计算机导论-第一次

第一章

一、选择题

8.

二、简答题

2. 计算机的发展阶段？
一共有四个发展阶段：

• 第一个发展阶段是电子管计算机的时代，在1946年到1956年。1946年第zhuan一台电子计算机问世美国shu宾西法尼亚大学，它由冯·诺依曼设计的.占地170平方 ，150KW.运算速度慢还没有人快，是计算机发展历史上的一个里程碑。
• 第二个发展阶段是晶体管的计算机时代，在1956年到1964年
• 第三个发展阶段是集成电路与大规模集成电路的计算机时代，在1964年到1970年。
• 第四个发展阶段是超大规模集成电路的计算机时代，是1970年至今。
  5. 计算机娱乐方式：
  电影 游戏 音乐 个人喜好而定的数码编程 新闻生活动态 漫画 论坛
  7.计算机硬件系统的五大部分：
  计算机硬件系统五大部件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
  （1）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。
  是协调指挥计算机各部件工作的元件，其功能是从内存中依次取出命令，产生控制信号，向其他部件发出指令，指挥整个运算过程。
  （2）运算器
  运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit简称ALU），是进行算术、逻辑运算的部件。运算器的主要作用是执行各种算术运算和逻辑运算，对数据进行加工处理。控制器、运算器和寄存器等组成硬件系统的核心----中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU）。
  （3）存储器
  存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。
  （4）输入设备
  输入设备是是重要的人机接口，用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制存入到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。
  （5）输出设备
  输出设备是输出计算机处理结果的设备，用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
  9. 控制器的主要功能是什么？
  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。是协调指挥计算机各部件工作的元件，其功能是从内存中依次取出命令，产生控制信号，向其他部件发出指令，指挥整个运算过程。
  10. 简述CPU和主机的概念：
  中央处理器（Central Processing Unit，简写为CPU）的结构，CPU是决定电脑bai性能的核心部件。CPU即中央处理单元，是英文Central Processing Unit的缩写，是整个系统的核心，也是整个系统最高的执行单位。它负责整个系统指令的执行，数学与逻辑的运算，数据的存储与传送，以及对内对外输入与输出的控制。
  主机就是一个铁箱安装一个电源盒供电，用一块主板作载体，在主板上插上CPU，内存条，显卡，再连一个硬盘。就是一个简单的主机了。它的输入设备一般就是键盘鼠标，输出设备一般就是显示器。
  13简述计算机系统的主要技术指标
  （1）字长：字长是CPU能够直接处理的二进制数据位数，它直接关系bai到计算机的计算精度、功能和速度。字长越长处理能力就越强。常见的微机字长有8位、16位和32位。
  （2）运算速度：运算速度是指计算机每秒中所能执行的指令条数，一般用MIPS为单位。
  （3）主频：主频是指计算机的时钟频率，单位用MHz表示。
  （4）内存储器的容量：内存储器是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存的性能指标主要包括存储容量和存取速度。
  （5）外设配置:外设是指计算机的输入/输出设备。
  （6）CPU主频：CPU是决定笔记本电脑的性能的最主要因素，计算机运算速度是指计算机在每秒钟所能执行的指令条数，即中央处理器在单位时间内平均运行的次数。
  15简述计算机的基本工作方式：
  计算机在运行时，先从内存中取出第一条 指令，通过控制器的 译码，按指令的要求，从 存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去。直至遇到停止指令。
  程序与数据一样存储，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。

第二章：计算机体系结构与组织

一、选择题

二、简答题

4.计算机有哪些特点：
（1）运算速度快 由于计算机采用了高速的电子器件和线路并利用先进的计算技术使得计算机可以有很高的运算速度，运算速度是指计算机每秒能执行多少条基本指令，常用单位是MIPS ，即每秒执行百万条指令。
（2）运算精度高 由于计算机内部采用浮点数表示方法，而且计算机的字长从8位、16位增加到32位甚至更长，从而使处理的结果具有很高的精度。
具有记忆能力 计算机内部的存储器具有记忆特性，存储器能够存储大量的信息。
（3）具有逻辑判断能力 由于采用了二进制计算机能够进行各种基本的逻辑判断并且根据判断的结果自动决定下一步该做什么有了这种能力计算机才能求解各种复杂的计算任务进行各种过程控制和完成各类数据处理任务。
（4）存储程序 由于计算机可以存储程序，从而使得计算机可以在程序的控制下自动地完成各种操作，而无须人工干预。
5.简述计算机软件系统的分类：

• 系统软件：bai直观地讲就du是操作系统和驱动程序zhi，如WINDOWS XP 2003
  ME、VISTA和主板驱动、dao显卡驱动等都zhuan系统软件范畴。
• 应用软件：直观地讲就是能够安装在操作系统上，达到个人工作、学习和游戏的软件，OFFICE QQ 游戏软件等都shu应用软件的范畴。
  6. 存储器的分类有哪些？
  a．按存储介质分类
  （1）半导体存储器用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器；特点：集成度高、容量大、体积小、存取速度快、功耗低、价格便宜、维护简单．主要分两大类：双极型存储器:TTL型和ECL型.金属氧化物半导体存储器(简称MOS存储器):静态MOS存储器和动态MOS存储器。
  （2）磁表面存储器用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，简称磁存储器。它包括磁盘存储器、磁带存储器等。特点：体积大、生产自动化程度低、存取速度慢，但存储容量比半导体存储器大得多且不易丢失。
  （3）激光存储器信息以刻痕的形式保存在盘面上，用激光束照射盘面，靠盘面的不同反射率来读出信息。光盘可分为只读型光盘（CD－ROM）、只写一次型光盘（WORM)和磁光盘（MOD）三种．
  b．按存取方式分类
  （1）随机存储器（RAM）：如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关，则这种存储器称为随机存储器（RAM）。RAM主要用来存放各种输入／输出的程序、数据、中间运算结果以及存放与外界交换的信息和做堆栈用。随机存储器主要充当高速缓冲存储器和主存储器。
  （2）串行访问存储器（SAS）：如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说，存取时间与存储单元的物理位置有关，则这种存储器称为串行访问存储器。串行存储器又可分为顺序存取存储器（SAM）和直接存取存储器（DAM）。顺序存取存储器是完全的串行访问存储器，如磁带，信息以顺序的方式从存储介质的始端开始写入（或读出）；直接存取存储器是部分串行访问存储器，如磁盘存储器，它介于顺序存取和随机存取之间。
  （3）只读存储器（ROM）：只读存储器是一种对其内容只能读不能写入的存储器，即预先一次写入的存储器。通常用来存放固定不变的信息。如经常用作微程序控制存储器。目前已有可重写的只读存储器。常见的有掩模ROM（MROM），可擦除可编程ROM（EPROM），电可擦除可编程ROM（EEPROM）.ROM的电路比RAM的简单、集成度高，成本低，且是一种非易失性存储器，计算机常把一些管理、监控程序、成熟的用户程序放在ROM中。
  c．按信息的可保存性分类
  非永久记忆的存储器：断电后信息就消失的存储器，如半导体读／写存储器RAM。
  永久性记忆的存储器：断电后仍能保存信息的存储器，如磁性材料做成的存储器以及半导体ROM．
  d.按在计算机系统中的作用分 根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。
  8.存储器的功能是什么？
  存储器是计算机实现记忆功能的一个重要组成部分。bai计算机的记忆是通过存储器对信息的存储来实现的。存储器用来保存计算机工作所必需的程序和数据。
  9. 存储器的主要指标是什么？
  存储容量：指该存储器的大小，体现所能存储数据的多少。
  存取时间：对该存储器读写的时间，时间越短，性能越好。在cpu执行指令时，需要多次对存储器读写，读写时间短可以提高cpu的性能。
  10. 简述多核的关键技术：
  与单核处理器相比，多核处理器在体系结构、软件、功耗和安全性设计等方面面临着巨大的挑战，但也蕴含着巨大的潜能。
  CMP和SMT一样，致力于发掘计算的粗粒度并行性。CMP可以看做是随着大规模集成电路技术的发展，在芯片容量足够大时，就可以将大规模并行处理机结构中的SMP（对称多处理机）或DSM（分布共享处理机）节点集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的线程或进程。在基于SMP结构的单芯片多处理机中，处理器之间通过片外Cache或者是片外的共享存储器来进行通信。而基于DSM结构的单芯片多处理器中，处理器间通过连接分布式存储器的片内高速交叉开关网络进行通信。由于SMP和DSM已经是非常成熟的技术了，CMP结构设计比较容易，只是后端设计和芯片制造工艺的要求较高而已。正因为这样，CMP成为了最先被应用于商用CPU的“未来”高性能处理器结构。
  虽然多核能利用集成度提高带来的诸多好处，让芯片的性能成倍地增加，但很明显的是原来系统级的一些问题便引入到了处理器内部。
  （1）核结构研究: 同构还是异构
  CMP的构成分成同构和异构两类，同构是指内部核的结构是相同的，而异构是指内部的核结构是不同的。为此，面对不同的应用研究核结构的实现对未来微处理器的性能至关重要。核本身的结构，关系到整个芯片的面积、功耗和性能。怎样继承和发展传统处理器的成果，直接影响多核的性能和实现周期。同时，根据Amdahl定理，程序的加速比决定于串行部分的性能，所以，从理论上来看似乎异构微处理器的结构具有更好的性能。
  核所用的指令系统对系统的实现也是很重要的，采用多核之间采用相同的指令系统还是不同的指令系统，能否运行操作系统等，也将是研究的内容之一。
  （2）程序执行模型
  多核处理器设计的首要问题是选择程序执行模型。程序执行模型的适用性决定多核处理器能否以最低的代价提供最高的性能。程序执行模型是编译器设计人员与系统实现人员之间的接口。编译器设计人员决定如何将一种高级语言程序按一种程序执行模型转换成一种目标机器语言程序; 系统实现人员则决定该程序执行模型在具体目标机器上的有效实现。当目标机器是多核体系结构时，产生的问题是: 多核体系结构如何支持重要的程序执行模型？是否有其他的程序执行模型更适于多核的体系结构？这些程序执行模型能多大程度上满足应用的需要并为用户所接受？
  （3）Cache设计: 多级Cache设计与一致性问题
  处理器和主存间的速度差距对CMP来说是个突出的矛盾，因此必须使用多级Cache来缓解。目前有共享一级Cache的CMP、共享二级Cache的CMP以及共享主存的CMP。通常，CMP采用共享二级Cache的CMP结构，即每个处理器核心拥有私有的一级Cache，且所有处理器核心共享二级Cache。
  Cache自身的体系结构设计也直接关系到系统整体性能。但是在CMP结构中，共享Cache或独有Cache孰优孰劣、需不需要在一块芯片上建立多级Cache，以及建立几级Cache等等，由于对整个芯片的尺寸、功耗、布局、性能以及运行效率等都有很大的影响，因而这些都是需要认真研究和探讨的问题。
  另一方面，多级Cache又引发一致性问题。采用何种Cache一致性模型和机制都将对CMP整体性能产生重要影响。在传统多处理器系统结构中广泛采用的Cache一致性模型有: 顺序一致性模型、弱一致性模型、释放一致性模型等。与之相关的Cache一致性机制主要有总线的侦听协议和基于目录的目录协议。目前的CMP系统大多采用基于总线的侦听协议。
  （4）核间通信技术
  CMP处理器的各CPU核心执行的程序之间有时需要进行数据共享与同步，因此其硬件结构必须支持核间通信。高效的通信机制是CMP处理器高性能的重要保障，目前比较主流的片上高效通信机制有两种，一种是基于总线共享的Cache结构，一种是基于片上的互连结构。
  总线共享Cache结构是指每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通过连接核心的总线进行通信。这种系统的优点是结构简单，通信速度高，缺点是基于总线的结构可扩展性较差。
  基于片上互连的结构是指每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一起。各个CPU核心间通过消息通信。这种结构的优点是可扩展性好，数据带宽有保证; 缺点是硬件结构复杂，且软件改动较大。
  也许这两者的竞争结果不是互相取代而是互相合作，例如在全局范围采用片上网络而局部采用总线方式，来达到性能与复杂性的平衡。
  （5）总线设计
  传统微处理器中，Cache不命中或访存事件都会对CPU的执行效率产生负面影响，而总线接口单元（BIU）的工作效率会决定此影响的程度。当多个CPU核心同时要求访问内存或多个CPU核心内私有Cache同时出现Cache不命中事件时，BIU对这多个访问请求的仲裁机制以及对外存储访问的转换机制的效率决定了CMP系统的整体性能。因此寻找高效的多端口总线接口单元（BIU）结构，将多核心对主存的单字访问转为更为高效的猝发（burst）访问; 同时寻找对CMP处理器整体效率最佳的一次Burst访问字的数量模型以及高效多端口BIU访问的仲裁机制将是CMP处理器研究的重要内容。
  （6）操作系统设计: 任务调度、中断处理、同步互斥
  对于多核CPU，优化操作系统任务调度算法是保证效率的关键。一般任务调度算法有全局队列调度和局部队列调度。前者是指操作系统维护一个全局的任务等待队列，当系统中有一个CPU核心空闲时，操作系统就从全局任务等待队列中选取就绪任务开始在此核心上执行。这种方法的优点是CPU核心利用率较高。后者是指操作系统为每个CPU内核维护一个局部的任务等待队列，当系统中有一个CPU内核空闲时，便从该核心的任务等待队列中选取恰当的任务执行，这种方法的优点是任务基本上无需在多个CPU核心间切换，有利于提高CPU核心局部Cache命中率。目前多数多核CPU操作系统采用的是基于全局队列的任务调度算法。
  多核的中断处理和单核有很大不同。多核的各处理器之间需要通过中断方式进行通信，所以多个处理器之间的本地中断控制器和负责仲裁各核之间中断分配的全局中断控制器也需要封装在芯片内部。
  另外,多核CPU是一个多任务系统。由于不同任务会竞争共享资源，因此需要系统提供同步与互斥机制。而传统的用于单核的解决机制并不能满足多核，需要利用硬件提供的“读－修改－写”的原子操作或其他同步互斥机制来保证。
  （7）低功耗设计
  半导体工艺的迅速发展使微处理器的集成度越来越高，同时处理器表面温度也变得越来越高并呈指数级增长，每三年处理器的功耗密度就能翻一番。目前，低功耗和热优化设计已经成为微处理器研究中的核心问题。CMP的多核心结构决定了其相关的功耗研究是一个至关重要的课题。
  低功耗设计是一个多层次问题，需要同时在操作系统级、算法级、结构级、电路级等多个层次上进行研究。每个层次的低功耗设计方法实现的效果不同——抽象层次越高，功耗和温度降低的效果越明显。
  （8）存储器墙
  为了使芯片内核充分地工作，最起码的要求是芯片能提供与芯片性能相匹配的存储器带宽，虽然内部Cache的容量能解决一些问题，但随着性能的进一步提高，必须有其他一些手段来提高存储器接口的带宽，如增加单个管脚带宽的DDR、DDR2、QDR、XDR等。同样，系统也必须有能提供高带宽的存储器。所以，芯片对封装的要求也越来越高，虽然封装的管脚数每年以20%的数目提升，但还不能完全解决问题，而且还带来了成本提高的问题，为此，怎样提供一个高带宽，低延迟的接口带宽，是必须解决的一个重要问题。
  （9） 可靠性及安全性设计
  随着技术革新的发展，处理器的应用渗透到现代社会的各个层面，但是在安全性方面却存在着很大的隐患。一方面，处理器结构自身的可靠性低下，由于超微细化与时钟设计的高速化、低电源电压化，设计上的安全系数越来越难以保证，故障的发生率逐渐走高。另一方面，来自第三方的恶意攻击越来越多，手段越来越先进，已成为具有普遍性的社会问题。现在，可靠性与安全性的提高在计算机体系结构研究领域备受注目。
  今后，CMP这类处理器芯片内有多个进程同时执行的结构将成为主流，再加上硬件复杂性、设计时的失误增加，使得处理器芯片内部也未必是安全的，因此，安全与可靠性设计任重而道远。
  12.什么是接口？它的主要功能是什么？
  接口是指同一计算机不同功能层之间的通信规则。
  计机常见的接口有并行接口和串行接口。
  串行接口：串行通信bai是数据的一种du传送方式，zhi在这种方式下数据是一位dao紧接一位在通信zhuan介质中进行传shu输的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行接口则是串行通信设备的接口，它的作用就是将外部设备与CPU之间联系起来，使它们能够通过串行传送方式互相传送和接收信息。
  并行接口：并行接口——是在多根数据线上，数据以字节或字为单位与输入／输出设备或控制对象传送信息的。与此相对的串行接口是在一根数据线上以1位数据位为单位与I/O设备或通信设备传送信息。实际应用中，凡是在CPU与外设之间同时需要两位以上信息传送时，主要采用并行接口，并行接口适用于近距离、高速度的场合；
  14. 什么是网络计算机？它有什么特点？
  20世纪90年代，Sun公司首席执行官Scott McNealy 曾提出了“网络计zhi算机”的概念。
  尽管这种概念i终没能在企业市场变成现实，但它很有可能以另一种形式出现在个人PC领域。之所以这样下结论，主要是由于无线宽带网络的飞速普及，包括先进的数字手机网。
  特点：无论是家庭PC用户，还是企业商务人员，都可以随时、随地获取所需资源。他们可以通过PDA在2500英里以外获取家中PC机上的数据.

讨论课题：

（1）首当其冲的就是对汉字的陌生化，比如说对与许多熟悉的字就在手边却有写不出来的时候
（2）人工智能将来会不会统治人类
（3）垃圾信息的传播bai
　　网络信息良莠不齐，经常上网获取那些零散和不系统的知识．利用网络给手机发送短信息已经成为当下网络一族的时尚。内容丰富的节日问候、脉脉情话、开心笑话以及开机画面往往让接受者心情愉快。然而围绕网络短信的兴起也出现不少问题，一些内容低俗不堪的网络短信和新的恶作剧方式随之产生。
（4）网络过于隐蔽
　　网络传播和以往媒体不同，具有很大的隐蔽性，传播者处于一个极端隐蔽的地位，而我们，根本无法找到是谁在这个庞大的网络系统中进行恶意传播，这无疑在很大程度上刺激了人们在网上恶意传播虚假信息的的欲望。从这一点上面来看，现在整个网络为虚假信息所充斥也就不足为怪了。这也就在很大程度上使网络传播的效果大打折扣，而且更为严重的是，现在网络上面充斥着许多色情、暴力的东西，而在许多地方，网络对未成年人是全开放的，没有丝毫保护意识，这样也就形成了许多家长反对小孩上网的局面，极端的不利于网络传播的健康发展，在很大程度上恶化了网络传播的人们心目中的形象。
（5）效率
　　全通道型的传播方式大大降低了传播效率，浪费时间
(6)对人性格产生负面影响
　　网络传播在向人们展示外面的五彩世界时，却将人们封锁的电脑的旁边，许多原来内向的人因为上网而变的开朗、外向，善于和人交际，但是也有不少的人沉迷于电脑的虚幻世界，对个人发展产生不利的影响
(7)沉溺网络
　　大多人上网的目的是为了聊天和玩游戏。而青少年的自控能力差，不知道如何取舍，漫无目的的聊天在时间上很难控制，游戏的兴趣持久性，很容易造成上网成瘾性，以致于荒废学业，性格也变得封闭，影响身体健康发展。