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计算机组成原理

1.进制计算

1.1十进制转其他进制:展开计算

1.2其他进制转十进制:短除法再逆序书写

1.3二进制/八进制/十六进制换算:八进制三个一组、十六进制四个一组

注意:在十六进制中A代表10,B代表11 以此类推F代表15

 

2.原码、反码、补码和移码

2.1 分别介绍以1 -1 和1-1的四种编码

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2.2 原反补码的取值范围及解释补码多表示一个原因

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补码能够多表示一个的原因是:在补码里+0和-0的补码相同,都是0000 0000

 

3. 浮点数计算

对阶->尾数计算->结果格式化

 

4. 计算机CPU结构

 

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5.Flynn分类法

计算机体系结构分类方法

 

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6. CISC与RISC

                                   

CISC(Complex Instruction Set Computers,复杂指令集计算集)和RISC(Reduced Instruction Set Computers)是两大类主流的CPU指令集类型,其中CISC以Intel,AMD的X86 CPU为代表,而RISC以ARM,IBM Power为代表。

 

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7. 流水线

7.1 流水线概念

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流水线包括三个部分

取指– 分析– 执行

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7.2 流水线周期及执行时间

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例题

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流水线周期是最长的执行时间2ns

100条指令的理论执行完成时间= 2+2+1+(100-1)x 2 = 5+99x2= 203ns

100条执行的实际执行完成时间= (3+100-1)x2 = 102x2 = 204ns

注意:80%是指理论时间

7.3 流水线吞吐率

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其最大吞吐率(忽略流水线准备时间)

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7.4 流水线加速比

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依旧对于本节例题

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S = (2+2+1)x 100 /203  = 500 /203

 

7.5 流水线效率

 

其计算公式如下:

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例题

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E = (1+1+1+3)x 4 / (15 x 4) = 6 / 15 = 0.4

注意:1)对于相同时间片段的流水线其效率会较高

     2)流水线上处理的任务越多,效率越高

3)处理相同数量任务,流水线片段越少,效率越高

8. 计算机层次化存储结构

 

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9. Cache

9.1 基本概念

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当CPU同时使用Cache和主存时,计算公式

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9.2 局部性原理

包括:时间局部性和空间局部性

工作集理论:工作集是进程运行时被频繁访问的页面集合

 

10. 主存

10.1 主存的分类

主存分为随机存储器与只读存储器

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注意:1)随机存取存储器断电后内容被清除,而只读存储器可以保留

2)常见内存是随机存取存储器

10.2 主存编址

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例题

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  1. 1)先使用内存地址做减法:C7FFFH +1 – AC000H = 1C000H

注意:H代表十六进制

   2)换算成十进制后再换算成K单位,除2^10:16^4 + 12*16^3 / 2^10 = 2^16 + 12*2^12 / 2^10 = 2^6 + 12*2^2 = 64 + 48 = 112

2. 利用第一问答案112K个地址单元

112K * 16 / (16K * 28) = 4

 

11. 磁盘

磁盘结构包括磁道和扇区

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其存取时间如下:包括寻道时间和平均定位时间

 

例题

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  1. 从R0开始旋转读取后到达R1,但是因为是单缓冲区,此时R0还没有被处理,不能读取R1数据。当R0被处理后,此时磁头在R2,若要顺序处理R1,则需要等待再转回到R1。

由题可知,每个扇区读取时间为3ms,则从R0开始读取处理完成,将磁头转到下一个扇区,所需要时间为:33+3 = 36 ms

十个扇区完成此操作:36 * 10 = 360 ms

第十一个扇区读取和处理:360 + 3 + 3 =366 ms

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  1. 当优化存储分布后,使得每个扇区数据被读取和处理后,磁头正好到达下一个扇区。

(3 + 3) * 11 = 66 ms 

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12. 计算机总线

根据总线所处的位置不同,总线通常被分成三种类型,分别是:

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13. 串联和并联系统可靠性分析

13.1串联系统

 

设每个可靠度为R1,R2...Rn,则:

 

近似故障率为:

 

13.2 并联系统

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设每个可靠度为R1,R2...Rn,则:

 

例题:混合系统

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整体是一个串联系统,对于局部是并联系统,则依据计算公式:

 

14. 校验码

14.1 码距

一个编码系统的码距是整个编码系统中任意(所有)两个码子的最小距离

 

14.2 码距与检错和纠错关系

 

 

14.3 循环校验码CRC

可以进行检错但是不能够纠错的方法

模2除法:模2除法是指在做除法运算的过程中不计其进位的除法

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1 )相同位数做除法,商1

2 )余数是异或运算的结果

 

例题

 

1)首先根据多项式,可以得出除数应为:11011

2)给原始报文末尾补多项式位数-1个0,即4个0

3)模2除法,异或运算

4)将最后的余数替换补0的数,就得到原始报文的CRC编码

计算过程如下所示:

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14.4 海明校验码

例题:求信息1011的海明码

1)根据公式2^k >= n + k +1 计算出k位校验码由n=4 则k=3

H7

H6

H5

H4

H3

H2

H1

1

0

1

(P3)

1

(P2)

(P1)

分别在2^0=1 2^1=2 2^2=4 位置放置校验位

2 )将数据位对应的Hm中的m分别用二进制表示

H3的3

0

1

1

H5的5

1

0

1

H6的6

1

1

0

H7的7

1

1

1

将每列数值为1的元素做异或运算

P3 = 0

P2 = 0

P1 = 1

 

则最后海明码为:

H7

H6

H5

H4

H3

H2

H1

1

0

1

0

1

0

1

 

3)若收到的信息为:1011101

H7

H6

H5

H4

H3

H2

H1

1

0

1

1

1

0

1

S1 = H1 ⊕ H3 ⊕ H5 ⊕ H7 = 1 ⊕ 1 ⊕ 1 ⊕ 1 = 0

S2 = H2 ⊕ H3 ⊕ H6 ⊕ H7 = 0 ⊕ 1 ⊕ 0 ⊕ 1 = 0 

S3 = H4 ⊕ H5 ⊕ H6 ⊕ H7 = 1 ⊕ 1 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1 (错误)

说明由P3(H4)确定的那位结果出错了,H4取反即可得到正确的数据

参考链接:https://blog.csdn.net/weixin_42426249/article/details/89428080

 

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