冯诺依曼机主要有哪些特点.docx

1、冯诺依曼机主要有哪些特点冯诺依曼机主要有哪些特点1( 冯.诺依曼机主要有哪些特点, 【答】冯?诺依曼机型主要有以下三个特征: 第一(采用二进制代码表示数据和指令 计算机中被处理的信息统称为数据。计算机的具体工作表现为执行程序，而程序是若干条指令的有序集合。在计算机中数据和指令都采用二进制代码表示，虽然它们在外形上并无差别，但它们各自约定的含义不同。 第二(采用存储程序的工作方式 诺依曼提出了将程序中 在分析处理ENIAC输入和更换程序特别繁冗后，冯?的指令与指令所处理的数据一起存入存储器中的思想。这个著名的存储程序的工作模式成为现代计算机工作基本机理。 第三(计算机的硬件系统由五大部分组成 计

2、算机的硬件(简称:硬件)是计算机系统中看得见，摸得着的物理实体。一个完整的计算机硬件系统由:输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备五大部分组成。运算器与控制器合称为中央处理器。(内)存储器和中央处理器合在一起称为主机。在计算机硬件系统中不属于主机的设备都属于外部设备，简称外设。输入/输出设备属于外设。 2( 计算机有哪些的性能指标, 【答】表示计算机硬件特性的主要性能指标有以下五个。 1 . 字长 在计算机中数据信息和控制信息都是以二进制形式表示的。在机器中若干位二进制代码作为一个整体一起进行处理或运算，我们称之为一个计算机字，简称字。每个字所包括的二进制形式代码的位数称为字长。字长的大小

3、直接影响计算机的功能强弱、精度高低、速度快慢。 2 . 主频率 目前，微型计算机和小型计算机的运算速度可以达到每秒几十万次，大型机则可达到每秒几百万次以至上千万次，而巨型机则指运算速度在每秒一亿次左右的机器。运算速度是计算机的主要性能指标。主频率就是描述运算速度的重要参数。 3 . 存储容量 存储容量是指一个功能完备的存储器所能存储的二进制形式信息的最大数量。存储器的容量越大，则记忆的信息越多，计算机的功能就越强。内存的容量对计算机至关重要，因为在执行指令是CPU与存储器间进行大量的信息交换，只有在内存中的信息才能与CPU直接交换。 4 . 数据传送速率 数据传送速率是指在单位时间内主机与外设

4、之间交换信息的数量。度量单位是位/秒或字节/秒。一般来讲，数据传送率是针对能连续地写入或读出信息的辅存而言的。由于各种外设工作速度不同，数据传送速率常用主机所能支持的数据输入/输出最大速率表示。 5 . 兼容性 计算机的软件兼容性是指一台计算机上的程序不加任何修改可在另一台计算机上正确运行的特性。它体现了这台计算机与其它型号机器之间直接交流信息的可能程度，一般在同一系列的计算机中，低档机上的程序可以在高档机上正确运行，先生产的计算机上软件可在后生产的计算机上正确运行，我们称之为向上兼容和向后兼容。 3( 与中、大型计算机相比，微型计算机有何特点, 【答】微型计算机是在小型计算机的基础上，借助大

5、规模集成电路技术发展起来的，属于第四代电子计算机。它的基本结构和基本功能与其他类型的计算机大致相同，但它除了具有电子计算机一般优点外，还具有下面几个特点。 1 . 体积小，功耗低。采用大规模超大规模集成电路技术设计制造的微型计 算机CPU-微处理器，其大小仅有几个平方毫米，组成微型计算机后，其体积也只有一块插板大小。它与功能相近的小型机相比，体积减小1,2个数量级。功耗较低，一般仅几瓦到十几瓦。 2 . 价格便宜。微型计算机的价格与相应的小型机相比，要低1,2个数量级，而且生产批量越大价格越便宜。 3 . 可靠性高。因为微型机采用大规模、超大规模集成电路技术，使系统内组件数量减少，焊点数减少，

6、所以整机可靠性显著提高。同时，大规模、超大规模集成电路芯片损坏率很低，也大大提高了计算机的可靠性。 4 . 组装灵活，扩展方便，适用性强。在组装微型机时，各部分的芯片可以 灵活组合成形式多样的系统。采用模块式结构使系统可大可小，适应性较强。 4( 进位计数制中有哪几个要素, 【答】(1) 基数 进制是以表示数值可以选用基本数码的个数来命名的。表明计数制允许选用的基本数码的个数称为基数，用R表示。 (2) 权 在进位计数制中，同一个数码处在数的不同位置上，它所代表的数值是不同i的。每一个数位被赋于R的数值称为位权，简称权。 5( 什么原码、反码、补码, 【答】若定点小数的原码形式为0.X1 X2

7、XN ，则原码表示的定义是 X 1X?0 X原 = , 1 - X= 1 + | X | 0?X-1 式中X原是机器数，X是真值。 所谓反码，就是二进制数的各位数码0变为1，1变为0。也就是说，若Xi,1，则反码为 Xi,0;若Xi,0，则反码 Xi,1。数值上面的一横表示反码的意思。在计算机中用触发器寄存数码，若触发器右边输出表示原码，则其左边输出就是反码。由此可知，反码是容易得到的。 对定点小数，反码表示的定义为 X 1X?0 X反 = , n (2-2) +X 0?X-1 其中n代表数的位数。 若定点小数补码形式为X0 .X1 X2Xn ，则补码表示的定义是 X 1X?0 X补 = ,

8、2 + X = 2 - | X | 0?X?-1 式中X补为机器数，x为其值。 6( 什么是ASCII码,什么是BCD吗, 【答】字、字母、通用符号和控制符号等统称为字符，用来表示字符的二进制代码称为字符编码。字符编码有多种方式。国际上普遍采用的一种字符编码是美国国家信息交换代码(American Standard Code Information lnter-change);简称ASCII;BCD码是十进制数的二进制编码。十进制数的二进制编码又简称为二-十进制码BCD(Binary-Coded Decimal)码。所谓二-十进制码是指用若干个二进制数位来表示一位十进制数。 7( 为什么要引入

9、校验码, 【答】由于计算机结构、工艺及电气性能等方面因素的影响，常常使信息在存取、传输的过程中发生错误，为了避免错误的出现，除提高元器件的质量外，人们在数据的编码上想了许多办法，使数据经过某种形式的编码以后，具有发现本身错误的能力，甚至朗指出错误的所在位置，然后借助逻辑线路自动纠正。这种具有发现错误或者同时能给出错误所在位置的数据编码，就称为数据校验码。利用校验码实现对数据信息的校验，目的是提高计算机的可靠性。检错与纠错的编码方法有多种，这里只介绍几种简单实用的数据校验方法。 8( 补码减法运算规则 【答】负数的加法要利用补码用加法来实现，减法运算当然也要设法化为加法来做。之所以使用这种方法而

10、不使用直接减法，是因为它可以和常规的加法运算使用同一加法器电路，而简化了计算机的结构。 数用补码表示时，减法运算的公式为: x , y补 = x补, y补= x补 + , y补 只要证明, y补=, y补，上式即得证，证明如下。 因为 x + y补 = x补+ y补 (mod2) 所以 y补 = x + y补,x补? 又 x , y补 = x+(, y)补=x补+, y补 所以 , y补 = x , y补,x补? 将式?与式?相加，得 , y补+ y补= x + y补+x , y补,x补,x补 = x + y + x , y补,x补,x补 = x + x补,x补,x补 = 0 , y补= ,

11、y补 (mod2) 故 从 y补求, y补的法则是:对 y补包括符号位求反且最末位加1，即可求到, y补 9( 溢出的概念和判断标准 【答】定点小数机器中，数的表示范围为|x |,1。在运算过程中如出现结果大于1的现象，称为溢出。在定点机中，正常情况下溢出是不允许的。 溢出判断方法一 用Xf和Yf表示被加数和加数补码的符号位，Zf为补码和的符号位。当出现Xf = Yf= 0两数同为正，而Zf为负,即Zf=1时，有上溢。当出现Xf =Yf = 1两数同为负，而Zf为正，即Zf= 0时，有下溢，溢出V的逻辑表达式为: V= Zf Yf Zf + Zf Yf Zf 溢出判断方法二 观察例3-2-1到

12、例3-2-2可得，当数值最高位有进位位C1=1，符号位没有进位C0=0时，或当数值最高位没有进位位C1=0，符号位有进位C0=1时，结果有溢出。用这种方法判溢出的逻辑表达式为: V= C1 C0 + C1 C0= C1?C0 溢出判断方法三:用变形补码进行双符号位运算。 10( 计算机实现乘法运算的方法 【答】在计算机中实现乘除法运算，根据对运算速度和价格的要求通常有三种方式可供选择: (1)若对运算速度要求不高可用软件实现。在只有并行加法器的低档机中没有乘、除指令。乘除运算是通过一段乘法子程序，除法子程序完成。程序中循环使用加、右移和左移、减等指令实现乘除法运算，这种方式硬件最简单，但乘除运

13、算速度低。 (2)在实现加减运算的ALU的基础上增加左、右移位及其他一些逻辑线路以实现乘除运算，并在机器中设有乘除法指令。例如PC机就采用这种方案来实现乘除运算。它提供了4条乘除指令:无符号数乘法指令MUL和带符号数乘法指令IMUL无符号数除法指令DIV和带符号数除法指令IDIV。这种方式硬件要复杂一些，但乘除运算的速度却提高了。 (3)在要求快速乘除运算的机器中，设置专用的高速阵列乘除运算器。指令系统中有相应的乘除法指令，通过专用乘法器、除法器完成乘除，这种方式是靠硬件资源的重复设置来赢得速度的。 总而言之，实现乘法运算的方法有两种方法:软件方法和硬件方法。 11( 浮点运算中加减法的主要步

14、骤 【答】设有两个浮点数x、y它们分别是: Ex x = 2. Mx Ey y = 2. My 其中Ex和Ey 分别为数x和y的阶码，Mx和My为数x和y的尾数。 浮点加/减法运算可分为以下三个步骤。 1(对阶 两浮点数进行加减运算首先要看他们的阶码是否相同，即小数点是否对齐。若两数阶码相等，表示小数点对齐，可以进行尾数加减。若两数阶码不相等，则要先对阶。 要对阶，首先应求出两数阶码Ex和Ey之差，即 ?E = Ex - Ey 若?E = 0，表示两数阶码相等，即Ex = Ey;若?E,0，表示Ex, Ey;若?E,0，表示Ex,Ey。 当Ex?Ey时，要通过尾数的移位以改变Ex或Ey，使之相

15、等。 2(尾数加减 小数点对齐后，进行尾数加减。尾数加减后和差的结果可能是01.或10. ，即两符号位不相等，这在定点加减运算中称为溢出，是不允许的。但在浮点运算中，它表明尾数求和或结果的绝对值大于1，向左破坏了规格化。此时应将尾数运算结果右移以实现浮点数的规格化表示，称为向右规格化，规则是:尾数右移1位，阶码加1。 3(规格化 尾数求和或差之后得到的数可能不是规格化的数，为了增加有效数字的位数，提高运算精度，必须将求和或差的结果规格化。 当尾数用二进制表示时，浮点规格化的定义是尾数M应满足(式子) 12( 运算器的基本结构和功能 【答】运算器是进行数据处理的器件，它的核心部分是算逻运算单元A

16、LU，除此之外还包括有存放数据的寄存器、传送数据的内部总线IB以及进行数据选择的多路选择器。在实际应用中，由于对计算机速度、性能、用途、价格等方面的要求不同，使得运算器逻辑组织差异很大。 运算器的功能 运算器的基本功能主要有下面三个。 1( 对数据进行加工处理。它主要包括对数值数据进行算术运算，例如执行加、减、乘、除运算、变更数据的符号等等。也包括对各种数据进行逻辑运算，例如执行与、或、求反等运算。实现对数据的算术和逻辑运算是运算器的重要功能，这些功能是通过运算器内部的算术逻辑部件ALU完成的。 2( 暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果。通常是由通用寄存器组实现的。 3( 挑选参加运算的

17、数据(操作数)、执行运算、把运算结果送到所要求的地方。这是通过大量的多路选择器、开关门和译码器等电路实现的。 13( 谈谈运算器的三种结构 【答】按运算器内部总线的根数可将运算器分为:单总线结构、双总线结构和三总线结构三种类型。 1(单总线结构运算器。由于所有部件都接到同一总线上，所以数据可以在任何两个寄存器之间或者在任何一个寄存器和ALU之间传送。单总线结构的运算器在同一时间内只能有一个操作数在单总线上传输，为了把两个操作数输入到ALU的输入端需要分两次来做，而且需要A、B两个缓冲寄存器。 2(双总线结构的运算器。在这种结构中，两条总线可同时传送两个操作数，两个操作数可以同时加到ALU的输入

18、端进行运算， 运算后马上能得到结果。 3(三总线结构的运算器。在三总线结构中，ALU的两个输入端信息分别由两条总线供给，而ALU的输出则与第三条总线相连。这样，算术逻辑运算操作就可以一步完成，使上一个算术逻辑运算的结果可以与下一个算术逻辑运算送操作数并行。 三总线结构运算器的特点就是操作速度快。 14( 简述存储器的分类 【答】根据存储器的性能和使用方法的不同，存储器有不同的分类方法。 按存储器在计算机系统中所起的作用，可分为:通用寄存器、主存储器、外部存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。 按存储元件分，可分为半导体材料存储器、磁表面存储器和光材料存储器三种。 按存取方式分类:如果任何存储单

19、元的内容都能被随机访问，且访问时间和存储单元的物理位置无关，这种存储器称为随机存储器。一般半导体存储器属于随机存储器。如果存储单元中的内容只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。 15( 半导体存储器的主要性能指标 【答】半导体存储器的性能指标主要有存储容量、存取速度和错误校验三种。 一、存储容量 在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。存储容量越大，能存储的信息就越多，存储容量这一概念反映了存储空间的大小。我们还可以用每片存储多少字节的集成度这个指标衡量半导体存储芯片的容量。 二、存储速度 存储时间又称为存储器访问时间

20、，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。具体讲，从一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读入数据缓冲寄存器为止所经历的时间，即为存储读时间，其单位为纳秒级(ns,10-9s)。 三、错误校验 错误校验保证数据的正确读写，特别是用于关键任务的计算机如作为服务器的计算机显得尤为重要。内存中采用的错误校验主要有奇偶校验和ECC校验两种。 16( 静态RAM芯片的结构 【答】静态MOS存储器由存储体、读写电路、地址译码电路和控制电路等部分组成。 17( 只读存储器ROM的特点和分类 【答】只读存储器ROM的特点是:通过一定方式将信息写入以后，信息就固定在ROM中，即使电源切断之后，信息也不

21、会丢失。这就是说ROM具有掉电信息不易失性。照制造工艺的不同，可将ROM分为三类:掩膜式只读存储器MROM、可编程只读存储器PROM、可擦除可编程只读存储器EPROM。 18( 加快中央处理器与主存之间传输信息的措施。 【答】: ,. 主存储器采用更高速的技术来缩短存储器的读写时间或加长存储器的存储字长。 ,(采用并行操作的双端口存储器。双端口存储器是一种可以对同一个存储器中两组相互独立的读/写工作部件进行并行操作的存储器。 3(在中央处理器和主存之间插入一个高速缓冲存储器(Cache)，以缩短读/写时间，提高存储速度。 4(在一个存储周期中存取几个存储字。 19( 指令系统的性能要求是怎么样

22、的 【答】指令系统的性能如何，决定了计算机的基本功能。一个完善的指令系统应满足下面四个要求: 1.完备性 指令系统的完备性是指用指令系统中的指令编制各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件实现。 2.有效性 指令系统的有效性是指该指令系统所编制的程序能够高效率地运行。高效率主要体现在该指令系统编制的程序静态占存贮空间小，动态执行速度快两个方面。 3.规整性 指令系统的规整性包括指令系统的对称性、匀齐性和指令格式与数据格式的一致性。 4.兼容性 兼容性是指某机器上的软件可以不加任何修改在另一台机器上正确运行。指令系统的兼容性可以使大量已有的软件得到继承，减少软件的开发费用，使新机

23、种一出现就能继承老机种的丰富软件，深受广大新老用户的欢迎。 20( 指令寻址方式有哪些 【答】指令的寻址方式是寻找指令地址的方式，指令的寻址方式有顺序寻址方式和跳跃寻址方式两种。 1.顺序寻址方式 程序中的指令序列在主存中是顺序存放的，如果指令逐条顺序执行，即下条将要执行的指令就在本条指令的后面。 2.跳跃寻址方式 当程序中出现分支或循环时,按指令功能及指令执行条件,可能会改变指令的执行顺序,需要采用跳跃寻址方式,所谓跳跃,就是指下条将要执行的指令地址不是通过程序计数器PC内容加一获得的,而是由指令本身给出。 21( 操作数寻址方式有哪些 【答】计算机采用存贮程序的工作方式，所以程序中指令一定

24、是顺序存贮在主存中，而操作数的存放则不一定，随着程序设计技巧的发展，提出了多种操作数的设置方法，因此出现了各种各样的操作数寻址方式。目前，常见的操作数寻址方式有:立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、寄存器寻址和变址寻址等。 22( 中央处理器的功能和结构 【答】可以将CPU的主要功能归为以下四个方面: (1)指令控制 程序的顺序控制，称为指令控制，由于程序是一个指令序列，这些指令的相互次序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行。因此保证机器按顺序执行执行程序CPU的首要任务。 (2)操作控制 一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令

25、的操作信号，把各种操作信号送往响应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 (3)时间控制 对各种操作实施时间上控制，称为时间控制。因为在计算机中，各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。另一方面，一条指令的整个执行过程也受到时间的严格控制。只有这样，计算机才能有条不紊地自动进行工作。 (4)数据加工 所谓数据加工，就是对数据进行算术逻辑运算处理，完成数据加工处理，这是CPU的根本任务。因为，原始信息只有经过加工处理后才能对人们有用。 中央处理器由两个主要部分-控制器和运算器组成。 23( 什么是指令的周期和指令周期的组成 【答】计算机之所以能自动地工作是因为CPU能从存放程序的内存中取

26、出一条指令并执行这条指令;紧接着又是取下一条指令，执行下一条指令，如此周而复始，构成一个封闭的循环。 通常将一条指令从取出到执行完毕所需要的时间称为指令周期。对应指令执行的三个阶段，指令周期一般分为:取指周期、取操作数周期和执行周期三个部分。 24( 微程序控制器的基本思想 【答】微程序控制的基本思想是:一条机器指令的操作可以分割为许多基本的操作序列，这些操作均可归结为信息传递，信息传递的关键是控制门的打开与关闭，可用存储阵列中的信息来控制这些门的打开与关闭。因此，可以将微操作控制信号，以微码的形式构成微指令，编制成微程序，存放在控制存储器中。这样，取出一条微指令，就产生一组微操作控制信号，去

27、打开一组控制门，控制完成一组微操作。每条机器指令对应一段微程序，微程序执行完，该指令所规定的操作也就做完了。 微指令的格式和执行方式有哪些 25(【答】微指令的格式大致分为:水平型微指令和垂直型微指令两种。 微指令的执行方式有:串行执行和并行执行两种。 26( 简述硬布线控制器基本思想 【答】硬布线控制器又称组合逻辑控制器，它是早期设计计算机的一种方法(这种方法是把控制部件看作为产生专门固定时序信号的逻辑电路，因此逻辑电路以使用最少元件和取得最高操作速度为设计目标(一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则药箱增加新的控制功能是不可能的(这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的

28、复杂树形网络，故称之为硬布线控制器( 总线结构的特点和特性 27(【答】: ,(简化硬、软件的设计。总线有严格的定义，在构成微机时，只需将满足规定的CPU、存储器和I/O设备以插件形式挂入总线，并辅以相应软件即可工作，而不需要对存储器和I/O设备进行专门设计。用户可根据自己的需要，自由选择购买或设计制作各种功能不同的插件板，这样就大大简化了系统的硬件设计，节省工时，降低成本。 ,(简化了系统结构。面向总线的结构计算机联线少，系统的结构清晰明了。各插座同编号的针都采用同一总线信号，用短线联接，便于印刷成板，使系统的设计制造简单。 ,(便于系统的扩充和更新。只需多插同类型的插件，便可在规模上得到扩

29、充。而功能上的扩充，需要自己按总线标准设计制造出功能模块，联上总线即可。如果各厂家的插件、芯片均按标准化总线生产，可使系统的更新性能好，并且可随工作的进展不断得到补充和扩展。 1( 物理特性 总线的物理特性是指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等等。 2( 功能特性 功能特性描述总线中每一根线的功能。如地址总线的宽度指明了总线能够直接访问存储器的地址空间范围;数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换数据的位数;控制总线包括CPU发出的各种控制命令(如存储器读,写、I,O读,写)，请求信号与仲裁信号，外设与CPU的时序同步信号，中断信号，DMA

30、控制信号等等。 3( 电气特性 电气特性定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。一般规定送入CPU的信号叫输入信号(1N)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。例如地址总线是输出线，数据总线是双向传送的信号线，这两类信号线都是高电平有效。控制总线中各条线一般是单向，有CPU发出的，也有进入CPU的。有高电平有效的，也有低电平有效的。总线的电平都符合TTL电平的定义。 4( 时间特性 时间特性定义了每根线在什么时间有效。也就是说，只有规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误的使用。 28( 总线结构的分类 【答】按总线所处的位置不同，可将总线分为下面四类。 1(片内总线:它位

31、于微处理器芯片内部，用于ALU及各种寄存器等功能单元之间的相互连接。 2(片总线(又称元件总线或局部总线):它是一台单板计算机或一块CPU插件板使用的板上总线，用于芯片一级的连接。它是微型机系统的重要总线，在将接口芯片与CPU连接时就要与这种总线打交道。它一般是CPU芯片引脚的延伸，与CPU的关系密切。但板内芯片较多时，往往需增加锁存、驱动等电路，以提高驱动能力。 3(内总线(又称微型计算机总线或板级总线，一般称为系统总线):它用于微型机系统各插件板之间的连接，是微型机系统最重要的一种总线。一般谈到微型机总线，指的就是这一种总线。 4(外总线(又称通信总线):它用于系统之间的连接，如微型机系统之间，微型计算机系统与仪器或其他设备之间的连接。 29( 总线结构对计算机性能的影响 【答】在一个计算机系统中，采用哪种总线结构，往往对计算机系统的最大存储容量、指令系统和吞吐量等性能有很大影响。 1(最大存储容量 总线结构对最大存储容量会产生一定的影响。例如在单总线系统中，对内存和外设进行存取的差别，仅仅在于出现在总线上的地址不同，为此必须为外