【计算机组成原理】第一章知识点+习题总结

参考教材：机械工业出版社《计算机组成原理》

一.知识点总结

1.计算机五大特性：快速性、准确性、逻辑性、记忆性、通用性

2.计算机分类：
（1）电子数字计算机&电子模拟计算机
（2）专用机&通用机（单片机、微型机、巨型机）

3.性能指标（速度、容量、性价比）
（1）字长：计算机内部一次可以处理的二进制数的位数
（2）主频：计算机中CPU的时钟频率
（3）CPU时间：CPU计算的时间，它不包括I/O等待时间
（4）CPI：执行每条指令所需的时钟周期数
（5）MIPS：每秒百万条指令，适于衡量标量机性能
（6）MFLOPS：每秒百万次浮点运算。比较适于衡量向量机性能
（7）吞吐量：单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量
（8）响应时间：用户发出请求或指令到系统做出反应的时间
（9）存储容量：字数乘以字长来表示主存储器的存储容量
（10）软硬件配置：指令系统的功能；外部设备的配备情况 等
（11）可靠性：计算机的可靠性一般用平均无故障运行时间来衡量
（12）性价比：性能与价格的比值

4.存储程序控制（重点）
（1）计算机系统由运算器、存储器、控制器、输入器和输出器五大基本部件组成
（2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据。
（3）编写好的程序和原始数据一起以二进制数形式存入主存储器中，叫做“存储程序”。
（4）经典冯诺依曼结构和现代冯诺依曼结构（实线为数据线，虚线为控制线或反馈线）
① 典型的冯·诺依曼计算机的特点是以运算器为中心。即输入设备在控制器控制之下，将 原始数据和计算步骤（程序）经运算器后送入存储器存放。而运算器处理后的结果又必须送 回存储器后，再由存储器经过运算器从输出设备输出。

②现代冯诺依曼计算机的特点是以存储器为中心，输入设备在控制器的控制下将原始数据和计算步骤（程序）输入存储器；控制器从存 储器读出计算步骤（指令的序列），控制运算器和存储器依次执行每一个计算步骤（指令）； 最后由控制器控制输出设备以各种方式从存储器输出计算结果。
（5）现代计算机组成
现代计算机可以认为由三部分组 成：CPU、I/O 设备及主存储器 MM（Main Memory）。其中 CPU 与 MM 合起来可称为主机，I/O 设备统称为外部设备。

5.计算机系统软件结构
（1）软件 = 程序 + 文档 = 研究 + 开发 + 维护 + 使用
（2）指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合叫做计算机的软件系统或程序系统。软件系统按其功能可分为系统程序和应用程序两大部分。

6.计算机系统的层次结构
第 0 级是固件级，由硬件直接执行微指令；
第 1 级是传统机器级，由硬件或微程序执行机器语言；
第 2 级是操作系统级，用机器语言解释操作系统语言；
第 3 级是汇编语言级，本级语言程序经编译程序翻译成机器语言或操作系统语言；
第 4 级是高级语言程序，高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言或中间语言程序；
下级对上级是透明的。

二.重点习题

1-1 冯·诺依曼结构的特点是什么？
答：典型的冯·诺依曼计算机的特点是以运算器为中心。即输入设备在控制器控制之下，将 原始数据和计算步骤（程序）经运算器后送入存储器存放。而运算器处理后的结果又必须送 回存储器后，再由存储器经过运算器从输出设备输出。

1-2 什么是“存储程序”思想？
答：计算机系统由运算器、存储器、控制器、输入器和输出器五大基本部件组成；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；编写好的程序和原始数据一起以二进制数形式存入主存储器中，叫做“存储程序”。

1-4 计算机系统可以分为哪几个层次？说明各层次特点及相互联系。
答：
第 0 级是固件级，由硬件直接执行微指令；
第 1 级是传统机器级，由硬件或微程序执行机器语言；
第 2 级是操作系统级，用机器语言解释操作系统语言；
第 3 级是汇编语言级，本级语言程序经编译程序翻译成机器语言或操作系统语言；
第 4 级是高级语言程序，高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言或中间语言程序；

1-6 解释 CPU 性能指标中的主频、CPI、MIPS、MFLOPS。
答：
主频：计算机中CPU的时钟频率
CPI：执行每条指令所需的时钟周期数
MIPS：每秒百万条指令
MFLOPS：每秒百万次浮点运算