2011考研組成原理重點總結(jié)（一）_跨考網(wǎng)

1．計算機有哪些分類？ 傳統(tǒng)計算機可從用途、規(guī)?；蛱幚韺ο蟮榷喾矫孢M行劃分。

(1)按用途劃分

通用機：用于解決多種一般問題，該類計算機使用領(lǐng)域廣泛、通用性較強，在科學(xué)計算、數(shù) 據(jù)處理和過程控制等多種用途中都能適應(yīng)。

專用機：用于解決某個特定方面的問題，配有為解決某問題的軟件和硬件，如在生產(chǎn)過程自 動化控制、工業(yè)智能儀表等專門應(yīng)用。

(2)按規(guī)模劃分

巨型計算機：應(yīng)用于國防尖端技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)計算中。巨型機的運算速度可達每秒百萬億次。

巨型機運算速度快，存儲量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，主要用于尖端科學(xué)研究領(lǐng)域， 如 IBM390系列、銀河機等。

大／中型計算機：大型機規(guī)模次于巨型機，有比較完善的指令系統(tǒng)和豐富的外部設(shè)備，具有 較高的運算速度，每秒可以執(zhí)行幾千萬條指令，而且有較大的存儲空間。往往用于科學(xué)計算、數(shù) 據(jù)處理或作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器使用，如 IBM4300。

小型計算機：小型機較大型機成本較低，維護也較容易，規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、運行環(huán)境要 求較低，一般應(yīng)用于工業(yè)自動控制、測量儀器、醫(yī)療設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集等方面。小型機在用作巨 型計算機系統(tǒng)的輔助機方面也起了重要作用。

微型計算機：它較之小型機體積更小、價格更低、靈活性更好，可靠性更高，使用更加方便。 目前許多微型機的性能已超過以前的大中型機。中央處理器(CPU)采用微處理器芯片，體積小巧 輕便，廣泛用于商業(yè)、服務(wù)業(yè)、工廠的自動控制、辦公自動化以及大眾化的信息處坪。

單片機：微處理器、一定容量的存儲器以及輸入/輸出接口電路等集成在一個芯片上，就構(gòu)成 了單片計算機(Single Chip computer)?？梢妴纹瑱C僅是一片特殊的、具有計算機功能的集成電路芯片。從20世紀(jì)70年代開始，出現(xiàn)了4位單片計算機和8位單片計算機，20 世紀(jì)80年代出現(xiàn)16位單片機，性能得到很大的提升，20世紀(jì)90年代又出現(xiàn)了32位單片機和使用 FLASH 存儲的微控制器。單片機的特點是體積小、功耗低、使用方便、便于維護和修理，缺點 是存儲器容量較小，一般用來做專用機或做智能化的一個部件，例如，用來控制高級儀表、家用 電器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)等。

單板機：微處理器、存儲器、輸入／輸出接口電路安裝在一塊印刷電路板上，就成為單板計算機(Single Board Computer)。一般在這塊板上還有簡易鍵盤、液晶或數(shù)碼管顯示器、盒式磁 帶機接口，只要再外加上電源便可直接使用，極為方便。單板機廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、微型機教 學(xué)和實驗，或作為計算機控制網(wǎng)絡(luò)的前端執(zhí)行機。它不但價格低廉，而且非常容易擴展，用戶買 來這類機器后主要的工作是根據(jù)現(xiàn)場的需要編制相應(yīng)的應(yīng)用程序并配備相應(yīng)的接口。

(3)按處理對象劃分 數(shù)字計算機：計算機處理時輸入和輸出的數(shù)值都是數(shù)字量。 模擬計算機：處理的數(shù)據(jù)對象直接為連續(xù)的電壓、溫度、速度等模擬數(shù)據(jù)。
數(shù)字模擬混合計算機：輸入輸出既可是數(shù)字也可是模擬數(shù)據(jù)?；旌嫌嬎銠C一般由數(shù)字計算機、 模擬計算機和混合接口三部分組成，其中模擬計算機部分承擔(dān)快速計算的工作，而數(shù)字計算機部 分則承擔(dān)高精度運算和數(shù)據(jù)處理?；旌嫌嬎銠C同時具有數(shù)字計算機和模擬計算機的特點：運算速 度快、計算精度高、邏輯和存儲能力強、存儲容量大和仿真能力強。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展， 混合計算機主要應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈系統(tǒng)等實時性的復(fù)雜大系統(tǒng)中。現(xiàn)代混合計算機已發(fā)展成 為一種具有自動編排模擬程序能力的混合多處理機系統(tǒng)。它包括一臺超小型計算機、一兩臺外圍 陣列處理機、幾臺具有自動編程能力的模擬處理機；在各類處理機之間，通過一個混合智能接口 完成數(shù)據(jù)和控制信號的轉(zhuǎn)換與傳送。這種系統(tǒng)具有很強的實時仿真能力，但價格昂貴。

(4)按工作模式劃分 工作站：以個人計算環(huán)境和分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為前提的高機能計算機，工作站不單純是進行數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理的工具，而且是支持人工智能作業(yè)的作業(yè)機，通過網(wǎng)絡(luò)連接包含工作站在內(nèi)的 各種計算機可以互相進行信息的傳送，資源、信息的共享，負載的分配。

服務(wù)器：在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備，一般分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、 計算服務(wù)器和通信服務(wù)器等。服務(wù)器是一種可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享的，高性能和計算機、服務(wù)器一般 具有大容量的存儲設(shè)備和豐富的外部設(shè)備，其上運行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，要求較高的運行速度，對此 ， 很多服務(wù)器都配置了雙 CPU。服務(wù)器上的資源可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享。

2．計算機的主要部件及其功能是什么?

計算機作為一個整體，由軟件和硬件兩大部分組成，其主要組成如圖2．1所示：

(1)計算機硬件系統(tǒng)。

計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有哈佛結(jié)構(gòu)和馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)兩種。哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和 數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得 到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作(通常是執(zhí)行)。程序指令 存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如 Microchip 公司的 PICl6芯片的 程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程 序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和存儲的，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。

目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多，多數(shù)是嵌入式系統(tǒng)，除了上面提到的 Microchip 公司的 PIC 系列芯片，還有摩托羅拉公司的 MC68系 列 、Zilog 公司的 Z8系 列 、ATMEL 公司的 AVR 系列和安謀公司的 ARM9、ARMlO 和 ARMll。

馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存 儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令 和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。

目前使用馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多，流行的各種 PC 主要都采用這種結(jié) 構(gòu)。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的 ARM7、 MIPS 公司的 MIPS 處理器也采用了馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)。

計算機的硬件主要由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運算器、存儲器和控制器五部分組成，其中運 算器和控制器構(gòu)成了中央處理器。計算機硬件之間的連接線路分為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)。通常采 用的總線(BUS)結(jié)構(gòu)有以 CPU 為中心的雙總線結(jié)構(gòu)、以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)和單總線結(jié) 構(gòu)3種。圖2．2給出了兩種方式表示的硬件結(jié)構(gòu)，其中上圖為總線方式表示法，下圖硬件是網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)表示。

主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)，程序是計算機操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計算機操作的對象。存儲器 是由存儲體、地址譯碼器、讀寫控制電路、地址總線和數(shù)據(jù)總線組成。能由中央處理器直接隨機 存取指令和數(shù)據(jù)的存儲器稱為主存儲器，磁盤、磁帶、光盤等大容量存儲器稱為外存儲器(或輔 助存儲器)。由主存儲器、外部存儲器和相應(yīng)的軟件，組成計算機的存儲系統(tǒng)。#p#副標(biāo)題#e#

②中央處理器(CPU)

中央處理器的主要功能是按存在存儲器內(nèi)的程序，逐條地執(zhí)行程序所指定的操作。中央處理 器由運算器和控制器構(gòu)成。
控制器由指令單元、時序單元和操作控制單元三大部件組成，其中指令單元包括程序計數(shù)器 (PC)，指令寄存器(IR)和指令譯碼器(ID)，而時序單元產(chǎn)生定時節(jié)拍，一般由時鐘信號源、節(jié)拍 發(fā)生器及微操作電路組成。

運算器完成二進制編碼的算術(shù)或邏輯運算，由累加器 LA、通用寄存器 LB 和算術(shù)邏輯單元 ALU組成。

③外部設(shè)備 用戶與機器之間的橋梁。輸入設(shè)備的任務(wù)是把用戶要求計算機處理的數(shù)據(jù)、字符、文字、圖
形和程序等各種形式的信息轉(zhuǎn)換為計算機所能接受的編碼形式存入到計算機內(nèi)。輸出設(shè)備的任務(wù)
是把計算機的處理結(jié)果以用戶需要的形式(如屏幕顯示、文字打印、圖形圖表、語言音響等)輸出 。 輸入輸出接口是外部設(shè)備與中央處理器之間的緩沖裝置，負責(zé)電氣性能的匹配和信息格式的轉(zhuǎn) 換。

(2)計算機軟件系統(tǒng)

計算機軟件是能指揮計算機工作的程序與程序運行時所需要的數(shù)據(jù)，以及與這些程序和數(shù)據(jù)
有關(guān)的文字說明和圖表資料，其中文字說明和圖表資料又稱為文檔。

計算機軟件分系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件兩類。系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)必備的軟件，主要功能是管 理、控制和維護計算機資源以及開發(fā)應(yīng)用軟件，包括操作系統(tǒng)、各種程序語言處理程序、系統(tǒng)支 撐和服務(wù)程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件是為解決某個實際問題而由用戶自己編寫的程序， 可分為用戶程序和應(yīng)用軟件包。

4．什么是存儲器的分級結(jié)構(gòu)？

對存儲器的要求是容量大、速度快、成本低，但是在一個存儲器中要求同時兼顧這三方面 是困難的。為了解決這方面的矛盾，目前在計算機系統(tǒng)中，統(tǒng)稱采用多級存儲器體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即 使用高速緩沖存儲器、主存儲器。

CPU 能或字節(jié)訪問的存儲器稱為內(nèi)存儲器，它包括高速緩沖存儲器和主存儲器。CPU 不能 直接訪問外存儲器，外存儲器的信息必須調(diào)入內(nèi)存儲器后才能為 CPU 進行處理。

5．閃速存儲器有哪些特點?

固有的非易失性：SRAM 和 DRAM 斷電后保存的信息隨即丟失，為此 SRAM 需要備用電池來確保數(shù)據(jù)存留，而 DRAM 需要磁盤作為后援存儲器。由于閃速存儲器具有可靠的非易失性， 它是一種理想的存儲器。

廉價的高密度：不計 SRAM 電池的額外花費和占用空間，1M 位閃速存儲器的位成本比 SRAM 低一半以上，而16M 位閃速存儲器的位成本更低。相同存儲器容量的閃速存儲器和 DRAM 相比 ， 位成本基本相近，但閃速存儲器節(jié)省了后援存儲器(磁盤)的額外費用和空間?？芍苯訄?zhí)行：閃速 存儲器直接與 CPU 連接，由于省去了從磁盤到 RAM 的加載步驟，工作速度僅取決于閃速存儲 器的存取時間。

固態(tài)性能：閃速存儲器是一種低功耗、高密度且沒有機電移動裝置的半導(dǎo)體技術(shù)，因而特別 適合于便攜式等微型計算機系統(tǒng)，使它成為替代磁盤的一種理想工具。

6．什么是多模塊交叉存儲器，有什么特點?

一個由若干個模塊組成的主存儲器是線性編址的。這些地址在各模塊有兩種安排方式：一種 是順序方式，一種是交叉方式。
順序方式：某個模塊進行存取時，其他模塊不工作，某一模塊出現(xiàn)故障時，其他模塊可以照 常工作，通過增添模塊來擴充存儲器容量比較方便。但各模塊串行工作，存儲器的帶寬受到了限 制。#p#副標(biāo)題#e#

交叉方式：地址碼的低位字段經(jīng)過譯碼選擇不同的模塊，而高位字段指向相應(yīng)模塊內(nèi)的存儲 字。連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個模塊內(nèi)的地址都是不連續(xù)的。對連續(xù)字的成塊傳 送可實現(xiàn)多模塊流水式并行存取，大大提高了存儲器的帶寬。

多模塊交叉存儲器的每個模塊各自以等同的方式與 CPU 傳送信息。CPU 同時訪問各個模塊， 由存儲器控制部件控制它們分時使用數(shù)據(jù)總線進行信息傳遞。這是一種并行存儲器結(jié)構(gòu)。
下面做定量分析：若模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度，模塊存取一個字的存儲周期為 T，總線傳 送周期為 T，存儲器的交叉模塊數(shù)為 m，為了實現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)當(dāng)滿足T=mτ(m=T／τ稱為交叉存取度) 交叉存儲器要求其模塊數(shù)必須大于或等于 m，以保證啟動某模塊后經(jīng) mr 時間再次啟 動該模塊時，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣，連續(xù)讀取 m 個字所需的時間為
t1=T+(m=1)τ而順序方式存儲器連續(xù)讀取 m 個字所需時間為 t2=mT．假設(shè) q 為讀取 m 個字的信息 量，則帶寬為W1=q／t1W2=q／t2

可見，交叉存儲器的帶寬確實大大提高了。