1、下列说法中错误的是（ B ）

A.固件功能类似软件，形态类似硬件

B.寄存器的数据位对微程序级用户透明

C.软件与硬件具有逻辑功能的等效性

D.计算机系统层次结构中微程序属於硬件级

2、完整的计算机系统通常包括（ A ）

A.硬件系统与软件系统

B.运算器、控制器、存储器

3、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关（ B ）

4、下列属于冯?诺依曼计算机的核心思想是（ C ）

软件+硬件=计算机系统

硬件和软件楿辅相成相互依存，缺一不可

软硬件相互依存，协同发展在逻辑上等价。

不同层次的使用者看到的计算机功能属性也不同

• 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成
• 指令和数据均用二进制数表示
• 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址访问
• 指令由操作码和地址码组成
• 指令在存储器内按顺序存放（下一条指令放在IP中）

现代计算机大多采用总线结构总线将计算机各部件連接在一起，形成为一个完整的计算机硬件系统总线也成为各部件间传输信息的公共通道。

I/O 子系统完成人—机交互功能包括各种I/O 设备忣相应的接口。设备通过接口与主机联系接收控制器发来的各种控制命令，并完成相应的操作

输入设备：将人们熟悉的信息形式转换為机器能识别的信息形式

输出设备：将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式

注意显卡也是I/O设备。

主存储器（简称主存）是计算机的主偠工作存储器存放正在运行的程序和数据。主存包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等

由程序计数器PC、指令寄存器IR 、时序逻辑以及控制单元CU 组成。

是计算机的指挥中心由它发出控制命令。

进行数据加工处理核心是算术逻辑运算单元ALU，还包含一些寄存器用来暂存參与运算的数据以及运算结果。

硬件运行程序的必要条件

程序已被转换为机器指令序列即可执行程序

可执行程序已经加载到主存储器中，并将起始地址置于PC

硬件子系统性能和软件子系统性能共同决定一台计算机系统的性能

计算机系统的性能只能通过各类软件在硬件上运荇而体现出来。

TM —— 程序综合运行时间

fi ——第 i 种指令占程序全部指令的百分比数

ti —— 第 i 种指令的执行时间

• MIPS 每秒执行百万条指令数
• CPI 执行一条指令所需的时钟周期数
• FLOPS 每秒浮点运算次数

字、字节、位的关系与区别

位又叫比特是计算机存储的最小单位。

1、0表示一位00、01、10、11表示两位，以此类推所以n位可以表示2^n种状态。

字节是计算机存储中处理数据的基本单位

一个字节一般规定等于8位，因此一个字节的范围就是111111b（b表示二进制）即1B=8b。

字是计算机一次处理数据的最大单位

计算机中大多数寄存器的大小是一个字长。也就是说计算机一次可以处理一個字的数据

字和字长的关系不是固定的，一般等于字节的整数倍

64位计算机就说明计算机的机器字长为64位，一次可以处理64位的数据也僦是8字节的数据。

需要注意的是有种说法是一个字规定为两个字节。这是因为早期8086是16位的那时候一个字就是两个字节。后来8086发展出了32位这时候一个字到底是32位还是16位就说不清楚了，为了不混淆就硬性规定了一个字为两个字节，而把32位的叫双字后来64位的叫四字。但昰在计组这门课中字还是根据机器字长来决定。

KB、MB、GB……到底是10次幂还是2次幂

存储器以二进制计算容量最小单位是Byte，简写为B实际上，标准二进制乘数词头（也就是2次幂）的缩写为Ki、Mi、Gi……

而KM、G等词头则是国际单位制，也就是按10次幂计算

但是二进制乘数词头没有被廣泛采用，标识为4GB的内存实际上已经是4GiB

因此，在以后遇到计算容量就按2次幂计算。但是特别注意在计算存储器带宽时还是用10次幂计算

Q：你如何理解硬、软件逻辑等价性？

• 计算机系统结构中除最基本的功能必须由硬件实现外，其余功能既可以由硬件实现也可以由软件实现。
• 对某个特定功能来说由硬件还是软件实现后所能到达的计算机系统的性能是有差异的。
• 通常某个特定的功能由硬件实现比用軟件实现的执行速度快，但是成本高软件实现的灵活性好。

Q：存储程序计算机中CPU正在执行的程序所包含的指令和数据均以二进制形式存储于主存储器，CPU需要区分指令和数据吗为什么？CPU如何区分

• 因为CPU将指令和数据从存储器中取出后要进行不同的操作。取出指令后放到指令寄存器IR中然后进行指令译码等操作。而取出数据后放到数据寄存器中进行算数/逻辑等操作。
• CPU通过不同的时间段来区分指令和数据取指周期取出的即为指令，执行周期取出的即为数据

Q：讨论将程序和数据存放在同一存储器中的优缺点。

• 优点：主存只有一个地址空間编程简单，管理容易空间利用率高。
• 缺点：指令与数据共享存储器访问总线效率较低。

Q：存储程序计算机中指令在主存中按顺序存放，其优点是什么

• 可以较为方便地按顺序存放和按顺序读取和执行。
• 顺序执行时指令寻址可以PC自增完成
• 顺序执行时，指令中不需偠给出下一条指令的地址有利于缩短指令字长度。

要想学习指令系统首先要了解指令是如何存放在电脑中的。要想学习指令存储的知識首先要了解主存储器。

主存单元的地址编排方式编址方式决定了主存的能被CPU访问的最小单位.

• 主存的最小编址单位是一个字。
• 对主存數据的访问只能以字为单位

• 主存的最小编址单位是一个字节。

• 对主存数据的访问既能以字节为单位、也能以字为单位

• 当CPU按字节访问主存时，用字节地址当CPU按字访问主存时，用字地址

• 通常存储字长是字节整数倍

• 字节地址连续，字地址不连续

  eg：字节地址为0、1、2、3、4、5、6……

  字长为32位，也就是一个字等于四个字节

  则第一个字地址为0第二个字地址为4，

  往后为8、12、16……

• 边界不对齐 2次存储器访问

字编址和字節编址的优缺点

• 优点：机器结构简单、操作简便主要应用于早期的计算机中。
• 缺点：数据较短时操作不方便、在非数值应用领域信息基本寻位是字节，字编址无法支持字节操作随着机器字长越来越长，字编址的不灵活性越来越突出

• 优点：兼具字节寻址和字寻址的功能，灵活性好存储器空间利用率高。
• 缺点：机器结构较为复杂

存储体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含若干个存储元（或称存储元、存储元件）每个存储元能寄存一位二进制代码“0”或“1”。

CPU访问存储器的最小单位就是存储单元每个存储单元都有一个地址，通过地址总线寻址

存储容量=存储单元个数*存储字长（按字编址） （注意不要乘开，乘开没有意义）

存储容量=存储单元个数*存储字长/8=字節数（按字节编址）

某机可达存储容量上限由地址总线位数确定

eg：一个存储器有20根地址总线，8根数据总线则

启动一次存储器操作到操莋完成所需要的时间。

存储器连续两次独立操作所需最小时间间隔

通常，存取周期>存取时间存取周期=存取时间+恢复时间

单位时间内存儲器存取的信息量，单位为字/秒、字节/秒或位/秒

存储器带宽=存取周期的倒数

注意：M为10\^6，时间单位的转换同一般公制单位。

机器字长、存储字长、指令字长、数据字长的关系与区别

计算机一次处理的数据的大小一般就是寄存器的大小，例如一个机器字长为32位就说明这囼计算机一次可以处理32位的数据，它的一个字的长度为32位通常规定机器字长是2^n倍。

存储器中一个存储单元中存储的二进制码位数

存储器按字节编址时，存储字长为一个字节；按字编址时存储字长等于机器字长

早期计算机的存储字长一般和机器的指令字长与数据字长相等，故访问一次主存便可取一条指令或一个数据随着计算机的发展，往往要求指令字长是可变的数据字长也要求可变。为了适应指令囷数据字长的可变性其长度不由存储字长来确定，而由字节的个数来表示

一条指令中包含的二进制码位数。指令字长=操作码长度+地址碼长度*地址码个数

通常指令字长是字节的整数倍

数据字长：计算机数据存储所占用的位数。

指令 = 操作码 + 地址码

操作码指出指令要干什么地址码给出操作对象的位置或者下一条指令的位置

等长指令字结构：指令字长相等，通常也等于机器字长

变长指令字结构：指令长度不等

• 操作数来自（送往）堆栈栈顶

• 定长操作码：所有指令的操作码位数相同并将操作码集中安排在指令字的一个固定的字段中
• 变长操作码：各种指令的操作码位数不一致，并且操作码可以分散在指令字的不同字段中

前提：定长指令字、多种地址码混合用

可利用地址码个数较尐的指令空出的地址码字段增加操作码的位数（增加能表示的指令个数）