软件设计师-----计算机系统

CPU

1. 计算机基本硬件系统

• 运算器
• 控制器
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备

2. 中央处理单元（CPU）

• 运算器 （数据处理 ）
• 控制器 （程序控制、操作控制、时间控制）
  

1. CPU的功能（运算器和控制器的功能）
   • 程序控制 （CPU执行指令来控制程序执行顺序）
   • 操作控制 (CPU产生每条指令的操作信号，并将操作信号送往相应的部件)
   • 时间控制 （CPU对各种操作进行时间上的控制）
   • 数据处理 （算术运算和逻辑运算）

   ---

A
对应的描述是操作控制，隶属CPU控制器

运算器

1. 运算器
   • 算术逻辑单元 ALU
   • 累加寄存器 AC
   • 数据缓冲寄存器 DR
   • 状态条件寄存器 PSW
2. 运算器功能
   • 算术运算（加、减、乘、除）
   • 逻辑运算（与、或、非、零值测试）

运算器组成部件

1. 算术逻辑单元 ALU
   • 加法器
   • 减法器
   • 乘法器
   • 除法器
2. 累加寄存器 AC （累加器）
   • 为 算术逻辑单元 ALU 提供工作区
   • 暂存结果和原操作数
     
     

---

D
累加寄存器 AC （累加器）暂存结果和原操作数

3. 数据缓冲寄存器 DR

   • 作为CPU和内存，外部设备之间数据传送的中转站 (数据由CPU->DR->内存)
   • DR暂存内存储器读写的一条指令或一个数据字

4. 状态条件寄存器 PSW

   • 状态标志
   • 控制标志

控制器

1. 控制器不仅保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件

---

B

控制器组成部件

1. 指令寄存器 IR
   • 存放的是从内存中取得的指令，是存放指令的中间站
   • 指令从： 内存—》DR—》IR
2. 程序计数器 PC
   • 存放指令的地址，还有计数功能
   • 内容是程序下一条将要执行的指令的地址
3. 地址寄存器 AR
   • 存放的是CPU访问内存单元的地址
4. 指令译码器 ID
   • 把操作码解析为指令操作

   ---

C
指令寄存器存储内存中取得的指令，指令包括操作码和地址码
PC存储将要执行指令的地址

控制器&运算器对应的真题

D
累加寄存器为算术逻辑单元提供数据并暂存运算结果

B
加法器，减法器等。。。

B

B
PC永远存放的是将要执行的下一条指令的地址
累加器存储运算结果

C

B
透明：用户不能操作，赶走不到
在汇编语言程序中，程序员可以直接访问通用寄存器以存取数据，可以访问状态字寄存器以获取有关数据处理结果的相关信息，可以通过相对程序计数器进行寻址，但是不能访问指令寄存器。

B
指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。

B
控制器不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件

A
CPU操作控制：

B

C
保存 指令的地址—》PC
AR保存的是CPU访问的内存单元的地址

C
PC保存指令的地址，而地址包括操作码和地址码，所以通过PC找到指令在就找到操作码了。
IR只是存放内存中取得的指令，无法找到具有某一个指令（需要PC来找）

B

A

A

计算机基本单位

进制转换

n进制转10进制

---

---

按权展开求和法

10进制转n进制

---

---

---

除n取余法

二进制和八进制转换

二进制和十六进制转换

一位8进制数字等于三位2进制数字

---

一位16进制数字等于四位2进制数字

进制加减法

进制加法

逢n进1

进制减法

---

借1当n

计算机基本单位&进制转换真题

B
大地址减去小地址，再由B转KB



运算小技巧

B
先求地址总数，在统一单位，最后做除法

B
先求需要多少个芯片，在求出每一片芯片的起始地址，得到区间范围，就可以得出答案



说明每一片的区间的范围是1024

D 求区间B数目，再单位换算

B C

A

D

C

C

B

D B

数据表示

1. 机器数
   • 带符号数
     • 原码
     • 反码
     • 补码
   • 无符号数
     • 纯整数
     • 纯小数

原码

反码

补码

正数的原码、反码、补码一致
关注负数的反码，补码

移码

在补码的基础上，符号位取反

补码特性

补码的补码是原码

原反补移码表示范围

定点整数的范围

原码范围同反码范围

---

负数的补码可以表示-128

• 应为-127补码是1000 0001
• -128补码就是1000 0000

---

移动码的表示范围同反码

数据表示真题

C

B

转换为2进制后，发现最高位为1，表示该数是负数
由补码的补码是原码的原码

C

B

B

B
先16进制转2进制
然后看最高位确定正负
如果是正，直接补码等于原码（正数原码反码补码一致）
如果是负数，对补码求补码，得到原码
最后求x

负数求原码，就是补码的补码（原，反，补都可以通过看第一位确定符号（只有移码变了符号位））

D

负数多表示了一个 -128

浮点数

小阶码向大阶码对齐 ，浮点数（尾数）向右移
只损失最后面的低位，精度损失较少

浮点数所能表示的数值范围主要由阶码决定，所表示数值的精度则由尾数决定。

规格化浮点数

规格化就是将尾数的绝对值限定在区间[0.5,1]

B


最小负数
最大正数

C D

A

B
小数点不占存储位
阶码越大，可表示的数字就很大

A

定点整数的表示范围是A （定点数的补码和移码表示2的n次幂个数）

B

B
阶码位数=阶符位数+阶码值位数=1+6=7
尾数位数=数符位数+尾数位数=1+8=9

D

大阶向小阶对齐，然后尾数左移的结果：损失5600精度 （0.01）为单位

小阶向大阶对齐，尾数右移结果，损失0.34精度（0.0001）为单位

B

B

尾数部分就表示二进制的0.0000 0000 01
关于阶码部分：
关于尾数F部分：

寻址

根据地址寻找操作数的过程叫寻址
重点考察前5个

速度：立即寻址>寄存器寻址>直接寻址>寄存器间接寻址>间接寻址

寻址真题

D

A
转移指令：

B

C

C

A

奇偶校验码

不管奇校验还是偶校验，只能检测出奇数个位数出错的情况，
码距为2.
只能检查错误，不能纠正错误

1. 奇偶校验码
   • 水平奇偶校验码
   • 垂直奇偶校验码
   • 水平垂直奇偶校验码
     

海明码

海明码的码距为3,可以检错和纠错

C

循环冗余校验码

可以检查错误，但不能纠正错误
码距为2
数据位K+校验位r
模2运算

校验码真题

A
海明码码距不能为1
CRC不能纠错
CRC码距为2

A
=1什么都干不了；=2检错；=3纠错
海明码可以检错也能纠错

C这是奇偶校验码的定义

A

C

C

C

D

B

A

D
模2运算–》CRC

精简指令集&复杂指令集

复杂 complex
精简 Reduced

真题

A

A

A

A

B
应为RISC寄存器多，所以C是对的

D

指令流水线

---

吞吐率 = 指令条数/【一条完整指令的时间+（n-1 x 流水线周期】
流水线的总共时间 = 一条完整指令的时间+（n-1 x 流水线周期

流水线执行的时间如下：

---

---

---

指令流水线真题

D

最长时间段=流水线中最慢一段所需的时间

断流后，分母变大了，加速比变小了

每个阶段时间一致，则效率最大化

C

B

A
流水线只能提高设备利用率，同时执行多条指令，但不能提高单条指令的执行速度

相比顺序执行，流水线方式提高系统吞吐率

B
*吞吐率 = 指令条数/【一条完整指令的时间+（n-1）流水线周期】

C D

C

D

B

D

B

存储器