 f 11 j 11 h 13. (1) 空间 S 1 2 3 4 5 15 16 WB 1 2 3 4 5 MEM 1 2 3 4 5 EX ID IF 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ? 时间T1 2 3 4 5 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 19 t 20 (2) 流水线的实际吞吐率为 H (k n n 1) (5 20 20 1)* 100* 10 9 8.33* 6 10 条 / 秒Ts nk 20* 5 (3)加速比 S 4.17 Tp (k n 1) 20 5 1 流水线 有k 个过 程段，k=5。 16.(1)写后读R AW (2)读后写WAR (3)写后读和写后写RAW WAW
第六章习题答案1、 8.C 9.B、A、C
10.A 11.D 12.A
第一章计算机系统概论 （一）选择题 1.有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中，称之为 A.硬件 B.软件 C.固件 D.辅助存储器 E.以上都不对 2.输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为 A.操作系统 B.存储器 C.主机 D.外部设备 3.计算机系统中的存储系统是指 A. RAM存储器 B. ROM存储器 C.主存 D.主存和辅存 4.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于 A.运算速度的高低 B.存储器容量的大小 C.规模的大小 D.自动化程度的高低 5.冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是 A.多指令流单数据流 B.按地址访问并顺序执行指令 C.堆栈操作 D.存储器按内容选择地址 6.用户与计算机通信的界面是 A. CPU B外部设备 C.应用程序 D 系统程序 7.下列属于应用软件。 A.操作系统 B 编译程序 C.连接程序D文本出来程序 8下列不是输入设备。 A.画笔与图形板 B 键盘 C.鼠标器 D 打印机 9.下列各装置中，具有输入及输出功能。 A.键盘 B 显示器 C.磁盘驱动器 D 打印机 10.下列设备中不属于输出设备。 A.打印机 B 磁带机 C.光笔 D 绘图仪 11下列语句中是正确的。 A.数据库属于系统软件 B.磁盘驱动器只有输入功能 C.评估计算机的执行速度可以用每秒执行的指令数为判断依据 D.个人计算机是小型机 12.计算机只懂机器语言，而人类熟悉高级语言，故人机通信必须借助 A.编译程序 B.编辑程序 C.连接程序 D.载入程序 13.计算机的算术逻辑单元和控制单元合称为 A. ALU B. UP C. CPU D. CAD 14.只有当程序要执行时，它才会去将源程序翻译成机器语言，而且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句，此程序称为 A.目标程序 B.编译程序C解释程序 D.汇编程序 15下列语句中是正确的。 A. 1 KB= 1024x1024 B B. 1 KB=1024 MB C. 1 MB = 1024 x1024 B D. 1 MB = 1 024 B 16.一片1 MB的磁盘能存储的数据。 A. 106字节 B. 10-6字节 C. 109字节 D. 220字节 17. 32位的个人计算机，一个字节( byte)由位(bit)组成。 A. 4 B. 8 C. 16 D. 32
计算机基础知识 一、计算机的发展与应用 1.1 计算机的概念与发展 1.1.1、内容要点 1、计算机工作原理： 1）什么是计算机 计算机（Computer）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序（这些程序是人们意志的体现）对输入的信息进行加工、处理，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。 2）计算机工作原理——冯·诺依曼原理（又称为存储程序原理） （1）组成计算机的物理设备（硬件）包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分； （2）所有程序和数据都以二进制形式存储在存储器中； （3）计算机系统在程序控制下自动运行。 2、计算机的发展： 1）计算机的发展： 计算机从诞生发展到今天，已经经历了四个阶段，现正向第五代过渡。见下表。 计算机发展的四个阶段 2）微型计算机的发展： 上世纪70年代初，美国Intel公司等采用先进的微电子技术将运算器和控制器集成到一块芯片中，称之为微处理器（MPU）。其发展大约经历了六个阶段，如下表。
微机的六个发展阶段 3）我国计算机的发展情况 我国的计算机事业始于20世纪50年代。 1952年我国的第一个电子计算机科研小组在中科院数学所内成立。 1960年，我国第一台自行研制的通用电子计算机107机问世。 1964年，我国研制了大型通用电子计算机119机，用于我国第一颗氢弹研制工作的计算任务。 20世纪70年代以后，我国生产的计算机进入了集成电路计算机时期。 1974年，我国设计的DJS-130机通过了鉴定并投入批量生产。 进入20世纪80年代，我国又研制成功了巨型机。 1982年，我国独立研制成功了银河I型巨型计算机，运算速度为每秒1亿次。 1997年6月研制成功的银河Ⅲ型巨型计算机，运算速度为每秒130亿次。这些机器的出现，标志着我国的计算机技术水平踏上了一个新的台阶。 1999年，银河四代巨型机研制成功。 2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威Ｉ”，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。 2005年4月18日，完全由我国科学界自行研发、拥有自主知识产权的中国首款六十四位高性能通用CPU芯片CPU———“龙芯二号”芯片正式发布。这款芯片性能经检测已达到英特尔“奔3”水平，比2002年9月28日发布的“龙芯一号”提高了10倍。 3、计算机的特点： 计算机是高度自动化的信息处理设备。主要特点有处理速度快、计算精度高、记忆能力强、可靠的逻辑判断能力、可靠性高、通用性强。 1）处理速度快：计算机的运算速度用MIPS（每秒钟执行多少百万条指令）来衡量。 2）计算精度高：数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定。