《计算机组成与结构》是计算机科学与技术领域的一门核心课程，主要研究计算机系统的硬件组成部分以及它们如何协同工作。这份复习题及答案的文档将帮助我们深入理解这门课程的关键概念，为考试或进一步的学习提供指导。
一、计算机组成原理
计算机的组成包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，它们构成了计算机硬件的基础架构。
1. 运算器：负责执行基本的算术和逻辑运算，如加减乘除、位运算等。
2. 控制器：协调整个计算机系统，发出指令控制其他部件的工作。
3. 存储器：分为内存（RAM）和外存（硬盘、闪存等），内存用于临时存储正在运行的数据和程序，而外存用于长期存储。
4. 输入设备：如键盘、鼠标，用于将人类操作转化为数字信号输入到计算机。
5. 输出设备：如显示器、打印机，用于将计算机处理的结果呈现给人类。
二、计算机结构
计算机结构涉及到指令集体系结构（ISA）、数据表示和寻址方式。
1. 指令集体系结构：定义了计算机可以执行的指令集，如RISC（精简指令集）和CISC（复杂指令集）。
2. 数据表示：包括定点数和浮点数的表示，以及有符号数和无符号数的区别。
3. 寻址方式：如直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等，决定了处理器如何访问存储器中的数据。
三、存储层次结构
计算机使用多级存储体系，包括高速缓存（Cache）、主存、硬盘等，以平衡性能和成本。
1. Cache：位于CPU和主存之间，提高数据访问速度，通过替换策略管理数据。
2. 主存：由DRAM组成，较慢但容量较大，是CPU的主要工作区域。
3. 硬盘：慢速但大容量的非易失性存储，用于长期存储大量数据。
四、处理器设计
现代处理器通常采用微架构设计，包括流水线、超标量、乱序执行等技术。
1. 流水线：将指令执行过程分为多个阶段，同时处理不同指令，提高吞吐量。
2. 超标量：在一个时钟周期内执行多条指令，通过多条执行路径实现。
3. 乱序执行：允许指令在完成所有依赖关系前就开始执行，以减少等待时间。
五、总线与接口
总线是连接计算机各部件的信息传输通道，包括地址总线、数据总线和控制总线。
1. 地址总线：用于传递内存地址，确定数据存取位置。
2. 数据总线：传输数据，双向进行读写操作。
3. 控制总线：发送控制信号，如读写请求、中断信号等。
六、输入输出（I/O）系统
I/O系统负责计算机与外部设备的通信，包括中断、DMA（直接存储器访问）和PIO（程序控制输入/输出）等机制。
1. 中断：当外部设备完成操作时，向CPU发送中断请求，CPU暂停当前任务处理中断。
2. DMA：允许数据直接在设备和内存之间传输，无需CPU参与。
3. PIO：CPU逐字节或逐字地读写设备，效率较低。
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