软件设计师计算机组成原理(学习笔记)

计算机组成原理及体系结构

数据的表示

计算机结构

cpu

• 运算器

    1.算术逻辑单元ALU
    2.累加寄存器AC
    3.数据缓冲寄存器DR
    4.状态条件寄存器PSW：存储在计算过程中的标志位
  

• 控制器

    1.程序计数器PC
    2.指令寄存器IR
    3.指令译码器
    4.时序部件
  

内存(主存储器)

Flynn分类法

1.单指令流单数据流SISD

• 结构

    控制器：一个
    处理器：一个
    主存模块：一个
  

• 关键特性

• 代表

单处理器操作系统

2.单指令流多数据流SIMD

• 结构

•   控制器：一个
    处理器：多个
    主存模块：多个
  

• 关键特性

各处理器以异步的形式执行同一条指令

• 代表

    并行处理机
    阵列处理机
    超级向量处理机
  

3.多指令流单数据流MISD

• 结构

    控制器：多个
    处理器：一个
    主存模块：多个
  

• 关键特性

被证明不可能，至少是不实际

• 代表

目前没有

4.多指令流多数据流MIMD

• 结构

    控制器：多个
    处理器：多个
    主存模块：多个
  

• 关键特性

能够实现作业、任务、指令等各级全面并行

• 代表

    多处理机系统
    多计算机
  

CISC与RISC算法

CISC(复杂指令集)

• 为什么会被称为复杂指令集

会根据不同的用户需求做不同的指令，而且指令的数量会相当多

• 指令

数量多，使用频率差别大，可变长格式

• 寻址方式

支持多种

• 实现方式

微程序控制技术

• 其他

延长周期长

RISC(精简指令集)

• 为什么称为精简指令集

将繁杂的操作指令简化成最基本的指令

• 指令

数量少使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有load/store操作

• 寻址方式

支持方式少

• 实现方式

增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线

• 其他

优化编译，有效支持高级语言

流水线技术

1.概念

流水线指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的，他们可同时为多条指令的不同部分，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度

2.流水线技术的执行步骤

• 取值
• 分析
• 执行

3.流水线的计算问题

流水线周期为执行时间最长的一段

• k是执行周期段数：3
• n为要执行的指令
• 三角形t为流水线周期时间

4.流水线吞吐率计算

5.流水线加速比计算

6.流水线效率

存储系统

1.存储的整体的结构

2.cache相关

• 功能

提高CPU数据输入输出的速率，突破冯诺依曼瓶颈，即CPU与存储系统间数据传送限制

1.在计算机存储体系中，cache是访问速度最快的的层次
2.使用cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理

• 局部性原理

    时间局部性
    空间局部性
    工作集理论：工作集是进程运行时被频繁访问的页面的集合
  

3.主存分类

• 随机存取存储器
• 只读存储器

4.磁盘结构与参数

• 存取时间 = 寻道时间 + 等待时间(平均定位时间+转动延迟)

总线系统

1.内部总线

2.系统总线

• 数据总线
• 地址总线
• 控制总线

3.外部总线

可靠性

1.串联系统：有一个失效，所有的都失效

• R：可靠度
• 拉姆那：失效度

2.并联系统：有一个正常运行，所有的都正常运行

3.模冗余系统：少数服从多数

校验码

• 什么是检错，什么是纠错？

检错就是检查出错误来，纠错就是不但要检查出来，还要纠正过来

• 什么是码距？

一个编码系统的码距是整个编码系统中任意(所有)两个码字的最小距离

循环校验码CRC校验码

海明校验码P22讲

• 校验位：2的k次方>= k+n+1,其中k为校验位，n为数据位。求出最小的k即为校验位的位数。
• 信息位