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计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
计算机组成原理目录
一、基本概念和术语
1.计算机组成原理概述
2.计算机硬件和软件的关系
3.信息的表示和处理
4.计算机的运行原理
二、数字逻辑电路基础
1.布尔代数和逻辑门
2.组合逻辑电路
3.时序逻辑电路
4.存储器和寄存器
三、计算机的指令系统和运算
1.指令的表示和执行
2.数据的表示和运算
3.控制逻辑和控制单元
四、存储器和存储器层次结构
1.存储器的分类和特性
2.主存储器和辅助存储器
3.存储器的层次结构和存取方法
4.存储器的高速缓存和虚拟存储器
五、输入和输出设备
1.输入和输出设备的分类和特性
2.输入设备的接口和数据采集
3.输出设备的接口和数据显示
4.输入输出设备的控制和通信
六、总线和通信
1.计算机系统中的总线
2.总线的分类和特性
3.总线的传输方式和速度
4.总线的控制和仲裁
七、处理器的结构和设计原理
1.处理器的功能和组成
2.数据通路和控制单元的设计
3.内部寄存器和处理器的运行状态
4.处理器的性能评价和优化技术
八、计算机体系结构和指令集
1.计算机的级别和体系结构
2.CISC和RISC的比较
3.指令集的设计和实现
4.多核处理器和并行计算
九、系统总线和I/O设备接口
1.系统总线的结构和功能
2.总线的控制和仲裁机制
3.I/O设备的接口和通信
4.DMA和中断处理机制
十、计算机性能评价和提高技术
1.计算机性能的度量和评价
2.程序的优化和并行化技术
3.存储器层次结构的优化
4.编译器的优化技术。
计算机专升本中的计算机组成原理计算机专升本是指在已经获得专科学历的基础上，进一步学习计算机相关专业知识，提升学历层次的过程。
在计算机专升本的学习过程中，计算机组成原理是一个重要的学科，它涉及计算机硬件的各个方面，对于理解和应用计算机技术都具有重要的意义。
一、计算机组成原理的基本概念计算机组成原理是计算机科学与技术的一门基础学科，它研究计算机硬件系统的结构、功能和工作原理。
计算机由中央处理器、存储器、输入输出设备和系统总线等组成，而计算机组成原理就是研究这些组成部分的结构和相互配合的原理，以及它们在计算机系统中的工作方式。
二、计算机的基本组成部分1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，它负责执行指令和进行数据处理。
CPU由运算器、控制器和寄存器组成，运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责解析和执行指令，寄存器用于存储数据和指令的临时存储。
2. 存储器存储器用于存储计算机的指令和数据，分为主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机与外部存储器之间进行数据交换的媒介，它有时也被称为内存或随机存储器（RAM）。
辅助存储器包括硬盘、光盘、磁带等，用于长期储存大量的数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外部环境的信息交换。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备包括显示器、打印机、音箱等。
输入输出设备的作用是将人类的信息输入到计算机中，并将计算机处理后的结果输出给人类。
4. 系统总线系统总线是计算机各个部件之间传输信息的通道。
它包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据和指令，地址总线用于传输存储器地址，控制总线用于传输指令控制信号。
系统总线起到连接和协调各个部件的作用，使得它们能够相互通信和协同工作。
三、计算机组成原理的重要性和应用1. 理解计算机内部工作原理学习计算机组成原理可以让我们深刻理解计算机内部各个组成部分的功能和相互关系，从而更好地了解计算机是如何工作的。
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
1、海明校验码的编码规则有哪些？
答：海明码的码位有n+k位，n为有效信息位数，k为奇偶校验位位数，k满足：2^k>=n+k+1；位号恰好等于2的权值的那些位均可用做奇偶校验位。
2、假定被校验的数据M(x)=1100B，生成多项式为G(x)=x^3+x+1,则其CRC校验码是什么
解：①G(x)= x^3+x+1=1011②M(x) X x^3 =1100000③M(x) X x^3/G(x)=1100000/1011=1110+010/1011④CRC为1100010
3、说明总线结构对计算机系统性能的影响？
答：(1)简化了硬件的设计。
从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的I/O接口,由总线规范给出了传输线和信号的规定，并对存储器、I/O设备和CPU如何挂在总线上都作了具体的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作CPU插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。
(2)简化了系统结构。
整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。
(3)系统扩充性好。
一是规模扩充,二是功能扩充。
规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。
插件插入机器的位置往往没有严格的限制。
这就使系统扩充既简单又快速可靠,而且也便于查错。
(4)系统更新性能好。
因为CPU、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，而这种更新只需更新需要更新的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。
4、画出独立请求方式优先级判决逻辑电路图。
5、中央处理器中有那几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。
答：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果以及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果。
有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器。
如，程序寄存器用来存放正在执行的指令地址或接着要执行的下一条指令地址，指令寄存器用来存放从存储器中取出的指令，存储器数据寄存器用来暂时存放主存储器读出的一条指令或一个数据，存储器地址寄存器用来保存当前CPU所访问的主存单元的地址，状态标志位用来存放程序状态字。
6、以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期的作用。
(1)PC; (2)IR; (3)ALU; (4)MDR (4)MAR.
PC：存放指令地址；IR：存放当前指令；ALU：进行逻辑运算；MDR：存放写入或读出的数据或指令；MAR：存放写入或读出的数据或指令的地址。
以单地址指令加1为例（INC A），该指令分为三个周期：取指周期、分析周期、执行周期。
取指周期分析周期执行周期
PC (PC)→MAR -- --
IR 指令→MDR→IR -- --
ALU (PC)+1 -- (A)+1
MAR 指令地址→MAR A→MAR --
MDR 指令→MDR (A)→MDR (A)+1→MDR
7、某计算机字长16位，主存容量为64KB，指令格式为单字长，地址共有64条指令。
问：
答：(1)若采用直接寻址方式，地址码部分为10位，指令能访问的主存单元数为2^10=1K字。
(2) 若采用直接/间接寻址方式，将增加了一位直接/间接标志，地址码部分分为9位，指令直接寻址的范围为2^9=0.5K字，指令可寻址范围为整个主存空间2^16=64K字。
(3) 若采用页面寻址方式，将增加一位Z/C标志，所有指令直接寻址范围仍为2^9=0.5K字，指令寻址范围仍为2^16=64K字。
(4) 采用(2)(3)两种方式结合，将需要@和Z/C两个标志位，所有指令直接寻址范围为2^8=0.25K字，指令的可寻址范围仍为2^16=64K字。
8、已知某小型机字长为16位，其双操作数指令的格式如下：
其中：OP 为操作码，R 为通用寄存器地址。
试说明下列各种情况下能访问的最大主存区域有多少机器字？
(1)A 为立即数。
(2)A 为直接主存单元地址。
(3)A 为间接地址（非多重间址）。
(4)A 为变址寻址的形式地址，假定变址寄存器为R1（字长为16位）。
解：(1) 1个机器字。
(2)256个机器字。
(4)65536个机器字。
(5)65536个机器字。
9、设机器数字长为16位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。
设机器数采用1位符号位，答案均采用十进制数表示。
(1)无符号数。
(2)原码表示的定点小数。
(3)补码表示的定点小数。
(4)补码表示的定点整数。
(5)原码表示的定点整数。
(6)浮点数的格式为阶码6位(含1位阶符)，尾数10位(含1位数符)。
分别写出正数和负数的表示范围。
(7)浮点数同(6)，机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。
10、
11、某8位微型计算机地址码为18位，若使用4K×4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问：（1）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为32K×8位，共需几个模块板？（3）每个模块板内共有几片RAM芯片？（4）共有多少片RAM? (5) CPU如何选择各模块板？
答：（1）地址码为18位的8位机的最大主存空间是256K×8位。
（2）共需8个模块板。
（3）每个模块板内有16片RAM 芯片。
（4）共有128片RAM。
（5）A0~A11作为4K×4位RAM芯片本身的地址线；A12~A14作为模块板内的片选地址。
采用3—8译码器，共8个输出，每个输出选择2片RAM芯片；A15~A17作为模块板的地址。
采用3-8译码器，其每个输出分别选择8个模块板中的某一块。
12、设CPU共有16根地址线、8根数据线，并用MREQ作访存控制信号，R/W作读写命令信号。
现有8片8KX8位的RAM芯片与CPU相连。
