计算机组成原理课后答案（张功萱）

### 计算机组成原理知识点总结 #### 一、冯·诺依曼计算机的基本思想与存储程序方式 **冯·诺依曼计算机的基本思想** 包括以下三个方面： 1. **计算机硬件组成**：计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。这些组成部分共同构成了计算机的基础架构，保证了计算机能够执行各种任务。 2. **数据与指令表示**：采用二进制形式表示数据和指令。二进制不仅简化了硬件设计，还提高了计算机的计算精度和速度。 3. **存储程序方式**：即在使用计算机解决问题前，需先编写好程序，并将其与所需的数据一同存储于主存储器中。在运行过程中，控制器按顺序从存储器中读取指令执行，直至得出结果。这种方式极大地提升了计算机的灵活性和通用性。 **存储程序方式详解**： - **程序预先存储**：在解决具体问题之前，程序和数据均需预先存储在主存储器中。 - **自动连续执行**：运行过程中，控制器依据预先存储的程序自动、连续地从内存中取出指令执行，直至获取最终结果。 - **提高效率与灵活性**：这种方式使得计算机能够高效地处理各种不同的任务，无需人工干预即可自动执行预先设定的任务。 #### 二、早期计算机组织结构特点与现代计算机结构转变 **早期计算机组织结构特点**： - 早期计算机通常以运算器为中心，其他部件如控制器、存储器等均通过运算器进行信息的传递和处理。 **现代计算机结构转变原因**： - **技术进步**：随着微电子技术的发展，运算器和控制器被集成到单个芯片上形成了微处理器，大大提高了处理能力。 - **存储器发展**：半导体存储器替代磁芯存储器后，存储容量大幅度提升，能够容纳更多的数据和程序。 - **信息处理需求增长**：随着对计算机处理能力的需求不断增长，原有的以运算器为中心的结构已不再能满足需求，甚至成为性能瓶颈。 **现代计算机结构转变**： - 现代计算机结构逐渐转向以存储器为中心的设计，这样的结构更加灵活高效，能够更好地支持大数据处理和高性能计算。 #### 三、衡量计算机性能的基本技术指标 衡量计算机性能的基本技术指标包括： 1. **基本字长**：指计算机能直接处理的二进制数据的位数，一般为8的倍数。 2. **主存容量**：指主存储器的总容量，单位通常是字节。 3. **运算速度**：常用每秒执行指令的数量（如MIPS）或每秒浮点运算次数（如FLOPS）来衡量。 4. **外部设备及其性能指标**：包括显示器分辨率、硬盘转速等。 5. **系统软件配置**：操作系统版本、编程语言环境等。 6. **可靠性、可用性和可维护性**：衡量系统的稳定性和维护难度。 7. **安全性与兼容性**：包括数据保护机制和与其他系统的互操作性。 #### 四、二进制表示与数值转换 **二进制位长度计算**： - **4位十进制数**：最大数为9999，所需最小二进制位长度为14位。 - **5位十进制数**：最大数为99999，所需最小二进制位长度为17位。 - **8位十进制数**：最大数为99999999，所需最小二进制位长度为27位。 **二进制数值转换**： - 通过计算二进制补码、半补码、倍数等，可以实现不同数值之间的转换。例如，对于特定的二进制真值，可以计算其补码、负数补码、倍数补码等。 #### 总结 通过对《计算机组成原理》教材中课后习题的解答，我们可以深入了解计算机的基本构成、工作原理以及如何衡量其性能。这些知识点对于学习计算机科学与技术专业的学生来说非常重要，有助于他们建立坚实的理论基础，并为进一步学习高级课程打下良好的基础。