電腦科學導論學習活動

2021-07-07 04:42:35 字數 1996 閱讀 8291

為什麼計算機使用二進位制,而不使用人們生活中的十進位制來表示資料資訊?

答: 計算機只認識二進位制編碼形式的指令和資料。因此,包括數字、字元、聲音、圖形、影象等資訊都必須經過某種方式轉換成二進位制的形式,才能提供給計算機進行識別和處理。

在計算機中採用二進位制,是因為物理上實現容易。由於二進位制只有兩個狀態0和1,這正好與物理器件的兩種狀態相對應,例如電壓訊號的高與低,閘電路的導通與截止等;而十進位制電路則需要用十種狀態來描述,這將使得電路十分複雜,處理也十分困難。因此,採用二進位制將使得計算機在物理上實現簡單,且具有可靠性高、處理簡單、抗干擾能力強等優點。

我們從幾個方面來分析這個問題。

首先是受制於元器件。我們知道組成計算機的基本元器件是電晶體,它具有以下幾個特點:

① 它有兩個完全不一樣的狀態(截止與導通,或者高電平與底電平);

② 狀態很穩定;

③ 狀態轉換很容易(在基極給乙個電訊號就可以了);

④ 狀態轉換的速度非常快(這一點非常重要!);

⑤ 體積很小,多個電晶體可以整合在一起;

⑥ 工作時消耗的能量不大,也就是功耗很小;

⑦ **很低廉。

其次,二進位制的運算規則很簡單。就加法運算而言,就四條規則。特別地,人們利用特殊的技術,把減法、乘法、除法等運算都轉換成加法運算。

這對簡化cpu的設計非常有意義。如果採用十進位制,cpu的設計就變得非常複雜,因為十進位制比二進位制的運算規則多多了。

再次,物理上容易實現資料的儲存。通過磁極的取向、表面的凹凸、光照的有無等,二進位制很容易在物理上實現資料的儲存。對於只寫一次的光碟,將雷射束聚集成1--2um的小光束,依靠熱的作用融化碟片表面上的碲合金薄膜,在薄膜上形成小洞(凹坑),記錄下「1」,原來的位置表示記錄「0」。

最後,便於邏輯判斷(是或非)。因為二進位制的兩個數碼正好與邏輯命題中的「真(ture)」、「假(false)」或稱為「是(yes)」、「否(no)」相對應。

正是由於以上原因,在計算機中採用的是二進位制,而不是人們所熟知的十進位制,或者其他進製。

計算機系統的儲存系統分為哪幾個層次?請詳細闡述每個層次的作用和它們之間的區別。

答: 因為計算機應用領域的擴大,需要執行和可執行的程式量日益增加,需要處理的資料量也越來越大,計算機要不斷地從主存中取指令、取資料和存放結果。之所以引入多層次儲存結構系統是為了平衡效能和**比。

所謂儲存系統的層次結構,就是把各種不同儲存容量、訪問速度和**的儲存器按層次結構組成多層儲存器,並通過管理軟體和輔助硬體有機組合成統一的整體,使所存放的程式和資料按層次分布在各種儲存器中。目前,在計算機系統中通常採用**層次結構來構成儲存系統,主要由高速緩衝儲存器cache、主儲存器和輔助儲存器組成。

儲存系統多級層次結構中,由上向下分**,其容量逐漸增大,速度逐級降低,成本則逐次減少。整個結構又可以看成兩個層次:它們分別是cache一主存層次和主存一輔存層次。

這個層次系統中的每一種儲存器都不再是孤立的儲存器,而是乙個有機的整體。它們在輔助硬體和計算機作業系統的管理下,可把主存一輔存層次作為乙個儲存整體,形成的可定址儲存空間比主儲存器空間大得多。由於輔存容量大,**低,使得儲存系統的整體平均**降低。

由於cache的訪問速度可以和cpu的工作速度相媲美,故cache一主存層次可以縮小主存和cpu之間的速度差距,從整體上提高儲存器系統的訪問速度。儘管cache成本高,但由於容量較小,故不會使儲存系統的整體**增加很多。

高速緩衝儲存器用來改善主儲存器與**處理器的速度匹配問題;輔助儲存器用於擴大儲存空,即硬碟,光碟等,容量大,但訪問資料慢,計算機都是先把輔存中要讀的東西放到主存後處理,然後在依據情況是否寫回;主存即為記憶體,斷電資訊丟失,但訪問資料塊,他的容量大小直接影響計算機執行速度。增加高速緩衝儲存器的目的是為了提高對主儲存器的讀取速度,增加輔助儲存器的目的是為了彌補主儲存器的容量不足。

綜上所述,乙個較大的儲存系統是由各種不同型別的儲存裝置構成,是乙個具有多級層次結構的儲存系統。該系統既有與cpu相近的速度,又有極大的容量,而成本又是較低的。其中快取記憶體解決了儲存系統的速度問題,輔助儲存器則解決了儲存系統的容量問題。

採用多級層次結構的儲存器系統可以有效的解決儲存器的速度、容量和**之間的矛盾。

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