软考 1-计算机组成与体系结构

计算机组成与体系结构

数据的表示

进制的转换

1. 十进制：
   1228 = $1\ast 10^3+2\ast 10^2+2\ast 10^1+8\ast 10^0$
2. 二进制 > 十进制
   $10100.01=1\ast 2^4+1\ast 2^2+1\ast 2^{-2}$
3. 十进制转R进制使用短除法
4. 二进制转八进制与十六进制

eg: 010001110

二进制	010	001	110
八进制	2	1	6

二进制	0	1000	1110
十六进制	0	8	E（14）

原码，反码，补码

	数值 1	数值-1	1-1
原码(原始的)	0000 0001	1000 0001	1000 0010
反码(符号位不变，其余取反)	0000 0001	1111 1110	1111 1111
补码(正数与原码相同，负数+1)使用它进行加减法运算	0000 0001	1111 1111	0000 0000
移码	1000 0001	0111 1111	1000 0000

数值表示范围

浮点的运算

浮点数储存格式

阶符号	指数	数符号	尾数

• 对阶：将小阶数调整为和大阶数相同
  

计算机结构

1.运算器：算术运算

• 算术逻辑单元ALU
• 累加寄存器
• 数据缓冲寄存器
• 状态条件寄存器

2. 控制器

• 程序计数器PC
• 指令寄存器IR
• 指令译码器TR
• 时序部件
  

计算机体系结构分类-Flynn

指令的基本概念

一跳指令时机器语言的一个语句
指令的基本格式

操作码字段	地址码字段	-	-	地址结构分类
OP	$A_1$	-	-	一地址指令
OP	$A_1$	$A_2$	-	二地址指令
OP	$A_1$	$A_2$	$A_3$	三地址指令

寻址方式

CISC与RISC（重点）

• 复杂指令计算机
• 精简指令计算机
  

流水线

1. 相关参数计算

• 流水线执行时间计算
• 流水线吞吐率
• 流水线加速比
• 流水线效率
  

将空闲时间利用起来，提高利用率。

流水线周期：（取值，分析和执行）时间最长的一段
流水线计算公式：$\Delta t$ 流水线周期

• 理论公式，不间断运行
• 实践公式：以流水线周期为一段，只能在每段开始时加入一个步骤。运行完一个周期才能进行其他步骤。
  
  答案:

• $9\ast 9\Delta t=81\Delta t$
• $4\Delta t$
• $9+9\ast 4\Delta t=45\Delta t$（理论公式）
  
  流水线以必须走完一个流水线周期

超标量流水线

可以批量执行。
eg:同时执行两条。10条指令，只需5条的执行时间

流水线吞吐率计算

流水线吞吐率：eg：$TP=10/45$
流水线最大吞吐率：eg：$1/\Delta t$

层次化

CPU	Cache	内存（主存）	外存（辅存）
寄存器	按内容存取	随机存储器（RAM）/ 只读存储器（ROM）	硬盘，光盘，U盘

Cache：高速缓存

程序的局部性原理，
eg：可以改善屏幕抖动

Cache-映像

直接相联冲突率高

• 在不同主存分区内，对应相同的Cache。
• 所以在使用不同主存区但是相同页位时，会顶掉对应的Cache。
  
  全相连：
  将Cache对应分区
  

主存-编址与计算

1字节(byte)=8位(bit)

• 4000H~43FFH

• H十六进制

• 求法：
  4000H~43FFH
  43FFH-4300H+1 = 400H = $2^{10}$=1024
  每个存储单位16位bit
  由4个存储器芯片构成，则要除于4
  102416/4= 25616bit

总线

• 数据总线代表位数

串联系统和并联系统

• 可靠性：R = R1*R2…

N模混合系统

校验码基础

校验码-奇偶校验

• 只能用来纠错
  eg:1010。奇数校验：添加一个,10101
  在收到方接受到时，数奇数的个数判断是不是错误

循环校验码

• 只能纠错
  
  
  使用：
  用多项式生成的二进制作为除数
  将原始报文除过之后的余数加在原始报文后头
  eg: 原始报文:11001010101 除于 11011 得到余数: 0011
  CRC编码后报文: 11001010101 0011 将0011加上去

海明校验码

• 主要学会计算公式即可
• r为给定校验码位数