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《计算机组成与结构》实验指导（学生用书）1.实验硬件环境简介2.运算器原理实验3.存储器工作原理实验4.简单模型机的设计与实现实验硬件环境简介一．系统构成TDN-CN计算机组成原理实验箱由八个功能模块单元构成，各功能模块的名称及包含的主要器件如表1-1所示。
表1-1TDN-CM系统构成电路名称主要电路内容运算器单元(ALUUNIT) 运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、通道内部总线程序存储器单元(PRAMUNIT)RAM6116、地址寄存器、地址移位寄存器微控器单元(MCROCONTROLLERUNIT) 指令寄存器、指令译码器、微代码控制寄存器及其编程器、逻辅译码单元、时序电路逻辑信号测量单元两路逻辑信号PC示波器12131313131单片机控制单元（PC UNIT)控制单片机、RS-232C串口等I/O单元开关、显示灯、控制台(读写、启动、停机〉电源采用高效开关电源、输出为5V/2A、±12V/02A 系统操作器(选件〉24键键盘和8位LED显示、打印机接口二．系统主要元件配置系统中各主要功能单元所采用的器件如表1-2所示表1-2 实验板的主要元件配置名称器件型号数量运算器74LS181 2移位器74LS299 1通用寄存器74LS273 2 74LS274 3指令程序存储器SRAM6116 1 指令寄存器74LS273 1程序计数器74LS161 2时序发生器74LS175 1 74LS74 1启停控制器拨动开关 2微动开关 2 微程序控制存储器E2PROM2816 3微指令寄存器74LS273 2 74LS175 1微地址寄存器74LS74 3 编辑运行方式开三态开关 1信号源555 1 74LS123 1 电位器 2显示灯发光二极管8 机内电源|5V、±12V输出8 单片机89C51 1串行通讯接口MC1488 1 MC1489 1 9针插座 1实验用元件排线若干三．系统单元电路简介1．运算器单元（ALU UNIT）运算器电路单元由两部分组成：运算器单元（ALU UNIT）和寄存器堆单元（REG UNIT），运算器运算器电路单元位于实验板的左部，其中标有“ALU UNIT”。
计算机的基本组成计算机是一种电子设备，它的功能包括存储、处理和传输信息。
为了更好地理解和使用计算机，我们需要了解它的基本组成。
1、硬件系统计算机的硬件系统是它的物理部分，包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和硬盘）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）和总线（用于连接各个部件）。
中央处理器是计算机的“大脑”，负责执行程序中的指令并处理数据。
存储器分为内存和硬盘。
内存包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储运行中的程序和数据，ROM用于存储固件和操作系统。
硬盘是用于长期存储数据的外部存储器。
输入/输出设备允许用户与计算机交互。
键盘和鼠标是最常见的输入设备，而显示器和打印机是最常见的输出设备。
总线是用于连接各个部件的通信通道。
2、软件系统计算机的软件系统是它的程序部分，包括系统软件和应用软件。
系统软件包括操作系统、编译器和数据库管理系统等，它们为应用程序提供了一个运行环境。
应用软件是为特定任务设计的程序，例如办公软件、图像处理软件和游戏等。
3、网络系统现代计算机通常通过互联网与其他计算机连接，形成一个网络。
网络系统包括硬件（如路由器和调制解调器）和软件（如浏览器和电子邮件客户端），这些部件可以帮助用户连接到其他计算机并共享资源。
计算机的基本组成包括硬件系统、软件系统和网络系统。
这些组件协同工作，使计算机成为一种强大的信息处理工具，可以满足我们的工作、学习和娱乐需求。
计算机系统的基本组成计算机系统是一种复杂的电子系统，它由多个不同的部分组成，这些部分协同工作，使计算机能够执行各种任务。
以下是计算机系统的基本组成：1、硬件系统硬件系统是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU），内存，硬盘，显卡，声卡，网卡，电源，主板，显示器，键盘，鼠标等。
这些硬件组件通过各种接口和线路连接在一起，形成一个完整的计算机系统。
中央处理器（CPU）是计算机系统的核心，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。
组成原理与计算机体系结构计算机是一个非常复杂的系统，它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
那么，计算机是如何诞生的呢？它的组成原理又是什么呢？本文将为大家介绍计算机的组成原理和体系结构，希望能够帮助大家更好地理解计算机。
一、计算机的组成原理计算机是由许多不同的部件组成的，这些部件需要相互配合才能正常工作。
计算机的主要组成部分包括：中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、硬盘、输入设备和输出设备等。
下面将分别介绍这些部件。
1、中央处理器中央处理器是计算机的“大脑”，它负责处理所有的指令和数据。
中央处理器包括两个重要的部分：控制单元和算术逻辑单元。
控制单元的主要功能是从内存中取出指令并执行它们，而算术逻辑单元则是负责执行各种算数和逻辑运算。
2、随机存储器随机存储器是计算机的内存，它用于暂时存储数据和指令。
随机存储器的容量和速度非常重要，它们直接影响计算机的性能。
3、硬盘硬盘是计算机的主要存储设备，它用于长期存储数据和程序。
硬盘的容量随着技术的发展而不断增加，目前最大的硬盘容量已经达到数十TB。
4、输入设备和输出设备输入设备和输出设备也是计算机的主要组成部分。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、喇叭等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的接口，它描述了计算机的组成和运行方式。
计算机体系结构包含两个层次：指令集体系结构和微体系结构。
下面将分别介绍这两个层次。
1、指令集体系结构指令集体系结构是计算机处理器和编译器之间的接口。
它定义了计算机所支持的指令集以及这些指令的语法和语义。
指令集体系结构包含许多方面，比如地址模式、数据类型、寄存器、中断和异常等。
2、微体系结构微体系结构是计算机处理器内部的设计，它描述了如何实现指令集体系结构。
微体系结构包括处理器中的电路、指令流水线、分支预测、缓存和总线等。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展经历了几个重要的阶段。
第1章计算机系统概论1.1计算机的诞生和发展
1.2计算机的硬件
1. 计算机中执行的程序
2. 计算机硬件的组成
图1.1以总线连接的计算机框图
3. 计算机系统的分类
1.3计算机的软件
图1.2计算机系统的多级层次结构
1.4计算机网络基础
1. 计算机网络基础知识
图1.3载波调幅信号
2. 网络协议（ISO/OSI基本参考模型、TCP/IP协议）
习题
1.1说明高级语言、汇编语言和机器语言三者的差别和联系。
1.2计算机硬件由哪几部分组成?各部分的作用是什么?各部分之间是怎样联系的?
1.3计算机系统可分为哪几个层次?说明各层次的特点及其相互联系。
1.4操作系统的作用是什么?
1.5如何划分计算机发展的5个阶段(第一代～第五代)?当前广泛应用的计算机主要采取哪一代的技术?
1.6列出通用机、小型机和微型机等计算机的典型机种以及这些计算机的主要应用范围。
1.7早期的主机系统的主要特点是什么？
1.8计算机能够普及应用的主要原因是什么?
1.9冯·诺依曼型计算机的结构特点是什么?
1.10试用机器语言编写求5个数平均值的程序(自定指令系统)。
1.11SISD、SIMD和MIMD计算机系统的主要差别是什么？
1.12什么是局域网、广域网和互联网？试解释IP地址。
1.13请解释网络中传输信息的两种方式: 基带传输和宽带传输。
1.14请说明制订标准（或协议）对计算机和网络的重要性。
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容，供参考，感谢您的配合和支持）。
第一章：计算机系统概论第一章：计算机系统概论1、请指出机器语言、汇编语言和高级语言的区别与联系。
机器语言是由一些二进制代码表示的指令所组成的。
不同的CPU，其指令系统不同，因而由不同的CPU所构成的计算机系统，其机器语言也是不同的。
汇编语言是采用了助记符来代替二进制代码而产生的。
高级语言是一种语义上与自然语言接近，又能被计算机接受的语言。
2、请说明计算机系统的“结构”、“组成”和“实现”。
计算机系统结构：指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性即外特性。
计算机组成：是系统结构的逻辑实现。
计算机的实现：指计算机逻辑设计之后的物理实现。
3、冯.诺依曼结构有哪些特点？诺依曼结构有哪些特点？一般认为，冯.诺依曼计算机具有以下基本特点：①计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备构成。
②程序预先存放在存储器中，计算机工作时能自动高速地从存储器中取出指令和数据加以执行。
数据采用二进制码表示。
③数据采用二进制码表示。
④指令由操作码和操作数组成。
⑤指令按执行的顺序存放在存储器中，由程序指针PC指明要执行的指令所在的位置。
⑥以运算器为中心，I/O设备和存储器之间的数据传送都通过运算器。
4、冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是_B__。
A 多指令流单数据流多指令流单数据流B 按地址访问并顺序执行指令C 堆栈操作堆栈操作D 存贮器按内容选择地址存贮器按内容选择地址5、“解释程序”与“编译程序”的区别在哪里？“编译程序”：先将用户程序翻译成机器语言程序（形成目标程序），然后执行。
“解释程序”：是边翻译边执行。
（不形成目标程序）6、计算机硬件由哪些部分组成？计算机的硬件系统：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
此题可能改为：计算机系统由哪些部分组成？或计算机软件有哪些组成部分？计算机系统：包括硬件系统和软件系统计算机软件：包括系统软件和应用软件7、完整的计算机系统应包括__D__。
计算机系统结构与组成了解计算机的层次结构和各个组成部分的功能与相互关系计算机系统结构与组成：了解计算机的层次结构和各个组成部分的功能与相互关系计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，它们共同实现计算、控制、存储和输入/输出等功能。
在这个系统中，计算机的层次结构和各个组成部分具有紧密的功能联系和相互依赖关系，下面将介绍计算机系统结构的层次和各个组成部分的功能。
一、计算机系统结构的层次计算机系统结构可以划分为五个层次：硬件层、微程序层、指令系统层、操作系统层和应用层。
1. 硬件层：硬件层包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，它们是计算机系统的基本组成部分，负责数据的处理和信息的存储。
2. 微程序层：微程序层主要包括微操作和微指令，它们是控制中央处理器工作的关键，通过微指令的执行来完成指令的解码和执行操作。
3. 指令系统层：指令系统层包括指令格式、寻址方式、指令集等，它规定了计算机的指令集和指令执行的方式，为高级语言提供了底层支持。
调计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机系统之间的接口，为应用程序提供服务。
5. 应用层：应用层是计算机系统的最上层，包括各种应用软件（如文字处理、电子表格、数据库等），它们通过操作系统层来实现与底层硬件的交互。
二、计算机系统各部分的功能与相互关系1. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心，它负责进行算术逻辑运算、控制计算机的工作流程和解释执行指令等。
CPU由运算器和控制器组成，其中运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责指令的解码和执行。
2. 存储器：存储器用于存储数据和程序，包括主存储器（例如RAM）和辅助存储器（例如硬盘、光盘等）。
主存储器是CPU直接访问的存储空间，而辅助存储器用于长期存储和备份数据。
3. 输入输出设备：输入设备用于将外部数据输入到计算机系统中，如键盘、鼠标等；输出设备则用于将计算机处理的结果输出到外部，如显示器、打印机等。
输入输出设备与计算机系统通过接口进行数据传输和控制操作。
计算机组成与结构第1章计算机系统概论在当今数字化的时代，计算机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的通信交流到复杂的科学研究，从娱乐消遣到工业生产，计算机的身影无处不在。
要深入理解计算机是如何工作的，以及如何更好地利用它，我们首先需要了解计算机系统的组成与结构。
计算机系统可以看作是一个由多个部分协同工作的复杂整体。
它就像是一个高效运转的工厂，每个部件都有其特定的功能和职责。
首先，让我们来谈谈计算机的硬件部分。
硬件是计算机系统的物理基础，包括中央处理器（CPU）、内存、输入设备、输出设备和存储设备等。
中央处理器，也就是 CPU，是计算机的“大脑”。
它负责执行计算机程序中的指令，进行算术运算和逻辑判断。
想象一下，CPU 就像是工厂里的指挥中心，决定着生产的流程和节奏。
内存则是计算机的“临时工作区”，用于存储正在运行的程序和数据。
它的读写速度很快，但容量相对较小。
内存就像是工人手边的工作台，能够快速地获取和处理所需的工具和材料。
输入设备允许我们向计算机提供信息，比如键盘、鼠标、扫描仪等。
它们就像是工厂的原材料入口，将各种信息输入到计算机系统中。
输出设备则负责将计算机处理后的结果展示给我们，例如显示器、打印机、扬声器等。
可以把输出设备想象成工厂的成品出口，将生产出来的产品展示给外界。
存储设备用于长期保存数据和程序，包括硬盘、光盘、U盘等。
存储设备就像是工厂的仓库，能够大量且长期地存储各种物品。
接下来，我们再看看计算机的软件部分。
软件是计算机系统的灵魂，它指挥着硬件完成各种任务。
软件可以分为系统软件和应用软件两大类。
系统软件是管理和控制计算机硬件与软件资源的程序，比如操作系统、编译器、驱动程序等。
操作系统就像是工厂的管理层，负责协调各个部门的工作，确保整个工厂的高效运转。
应用软件则是为了满足用户的特定需求而开发的程序，例如办公软件、游戏软件、图像处理软件等。
应用软件就像是工厂里的各种生产线，专门生产特定类型的产品。
第一章：概述一、选择题1．完好的计算机系统应包括__ ___。
A. 运算器、存储器、控制器B. 外部设备和主机C. 主机和实用程序D. 配套的硬件设备和软件系统2．至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是_ __。
A. 节约元件B. 运算速度快C. 物理器件的性能决定D. 信息处理方便3．从系统构造看，至今绝大多数计算机仍属于__ __型计算机。
A. 并行B. 冯.诺依曼C. 智能D. 实时处理4．计算机外围设备是指__ ___。
A. 输入/输出设备B. 外存储器C. 远程通讯设备D. 除CPU和内存以外的其他设备5．在微型机系统中，外围设备通过___ ___与主板的系统总线相连接。
A. 适配器B. 译码器C. 计数器D. 存放器6．冯·诺依曼机工作的根本方式的特点是__ ____。
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. 存贮器按内容选择地址7．微型计算机的开展一般是以_____技术为标志。
A. 操作系统B. 微处理器C. 磁盘D. 软件8．以下选项中，___ ___不属于硬件。
A. CPUB. ASCIIC. 内存D. 电源9．对计算机的软、硬件进展管理是__ ____的功能。
A. 操作系统B. 数据库管理系统C. 语言处理程序D. 用户程序10．下面的四个表达中，只有一个是正确的，它是____。
A．系统软件就是买的软件，应用软件就是自己编写的软件B．外存上的信息可以直接进入CPU被处理C．用机器语言编写的程序可以由计算机直接执行，用高级语言编写的程序必须经过编译〔解释〕才能执行D．假如说一台计算机配置了FORTRAN语言，就是说它一开机就可以用FORTRAN 语言编写和执行程序答案：1.D 2C. 3.B. 4.D. 5.A. 6B 7.B 8. B 9. A 10. C二、判断题1．在微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化应属于科学计算应用方面。
计算机组成与结构课后习题及部分答案第1章计算机系统概述1.概述计算机发展经过了哪几代？2.计算机由那些部分组成？3.计算机有哪些分类方法4.计算机硬件系统的性能指标有哪些？5.冯诺依曼计算机的主要设计思想是什么？6.什么是机器字长？它对计算机性能有何影响？7.计算机的工作过程是怎样的？8.计算机的应用领域有哪些？9.从第三代计算机开始，C技术出现并得到发展A.电子管B.晶体管C.集成电路D. CPU10.冯诺依曼计算机中指令和数据都采用D表示。
A.十进制B.八进制C.十六进制D.二进制11.冯·诺依曼计算机工作的基本方式的特点是B。
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12.对于一个给定的程序，I N表示执行程序中的指令总数，t CPU表示执行该程序所需CPU时间，T为时钟周期，f为时钟频率(T的倒数)，Nc为CPU时钟周期数。
设CPI表示每条指令的平均时钟周期数，MIPS表示CPU每秒钟执行的百万条指令数，请写出如下四种参数的表达式：(1) t CPU(2) CPI (3) MIPS (4) Nc答：(1) t CPU=Nc×T(2) CPI=Nc/I N(3) MIPS=I N/ (t CPU×106) = I N/ (Nc×T×106)第2章数据的表示和运算1.在定点二进制运算器中，减法运算一般是通过D来实现。
A.原码运算的二进制减法器B.补码运算的二进制减法器C.原码运算的十进制加法器D.补码运算的二进制加法器2.假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是DA .11001011B .11010110 C.11000001 D.110010013.已知X为整数，且[X]补=10011011，则X的十进制数值是B。
A. +155B.-101C.-155D. +1014.在机器数 B C 中，零的表示是唯一的。
第1章计算机系统概论1.1计算机的诞生和发展
1.2计算机的硬件
1. 计算机中执行的程序
2. 计算机硬件的组成
图1.1以总线连接的计算机框图
3. 计算机系统的分类
1.3计算机的软件
图1.2计算机系统的多级层次结构
计算机组成与结构(第5版)
1.4计算机网络基础
1. 计算机网络基础知识
图1.3载波调幅信号
2. 网络协议（ISO/OSI基本参考模型、TCP/IP协议）
习题
1.1说明高级语言、汇编语言和机器语言三者的差别和联系。
1.2计算机硬件由哪几部分组成?各部分的作用是什么?各部分之间是怎样联系的?
1.3计算机系统可分为哪几个层次?说明各层次的特点及其相互联系。
1.4操作系统的作用是什么?
1.5如何划分计算机发展的5个阶段(第一代～第五代)?当前广泛应用的计算机主要采取哪一代的技术?
1.6列出通用机、小型机和微型机等计算机的典型机种以及这些计算机的主要应用范围。
1.7早期的主机系统的主要特点是什么？
1.8计算机能够普及应用的主要原因是什么?
1.9冯·诺依曼型计算机的结构特点是什么?
1.10试用机器语言编写求5个数平均值的程序(自定指令系统)。
1.11SISD、SIMD和MIMD计算机系统的主要差别是什么？
1.12什么是局域网、广域网和互联网？试解释IP地址。
1.13请解释网络中传输信息的两种方式: 基带传输和宽带传输。
1.14请说明制订标准（或协议）对计算机和网络的重要性。
