自考02384计算机原理考点.docx

自考02384计算机原理考点.docx

《自考02384计算机原理考点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自考02384计算机原理考点.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自考02384计算机原理考点

第1章计算机系统概论

电子计算机是一种可以自动、高速、精准地对各种信息进行解决和存储电子设备，从总体上可以分为两大类：

电子模仿计算机和电子数字计算机。

1．1计算机发展简史

[填空]计算机最初是作为一种计算工具而问世。

早在计算机问世之前，就有各种各样计算工具。

纵观计算工具发展历史，人类计算工具已经通过了算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机，正在向生物

计算、光计算、量子计算等方向摸索。

[单选、填空]ENIAC是个划时代创举，是世界上第一台电子数字计算机，成为当代数字计算机始祖。

1．2计算机系统

[单选、填空]一种完整计算机系统涉及硬件和软件两大某些。

硬件是指计算机所有器件或装置总称，它们是“看得见、摸得着"有形设备。

软件是相对硬件而言，是指在计算机硬件上运营各种程序以及关于文档资料，例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护

使用手册、程序流程图和阐明等，是无形东西。

’。

硬件是计算机系统物质基本，没有硬件对软件支持，软件功能就无从谈起，也就无法计算、解决某一

方面问题。

同样，软件是计算机系统灵魂，是硬件功能完善与扩充。

没有软件，计算机“仍是个“死"东

西，主线无法工作。

因而，计算机硬件与软件是互相渗入、互相依存、互相配合、互相增进关系，两者缺一

不可。

因此计算机系统性能好坏取决于软、硬件功能总和。

[简答]冯·诺依曼思想体制重要涉及：

（1）采用二进制数字代码形式表达各种信息。

（2）采用存储程序控制工作方式。

（3）计算机硬件由五大部件构成。

计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备构成，其构成框图如图1—1所示。

图中，空心箭头代表数据信号流向，实心箭头代表控制信号流向。

[填空]运算器是对信息进行运算和解决部件。

在计算机中运算有两类：

算术运算和逻辑运算。

运算器重要由算术逻辑运算部件（ALU）和用来暂存数据或存储运算成果一系列寄存器构成。

[单选、填空]普通，人们把运算器和控制器统称为中央解决机（CPU），而把CPU和内部存储器一起称为主机。

主机内存储器称为内部存储器或简称内存，位于主机之外存储器称为外部存储器或简称外存。

外存和输入、输出设备一起又统称为外部设备或简称外设。

[单选、填空]总线普通涉及数据总线、地址总线和控制总线

[简答]计算机系统层次构造如下：

（1）数字逻辑层。

最底层是由逻辑门构成逻辑电路，称为数字逻辑层。

（2）微程序设计层。

这是一种实在硬件层，它是机器硬件直接执行微指令。

如果某一种应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运营该应用程序。

对于非微程序控制计算机，此层合并人数字逻辑层。

（3）机器语言层。

又称为普通机器层，它是微程序解释机器指令系统。

（4）操作系统层。

它由操作系统程序实现，而操作系统由机器指令和广义指令构成。

所谓广义指令，是操

作系统定义和解释软件指令。

（5）汇编语言层。

它给程序员提供一种符号形式语言，以减少程序员运用机器语言编写程序复杂性。

这一层由汇编程序支持或执行。

（6）高档语言层。

这一层由各种高档语言编译程序支持。

高档语言层上运营程序是用比汇编语言更高档、更接近人类自然语言高档语言所编写。

高档语言程序员在这一级上不需要理解计算机硬件、编译及操作系统等内容。

1·3计算机系统技术指标

[填空、简答]计算机系统技术指标如下．

（1）字长是指计算机运算部件能同步解决二进制数据位数。

字长普通是字节整倍数：

它与计算机功能和用途有很大关系。

字长不但决定着寄存器、加法器、数据总线等部件位数，直接影响着硬件代价，并且还决定了计算机运算精度。

字长越长：

计算机运算精度就越高。

（2）内存容量。

一种内存所能存储所有信息量称为内存容量。

它可以以字长为单位来计算，也可以以字节为单位来计算。

在以字节为单位时，商定以8位二进制位为一种字节（Byte，缩写为B）。

（2）运算速度。

它是用每秒能执行指令条数来表达，单位普通用MIPS（每秒百万条指令）表达。

第2章数字逻辑基本

2．1逻辑代数与逻辑门

[简答]逻辑代数与普通代数区别如下：

逻辑代数和普通代数同样用字母代表变量，称为逻辑变量。

和普通代数不同是，逻辑变量取值只有两种：

”1”和”0”，这里”1"和”0”，不再像普通代数那样具备数值大小含义，而是表达所研究问题两个互相对立逻辑状态。

在逻辑关系中，最基本逻辑关系只有“与"、“或’’和“非"三种，因而逻辑代数中变量运算也只有“与"、

“或’’和“非”三种基本逻辑运算，而其她任何复杂逻辑运算都可以用这三种基本逻辑运算来实现。

1．逻辑“与"关系

若假设在表2—1中，用“1"表达开关闭合或灯亮，用“0"表达开关断开或灯灭，便可以得到反映开关状态与

灯亮/灭之间因果关系数学表达形式——逻辑真值表，简称真值表，如表2—2所示。

由表2-2可知，逻辑变量Y与逻辑变量A、B之间关系是：

只有当A与B都是“1”是，Y才为“1”；否则，Y为“0”。

这一关系用逻辑表达式表达为：

Y=A·B或Y=AB

式中，“·"表达逻辑变量A、B“与"运算，又称为逻辑乘。

逻辑与运算规律是：

0·0==00·1==01．0==01．1==1

2．逻辑“或"关系

其逻辑表达式表达为：

Y=A+B

式中，“+"表达逻辑变量A、B“或”运算，又称为逻辑加。

逻辑或运算规律是：

0+0=00+1=11+0=11+1=1

3．逻辑“非"关系

当决定一件事情条件不具备时，这件事情才会发生，这样逻辑关系称为逻辑“非’’关系。

非就是相反，就与否定。

当开关A闭合时，灯Y灭；而当开关A断开时，灯Y会亮。

因此对灯Y亮这一事件来说，开关A闭合是一种“非"逻辑关系。

其逻辑表达式表达为：

式中，字母A上方符号“一”表达逻辑变量A“非”或“反’’运算。

逻辑非运算规律是：

4．惯用复合逻辑运算

除了与、或、非这三种基本逻辑运算之外，经惯用到尚有基于这三种基本运算构成某些复合运算，它们是与非（先“与’’后“非’’）、或非（先“或”后“非”）、异或等运算。

与非、或非和异或运算逻辑表达式分别是：

5．逻辑代数运算法则

[计算]依照逻辑与、或、非三种运算法则，可推导出逻辑运算某些基本定律和法则，其中最惯用有如下几种：

（1）关于变量与常量关系

（2）重复律

（3）吸取率

（4）分派律

（5）互换律

（6）结合律

（7）反演律

=

2.2组合逻辑电路．

[单选、填空]普通数字系统逻辑电路可以分为两大类：

组合逻辑电路和时序逻辑电路。

组合逻辑电路是指电路输出状态只与当时输入状态关于，而与电路此前状态无关，即输出与输入关系具备即时性，不具备记忆功能。

2.3惯用时序电路

[单选、填空]逻辑电路中输出状态不但与当时输入状态关于，并且还与电路此前输入状态关于，这种逻辑电路称为时序逻辑电路。

因而，时序逻辑电路中必要要有可以储存信息记忆元件――触发器。

触发器也是构成各种复杂时序逻辑电路中基本部件。

[单选、填空]触发器种类诸多，准时钟控制方式来分，有电位触发、边沿触发、主从触发等方式触发器；按功能来分，有RS型、D型、JK型等触发器。

同一功能触发器可以由不同触发方式来实现，因而在选用触发器时必要考虑触发方式。

．

[单选、填空]计算机中许多部件都需要有可以暂时寄存数据部件，而寄存器就是这样部件，它具备接受信息、存储信息或传递信息功能。

寄存器重要由触发器和某些控制门构成。

由于一种触发器只能存储1位二进制信息，那么存储n位二进制信息寄存器就需要n个触发器来构成。

[简答]74LS175详细逻辑功能如下：

（1）异步清零。

当MR=0时，寄存器处在异步清零工作方式。

这时，不论其她输人端状态如何（涉及时钟信号CLK），寄存器Q3～Q0被直接清零。

由于清零不受时钟信号CLK控制，因而称为异步清零。

（2）同步并行置数。

当MR=1时，在CLK上升沿作用下，数据输人端D3～D0数据将被分别置人Q3～Q0。

由于置数操作要与CLK上升沿同步，且D3～D0数据同步置人寄存器，因此称为同步并行置数。

（3）保持功能。

当MR=1时，在CLK上升沿以外时间，寄存器内容保持不变，即各个输出端状态与输人数据无关。

[填空]移位寄存器不但可以存储数据，并且具备移位功能。

按照数据移动方向，可分为单向移位和双

向移位两大类。

[填空、简答]计算器分类重要有下面几种：

（1）按构成计数器触发器翻转顺序分类，可分为异步计数器和同步计数器。

．当计数脉冲CLK输入时，所有触发器同步都翻转计数器称为同步计数器；当计数脉冲CLK输人时，各级触发器不同步翻转计数器称为异步计数器。

（2）按计数过程中计数器中数字增减来分类，可分加法计数器、减法计数器和可逆计数器（加减计数器）。

（3）按计数器中数字编码方式来分类，可分为二进制计数器和十进制计数器。

第3章计算机中信息表达

[填空]在计算机中，信息分为两大类：

数据信息和控制（指令）信息。

数据信息泛指计算机解决对象，它们又可分为数值型数据和非数值型数据。

（如文字、声音、图像等）；控制信息就是控制计算机工作信息，计算机执行指令时，用指令产生各种操作命令控制关于操作，因此指令序列属于控制信息。

3.1数值型数据表达

[填空]所谓进位计数制，就是人们运用数字符号来计数办法。

凡是用数字符号排列，按由低位向高位进位计数办法叫做进位计数制，简称计数制或进位制。

进位计数制有诸各种，计算机科学中惯用是二进制、十进制、十六进制。

[填空]一种数无论采用何种进位制表达，都包括两个基本要素：

基数和位权。

（1）基数

任何一种计数制容许选用基本数字符号个数叫做基数。

例如，十进制中有0~9共十个符号，基数为10；二进制中只有0和1共两个符号，基数为2。

（2）位权

一种数字符号所示数值等于该数字乘以一种与它所在数位关于常数，这个常数叫做“位权”，简称“权”。

位权大小是指以基数为底，数字符写所在位置序号为指数整多次幂。

[简答]二进制数与其她数制相比，具备如下某些特点：

（1）容易实现。

（2）工作可靠。

（3）运算简朴。

（4）便于逻辑运算与逻辑设计。

[计算]无符号数是指整个机器字长，所有二进制位均表达数值位（没有符号位），相称于数绝对值。

对于机器字长为，n位无符号数表达范畴是

，此时二进制最高位也是数值位，其权值等于2—1。

若字长为8位，则数表达范畴为0~255。

带符号数正号“＋”或负号“－”，计算机是无法辨认，因而在计算机中需要把数正、负符号数码化。

普通用数最高位表达数正负，普通商定“0”表达正号，“1”表达负号。

[计算]十进制使用数字符号为0~9共10个符号，各位权是以10为底幂；二进制使用数字符号为0和1，各位权是以2为底幂。

十六进制使用数字0、1、……、9，以及英文字母A、B、C、D、E、F，共16个

符号，其中，A、B、C、D、E、F分别代表十进制数中10、11、。

12、13、14、15，各位权是以16为底幂。

（1）十进制数转换为二进制数

整数用“除2取余”，小数用“乘2取整’’办法。

例如：

（2）十六进制数转换为二进制数

无论是十六进制整数某些或小数某些，只要把每一位十六进制数用等值四位二进制数代替即可。

例如：

（3）二进制数转换为十六进制数

整数某些由小数点向左每四位一组，小数某些由小数点向右每四位一组，局限性四位补0，然后用四位二进制数等值十六进制数代替即可。

例如：

[计算]一种数在计算机内表达形式称为机器数，这个数自身值称为该机器数真值。

将真值转换为计算机硬件可以直接辨认、解决机器数时，依照其数值某些编码办法不同，相应机器数又有三种不同编码：

原码、反码、补码。

（1）原码表达法

原码表达法是一种最简朴机器数表达法，其最高位为符号位，符号位为“0’’表达正数，符号位为“1”表达负数。

数值位某些与真值相似。

例如：

真值“0”在原码中有两种表达形式，即：

对于8位原码表达数值范畴是＋127～－127，

（2）反码表达法

对于正数，反码与原码相似；对于负数，除符号位仍为“1”外，别的各数值位是“按位取反”。

例如：

反码“0”也有两种表达形式，即：

。

对于8位反码表达数值范畴为＋127～－127，

（3）补码表达法

其中，模

，n为计量装置位数（字长）。

对于正数，与反码同样，正数补码与原码相似；对于负数，除符号位仍为“1”外，别的各数值位“按位取反，末位加1”。

例如：

补码“0”只有一种表达形式：

对于8位补码表达数值范畴为＋127～－128，

[计算]普通在编程时用真值来表达数值，通过编译、解释后转换成用原码或补码表达机器数。

因而，在计算机中需要将真值或原码形式表达数据转换为补码形式，以便于机器对其进行运算。

下面先从原码形式入手来求补码。

当X为正数时，

当X为负数时，

等于把

除去符号位外各位求反后再末位加“1”。

当X为负数时，已知

，也可通过对其除符号位外各位求反后再末位加“1"求

当X为负数时，由

转换为

另一种更有效办法是：

自低位向高位，尾数第一种“1"及其右部“0”保持不变，左部各位取反，符号位保持不变。

这种办法避免了加“1”运算，它是实际求补电路逻辑实现根据。

例如：

也可以直接由真值X转换为

，其办法更简朴：

数值位自低位向高位，尾数第一种“1”及其右部“0”保持不变，左部各位取反，负号用“1”表达。

注意，X必要是负数。

例如：

X=－0001010

[计算]计算机中普通数据有两种表达格式：

定点表达与浮点表达。

所谓定点与浮点，是指数中小数点位置是固定还是浮动。

（1）定点表达

定点表达分为定点小数和定点整数。

假设字长是n＋1位，则定点小数原码表达范畴是：

，定点小数补码表达范畴是：

，定点整数原码表达范畴是：

，定点整数

补码表达范畴是：

（2）浮点表达

一种浮点数N由阶码E和尾码M两某些构成。

任意一种二进制数据N都可以表达为：

，其

中M是尾数，E是阶码，而基数2隐含。

例如：

（阶码，尾数）

对于二制数据N来说：

当阶码E=0，若尾数M为纯小数，则数据N为定点小数。

当阶码E=0，若尾数M为纯整数，则数据N位定点整数。

当阶码E为住意整数，此时数据N为浮点数

[填空]BCD码编码形式可以有各种，其中最自然、最简朴一种形式是8421BCD码，即4位二进制数权从左往右分别为8、4、2、1。

3．2非数值型数据表达

[单选、填空]计算机中字符是用7位二进制编码来表达，并且经惯用一种字节来保存这个二进制数。

当前世界上最通用编码方案是ASCII。

在ASCII字符编码表中可以看到，一种字节中7位二进制数给出厂128个编码，表达128个不同字符。

[单选、填空]用计算机进行中文信息解决，必要将中文代码化，即对中文进行编码，称为中文输人码。

中文编码有输入码、内码、字形码三种形式，

（1）中文输入码。

编码方案重要分为三大类：

数字编码、拼音码、字形编码。

数字编码惯用是国标区位码，用数字串输人一种中文；拼音码是以汉语拼为基本输入办法；字形编码是用中文形状来进行编码。

（2）中文内码。

同一种中文以不同输入方式进人计算机时，编码长度以及0、1组合顺序差别很大，在中文信息进一步存取、使用、交流时十分不以便，必要转换成长度一致且与中文唯一相应能在各种让算机系统

堕通用编码，满足这种规则编码称为中文内码。

3）中文字形码。

存储在计算机内在屏幕上显示或在打印机上输出时，需要懂得中文字形信息，中文内码并不能直接反映中文字形，而要采用专门字形码。

字形信息表达大体上有两类形式：

一类是用活字或文字版固体字形形式，另一类是点阵表达法或矢量表达法等形式，其中最基本也是大多数字形库采用，是以点阵形式存储中文字形编码办法。

[单选、填空]位图图像是由一种个离散点（像素点）二进制数字构成数字图像，需要通过采样和量化解决。

语音是一种模仿信号，和位图图像解决类似，必要通过采样、量化等模/数转换解决。

3.3数据校验码

计算机中惯用检错或纠错技术进行存储器读/写对的性或传播信息检查，这里仅简介检错码。

最简朴且应用广泛检错码是采用一位校验位

奇偶校验。

设

是一种n位字，偶校

验位C定义为：

即X中包括偶数个1时，才使C=0。

3.4指令信息表达

指令是批示计算机硬件执行某种操作命令。

CPU就是依照指令指挥和控制计算机各部件协调动作。

实现对信息加工和解决。

指令系统重要涉及指令格式、寻址方式、指令类型与指令功能等内容，这些都是必要熟悉和掌握核心问题。

1．指令格式

计算机能直接辨认和执行指令是用二进制编码表达机器指令。

指令格式就是指令用二进制代码表达构造形式，普通由若干个字段构成，重要涉及操作码和地址码字段。

一条机器指令基本格式如下：

操作码OP

地址码D

（1）操作码指明了计算机应讲行什么件质操作，如加、减、乘、除四则运算或数据传送、移位等操作。

（2）地址码指明了操作数据或数据存储地址。

依照指令码中提供操作数地址个数，又可以把指令格式分为：

零地址指令（又称为无操作数指令），一地址指令（又称为单操作数指令）、二地址指令（又称为双操作数指今）和三地址指令（又称为三操作数指令）等。

①零地址指令格式：

操作码OP

此类指令中只有操作码，没有操作数，例如空操作指令、停机指令等；也也许是有操作数，而该操作数被隐含地给出。

②一地址指令格式：

操作码OP

地址码D

一地址普通有两种状况：

这个操作数既是操作数地址，又是操作成果存储地址；指令中给出一种操作数，而另一种操作数被隐含在CPU某个寄存器中

③二地址指令格式：

操作码OP

地址码D1

地址码D2

此类指令指明参加操作两个操作数地址，分别为源地址D2地址和目地址D1。

指令功能是（D1）OP（D2）->D1。

在双操作指令中，从操作数物理位置来说，可分为三种类型：

寄存器——寄存器（RR）型指令。

操作数都放在CPU内寄存器中，因不需要访问存储器，因此机器执行速度快：

存储器——存储器（SS）型指令，操作数都放在存储器单元中，执行速度慢；寄存器一存储器（RS）型指令，执行速度介于上述两者之间。

④三地址指令格藏：

操作码OP

地址码D1

地址码D2

地址码D3

指令功能是（D2）OP（D3）→D1，该指令长处是操作结束后，D2、D3中内容均未被破坏；缺陷是增长了指令长度和存储空间，加大了取指令时间。

2.指令长度

每一条机器指令都是一串二进制代码，称为指令字。

在指令系统设计上浮现两种相反趋势：

一种是采用可变长指令字构造，让指令功能尽量丰富，称之为复杂指令系记录算机（ComplexInstructionSetCornputer，CISC）；另一种是采用定长指令字构造，只选用简朴、惯用指令，称之为精简指令系记录算机（ReducedInstructionSetComputer，RISC）。

3.寻址方式

指令中以什么方式提供操作数或操作数地址，称为寻址方式。

（1）及时寻地。

操作数跟在操作码背面，指令地址字段直接给出了操作数。

在取出该指令同步，也就取出了可以立虽然用操作数。

这样数称为及时数。

（2）寄存器寻址。

指令地址码字段给出某一种通用寄存器编码（地址），该寄存器中存储着操作数。

（3）直接寻址。

指令地址码字段直接给出是操作数有效地址EA。

用这个有效地址访问一次存储器，便可以从指定存储单元中获得操作数。

由于这样给出操作数地址是不能修改。

与程序自身所在位置无关，因此又叫做绝对寻址方式。

（4）寄存器间接寻址。

指令中地址码给出了某一通用寄存器编号，以该寄存器中内容为有效地址EA，用这个有效地址访问一次存储器，便可以从指定存储单元中获得操作数。

（5）存储器间接寻址。

这是一种与寄存器间接寻址类似间接寻址方式。

普通在指令格式中划出一位作为直接或间接寻址标志位I。

（6）变址寻址。

变址寻址就是把变址寄存器

内容（变址值）与指令中给出形式地址D相加，形成操作数有效地址EA，即EA=（

）＋D。

（7）相对寻址。

相对寻址方式是变址寻址特例。

它以程序计数器PC为变址器，与指令提供形式地址相加，从而得到有效地址EA。

有效地址与形式地址D和程序计数器PC器关系为：

EA=（PC）＋D。

（8）基址寻址。

当存储器容量较大、所需地址码长度不不大于字长时，由指令地址码字段直接给出地址就不能直接访问到存储器所有单元。

解决办法普通是把整个存储空间提成若干个段，段首地址存储在基址寄存器中，段内位移量由指令直接给出，存储器实际地址就等于基址寄存器内容（即段首地址）与段内位移量之和，这样通过修改基址寄存器内容就可以访问存储器任一单元。

4．指令类型及功能

计算机指令系统普通都包具有几十条到上百条指令，其类型也有诸各种，在此将按照指令类型分别简介各类指令基本功能。

（1）数据传送类指令

此类指令用于实现寄存器与寄存器、寄存器与存储

器单元以及两个存储器单元之间数据传送操作，涉及

通用数据传送指令和堆栈及堆栈操作指令。

（2）运算类指令

运算类指令涉及算术运算指令和逻辑运算指令。

算术运算指令普通都设有二进制数加、减、乘、除、比较和求补等最基本指令；逻辑运算指令指与、或、非、异或和测试等。

（3）移位操作指令

移位操作指令分为算术移位、逻辑移位和循环移位三种，可以实现对操作数左移或右移一位或若干位。

1算术移位对象是带符号数，左移时、末位补0；右移时，必要保持操作数符号不变。

当左移一位时，如不产生溢出，则数值乘2；而右移一位时，如不考虑因移出舍去末位尾数，则数值除2。

2逻辑移位操作是无符号数。

算术移位与逻辑移位重要差别在于右移时，填人最高位数据不同。

算术右移保持最高位（符号位）不变，而逻辑右移最高位补零。

③循环移位又分为小循环（自身循环）与大循环（带进位循环），重要用于实现循环式控制、高低字节互换等。

5．字符串解决指令

字符串解决指今是一种非数解决指今。

一船涉及字符串传送、字符串转换、字符串比较、字符串查找、字符串匹配、字符串抽取和替代。

6．输入/输出指令（I/0）

I/0指令重要用来实现CPU与外部设备之间信息互换、涉及输入/输出数据、CPU向外设发控制命令或外设向CPU报告工作状态等。

7．程序控制指令

程序控制类指令用于控制程序执行顺序，并使程序具备测试、分析和判断能力。

它重要涉及转移指令、子程序调用和返回指令等。

（1）转移指令用来变化程序执行顺序，可以分为无条件转移指令和条件转移指令全两种。

（2）子程序是一组可以公用指令序列，只要懂得子程序入口地址就能调用它。

普通把某些需要重复使用并能独立完毕某种特定功能程序单独编成子程序，在需要时由主程序调用，这样做既简化了程序设计，又节约了存储空间。

（3）从子程序转向主程序指令称为返回指令。

8．其她指令

其她指令重要涉及特权指全、陷阱与陷阱指令。

陷阱事实上是一种意外事故中断，中断目不是为了祈求CPU正常解决，而是为了告知CPU所浮现故障，并依照故障转入相应故障解决程序。

[填空、简答]堆栈是由若干个持续存储单元构成先进后出（FILO）存储区，第一种送