唐朔飞《计算机组成原理》复习笔记(指令系统)【圣才出品】

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《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。

唐朔飞《计算机组成原理》复习笔记(计算机的发展及应用)【圣才出品】

第2章计算机的发展及应用
2.1复习笔记
一、计算机的产生和发展
1．第一代电子管计算机
2．第二代晶体管计算机
3．第三代集成电路计算机
4．微型计算机的出现和发展
微型计算机解决处理器和内存外设速度不匹配的方法为：
（1）处理器与主存之间解决方案：加宽数据总线的宽度，在主存和处理器之间设置高速缓冲存储器（Cache）并发展成片内Cache和分级Cache，采用高速总线和分层总线来缓冲和分流数据，从而提高处理器和存储器之间的连接带宽。

（2）处理器和外设之间解决方案：通过各种缓冲机制、加上高速互连总线以及更精致的总线结构来解决它们之间传输速率的不匹配问题。

5．软件技术的兴起和发展
软件发展有以下几个特点。

①开发周期长；
②制作成本昂贵；
③检测软件产品质量的特殊性。

二、计算机的应用
1．科学计算和数据处理
（1）科学计算
科学计算的特点是计算量大和数值变化范围大。

（2）数据处理
大量的数据信息，由计算机收集、存储、整理、检索、统计、修改、增删等，由此获得某种决策数据或趋势。

2．工业控制和实时控制
3．网络技术的应用
网络技术的基础是计算机技术与通信技术的结合，通常有：
①电子商务；
②网络教育；
③敏捷制造。

4．虚拟现实
5．办公自动化和管理信息系统
6．CAD/CAM/CIMS 8．多媒体技术9．人工智能。

唐朔飞《计算机组成原理》课后习题详解(指令系统)【圣才出品】

7.2课后习题详解1．什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？答：机器语言是由一条条语句组成，每一条语句都能准确地表达某种语义。

人们习惯将每一条机器语言的语句称为机器指令，而将所有机器指令的集合称为机器的指令系统。

计算机实现全自动工作就是通过连续执行每一条机器语句。

计算机设计人员主要研究如何确定机器的指令系统以及如何使用硬件电路、芯片、设备来实现机器指令系统的功能。

计算机用户使用汇编语言根据机器提供的指令系统编译各种程序。

根据机器指令系统描述的机器功能，计算机用户可以清楚地了解计算机内部寄存器一存储器的结构，以及计算机可以直接支持的各种数据类型。

因此，指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构密切相关。

2．什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？答：寻址方式：指的是确定本条指令的数据地址和下一条要执行的指令地址的方法。

它与硬件结构密切相关，直接影响指令的格式和功能。

寻址方法可分为指令寻址和数据寻址。

指令寻址相对简单，可以分为两种类型：顺序寻址和跳转寻址：顺序寻址可以通过程序计数器PC加1来自动形成下一条指令的地址；跳跃寻址则通过转移类指令实现。

有许多种数据寻址方法，必须在指令字中设置字段以指明是哪一种寻址方式。

指令的地址码字段通常不代表操作数的实际地址，它被称为形式地址并记为A。

操作数的实际地址称为有效地址，记为EA。

它是由寻址方式和形式地址共同来确定的。

学习寻址方式目的：从高级语言的角度考虑问题，机器指令的寻址方式对用户来说并不重要，但一旦使用汇编语言，用户要想正确编程，只有理解并掌握了寻址方式，否则程序将无法正常运行。

如果程序员参与机器指令系统的设计，那么理解用于确定机器指令格式的寻址方式是必不可少的。

从另一个角度来看，如果我们对机器指令的寻址方式有了透彻的了解，程序员将进一步加深对机器中信息流程和整机工作概念的理解。

3．什么是指令字长、机器字长和存储字长？答：指令字长：指令字取决于操作数代码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的数量。

唐朔飞《计算机组成原理》(第2版)【教材精讲】第1章计算机系统概论【圣才出品】

第一部分教材精讲[视频讲解]第1章计算机系统概论[视频讲解]1.1计算机系统简介1.1.1计算机的软硬件概念计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成。

所谓“硬件”，是指计算机的实体部分，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。

所谓“软件”，它看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。

通常把这些程序寄寓于各类媒体，它们通常存放在计算机的主存或辅存内。

由于“软件”的发展不仅可以充分发挥机器的“硬件”功能，提高机器的工作效率，而且已经发展到能局部模拟人类的思维活动，因此在整个计算机系统内，“软件”的地位和作用已经成为评价计算机系统性能好坏的重要标志。

当然，“软件”性能的发挥也必须依托“硬件”的支撑。

因此，概括而言，计算机性能的好坏取决于“软”、“硬”件功能的总和。

计算机的软件通常又可以分为两大类：系统软件和应用软件。

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调度，高效运行。

它包括：标准程序库、语言处理程序（如将汇编语言翻译成机器语言的汇编程序或将高级语言翻译成机器语言的编译程序）、操作系统（如批处理系统、分时系统、实时系统）、服务程序（如诊断程序、调试程序、连接程序等）、数据库管理系统、网络软件等。

应用软件又称为应用程序，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、事务管理程序等。

1.1.2计算机系统的层次结构现代计算机的解题过程如下。

通常由用户用高级语言编写程序（称为源程序），然后将它和数据一起送入计算机内，再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序（称为目标程序），机器自动运行该机器语言程序，并将计算结果输出。

其过程如图l．1所示。

图1.1计算机的解题过程实际上，早期的计算机只有机器语言（用0、l代码表示的语言），用户必须用二进制代码（0、1）来编写程序（即机器语言程序）。

计算机组成原理(唐朔飞)复习资料.docx

第1章计算机系统概论1 •什么是计笄机系统.计翼机硬件和计斃机软件？硬件和软件哪个更巫要？解：P3计算机系统：由计算机硕件系统和软件系统组成的综合体.计篦机硬件：拆计篦机中的电子线路和物理装胃，计算机软件：计算机运行•所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计并机系统中相互依存•缺一不可.因此同样車要。

2.如何理解计订机的层次结构？答：计箕机皎件.系统软件和应用软件构成了计箕机系统的三个层次结构.<1）便件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。

（2）系统软件在峽件之外，为用户提供一个慕本操作界而。

<3）应用软件在肢外层，为用户捉供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统Z外的其余层称为虚拟机。

各层次Z间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

3・说明高级涪言.汇編涪言和机器语言的差别及其联系。

答：机器语言是计算机硬件能够直接识別的语飢汇编语言是机器语言的符号表示.高级语言是面向算法的语言。

高级语言编写的程序（源程序）处于最商层.必须翻译成汇编语盲.再山汇编程序汇编成机益语盲（目标程序）Z后才能被执行。

5. 冯•诺依曼计兔机的特点是什么？解：冯•诺依曼讣算机的特点是：P8•计算机山运算器、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浚示；•指令山操作码.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）。

6. 码出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计篦机系统的主耍技术折标。

答：计算机硕件组成框图如下：各部件的作用如下：控制器：幣机的指挥中心，它使计绰机的各个部件自动协调工作。

运绰器：对数据侑息进行处理的部件，用來进行算术运弊和逻输运算。

存储器：存放程序和数据.足计算机实现••存储程序控制••的基础。

唐朔飞《计算机组成原理》复习笔记(控制单元的功能)【圣才出品】

第9章控制单元的功能9.1复习笔记一、微操作命令的分析1．取指周期取指令的过程可归纳为以下几个操作：（1）现行指令地址送至存储器地址寄存器，记作PC→MAR；（2）启动主存作读操作，记作I→R；（3）将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读至MDR内，记作M(MAR)→MDR；（4）将MDR的内容送至IR，记作MDR→IR；（5）指令的操作码送至CU译码，记作OP(PC)→CU；（6）形成下一条指令的地址，记作(PC)+1→PC。

2．间址周期间址周期完成取操作数有效地址的任务，具体操作如下：（1）将指令的地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)→MAR；（2）启动主存作读操作，记作I→R；（3）将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读至MDR内，记作M(MAR)→MDR；（4）将有效地址送至指令寄存器的地址字段，记作MDR→Ad(IR)。

3．执行周期不同指令执行周期的微操作是不同的，下面分别讨论非访存指令、访存指令和转移类指令的微操作：（1）非访存指令①清除累加器指令CLA②累加器取反指令COM③算术右移一位指令SHR④循环左移一位指令CSL⑤停机指令STP（2）访存指令①加法指令ADD Xa．将指令的地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)→MAR；b．启动主存作读操作，记作I→R；c．将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读至MDR内，记作M(MAR)→MDR；d．给ALU发送加命令，将ACC的内容和MDR的内容相加，结果存于ACC，记作(ACC)+(MDR)→ACC；②存数指令STA Xa．将指令的地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)→MAR；b．启动主存作写操作，记作I→W；c．将累加器内容送至MDR，记作ACC→MDR；d．将MDR的内容写入到MAR所指的主存单元中，记作MDR→M(MAR)。

③取数指令LDA Xa．将指令的地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)→MAR；b．启动主存作读操作，记作I→R；c．将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读至MDR内，记作M(MAR)→MDR；d．将MDR的内容送至ACC，记作MDR→ACC。

(完整版)计算机组成原理知识点总结(唐朔飞版)

1、硬件：输入输出设备，控制器，存储器，运算器。

2、计算机技术指标：机器字长、存储容量、运算速度。

3、多总线结构的原理：双总线结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线和I/O总线分开的结构。

三总线1由主存总线用于CPU与主存之间的传输，I/O总线供CPU与各类I/O 设备之间传递信息，DMA总线用于高速IO设备与主存之间直接交换信息，任意时刻只能用一种总线，主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。

三总线2CPU与Cache之间构成局部总线，而且还直接连到系统总线上，cache可通过系统总线与主存传输信息，还有一条扩展总线可以连接IO设备。

四总线由局部总线，系统总线，告诉总线，扩展总线构成。

4、总线判优分为集中式和分布式两种，集中式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式（排队器）5、总线通信控制的四种方式：同步通信，异步通信，半同步通信，分离式通信。

6、波特率是每秒传输的位数，比特率是每秒传输的有效数据位数（bps）7、存储器技术指标：存储速度，存储容量和位价。

8、存储器分为主存，闪存，辅存和缓存。

9、分层原因：1缓存-主存层解决CPU与主存速度不匹配问题；2主存-辅存层解决系统存储容量的问题。

10、主存的技术指标：存储容量，存储速度（存取时间和存取周期表示）。

11、存储器带宽的计算方法：如存取周期为500ns，每个存取周期可访问16位，则带宽为32M位/秒。

带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。

12、动态RAM的刷新方式：集中刷新（是在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读写操作‘死时间’）分散刷新（指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。

不存在死时间，整个系统速度降低）异步刷新（前两种方式的结合，即可缩短死时间，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点）。

13、动态RAM集成度远高于静态RAM；动态RAM行列地址按先后顺序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；动态RAM功耗比静态RAM小；动态RAM的价格比静态RAM便宜；由于使用动态元件，因此速度比静态RAM低；动态RAM需要再生，需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。

唐朔飞《计算机组成原理》复习笔记(CPU的结构和功能)【圣才出品】

第8章CPU的结构和功能8.1复习笔记一、CPU的结构1．CPU的含义CPU实质包括运算器和控制器两大部分。

CPU必须具有控制程序的顺序执行（称指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（称操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（称时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。

2．CPU结构框图CPU的内部结构如图8-1所示。

图8-1CPU内部结构图3．CPU的寄存器CPU中的寄存器大致可分两类：一类属于用户可见寄存器，用户可对这类寄存器编程，以及通过优化使CPU因使用这类寄存器而减少对主存的访问次数；另一类属于控制和状态寄存器，用户不可对这类寄存器编程，它们被控制部件使用，以控制CPU的操作，也可被带有特权的操作系统程序使用，从而控制程序的执行。

（1）用户可见寄存器①通用寄存器通用寄存器可由程序设计者指定许多功能，可用于存放操作数，也可作为满足某种寻址方式所需的寄存器。

②数据寄存器③地址寄存器④条件码寄存器（2）控制和状态寄存器①MAR：存储器地址寄存器，用于存放将被访问的存储单元的地址。

②MDR：存储器数据寄存器，用于存放欲存入存储器中的数据或最近从存储器中读出的数据。

③PC：程序计数器，存放现行指令的地址，通常具有计数功能。

④IR：指令寄存器，存放当前欲执行的指令。

4．控制单元控制单元（CU）是提供完成计算机全部指令操作的微操作命令序列部件。

二、指令周期1．指令周期的基本概念CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间称为指令周期，即CPU完成一条指令的时间。

一个完整的指令周期应包括取指、间址、执行和中断4个子周期。

间址周期和中断周期不一定包含在每个指令周期内。

这4个周期又可称为CPU的工作周期，为了区别它们，在CPU内可设置4个标志触发器，如图8-2所示。

图8-2CPU工作周期的标志图8-2所示的FE、IND、EX和INT分别对应取指、间址、执行和中断4个周期，并以“1”状态表示有效，它们分别由1→FE、1→IND、1→EX和1→INT这4个信号控制。

计算机组成原理(唐塑飞)—笔记

第一章计算机系统概论1.译程序，一种是解释程序。

✧（源程序）的全部语句一次翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言程序。

（先翻译全部，后执行全部）✧并且立即执行这条语句，接着翻译源程序的下一条语句，即使下一条重复执行该语句，也必须重新翻译。

（翻译一条，执行一条）2. 多级层次结构的计算机系统：3. 区别计算机体系结构与计算机组成的两个基本概念。

✧ 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。

（计算机系统的属性通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性）（概念性的结构与功能特性）✧ 计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。

（具体指令的实现）4.冯·诺依曼计算机的特点✧计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

✧指令和数据以同等地位存放在存储器内，并可按地址访问。

✧指令和数据均用二进制数表示。

✧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。

✧指令在存储器内按顺序访问。

（存储程序）✧机器已运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器来完成。

5.以存储器为中心的计算机结构框图:6.计算机组成框图：7.ALU和CU是CPU的核心部件。

✧ALU, Arithmetic Logic Unit）简称算术逻辑部件，用来完成算术逻辑运算。

✧Control Unit ,CU）用来解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。

8.M,各种逻辑元件及控制电路等。

存储体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含若干个存储元件，每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”，“1”。

9.主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储子各位的存，去。

这种存取方式成为按地址存取方式，即按地址访问存储器。

（访存）10.运算器（ALU）和控制器（CU）组成CPU,再加存储器（主存和辅存）构成主体，最后加上输入输出设备构成硬件。

唐朔飞版计算机组成原理总结复习

10
F Ai 若按原来的运算次序，由于有数据相关，只
能是串i1 行的计算其结果，执行9次加法操作，需要的时间为： 5 △t * 9 =45 △t 其时空图为：
如果我们改变其运行次序，并且利用足够的缓冲和输出与输入直接数据通路的条件。则可以提高效率。
假设：任务1： A1+A2 ---R1 任务3： A5+A6 ---R3 任务5： A9+A10---R5 任务7： R3+R4 ---R7 任务9： R7+A8 ---R9
需要掌握的内容有：总线的概念、总线的分类、总线的控制以及总线的仲裁；总线仲裁方式的优劣分析
总线传输数据的阶段以及总线仲裁方式
这一张要考试的话，主要就是一些概念和一些简单的计算
第四章存储器
本章主要讲述计算机中的存储系统。分为三个层次介绍。主存、高速缓存、虚拟存储器
需要掌握的内容有：存储系统的层次结构、主存储器的分类、性能以及扩展存储器的一般方法(位扩充、字扩充）；高速缓存的概念、 Cache地址映射方式、平均访存时间、替换算法、性能以及实现；虚拟存储器的概念以及特点、页式存储器管理、段式存储器管理以及地址变换方法；
• 控制器部分数据通路，各种操作的过程
微命令：构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直接作用于某部件控制门的命令，如：打开或关闭某部件通路的控制门的电位，某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。微操作：由微命令控制实现的最基本的操作。微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。在计算机内部实质上是同一个信号，对控制部件为微命令，对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。微指令：一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命令的组合。微周期：从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。微程序：一系列微指令的有序集合。

唐朔飞《计算机组成原理》课后习题详解(计算机系统概论)【圣才出品】

1.2课后习题详解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？答：计算机系统：由硬件和软件两部分组成，计算机系统能够接收和存储信息、根据程序快速计算和判断，最终输出处理结果；计算机硬件：计算机的实体部分，它由有形的各种电子元器件，各种类别的光、电、机设备的物体组成，如主机、外部设备等；计算机软件：所谓“软件”，它是无形的，由人们事先编写好的的具有指定功能的程序组成，如系统软件，应用软件等；计算机的硬件和软件是相互依存，相互制约的，缺一不可。

计算机如果没有安装软件就会失去灵魂，只是一堆机器；没有硬件的计算机只是一个幻想，没有实际意义。

2．如何理解计算机系统的层次结构？答：计算机系统的结构根据其功能分为几个层次，有助于正确理解计算机系统的工作；同时对阐明软件，硬件和固件在计算机系统中的地位和作用是有帮助的；层次结构使各级分工更加清晰，易于纠正和完善；对于了解各种语言的实现和性质是有帮助的；它也有助于发现新的虚拟机实现方法，设计新的计算机系统。

3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。

答：高级语言：高级语言是面向用户的，用高级语言编写的程序称为高级语言源程序，计算机不能直接运行高级语言源程序，一定要将它们翻译成计算机可以执行的机器语言目标程序。

汇编语言：可以反映指令作用的助记符表达的计算机语言称为汇编语言，它诞生在机器语言的前面。

机器语言：计算机可以识别和执行的唯一语言。

二进制代码构成机器语言，每个二进制代码串称为指令。

只有高级语言是面向用户的，汇编语言和机器语言是面向机器的。

高级语言和汇编语言需要由编译器解析成为机器语言才能被计算机识别。

4．如何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程序员可以看到的计算机系统的属性，即概念结构和功能特征。

计算机系统的属性通常指的是程序员（包括汇编语言程序员）利用机器语言编程的传统机器的属性，包括指令集，数据类型，内存寻址技术，I/O机制等。

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。

唐朔飞《计算机组成原理》复习笔记(控制单元的设计)【圣才出品】

第10章控制单元的设计10.1复习笔记一、组合逻辑设计1．组合逻辑控制单元框图简化的控制单元框图，如图10-1所示。

图10-1带译码和节拍输入的控制单元框图2．微操作的节拍安排安排微操作节拍时应注意以下3点：（1）安排微操作节拍时必须注意微操作的先后顺序；（2）凡是被控制对象不同的微操作，若能在一个节拍内执行，应尽可能安排在同一个节拍内；（3）如果有些微操作所占的时间不长，应该将它们安排在一个节拍内完成，并且允许这些微操作有先后次序。

3．组合逻辑设计步骤（1）列出微操作命令的操作时间表；（2）写出微操作命令的最简逻辑表达式；（3）画出微操作命令的逻辑图二、微程序设计1．微程序与微程序控制单元（1）机器指令对应的微程序采用微程序设计方法设计控制单元的过程就是编写每一条机器指令的微程序，它是按执行每条机器指令所需的微操作命令的先后顺序而编写的，因此，一条机器指令对应一个微程序。

（2）微程序控制单元的基本框图图10-2示意了微程序控制单元的基本组成。

图10-2微程序控制单元的基本组成2．微指令的编码方式（1）直接编码（直接控制）方式（2）字段直接编码方式（3）字段间接编码方式（4）混合编码（5）其他3．微指令序列地址的形成（1）直接由微指令的下地址字段指出（2）根据机器指令的操作码形成（3）增量计数器法（4）分支转移（5）通过测试网络形成（6）由硬件产生微程序入口地址4．微指令格式（1）水平型微指令水平型微指令的特点是一次能定义并执行多个并行操作的微命令。

（2）垂直型微指令垂直型微指令的特点是采用类似机器指令操作码的方式，在微指令字中，设置微操作码字段，由微操作码规定微指令的功能。

（3）两种微指令格式的比较①水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强；②水平型微指令执行一条机器指令所需的微指令数目少，因此速度比垂直型微指令的速度快；③水平型微指令用较短的微程序结构换取较长的微指令结构，垂直型微指令正相反，它以较长的微程序结构换取较短的微指令结构。

唐朔飞《计算机组成原理》考研真题详解(计算机系统概论)【圣才出品】

1.3考研真题详解1．冯·诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示，其主要原因是（）。

[2018年408统考]Ⅰ．二进制的运算规则简单Ⅱ．制造两个稳态的物理器件较容易Ⅲ．便于用逻辑门电路实现算术运算A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、ⅢC．仅Ⅱ、ⅢD．Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ【答案】D【解析】冯·诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示的原因有：①技术实现简单，即制造两个稳态的物理器件较容易；②适合逻辑运算，便于用逻辑门电路实现算术运算；③简化运算规则，提高运算速度。

因此Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ都是其采用二进制的原因。

2．冯·诺依曼计算机的特点是（）。

[北京邮电大学2016研]Ⅰ．采用二进制Ⅱ．存储程序Ⅲ．控制流驱动方式Ⅳ．数据流驱动方式A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、Ⅱ、ⅢC．仅Ⅰ、Ⅱ、ⅣD．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ【答案】A【解析】冯·诺依曼计算机采用指令流驱动，并不采用数据流和控制流驱动，所以只有Ⅰ、Ⅱ正确。

3．冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）。

[2009年408统考]A．指令操作码的译码结果B．指令和数据的寻址方式C．指令周期的不同阶段D．指令和数据所在的存储单元【答案】C【解析】首先，题干已经很明确地说明是在冯·诺依曼计算机中，所以就可以肯定指令和数据都是以二进制的形式混乱地存储在一个存储器中，这样就无法通过指令和数据所在的存储单元来区分是指令还是数据，故排除D项。

CPU只有在确定取出的是指令之后，才会将其操作码部分送去译码，因此不可能依据译码的结果来区分指令和数据，故排除A项。

仅仅根据寻址方式来判断取出的是指令还是数据，显然不行，故排除B项。

完成一条指令可分为取指阶段和其他阶段（执行、间址、中断等），CPU可以根据指令周期的不同阶段来区分是指令还是数据，通常在取指阶段取出的是指令，其他阶段取出的都是数据。