2011考研組成原理重點(diǎn)總結(jié)（一）_跨考網(wǎng)

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

(1)按用途劃分

通用機(jī)：用于解決多種一般問題，該類計(jì)算機(jī)使用領(lǐng)域廣泛、通用性較強(qiáng)，在科學(xué)計(jì)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(jī)：用于解決某個(gè)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(dòng)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(jì)算機(jī)：應(yīng)用于國防尖端技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算中。巨型機(jī)的運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬億次。

巨型機(jī)運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，主要用于尖端科學(xué)研究領(lǐng)域， 如 IBM390系列、銀河機(jī)等。

大／中型計(jì)算機(jī)：大型機(jī)規(guī)模次于巨型機(jī)，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(yùn)算速度，每秒可以執(zhí)行幾千萬條指令，而且有較大的存儲(chǔ)空間。往往用于科學(xué)計(jì)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(jì)算機(jī)：小型機(jī)較大型機(jī)成本較低，維護(hù)也較容易，規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行環(huán)境要 求較低，一般應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)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(jī)在用作巨 型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助機(jī)方面也起了重要作用。

微型計(jì)算機(jī)：它較之小型機(jī)體積更小、價(jià)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(jī)的性能已超過以前的大中型機(jī)。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(dòng)控制、辦公自動(dòng)化以及大眾化的信息處坪。

單片機(jī)：微處理器、一定容量的存儲(chǔ)器以及輸入/輸出接口電路等集成在一個(gè)芯片上，就構(gòu)成 了單片計(jì)算機(jī)(Single Chip computer)?？梢妴纹瑱C(jī)僅是一片特殊的、具有計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)和8位單片計(jì)算機(jī)，20 世紀(jì)80年代出現(xiàn)16位單片機(jī)，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(jī)和使用 FLASH 存儲(chǔ)的微控制器。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、功耗低、使用方便、便于維護(hù)和修理，缺點(diǎn) 是存儲(chǔ)器容量較小，一般用來做專用機(jī)或做智能化的一個(gè)部件，例如，用來控制高級(jí)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(jī)：微處理器、存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)(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(jī)接口，只要再外加上電源便可直接使用，極為方便。單板機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、微型機(jī)教 學(xué)和實(shí)驗(yàn)，或作為計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)的前端執(zhí)行機(jī)。它不但價(jià)格低廉，而且非常容易擴(kuò)展，用戶買 來這類機(jī)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(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)處理時(shí)輸入和輸出的數(shù)值都是數(shù)字量。 模擬計(jì)算機(jī)：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(jì)算機(jī)：輸入輸出既可是數(shù)字也可是模擬數(shù)據(jù)?；旌嫌?jì)算機(jī)一般由數(shù)字計(jì)算機(jī)、 模擬計(jì)算機(jī)和混合接口三部分組成，其中模擬計(jì)算機(jī)部分承擔(dān)快速計(jì)算的工作，而數(shù)字計(jì)算機(jī)部 分則承擔(dān)高精度運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。混合計(jì)算機(jī)同時(shí)具有數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：運(yùn)算速 度快、計(jì)算精度高、邏輯和存儲(chǔ)能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大和仿真能力強(qiáng)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展， 混合計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性的復(fù)雜大系統(tǒng)中?，F(xiàn)代混合計(jì)算機(jī)已發(fā)展成 為一種具有自動(dòng)編排模擬程序能力的混合多處理機(jī)系統(tǒng)。它包括一臺(tái)超小型計(jì)算機(jī)、一兩臺(tái)外圍 陣列處理機(jī)、幾臺(tái)具有自動(dòng)編程能力的模擬處理機(jī)；在各類處理機(jī)之間，通過一個(gè)混合智能接口 完成數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換與傳送。這種系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)仿真能力，但價(jià)格昂貴。

(4)按工作模式劃分 工作站：以個(gè)人計(jì)算環(huán)境和分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為前提的高機(jī)能計(jì)算機(jī)，工作站不單純是進(jìn)行數(shù)值計(jì)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(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接包含工作站在內(nèi)的 各種計(jì)算機(jī)可以互相進(jìn)行信息的傳送，資源、信息的共享，負(fù)載的分配。

服務(wù)器：在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個(gè)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(jì)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(jì)算機(jī)、服務(wù)器一般 具有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備和豐富的外部設(shè)備，其上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，要求較高的運(yùn)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(jì)算機(jī)的主要部件及其功能是什么?

計(jì)算機(jī)作為一個(gè)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(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)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(chǔ)和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲(chǔ)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(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作(通常是執(zhí)行)。程序指令 存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)的，執(zhí)行時(shí)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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存 儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的硬件主要由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器五部分組成，其中運(yùn) 算器和控制器構(gòu)成了中央處理器。計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對象。存儲(chǔ)器 是由存儲(chǔ)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(jī) 存取指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為主存儲(chǔ)器，磁盤、磁帶、光盤等大容量存儲(chǔ)器稱為外存儲(chǔ)器(或輔 助存儲(chǔ)器)。由主存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器和相應(yīng)的軟件，組成計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)算器和控制器構(gòu)成。
控制器由指令單元、時(shí)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(jì)數(shù)器 (PC)，指令寄存器(IR)和指令譯碼器(ID)，而時(shí)序單元產(chǎn)生定時(shí)節(jié)拍，一般由時(shí)鐘信號(hào)源、節(jié)拍 發(fā)生器及微操作電路組成。

運(yùn)算器完成二進(jìn)制編碼的算術(shù)或邏輯運(yùn)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(jī)器之間的橋梁。輸入設(shè)備的任務(wù)是把用戶要求計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)所能接受的編碼形式存入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。輸出設(shè)備的任務(wù)
是把計(jì)算機(jī)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(fù)責(zé)電氣性能的匹配和信息格式的轉(zhuǎn) 換。

(2)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件是能指揮計(jì)算機(jī)工作的程序與程序運(yùn)行時(shí)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(jì)算機(jī)軟件分系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件兩類。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必備的軟件，主要功能是管 理、控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)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(gè)實(shí)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(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)？

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

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

5．閃速存儲(chǔ)器有哪些特點(diǎn)?

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(chǔ)器。由于閃速存儲(chǔ)器具有可靠的非易失性， 它是一種理想的存儲(chǔ)器。

廉價(jià)的高密度：不計(jì) SRAM 電池的額外花費(fèi)和占用空間，1M 位閃速存儲(chǔ)器的位成本比 SRAM 低一半以上，而16M 位閃速存儲(chǔ)器的位成本更低。相同存儲(chǔ)器容量的閃速存儲(chǔ)器和 DRAM 相比 ， 位成本基本相近，但閃速存儲(chǔ)器節(jié)省了后援存儲(chǔ)器(磁盤)的額外費(fèi)用和空間。可直接執(zhí)行：閃速 存儲(chǔ)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(chǔ) 器的存取時(shí)間。

固態(tài)性能：閃速存儲(chǔ)器是一種低功耗、高密度且沒有機(jī)電移動(dòng)裝置的半導(dǎo)體技術(shù)，因而特別 適合于便攜式等微型計(jì)算機(jī)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(chǔ)器，有什么特點(diǎn)?

一個(gè)由若干個(gè)模塊組成的主存儲(chǔ)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(gè)模塊進(jìn)行存取時(shí)，其他模塊不工作，某一模塊出現(xiàn)故障時(shí)，其他模塊可以照 常工作，通過增添模塊來擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量比較方便。但各模塊串行工作，存儲(chǔ)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(chǔ) 字。連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個(gè)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(shí)現(xiàn)多模塊流水式并行存取，大大提高了存儲(chǔ)器的帶寬。

多模塊交叉存儲(chǔ)器的每個(gè)模塊各自以等同的方式與 CPU 傳送信息。CPU 同時(shí)訪問各個(gè)模塊， 由存儲(chǔ)器控制部件控制它們分時(shí)使用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳遞。這是一種并行存儲(chǔ)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(gè)字的存儲(chǔ)周期為 T，總線傳 送周期為 T，存儲(chǔ)器的交叉模塊數(shù)為 m，為了實(shí)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(chǔ)器要求其模塊數(shù)必須大于或等于 m，以保證啟動(dòng)某模塊后經(jīng) mr 時(shí)間再次啟 動(dòng)該模塊時(shí)，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣，連續(xù)讀取 m 個(gè)字所需的時(shí)間為
t1=T+(m=1)τ而順序方式存儲(chǔ)器連續(xù)讀取 m 個(gè)字所需時(shí)間為 t2=mT．假設(shè) q 為讀取 m 個(gè)字的信息 量，則帶寬為W1=q／t1W2=q／t2

可見，交叉存儲(chǔ)器的帶寬確實(shí)大大提高了。