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Category: 计算机组成原理

计算机系统概述

名词解释

  1. 中央处理器:简称为处理器(CPU),是整个计算机的核心不见,主要用于指令的执行。主要包含两个基本部分:数据通路和控制器。
  2. 算术逻辑单元:简称为ALU,用来进行基本的算术和逻辑运算,最基本部件是加法器。
  3. 数据通路:指指令执行过程中数据所流经的部件,包括各类运算部件。
  4. 控制器:用来对指令进行译码,生成对应的控制信号,以控制数据通路进行特定的操作。
  5. 主存:主存储器,简称为主存
  6. 辅助存储器:系统运行时直接和主存交换信息的存储器
  7. 外设:外部设备简称为外设,也称为I/O设备。
  8. 设备控制器:外设通过I/O控制器或者适配器链接到主机上,I/O控制器或者I/O适配器统称为设备控制器。
  9. 总线:是传输信息的通路,用于在部件之间传输信息,CPU、主存和I/O模块通过总线互连。
  10. 系统软件:包括为有效、安全地使用和管理计算机以及为开发和运行应用软件而提供的各种该软件,介于计算机和应用程序之间,与具体应用关系不大。包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和各类实用程序。
  11. 应用软件:指专门为了数据处理、科学计算、事务管理、多媒体处理、工程设计以及过程控制等应用所编写的各类程序。
  12. 高级语言:与底层计算机结构关联不大,是机器无关语言
  13. 汇编语言:通过用简短的英文符号和二进制代码建立与机器语言的对应关系,方便程序员编写和阅读的机器语言程序。
  14. 机器语言:使用二进制的进行编码的机器指令
  15. 机器级语言:又称低级语言,和运行计算底层结构密切相关的语言。机器语言和汇编语言都是机器级语言。
  16. 源程序:被翻译的语言和程序
  17. 目标程序:翻译生成的语言和程序
  18. 翻译程序:把一种变成语言表示的程序转换为等价的另一种编程语言程序
  19. 编译程序:也称编译器,用来将高级语言源程序翻译成汇编语言或者机器语言目标程序
  20. 解释程序:也称解释器,用来将源程序中的语句按其执行顺序逐条用子程序解释,并最终转换成机器指令执行。
  21. 汇编程序:也称汇编器,用来将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。
  22. 操作系统:主要用来管理整个计算机系统的资源,包括对资源进行调度、管理、监视和服务,提供计算机用户和硬件之间的人机交互界面、并实现对应用程序的支持。
  23. 语言处理系统:主要用于提供一个用高级语言编程的环境。
  24. 最终用户:使用应用程序完成特定任务的计算机用户
  25. 系统管理员:利用操作系统等软件提供的功能对系统进行配置、管理和维护,以建立高效合理的系统环境供计算机用户使用的操作人员。
  26. 应用程序员:使用高级编程语言编制应用软件的程序员。
  27. 系统程序员:指设计和开发系统软件的程序员。
  28. 指令:指计算机能够直接理解并执行的最基本操作。
  29. ISA:指令集体系结构,是软件和硬件之间接口的完整定义。它定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合,每条指令贵了计算机执行什么操作,以及所处理的操作数存放的地址空间和操作数类型。
  30. 透明:对实际存在的事务或者概念感觉不到。
  31. 响应时间:也称为执行时间或者等待时间,是指从作业提交开始到作业完成所用的时间。
  32. 吞吐率:表示在单位时间内所完成的工作量。
  33. CPU执行时间:是指CPU用于程序执行的时间,包括用户CPU时间和系统CPU时间。
  34. 时钟周期:CPU时钟信号的宽度
  35. 时钟频率:CPU时钟信号的时钟频率,是CPU时钟周期的倒数。
  36. CPI:执行一条指令所需要的时钟周期数,它是一个平均值,通常称为综合CPI。
  37. 基准程序:进行计算机性能测评的一种重要工具。
  38. MIPS:平均每秒钟执行多少百万条指令。
  39. 峰值MIPS:选取一组指令组合,使得得到的平均CPI最小就是峰值MIPS
  40. MFLOPS:用来表示浮点操作速度的指标,表示每秒所执行的浮点运算有多少百万次,是基于操作数而不是指令数来衡量。
  41. PFLOPS:

简答题

  1. 冯诺依曼计算机的组成、功能和工作方式?
    计算机由运算器、控制器、输入设备和输出设备五个基本部件组成;
    存储器存放数据和指令;
    控制器自动执行指令;
    运算器进行加减乘除基本运算,以及逻辑运算;
    操作人员通过输入输出设备使用计算机
    冯诺依曼结构采用“存储程序”工作方式;
  2. 冯诺依曼结构的主要思想是什么?
    其基本思想是:必须将事先编好的程序和原始数据送入主存后才能执行程序,一旦程序被启动执行,计算机在不需要操作人员干预下自动完成逐条指令取出和执行任务。
    存储器不仅能存放数据,也能存放指令;
    计算机内部以二进制形式表示指令和数据
  3. 计算机系统层次结构如何划分?用户可以分为哪几类?采用什么工作方式?
    按任务的不同,可以把用户分为:最终用户、系统管理员、应用程序员和系统程序员。
  4. 程序与指令的关系是什么?一条指令的执行过程大致经过那几个步骤?
    程序是指挥计算机如何操作的一个指令序列,也即程序由指令组成,而指令则是计算机硬件能够直接理解并执行的最基本操作。
    第一步:根据PC取指令到IR;
    第二步:指令译码并送出控制信号;
    第三步:取操作数;
    第四步:指令执行;
    第五步:回写结果。
  5. 程序的CPI与那些因素有关?
    时钟周期、指令条数
  6. 为什么说性能指标MIPS不能很好的反映计算的性能?
    因为时钟周期、指令条数和CPI是相互制约的。

请用简述计算机是如何工作的。

计算机完成一个任务的大致过程如下:
用某种程序设计语言编制源程序;
用语言处理程序将源程序翻译成机器语言目标程序;
将目标程序中的指令和数据装入内存,然后从个第一条指令开始执行,直到程序所含指令全部执行完成。
每条指令的执行包括取令、指令译码、取操作数、运算、送结果等。