$number{01}吉林大學2015級計算機組成原理期末復習題目四目錄計算機系統概述數字邏輯基礎計算機中的數據表示運算方法和運算器指令系統中央處理器01計算機系統概述123計算機系統的基本組成操作系統是計算機系統的核心軟件，負責管理和控制硬件和軟件資源。硬件系統包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設備等，是計算機的物理實體。軟件系統包括系統軟件和應用軟件，是計算機的程序和數據集合。第三代計算機第二代計算機第一代計算機計算機系統的發展歷程電子管計算機，出現于20世紀40年代，體積龐大、耗能高、可靠性差。集成電路計算機，出現于20世紀60年代，體積更小、速度更快、可靠性更高。晶體管計算機，出現于20世紀50年代，比電子管計算機體積小、速度快、可靠性高。運算速度存儲容量可靠性可維護性計算機系統的性能指標指計算機系統在規定的時間內和規定的條件下完成規定功能的能力，通常用平均無故障時間來表示。指計算機系統在運行過程中出現故障時能夠及時修復的能力，通常用平均修復時間來表示。指計算機執行指令和數據處理的速度，通常用每秒執行指令的條數來表示。指計算機存儲器能夠存儲的數據量，通常用存儲器容量的大小來表示。02數字邏輯基礎數制與編碼數制數制是計數的方法，常用的有二進制、十進制和十六進制。二進制由0和1組成，是計算機內部處理數據的進制。二進制編碼二進制編碼是指將二進制數轉換為十進制數的過程，常見的二進制編碼方式有原碼、反碼和補碼。邏輯變量邏輯變量只有兩種狀態，即真（用1表示）和假（用0表示）。要點一要點二基本邏輯運算包括與（AND）、或（OR）、非（NOT）三種基本邏輯運算，以及異或（XOR）等復合邏輯運算。邏輯代數基礎非門電路與門電路或門電路邏輯門電路實現邏輯非運算的電路，對輸入信號進行反轉。實現與運算的電路，當所有輸入都為真時，輸出才為真。實現或運算的電路，當至少一個輸入為真時，輸出就為真。03計算機中的數據表示二進制、十進制、十六進制等。整數表示法定點數和浮點數表示法，以及IEEE754標準。實數表示法根據不同表示法，數值具有不同的精度和范圍。數值精度和范圍數值型數據的表示非數值型數據的表示字符編碼字符串圖像和音頻以字節為單位進行存儲和傳輸。通過特定編碼格式進行存儲和傳輸。ASCII碼、Unicode碼等。奇偶校驗通過增加一位校驗位，使得整個數據中1的個數為偶數（偶校驗）或奇數（奇校驗）。CRC校驗循環冗余校驗，利用多項式對數據進行校驗。MAC地址校驗用于網絡設備地址的校驗。數據校驗方法04運算方法和運算器0102030405定點數的表示和運算定點數的表示方法：二進制、十進制和十六進制。定點數的加法運算：規則和步驟。定點數的減法運算：規則和步驟。定點數的乘法運算：規則和步驟。定點數的除法運算：規則和步驟。0203040501浮點數的表示方法：IEEE754標準。浮點數的除法運算：規則和步驟。浮點數的加法運算：規則和步驟。浮點數的減法運算：規則和步驟。浮點數的乘法運算：規則和步驟。浮點數的表示和運算010203運算器的組成和設計運算器的基本組成：加法器、減法器、乘法器、除法器等。運算器的設計原則：高效、簡潔、可靠。運算器的設計流程：需求分析、設計、實現、測試等階段。05指令系統操作碼表示指令的操作類型，如加、減、乘、除等。地址碼表示操作數的地址，可以是寄存器、內存單元或立即數。修飾位用于表示指令的某些屬性，如是否為跳轉指令、是否為條件執行指令等。指令格式操作數直接存儲在指令中，如ADDR1,#10。立即尋址操作數存儲在寄存器中，如ADDR1,R2。寄存器尋址操作數存儲在內存單元中，如ADD[R1],R2。內存尋址010203尋址方式算術運算指令用于執行基本的算術運算，如ADD、SUB、MUL、DIV等。數據傳輸指令用于在寄存器、內存和輸入/輸出設備之間傳輸數據，如MOV、LOAD、STORE等。邏輯運算指令用于執行邏輯運算，如AND、OR、XOR等。控制指令用于控制程序的流程，如JMP、CALL、RET等。指令的分類與功能06中央處理器CPU是計算機的核心部件，負責執行程序中的指令，控制計算機的各個部分協調工作，完成輸入/輸出、數據處理、存儲器訪問等操作。功能CPU主要由運算器和控制器組成，運算器負責進行算術運算和邏輯運算，控制器負責協調各個部件的工作，包括指令的取指、譯碼、執行和回寫等操作。組成CPU的功能和組成CPU的設計涉及到多個方面，如指令集設計、微架構設計、電路設計等。指令集設計決定了CPU能執行哪些操作，微架構設計決定了CPU如何執行指令，電路設計則涉及到具體實現。設計CPU的實現可以采用不同的技術，如CMOS、BiCMOS、GaAs等。不同的技術有不同的優缺點，如CMOS功耗低、穩定性高，但集成度低、速度慢；GaAs速度快、抗干擾能力強，但成本高、穩定性差。實現CPU的設計和實現性能指標CPU的性能指標包括時鐘頻率、指令集、緩存大小和層次、功耗等。時鐘頻率決定了CPU執行指令的速度，指令集決定了CPU能執行哪些操作，緩存大小和層次影響CPU訪問內存的速度，功耗則決定了CPU的能耗和散熱要求