计算机组成原理(第二版)唐朔飞 各章节知识点
计算机组成原理课后答案(第二版)唐朔飞公开课获奖课件
第三章
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1. 什么是总线? 总线传播有何特点? 为了减轻总线负载,总线上部件都应具有 什么特点?
解:总线是多种部件共享传播部件; 总线传播特点是:某一时刻只能有一 路信息在总线上传播,即分时使用; 为了减轻总线负载,总线上部件应通 过三态驱动缓冲电路与总线连通。
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4. 为何要设置总线判优控制? 常见集中式总线控制有几种? 各有 何特点? 哪种方式响应时间最快?→A、D→B和D→C寄存 器间传送; (2) 设计一种电路,实现如下 操作:
T0时刻完毕D→总线; T1时刻完毕总线→A; T2时刻完毕A→总线; T3时刻完毕总线→B。
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解: (1)采用三态输出D型寄存器74LS374 做A、B、C.D四个寄存器,其输出可直 接挂总线。A、B、C三个寄存器输入采 用同一脉冲打入。注意-OE为电平控制, 与打入脉冲间时间配合关系为:
16. 在异步串行传送系统中,字符 格式为: 1个起始位、8个数据位、1个 校验位、2个终止位。若规定每秒传送 120个字符,试求传送波特率和比特率。
解: 一帧 =1+8+1+2 =12位 波特率 =120帧/秒×12位
=1440波特 比特率 = 1440波特×(8/12)
=960bps 或: 比特率 = 120帧/秒×8 =960bps
解: 总线宽度 = 16位/8 =2B 总线带宽 = 8MHz×2B =16MB/s
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15. 在一种32位总线系统中,总线 时钟频率为66MHz,假设总线最短传 播周期为4个时钟周期,试计算总线最 大数据传播率。若想提高数据传播率, 可采用什么措施?
解法1: 总线宽度 =32位/8 =4B 时钟周期 =1/ 66MHz =0.015µs 总线最短传播周期 =0.015µs×4
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1,计算机系统的软硬件概念1)硬件:计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电⼦元器件,各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外部设备等。
2)软件:由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成,分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序,主要⽤来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理的调度,⾼效运⾏。
它包括:标准程序库、语⾔处理程序(编译程序)、操作系统、、服务程序(如诊断、调试、连接程序)、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序,它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序,如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构:1)硬联逻辑级:第零级是硬联逻辑级,这是计算机的内核,由门,触发器等逻辑电路组成。
2)微程序级:第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集,程序员⽤微指令编写的微程序,⼀般是直接由硬件执⾏的。
3)传统机器级:第⼆级是传统机器级,这级的机器语⾔是该机的指令集,程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4)系统级:第三级是操作系统级,从操作系统的基本功能来看,⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5)汇编语⾔级:第四级是汇编语⾔级,这级的机器语⾔是汇编语⾔,完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6)⾼级语⾔级:第五级是⾼级语⾔级,这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔,通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7)应⽤语⾔级:第六级是应⽤语⾔级,这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的,因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构,就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程,明确软件,硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1)计算机体系结构:是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性。
计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题详解
第1章计算机系统概论理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,及相互连接方法等。
6. 画出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答:计算机硬件组成框图如下:控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设9. 画出主机框图,分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”(M均为主存地址)为例,在图中按序标出完成该指令(包括取指令阶段)的信息流程(如→①)。
假设主存容量为256M*32位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下,指出图中各寄存器的位数。
解:主机框图如P13图1.11所示。
(1)STA M指令:PC→MAR,MAR→MM,MM→MDR,MDR→IR,OP(IR)→CU,Ad(IR)→MAR,ACC→MDR,MAR→MM,WR(2)ADD M指令:PC→MAR,MAR→MM,MM→MDR,MDR→IR,OP(IR)→CU,Ad(IR)→MAR,RD,MM→MDR,MDR →X,ADD,ALU→ACC,ACC→MDR,WR假设主存容量256M*32位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下,ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位,PC和MAR寄存器均为28位。
1. 什么是总线?总线传输有何特点?为了减轻总线负载,总线上的部件应具备什么特点?答:P41.总线是一种能由多个部件分时共享的公共信息传送线路。
总线传输的特点是:某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息,但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
为了减轻总线负载,总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。
2. 总线如何分类?什么是系统总线?系统总线又分为几类,它们各有何作用,是单向的,还是双向的,它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系?答:按照连接部件的不同,总线可以分为片内总线、系统总线和通信总线。
计算机组成原理第二版课后习题答案全唐朔飞
计算机组成原理第二版课后习题答案全唐朔飞计算机组成原理第二版课后习题答案计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程,它主要讲述了计算机系统的基本组成和工作原理。
理解和掌握计算机组成原理对学习和实践计算机领域都至关重要。
为了帮助读者更好地巩固和应用所学知识,本文将提供《计算机组成原理第二版》课后习题的答案。
第一章:计算机系统概述1. 详细解释计算机的五大组成部分。
答:计算机由五大部分组成,分别是中央处理器(CPU)、存储器、输入设备、输出设备和外部设备。
CPU负责执行指令和处理数据,存储器用于存储程序和数据,输入设备用于输入数据和指令,输出设备用于输出结果,外部设备用于与计算机系统进行交互。
2. 描述冯·诺依曼计算机结构模型的主要特点。
答:冯·诺依曼计算机结构模型的特点主要包括存储程序控制、数据和指令以二进制表示、按顺序执行指令、以及以存储器为中心。
3. 解释指令的含义,指出指令的两个基本组成部分。
答:指令是计算机中最基本的操作单位,用于定义计算机的操作和处理数据的方式。
指令由操作码和地址码两个基本部分组成。
操作码指明要执行的操作,地址码指明所需操作数或结果存放的地址。
4. 什么是指令周期?什么是时钟周期?答:指令周期是指计算机处理一条指令所需的全部时间,包括取指令、执行指令、访存和写回结果。
时钟周期是指计算机中使用的基本时钟信号的时间间隔,决定了计算机的运行速度。
第二章:计算机的发展与应用1. 简述冯·诺依曼结构的计算机和哈佛结构的计算机有什么区别?答:冯·诺依曼结构的计算机将存储器用于存放程序和数据,指令和数据共享同一存储空间;而哈佛结构的计算机将指令和数据存放在不同的存储空间,可以同时取指令和访问数据,提高了运行效率。
2. 解释并举例说明并行计算和串行计算的区别。
答:并行计算是指多个处理器同时进行计算任务,各个处理器独立运行,可以加快计算速度。
计算机组成原理笔记 唐朔飞版
目录一、概念 (2)一、1 概念 (2)一、2基本组成 (3)一、3主要技术指标 (5)一、4 小结 (5)二、系统总线 (5)二、1基本概念 (5)二、2总线结构 (7)二、3总线控制 (9)二、4 小结 (12)三、存储器 (12)三、1简介 (12)三、2主存储器 (13)三、3 只读存储器 (18)三、4 存储器与CPU的连接 (18)三、5高速缓冲存储器 (19)三、6辅助存储器 (22)三、7 小结 (23)四、输入、输出系统 (23)四、1概述 (23)四、2 I/O接口 (24)四、3程序查询方式 (26)四、4 接口中的中断 (26)四、4 DMA技术 (29)四、5 小结 (32)五、计算机的运算方法 (32)五、1 无符号数 (32)五、2数的定点表示和浮点表示 (34)五、3定点运算 (36)五、4浮点四则运算 (42)五、5 ALU单元 (43)五、6小结 (45)六、指令系统 (46)六、1机器指令 (46)六、2操作数类型及操作类型 (46)六、3寻址方式 (47)六、4指令格式 (48)六、5 RISC技术 (48)六、6 小结 (49)七CPU 的结构与功能 (49)七、1 CPU的结构 (49)七、2指令周期 (50)七、3 指令流水 (54)七、4中断系统 (57)七、5 小结 (59)八、控制单元 (59)八、1微操作命令的分析 (59)八、2多级时序系统 (61)八、3 小结 (64)九、控制单元的设计 (64)九、1组合逻辑设计 (64)九、2 微程序设计 (66)九、3设计举例 (70)九、4 小结 (73)一、概念一、1 概念1、硬件:看的见,摸得着的电子元器件。
2、软件分为系统软件,应用软件3、系统软件:管理整个计算机系统,监视系统,合理调度系统资源,高效运行。
包括:标准程序库、语言处理程序(汇编程序(翻译汇编语言的程序),编译程序),操作系统(批处理、分时、实时)、服务程序(诊断、调试、连接程序)、数据库管理、网络软件。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点
第一章知识总结〔一〕2017-04-19马辉XX师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以与开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序〞思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU〔包含了运算器和控制器、与高速缓存〕、I/O设备与主存储器。
计算机组成原理唐朔飞第二版
在同一芯片上)
讲评:一种不确切的答法:
CPU与MM合称主机;
运算器与控制器合称CPU。
这类概念应从性质和结构两个角度共同解释较确
切。
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4
主存——计算机中存放正在运行的程序和
数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,
可随机存取;(由存储体、各种逻辑部件及控制 电路组成)
存储单元——可存放一个机器字并具有特 定存储地址的存储单位;
缺一不可,因此同样重要。
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5. 冯·诺依曼计算机的特点是什么? 解:冯氏计算机的特点是:P8 ·由运算器、控制器、存储器、输 入设备、输出设备五大部件组成;
·指令和数据以同一形式(二进制 形式)存于存储器中;
·指令由操作码、地址码两大部分 组成;
·指令在存储器中顺序存放,通常 自动顺序取出执行;
某单元读出、或写入某存储单元数据的寄 存器;
I/O——Input/Output equipment,输 入/输出设备,为输入设备和输出设备的 总称,用于计算机内部和外界信息的转换 与传送;
MIPS——Million Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数,为计算 机运算速度指标的一种计量单位;
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CPI——Cycle Per Instruction,执 行一条指令所需时钟周期数,计算机运算 速度指标计量单位之一;
FLOPS——Floating Point Operation Per Second,每秒浮点运算次 数,计算机运算速度计量单位之一。
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11. 指令和数据都存于存储器中,计算 机如何区分它们?
PC——Program Counter,程序计数
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件硬件和软件哪个更重要解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么解:冯?诺依曼计算机的特点是:P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;指令和数据均用二进制表示;指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;机器以运算器为中心(原始冯?诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:P9-10主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE)。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
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P7计算机的多级层次P8冯诺依曼计算机的特点、五大部件P10计算机的工作步骤P13主存储器、运算器、控制器、I/OP17计算机的硬件技术指标(机器字长、存储容量、运算速度)第二章计算机的发展及应用——见课本目录第三章系统总线P43总线的分类(片内总线、系统总线(三总线结构——数据地址控制)、通信总线)P45总线特性(机械特性、电气特性、功能特性、时间特性)P46总线性能指标(总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等其他指标)P47总线标准(ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232C、USB)P52总线结构(单总线结构、多总线结构---示意图,如单总线、双总线、三总线结构)P57总线判优控制(集中式(链式查询、计数器定时查询、独立请求方式)+ 分布式)P59总线通信控制(总线周期四个阶段;四种方式:同步、异步、半同步、分离式通信)第四章存储器P68存储器分类(按存储介质、存取方式、在计算机中的作用分类,以及RAM、ROM)P70存储器的层次结构(缓存-主存层次、主存-辅存层次,以及P71虚拟存储系统)P72主存储器P73主存中存储单元地址的分配P73主存的技术指标(存储容量、存储速度、存储器带宽)P74半导体存储芯片(基本结构、译码驱动方式(线选法和重合法))P76随机存取存储器P76静态RAM(基本单元电路、芯片举例、读写时序)P80动态RAM(基本单元电路、芯片举例、读写时序)P86动态RAM的刷新(集中刷新、分散刷新、异步刷新)P87动态RAM和静态RAM的比较P88 只读存储器(MOS、TTL——掩模ROM、PROM、EPROM)P91 存储器与CPU的连接P91存储容量的扩展(位、字扩展)P93存储器与CPU的连接(P95例4.2、P97例4.3)P100汉明码(偶校验、奇校验)P103提高访存速度的措施(单体多字系统、多体并行系统)P107高性能存储芯片(SDRAM、RDRAM、带Cache的DRAM(CDRAM))P109高速缓冲存储器(问题的提出、Cache工作原理)P111 Cache命中率、效率、平均访问时间计算(例4.7)P112 Cache的基本结构(Cache存储体、地址映射变换机构、Cache替换机构)P114 Cache的改进(单一缓存和二级缓存、统一缓存和分立缓存)P117 Cache——主存地址映射(直接映射、全相联映射、组相联映射+ 例题)P123替换策略(先进先出(FIFO)算法、近期最少使用(LRU)算法、随机法)P123辅助存储器(硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘存储器——见课本目录)P124硬盘容量计算(格式化、非格式化)P144循环冗余校验码(CRC码)P156概述(发展概况、组成、I/O设备与主机联系方式、与主机信息传送的控制方式)组成(I/O软件(I/O指令、通道指令)、I/O硬件)I/O设备与主机联系方式(I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式)与主机信息传送的控制方式(程序查询方式、程序中断方式、DMA方式)P166 I/O设备(输入设备、输出设备)输入设备(P168-171键盘、鼠标、触摸屏、光笔、画笔与图形板、图像输入设备)输出设备(P171显示设备、P177打印设备)P182其他I/O设备(终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备)P184多媒体技术P190程序查询方式、P194程序中断方式、P202 DMA方式——见课本目录第六章计算机的运算方法P220原码表示法、P221补码表示法、P224反码表示法、P225移码表示法P228数的定点表示(格式、范围)、P229浮点表示(形式、范围、规格化)、比较P234定点运算(移位、加、减、乘、除)P234移位运算、P237加减法、P243乘法(Booth)、P258除法(加减交替法)P269浮点四则运算(P269浮点加减运算、P274浮点乘除法运算、P280硬件配置)P280算术逻辑单元(ALU电路、快速进位链)第七章指令系统P300机器指令(指令格式、指令字长)、P304操作数类型及操作类型(数据存放方式)P310寻址方式P320指令格式举例、P326 RISC技术(P330主要特点、P333与CISC比较)第八章CPU的结构和功能P337 CPU的功能(取指令、分析指令、执行指令等)、CPU结构框图、CPU的寄存器P342指令周期(取指周期、间址周期、执行周期、中断周期;P344数据流)P345指令流水(概念、原理、P348影响流水线性能的因素)P353流水线性能(计算吞吐率、加速比、效率)P355多发技术(超标量、超流水线、超长指令字)、流水线结构P358中断系统(概述、P360中断请求标(INTR)记和中断判优逻辑(硬件排队、软件排队)P361中断服务程序入口地址的寻找(硬件向量法、软件查询法)P362中断响应(响应中断的条件、时间,中断隐指令)P364保护现场和恢复现场、P365中断屏蔽技术)第九章控制单元的功能P375微操作命令的分析(取指周期、间址周期、执行周期(非访存、访存、转移类指令)、中断周期)P379控制单元的功能P379控制单元的外特性(输入信号、输出信号)P380控制信号举例(不采用、采用CPU内部总线的方式)P386多级时序系统(机器周期、时钟周期(节拍、状态) 、多级时序系统)P387控制方式(同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式)第十章控制单元的设计P396微操作的节拍安排、P407微指令的编码方式、P409微指令序列地址的形成、P411微指令格式(水平型、垂直型)、P413静态微程序设计和动态微程序设计、毫微程序设计。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点
第一章知识总结(一)2017-04-19马辉安阳师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)
第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:P9-10主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE)。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长:一条指令的二进制代码位数。
计算机组成原理唐朔飞第2版第二版教材重点考点笔记pdf(讲义课件)
内容说明学长学姐的高分笔记以及课堂讲义对于复习而言至关重要,能够充分利用相应笔记,可让我们学习起来事半功倍。
本册笔记囊括了考试重点以及复习过程中必须注意的地方,同时总结了很多有用的结论和方法,不仅能够更好理解整个框架与原理,也能利用结论和方法快速解题,真正做到高效复习、精准复习。
说明:由于高分笔记和课堂讲义大部分是手写的,字迹与格式比较潦草,因此我们进行了整理和归纳,保留核心内容,去除错别字以及多余内容,同时对内容进行了重新排版,以便阅读与复习。
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(2)计算机的软件又可以分为系统软件和应用软件,系统软件用来管理整个计算机系统,监视服务,应用软件是用户根据任务需要所编制的各种程序。
2.计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构如图1-1所示。
图1-1 多级层次结构的计算机系统3.计算机组成和计算机体系结构(1)计算机体系结构计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞复习整理
整个计算机具有两级层次结构,[汇编语言机器]将汇编语言 程序先翻译成机器语言),再做第一级([机器...],执行机器语 言 程 序 ) 。 三 级 :[ 高 级 ...]->[ 汇 编 ...]->[ 机 器 ..] 。 四 级 :[ 高 级 ...]->[ 汇 编 ...]->[ 机 器 ...]->[ 微 指 令 系 统 ] 。 多 级:[GJ]->[HB]->[操作系统机器]->[JQ]->[WZLXT].
总线的分类: 片内总线, 系统总线,通信总线。系统总线是指 CPU,主存,I/O 设备各大部件之间的信息传输线。 分有数据总 线,地址总线和控制总线。通信总线用于计算机系统之间或 与其他系统之间的通信。 总线特性:总线特性包括 1.机械特性(总线在机械连接上的 性能),2.电气特性(总线的每一更传输线上信号的传递方向 和有效的电平范围),3.功能特性(总线每根传输线的功能), 4.时间特性(总线上的任一一根线在什么时间内有效)。 总线性能指标:1. 总线宽度, 数据总线的根数,2.总线带宽, 总线的数据传输速率 , 单位时间内总线上传输数据的位数 (MBps),3.时钟同步/异步,总线上的数据与时钟同步工作的 总线为同步总线,与时钟不同步的总线为异步总线。 4.总线复 用,一条信号线上分时传送多种信号。 总线控制包括总线判优控制,总线通信控制。总线判优控制: 按对总线有无控制功能分为主设备和从设备。 主设备对总线 有控制权,从设备只能响应从主设备发来的总线命令。总线 控制器的判优, 仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主 设备能使用总线。总线判优控制分集中式(控制逻辑集中一 处)和分布式(控制逻辑分散在与控制的各个部件或设备上) 两种。集中控制优先权仲裁方式有链式查询, 计数器定时查 询,独立请求方式三种。以下是三种方式的特点: 链式查询: 只需要很少几根线就能按一定优先次序实现总线 控制, 并且很容易扩充设备, 但对电路故障敏感, 且优先级低 的设备可能很难获得请求。计数器定时查询:对电路故障不 如链式查询方式敏感,但增加了控制线数,控制也较复杂。独 立请求方式:响应速度快,优先次序控制灵活,但控制线数 量多,总线控制更复杂。 总线通信控制在争夺总线使用权时按优先等级来解决, 在通 信时间上按时分方式来处理。 完成一次总线操作的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间称为 总线周期。 总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开 始和结束以及通信双方如何协调配合。通常用四种方式:同 步,异步,半同步和分离式通信。以下为各特点: 同步通信:通信双方统一时标控制数据传送。优点:规定明 确,统一,模块间的配合简单一致。缺点:主从模块时间配合 强制性,影响总线的工作效率严重,设计不灵活。异步通信: 允许模块速度不一致性, 灵活。分有不互锁方式,半互锁和 全互锁 3 个方式。半同步通信:既保留了同步通信的基本特 点,也保留了异步通信的基本特点,允许不同速度的模块和 谐工作。 分离式通信: (1)各模块欲占用总线使用权必须提出 申请。 (2)主模块在限定时间内向对方传送信息, 采用同步方 式传送。(3)各模块在准备数据过程中都不占用总线。(4)充 分利用了总线的有效占用。 存储器的层次结构:储存系统层次结构主要体现在缓存-主存 (主要解决 CPU 和主存速度不匹配问题)和主存-辅存(主要解 决存储系统的容量问题)两个储存层次上。主存-辅存正在不 断发展中。 主存储器:主存的技术指标是存储容量(主存能存放二进制代 码的位数) 和存储速度( 由存取时间和存取周期来表示,存取 时间是存取器的访问时间, 指启动一次存储器操作[读写]到 完成操作的全部时间,存取周期指存储器进行连续两次独立 的存储操作所需的最小时间间隔,通常大于存取时间) 半导体存储芯片:存储芯片通过地址总线,数据总线与外部连 接。地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。例如 地址线 10 根,数据线 4 根,则芯片容量为 1024×4=4K 位 随机存取存储器:有静态 RAM 和动态 RAM 之分。 静态 RAM 是用触发器工作原理存储信息,因此即使信息读出后,它仍 保持其原状态,不需要再生。但电源掉电后,原存信息丢失, 故是易失性半导体存储器。动态 RAM 有三管式和单管式两 种,他们的共同特点是靠电容存储电荷的原理来寄存信息,必 须在 2ms 内对其所有存储单位恢复一次原状态,这个过程称 为再生或刷新,刷新与行地址有关,该地址由刷新地址计数 器给出。与静态 RAM 相比,具有集成度高,功耗更低等特点。 辅助存储器的特点:容量大,速度慢,价格低,可脱机保存 信息,“非易失性”。 存储器与 CPU 的连线:将若干存储器芯片连在一起组成足够 容量的存储器称为存储容量的扩展,有位扩展和字扩展之分 存储器与 CPU 的连接:1、地址线的连接:CPU 的地址线比存 储芯片的地址线多,通常只是将 CPU 地址线的地位与存储芯 片的地址线相连(例如 CPU 地址线为 16 位,A15-A0,1K×4 位 的芯片仅有 10 根地址线 A9-A0,可将 CPU 地位地址 A9-A0 与存储芯片地址线 A9-A0 相连)。2、数据线的连接:CPU 的 数据线数和存储芯片的数据线数不一定相等, 必须对存储芯 片扩位,使其数据位数与 CPU 的数据线数相等.3、读写命令 线的连接:CPU 读写命令线一般可直接与存储芯片的读写控 制端相连,通常高电平为读,低电平为写。 有些 CPU 的读写命 令线是分开的,此时 CPU 的读写命令线应与存储芯片的允许 读控制器相连,写命令线与允许写控制端相连。4、片选线的 连接,5、合理选择存储芯片。 提高访寸速度的措施:除了寻找高速元件和采用层次结构外, 调整主存的结构也可提高仿存速度(单体多字系统,多体并行 系统,高性能存储芯片)。 可以对运算方法加以改进,如进位链,两位乘除法;对于存 储器,可以采用 cache-主存层次的设计和管理提高整机的速 度;对于控制器,可以通过指令流水或超标量设计技术提高 整机速度;对于 I/O 系统,可以运用 DMA 技术来减少 CPU 对外设访问的干预。 高速缓冲存储器:通常用”命中率”来衡量 Cache 的效率。 命中 率是指 CPU 要访问的信息已在 cache 内的比率.命中率等于 访问 cache 的总命中次数除以访问 cache 和主存的总次数。 访问效率等于访问 cache 的时间除以平均访问时间乘以 100%。 cache-主存地址映射: 分有直接映射,全相联映射和组相联映 射。1、直接相联映射:每个主存块只与一个缓存块相对应, 映射公式为:i=j mod C,其中 i 为缓冲块号,j 为主存块号, C为 缓存数,格式:主存字块标记+cache 字块凳子+字块内地址。 优点是实现简单,只需利用贮存地址的某些位直接判断,即 可确定所需字块是否在缓存中。缺点是不够灵活。2、全相 联映射:允许主存中每一字块映射到 cache 中的任何一块位 置上,映射方式可以从已被占满的 cache 中替换出一旧字块。 优点:方式灵活,命中率也更高,缩小了块冲突率。与直接映射 相比,它的主存地址块标记从 T 位增加到 T+C 位。 缺点:所需 的逻辑电路多,成本较高。3、组相联映射:把 cache 分为 Q 组,i=j mod Q ,格式: 主存字块标记+组地址+字块内地址。假 设 C=5,q=4,则 r=c-q=1。 实际含义是:cache 共有 12 的 C 次幂, 共分为 2 的 q 次=16 组,每组包含数量 2 的 1 次的分组。组 内 2 块的组相联映射称为 2 路组相联。 组内 4 块的组相联映 射称为称为四路组相联。
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)
第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:P9-10主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE)。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长:一条指令的二进制代码位数。
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第一章知识总结(一)2017-04-19马辉安阳师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
CPU和主存合起来称主机(及电源、总线与I/O接口),I/O设备也称外设。
运算器的核心是算术逻辑单元ALU,控制器的核心是控制单元CU。
外存(辅存)属于I/O设备。
第一章知识总结(二)2017-04-20马辉安阳师院mh存储元件(或称存储基元、存储元):能存放一位二进制代码“0”或“1”的电路。
存储单元:包含若干存储元,可存放一串二进制代码,通常对每一个存储单元分配一个唯一的单元地址。
存储字:一个存储单元中所存放的二进制代码内容。
存储字长:一个存储字二进制代码的位数。
主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存(写入)、取(读出)。
这种存取方式称为按地址存取,即按地址访问存储器(访存)。
MAR:存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR:存储器数据寄存器,用来存放从存储单元读出的代码或准备写入某存储单元的代码,其位数与存储字长相等。
如若MAR为16位,MDR为32位,则配套存储容量为2的16次方乘于32位,即2Mb或256KB。
ALU:算术逻辑单元ACC(或A、或AC):累加器MQ:乘商寄存器X:操作数寄存器PC:程序计数器,存放欲执行指令的地址。
IR:指令寄存器,存放当前正执行的指令代码。
CU:控制单元,分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象。
机器字长:CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU中的通用寄存器位数一致。
存储容量:包括主存容量和辅存容量,存储器能存放二进制代码量的表示。
可以用总位数表示,或用字节数表示,主存更通常用单元数乘于存储字长表示。
主频:CPU工作所使用的时钟信号的频率。
主频取导为时钟周期,表示一个时钟信号持续的时间长度。
MIPS:每秒钟执行多少百万条指令。
(GIPS)CPI:执行一条指令所需的时钟周期个数。
FLOPS:每秒浮点运算次数。
(MFLOPS或GFLOPS或TFLOPS)第二章知识总结2017-04-21马辉安阳师院mh1946年,第一台电子数字计算机ENIAC 诞生于美国宾夕法尼亚大学,它采用电子管构造,使用十进制运算。
早期计算机的更新换代集中体现在组成计算机基本电路的元器件上,按此可以把计算机发展分为:第一代,电子管计算机;第二代,晶体管计算机;第三代,中小规模集成电路计算机;第四代,大规模、超大规模集成电路计算机。
现代计算机作为一门独立学科迅猛发展,是由于微处理器的出现、软件技术的完善及应用范围的不断扩宽所带来的必然结果。
1971年,美国Intel公司研制成世界上第一个4位的微处理器芯片4004。
摩尔定律:微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番。
微型计算机的发展在很大程度上取决于微处理器的发展,而微处理器的发展又依赖于芯片集成度和处理器主频的提高。
计算机的应用:科学计算数据处理计算机控制(工业控制、实时控制等)网络应用(电子商务、网络教育、电子政务等)多媒体应用(电子动画、虚拟现实等)办公自动化管理信息系统CAD / CAM / CIMS / CAI人工智能(模式识别、语音识别、专家系统、机器人、自然语言理解等)第三章知识总结(一)2017-05-02马辉安阳师院mh总线:是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。
在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,理论上,允许多个部件同时从总线上接收相同的信息。
从不同角度可以有不同的总线分类方法:按数据传送方式:并行传输总线和串行传输总线按总线使用范围:计算机总线、测控总线、网络通信总线按传输方向:单向总线和双向总线按连接部件的不同:片内总线、系统总线、通信总线片内总线:为并行总线,该组线路可传各种类型信息系统总线:为并行总线,按传输信息的不同,再分为数据总线、地址总线和控制总线三个组成部分。
通信总线越来越多用串行总线总线的使用要考虑如下总线特性:机械特性、电气特性、功能特性、时间特性总线的性能指标最重要的是总线带宽(或叫总线数据传输率),单位时间内总线上传输数据的位数,以每秒传输多少位或多少字节表示。
注意区分MBps和Mbps关键因素:一秒能传多少次,每次能传多少位。
总线标准:ISA:工业标准结构总线EISA:扩充的工业标准结构总线VESA:视频电子标准协会总线PCI:外围部件互连总线AGP:加速图形端口总线USB:通用串行总线PCI-Express总线RS-232C总线第三章知识总结(二)2017-05-03马辉安阳师院mh总线主设备:对总线有控制权的设备或模块总线从设备:没有总线控制权,只能响应主设备发来的总线命令的设备或模块理解:1、在有些系统中主设备、从设备不是固定的2、主设备不一定就是向总线发送数据信息的设备总线判优控制(总线仲裁):分配总线控制权,决定谁是主设备判优控制分为集中式和分布式两大类集中式细分为:1、链式查询:需三根线完成控制,但优先级固定,对故障敏感2、计数器定时查询:优先级灵活3、独立请求:需2n根线完成控制,速度最快通常将完成一次总线操作的时间称为总线周期,可分为4个阶段申请分配阶段;寻址阶段;传数阶段;结束阶段但对只有一个主设备的简单系统,可只需寻址和传数两个阶段。
总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调如何配合。
通常用四种方式:同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。
同步通信:通信双方由统一时标信号控制数据传送。
(按双方工作速度,确定一个时间标准,对双方动作的时间配合固定下来,什么时间就该干什么,完成通信过程,理论上任何设备间都可采用,通常用在速度较一致的设备间。
)异步通信:没有公共的时钟标准,允许双方速度不一致,采用应答信号(握手信号)联络,决定双方的操作。
异步通信的应答方式按联系紧密程度分不互锁、半互锁和全互锁三种。
异步并行通信中有专门线路传输应答信号,但异步串行通信中为传输应答信号和信息,通常要约定传输字符格式,如:1个起始位(低电平),5~8个数据位,1个奇偶校验位,1或1.5或2个终止位(高电平)。
传送时起始位后面紧跟的是传送字符的最低位。
起始位至终止位构成一帧。
(如何知道一个位传输时间?异步串行通信中也有时钟信号,通常用记够若干时钟代表传一位的时间,但该时钟信号不用于决定传输的开始和结束。
)异步串行通信的数据传送速率用波特率来衡量波特率:单位时间内传送的二进制数据的位数,单位为bps。
比特率:单位时间内传送的二进制有效数据的位数,单位为bps。
第五章知识总结(一)原创2017-06-12马辉安阳师院mh现代计算机可认为由三大部分组成:除CPU和主存储器外,还有输入输出模块,又称I/O系统。
I/O系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成,其中I/O软件由I/O指令或通道指令编写,具有:①将用户编制的程序(或数据)输入主机内。
②将运算结果输送给用户。
③实现输入输出系统与主机工作的协调等作用;而I/O硬件在带有接口的I/O系统中包含接口模块及I/O设备两大部分。
I/O设备与主机的联系方式包括:1、I/O设备编址方式。
2、设备寻址。
3、传送方式(并行传送、串行传送)。
4、联络方式(立即响应、异步应答、同步联络)。
5、连接方式(辐射式、总线式)等问题。
其中编址方式分统一编址(不需设置专门的I/O指令)和不统一编址(需设置专用的I/O指令)两种。
CPU和主存构成了主机,主机外的大部分硬件设备都可称为外部设备,简称外设。
I/O设备大致可分为三类:人机交互设备、计算机信息的存储设备、机-机通信设备。
其中人机交互设备可分为输入设备和输出设备两种。
常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏等;常见的输出设备有显示器、打印机等。
显示器按显示器件划分,有阴极射线管CRT显示器、液晶LCD显示器、等离子PD显示器及发光二极管LED显示器等。
分辨率和灰度等级(或颜色数)是显示器的两个重要技术指标,分辨率是指显示屏面能表示的像素点数,灰度等级是指显示像素点相对亮暗的级差。
为使人眼能看到稳定的图像,显示屏需进行刷新,一般刷新频率要大于30次/秒。
为进行刷新操作,需由刷新存储器(帧存储器或视频存储器)保存当前一屏信息内容,其容量与分辨率和灰度等级(或颜色数)有关,其带宽或存取周期要满足刷新要求。
计算机处理汉字需考虑输入码、内码和字形码三个问题。
输入码常从音、形两个角度考虑;内码用两个字节表示一个汉字,其来源于汉字统计、排序的区位码;字形码(字模码)用点阵或矢量曲线表示汉字字形,最小汉字点阵为16×16,在单色显示下该点阵一个汉字字形码需32B。
国标码=区位码+2020H机内码=国标码+8080H(区位码区号在前,位号在后,从16区即10H区开始表示汉字,共1-94区,1-94位)I/O接口是指主机与I/O设备间设置的一个硬件电路及其相应的软件控制,其作用有:设备选择、数据缓冲、数据格式转换、电平转换、接收控制命令、发送设备状态等。