组成原理
总线
总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。
既然是被共享的，一次就只能为一个人使用。
总线的传输周期：CPU通过总线对存储器或I/O端口进行一次访问需要的时间。包括总线申请，寻址，传输和结束四个阶段。
总线分类：
片内总线
系统总线，连接五大部件的信息传输线，按系统总线的传输信息不同，又分为3类：数据总线（双向传输线），地址总线（单向传输），控制总线（为了各个部件不在同一时刻使用总线，发出各种控制信号）。
通信总线：用于计算机系统之间或与其他系统之间的通信。
总线仲裁
集中式总线仲裁方式 链式查询方式、
计数器定时查询方式
独立请求方式
采用总线结构的优点
计算机中采用总线结构便于故障诊断与维护，便于模块化结构设计和简化系统设计，
便于系统扩展和升级，便于生产各种兼容的软硬件。
总线由哪几部分组成？
（1）传输线
（2）接口逻辑
（3）总线控制器
存储器
主存储器、半导体随机存储器、高速缓冲存储器、虚拟存储器
存储器中存储的数据和指令是怎么区分的？
在存储程序的计算机中，指令和数据都是以二进制的形式存放在存储器中。从存储器中存储的内容本身看不出它是指令还是数据，因为它们都是二进制代码。
计算机在读取指令时把从存储器中读到的信息都看作是指令，而在读取数据时则把从存储器中读到的信息都看作是操作数，所以为了不产生混乱，在进行汇编程序设计时要注意区分存储器中的信息是程序还是数据，而用高级语言设计程序一般不会产生上述问题。
有些计算机程序是专门对程序进行操作的，如编译程序和汇编程序，所以指令也可以是计算机的操作对象。有时我们把存储在计算机中的指令和数据统称为数据，因为它们都是存储在存储器中的二进制代码，都可以作为指令的操作对象。
存储器的层次结构是什么？
现代的计算机的存储系统构成cache-主存-辅存三级存储层次
Cache 工作原理
堆栈与堆栈操作等；
数值的机器运算，加法器、运算器的构成；
指令系统
- 指令格式：操作数和操作码两部分。
- 指令字长：一条指令占用的存储空间的大小。一般为字节的整数倍。指令字长是机器字长的一般称为半指令字长。
- 寻址技术：直接寻址（直接给操作数的有效地址），隐含寻址（意思是另一个操作数隐含在累加器中），间接寻址（给的操作数有效地址的地址），寄存器寻址（和直接寻址类似，给出的是寄存器的地址），寄存器间接寻址（存储的操作数所在的主存单元的地址）
基址寻址（把指令当中的地址与寄存器当中的形式地址相加），变址寻址（把指令当中的地址与变址寄存器当中的内容相加，编制寄存器的内容可以是用户设定的，程序的执行过程当中值可以改变，但是基址不能变），相对寻址（把程序计数器中的内容与指令当中的形式地址A相加而成）。
CPU
1.CPU的功能 和 组成
(1)指令控制：控制器能自动的行成指令的地址，并能发出取指令的命令，将对应此地址的指令取到控制器中。
(2)操作控制：取到指令之后，产生完成每条指令所需要的控制命令。
(3)时间控制：对各种控制命令加上时间上的控制。
(4)数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，是CPU的根本任务
(5)中断处理
指令控制，操作控制，时间控制，由控制单元（CU）完成，数据加工由ALU完成，中断由中断系统完成，最后再加上一些寄存器，CPU就制作完成了。
运算器+控制器
程序一旦被送出存储器，控制器就开始工作了。
加法器和ALU的区别：加法器只能实现两个输入运算相加运算，ALU可以实现多种算术逻辑运算。
2.指令周期
CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间，称为指令周期。
一个指令周期被划分为若干个机器周期（通常等于取址时间或访存时间），每个机器周期又由若干个时钟周期组成（这是处理操作的最基本单位）。
一个机器周期包含的时钟周期的个数由它完成的动作所决定。
比如一个单操作数指令，只需要一个取操作数周期，如果是两个操作数，就需要两次取操作数的周期，
一个完整的指令周期的流程：首先是取指周期，看指令是否有间址，若有间址，则有间址周期，如果没有就直接执行，就是执行周期，还要判断在执行的过程中有没有中断，如果有还有中断周期，没有的话就继续取指周期，循环。
中断：
当CPU执行一条现行指令时，如果外部设备向CPU发出中断请求，那么CPU在满足响应条件的情况下，将发出中断响应信号，榆次同时关闭中断，表示CPU不再受理另外一个设备的中断。这时，CPU要寻找中断的请求源来自哪一个设备，并保存自己的程序计数器（PC）的内容。然后，处理中断的程序，处理完之后，开放中断，继续去执行被打断的主程序的下一条指令。
指令中断和缺页中断的区别：
指令周期分为 取指周期，间址周期，执行周期和中断周期，所以一定是在某条指令执行结束之后才会去响应中断，中断完之后继续执行下一条指令。而缺页中断是要访问的页面不在内存，需要操作系统调入进来，区别：缺页中断执行完以后，不是访问下一页，而是访问当前页。
何为中断方式，它主要应用在什么场合？请举两例
(1) 中断方式指：CPU在接到随机产生的中断请求信号后，暂停原程序，转去执行相应的中断处理程序，以处理该随机事件，处理完毕后返回并继续执行原程序；(2)主要应用于处理复杂随机事件，控制中低速I/O；(3)如，打印机控制，故障处理。
I/O设备
I/O与主机交换信息有几种方式，各自有何特点？?主机与I/O交换信息的方式有以下几种。
(1)程序查询方式。其特点是主机与I/O串行工作。CPU启动I/O后，时刻查询I/O是否准备好，若设备准备就绪，CPU便转入处理I/O与主机传送信息的程序；若设备未做好准备，则CPU反复查询，“跨不等待”，直到I/O准备就绪为止。这种方式CPU效率很低。
(2)程序中断方式。其特点是主机与I/O并行工作。CPU启动I/O后，不必时刻查询I/O是否准备好，而是继续执行程序。当I/O准备就绪时，向CPU发出中断请求信号，CPU在适当的时候响应I/O的中断请求，暂停现行程序为I/O服务。这种方式消除了“跨步”现象，提高了CPU的效率。
(3)DMA方式。其特点是主机与I/O并行工作，主存与I/O之间有一条直接数据通路。CPU启动后不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后发出DMA请求，此时CPU不直接参与I/O和主存间的信息交换，只是把外部总线（地址线、数据线及有关控制线）的使用权暂时DMA，CPU仍然可以完成自身内部的操作（如加法、移位等），故不必中断现行程序，秩序暂停一个存取周期访存（即周期挪用），CPU的效率更高。?
(4)通道方式。通道是一个具有特殊功能的处理器。CPU把部分权力下放给通道，由它实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据交换，大大提高了CPU的效率，但它是以花费更多的硬件为代价的。?
(5)I/O处理方式。它是通道方式的进一步发展。CPU将I/O操作及外围设备的管理权全部交给I/O处理机。其实质是多机系统，因为效率有更大提高
一．计算机系统概论
1.什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。
计算机系统包括硬件和软件。从计算机系统的层次结构来看，它通常可以分为五个以上的层次，在每一层上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令硬件直接执行；
第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；
第三级操作系统级，一般用及其语言程序解释作业控制语句；
第四级汇编语言级，这一级由汇编语言支持和执行；
第五级高级语言级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行。还可以有第六级，应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
冯诺依曼结构计算机的特点是什么，它有哪些局限性？
冯诺依曼结构计算机是一种典型的计算机组织结构，将计算机硬件分为运算器，存储器，控制器，输入部件和输出部件，采用存储程序的工作方式。冯诺依曼结构计算机的主要外部特征是：
(1)指令和数据都以字的方式存放在相同的存储器中，没有区别，由计算机的状态来确定从
存储器独处的字是指令还是数据。指令送往控制单元译码，数据送往运算器进行运算。
(2)指令顺序串行地执行，并由控制单元集中控制，采用一个PC计数器对指令进行寻址。
(3)存储器是一个单元定长的一维线性空间。
(4)使用低级机器语言，数据以二级制形式表示。指令中包括操作码和地址码两部分。操作
数的编码格式从数据本身不能进行区别。
(5)单处理机结构，以运算器为中心，只有一个数据流和指令流。
冯诺依曼结构计算机的局限性在于它的并行性十分有限，不适合于人工智能和模式识别等应用场合。
编译程序和解释程序的区别是什么？
编译程序和解释程序的作用都是将高级语言程序转换成机器语言程序，但转换的过程不同。编译程序在编译时先检验程序错误，进行结构分析后转换成中间代码，然后将中间代码转换为机器指令代码，最后还需执行机器指令。这种方法编译时间长，
运行速度块。解释程序前先检查错误，然后边解释边执行。这种方法简单，但运行速度慢，主要用于调试程序。
机器语言、汇编语言、高级语言有何区别？
机器语言是一种用二进制代码表示的计算机语言，机器可以直接执行用机器语言编写的程
序。汇编语言是一种用助记符表示的与机器语言一一对应的语言，用汇编语言编写的程序需经过汇编后才能执行。高级语言是一种接近人类自然语言的与计算机结构无关的语言，
用高级语言编写的程序要经过解释和编译才能执行。
