內(nèi)容提要

1、數(shù)據(jù)的表示、
2、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)
3、Flynn分類法
4、CISC與RISC
5、流水線技術(shù)
6、存儲(chǔ)系統(tǒng)
7、總線系統(tǒng)
8、可靠性
9、校驗(yàn)碼

第一節(jié)? 數(shù)據(jù)的表示

1、進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

R進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制：按權(quán)展開(kāi)

?十進(jìn)制轉(zhuǎn)R進(jìn)制：短除法

二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制（三位合一）及二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制（四位合一）

?

?2、原碼反碼補(bǔ)碼移碼

原碼：將一個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，并且該二進(jìn)制數(shù)的首位表示正負(fù)，0表示正，1表示負(fù)，不足八位的就在首位與二進(jìn)制數(shù)中間用零填充。如-1的原碼就是10000001

反碼：原碼在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行加減不能得到正確的答案，而反碼的加減則符合事實(shí)，正數(shù)的反碼為本身，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除首位不變外全部取反，即零變?yōu)橐?#xff0c;一變?yōu)榱?/li>

補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼即為其反碼加一(補(bǔ)碼的運(yùn)算也符合正確答案)

移碼：將正數(shù)和負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼首位取反，其余位不改變（移碼的運(yùn)算也符合正確答案)

?各自數(shù)值范圍：

?3、浮點(diǎn)運(yùn)算

浮點(diǎn)數(shù)的概念：浮點(diǎn)數(shù)即科學(xué)計(jì)數(shù)法，如1000=1X10^3; 其中，1為尾數(shù)，10為基數(shù)，3為指數(shù)。

計(jì)算步驟：計(jì)算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算：當(dāng)兩個(gè)指數(shù)不等的浮點(diǎn)數(shù)相加時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)把低階浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)轉(zhuǎn)化為高階浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)，如：1.0X10^3+1.19X10^2,計(jì)算機(jī)會(huì)將1.19X10^2轉(zhuǎn)化為0.119X10^3,然后作和，然后結(jié)果格式化(即通過(guò)指數(shù)的轉(zhuǎn)化保證尾數(shù)必須為非零的一位數(shù))如：0.1119X10^3+1.119X10^2;得到11.3019X10^3以后，要化為1.13019X10^4

第二節(jié) 中央處理器（CPU）

組成：CPU由運(yùn)算器和控制器組成

運(yùn)算器：

?控制器：

?第三節(jié) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類

?第四節(jié)?CISC和RISC

?第五節(jié) 流水線

?流水線的基本概念：

1.指令執(zhí)行的流程：取指——分析——執(zhí)行,注：指令執(zhí)行步驟可能多于三步，應(yīng)根據(jù)題意作答

2.流水線的概念：流水線是指在程序執(zhí)行時(shí)多條指令重疊進(jìn)行操作的一種準(zhǔn)并行處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)。各種部件同時(shí)處理是針對(duì)不同指令而言的，他們可以同時(shí)為多條指令的不同部分進(jìn)行工作，以提高各部分的利用率和指令的平均執(zhí)行速度

?流水線周期以及執(zhí)行時(shí)間：

流水線吞吐率計(jì)算：

?流水線加速比：

?流水線的效率：

?該流水線的效率即為T(mén)0=24/KTk=60；等于0.4?注：所有步驟花費(fèi)時(shí)間相等的指令執(zhí)行的效率最高

第六節(jié) 層次化存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

?注：內(nèi)存存儲(chǔ)外存的部分內(nèi)容，cache存儲(chǔ)內(nèi)存的部分內(nèi)容，CPU只處理cache中的指令，cache的作用是精簡(jiǎn)內(nèi)存中重復(fù)出現(xiàn)的指令，提高CPU的執(zhí)行效率，使得計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度得到極大的提升；此外，結(jié)構(gòu)中由上至下，速度越來(lái)越慢，但容量越來(lái)越大

第七節(jié) Cache

?注：CPU會(huì)在cache中尋找它需要的數(shù)據(jù)，如果不能找到，CPU就將前往內(nèi)存中尋找，而chche的訪問(wèn)命中率就是CPU需要的數(shù)據(jù)在cache中被找到的比例，未能找到的數(shù)據(jù)CPU將前往內(nèi)存中進(jìn)行再次尋找

第八節(jié) 主存

?主存的分類

1.隨機(jī)存取存儲(chǔ)器：簡(jiǎn)稱RAM，斷電后所有數(shù)據(jù)都將清除，

有兩類RAM：靜態(tài)的(SRAM)和動(dòng)態(tài)的(DRAM)，SRAM比DRAM速度更快，但價(jià)格也更貴。SRAM用來(lái)作為高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)，DRAM用來(lái)作為主存及圖形系統(tǒng)的幀緩沖區(qū)。SRAM將每個(gè)位存儲(chǔ)在一個(gè)雙隱態(tài)的存儲(chǔ)器單元中，DRAM將每個(gè)位存儲(chǔ)為對(duì)一個(gè)電容的充電，由于電容非常小，在10~100ms時(shí)間內(nèi)會(huì)失去電荷，所以需要周期性地刷新充電以保持信息

2.只讀存儲(chǔ)器：簡(jiǎn)稱ROM，斷電后仍然能夠存儲(chǔ)信息

?主存的編址

?概念：主存的編址就是把許多塊芯片組成相應(yīng)的存儲(chǔ)器

?

?注：一般表示方式如上圖，其中左圖一中的8表示它有8個(gè)地址空間，4表示每一個(gè)地址空間存儲(chǔ)了4位的信息，而兩個(gè)圖一則可以拼接為圖二、圖三

編址相關(guān)計(jì)算：

?圖注：其中H表示十六進(jìn)制，存儲(chǔ)單元數(shù)量等于大的內(nèi)存地址減去小的內(nèi)存地址再加上一；K=1024，第一個(gè)空即為存儲(chǔ)單元數(shù)量除以1024

第九節(jié) 磁盤(pán)結(jié)構(gòu)與參數(shù)

注：磁道一般分為許多個(gè)小的扇形區(qū)，即物理塊，磁頭在依次讀取這些物理塊時(shí)(磁頭必須依次讀取)，會(huì)在讀取的同時(shí)將其存放進(jìn)緩存區(qū)，緩存區(qū)可以是單個(gè)，也可以是多個(gè)，存放完成后會(huì)在緩存區(qū)花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行處理，處理期間磁頭的讀取不會(huì)停止，因此，如果緩存區(qū)過(guò)少，就會(huì)出現(xiàn)：讀取一個(gè)物理塊花費(fèi)了一個(gè)周期甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

磁盤(pán)調(diào)度管理中，先進(jìn)行移臂調(diào)度尋找磁道，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度尋找扇區(qū)

?第十節(jié) 總線

?概念：總線是連接計(jì)算機(jī)有關(guān)部件的一組信號(hào)線，是計(jì)算機(jī)中用來(lái)傳送信息代碼的公共通道。

總線的分類

1.內(nèi)部總線：微機(jī)內(nèi)部的，各個(gè)外圍芯片與處理器之間的總線，屬于芯片級(jí)別

2.系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線即為各個(gè)插線板和系統(tǒng)板之間的總線；包括

????????(1)數(shù)據(jù)總線：如32位，64位等一次性能夠傳輸?shù)奈?/p>

????????(2)地址總線：假設(shè)該計(jì)算機(jī)的地址總線為32位，那就代表它的地址空間為2^32個(gè)字節(jié)

????????(3)控制總線：發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)的總線

3.外部總線：即微機(jī)和外部設(shè)備的總線
注：總線上的多個(gè)部件之間只能分時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，但可以同時(shí)從總線接收數(shù)據(jù)

?第十一節(jié) 系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)

?1、串聯(lián)系統(tǒng)(一個(gè)子系統(tǒng)失效則全部失效)

?可靠性計(jì)算：圖中R即為可靠性，λ為失效率等同于1-R

2、并聯(lián)系統(tǒng)（少數(shù)子系統(tǒng)的失效將不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)）

?可靠性計(jì)算：圖中R即為可靠性，λ為失效率等同于1-R

?3、模冗余系統(tǒng)與混合系統(tǒng)

?圖片解釋：數(shù)據(jù)輸入n個(gè)子系統(tǒng)中，它們各自得出自己的結(jié)果，然后匯總到表決器，表決器將遵循少數(shù)服從多數(shù)的原則，輸出大多數(shù)子系統(tǒng)得到的那個(gè)答案然后進(jìn)行輸出

?第十二節(jié) 差錯(cuò)控制——CRC與海明校驗(yàn)碼

檢錯(cuò)與糾錯(cuò)?：

檢錯(cuò)：將錯(cuò)誤檢查出來(lái)

糾錯(cuò)：將錯(cuò)誤檢查出來(lái)的同時(shí)并進(jìn)行糾正

碼距及其作用

1.碼距的概念：指整個(gè)編碼系統(tǒng)中任意兩個(gè)碼字的最小距離,如A變化X個(gè)位得到B，則X就為碼距，如：若使用2位長(zhǎng)度的二進(jìn)制編碼，若以A=11，B=00為例，A,B之間的最小碼距為2

2.碼距的作用：增大碼距能夠起到檢錯(cuò)的作用，因?yàn)閿?shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中如果鏈路出現(xiàn)了

問(wèn)題，那么將會(huì)使得接收到的二進(jìn)制數(shù)發(fā)生變化，若碼距過(guò)小，則很可能造成信息的混淆，增大碼距就使得被改變的二進(jìn)制數(shù)混淆信息的概率極大的降低;若碼距再進(jìn)行增大，則能夠起到糾錯(cuò)的作用，因?yàn)閿?shù)據(jù)鏈路出錯(cuò)的概率比較低，只能造成傳輸中極少二進(jìn)制數(shù)的改變，我們可以根據(jù)該傳輸失真的二進(jìn)制數(shù)中大部分二進(jìn)制數(shù)的構(gòu)成來(lái)進(jìn)行推斷，推斷出結(jié)果就達(dá)到了糾錯(cuò)的目的。

注：在一個(gè)碼組內(nèi)為了檢測(cè)e個(gè)誤碼，要求最小碼距d應(yīng)滿足：d>=e+1

在一個(gè)碼組內(nèi)為了糾正t個(gè)誤碼，要求最小碼距d應(yīng)該滿足：d>=2t+1

循環(huán)冗余校驗(yàn)碼——CRC?(僅可檢錯(cuò)無(wú)法糾錯(cuò))

1.CRC的概念：在對(duì)信息進(jìn)行編碼的時(shí)候在其尾部加入一些校驗(yàn)信息，讓編碼后的數(shù)據(jù)能夠與循環(huán)校驗(yàn)碼的生成多項(xiàng)式相除余數(shù)為零，若不為零則說(shuō)明傳輸過(guò)程出現(xiàn)了錯(cuò)誤，其中，原碼加上(增添在右方)校驗(yàn)信息加(做加法)上余數(shù)所得的碼即為CRC，

注(1)：生成多項(xiàng)式是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，如"X^4+X^3+X+1",這個(gè)生成多項(xiàng)式實(shí)際上就是二進(jìn)制數(shù)11011；在相除時(shí)，需在原碼后方添加一些0，添加的0的個(gè)數(shù)等于生成多項(xiàng)式的位數(shù)減去1，增加的0即為校驗(yàn)信息。

注(2)：二進(jìn)制的除法與算術(shù)除法相似，唯一不同的是所得除數(shù)在作減法時(shí)，減得的值要取絕對(duì)值，即0-1=1；這樣使得整個(gè)除法運(yùn)算中不存在借位。

海明校驗(yàn)碼?

1.概念：海明碼是一種利用奇偶性進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的校驗(yàn)碼，是一種插入到信息中的編碼，一般為多個(gè)碼，其插入的位置滿足規(guī)律：2^r>=x+r+1；其中，x為信息的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，r為校驗(yàn)碼的個(gè)數(shù)，而插入信息的位置則是2^r-1，2^r-2……2^0;如r=3時(shí)，校驗(yàn)碼就插在1，2，4位置

2.校驗(yàn)碼的計(jì)算：如信息1011，根據(jù)公式得出其校驗(yàn)碼分別放在1，2，4位，因此其海碼將有7位數(shù)，其中3，5，6，7位即為信息位，將3寫(xiě)為2^0+2^1;將5寫(xiě)為2^0+2^2.......將四個(gè)信息的位數(shù)用此方法表示以后可得到校驗(yàn)位的值的計(jì)算公式：r0=i4&i3&i2；r1=i4&i3&i1.r2=i4&i3&i2；其中，r表示校驗(yàn)位的值，且從0開(kāi)始計(jì)數(shù)；在信息位被2^表示以后，將都有2^2的信息位進(jìn)行異或操作并將值賦給r2，將都有2^1的信息位進(jìn)行異或操作并將值賦給r1，ro也一樣操作，&符號(hào)即為異或，在異或操作中，二者值相同即等于1，不同即等于0，而ix則是將其信息位施以一種運(yùn)算：信息位所處的位置為奇數(shù)就將其賦值為1，信息位所處的位置為偶數(shù)就將其賦值為0，因此i4=1，i3=0，i2=1，i1=1；

3.海明校驗(yàn)碼的作用：將信息轉(zhuǎn)換為海明校驗(yàn)碼形式以后，我們就能進(jìn)行糾錯(cuò)，如信息1011，其海明校驗(yàn)碼的正確形式為1010101，若收到了1011101，我們可以將兩個(gè)數(shù)的校驗(yàn)碼位的數(shù)提取出來(lái)，并在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行異或運(yùn)算，如該例得到了001，則說(shuō)明第1位'(左數(shù)第一個(gè)信息位)出錯(cuò)了,若得到了010，則說(shuō)明第二個(gè)信息位出錯(cuò)了。

第十三節(jié) 輸入輸出系統(tǒng)?

計(jì)算機(jī)中主機(jī)與外設(shè)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮斎胼敵龅目刂品椒ㄓ谐绦蚩刂品绞健⒅袛喾绞健MA等，輸入輸出系統(tǒng)是一組固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)主板上一個(gè)ROM芯片上的程序

1.程序控制方式：由CPU執(zhí)行程序控制數(shù)據(jù)的輸入輸出過(guò)程

2.中斷方式：外設(shè)準(zhǔn)備好輸入數(shù)據(jù)或接受數(shù)據(jù)時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，若CPU決定響應(yīng)該請(qǐng)求，則暫停正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出處理，之后再回去執(zhí)行原來(lái)的被中斷的任務(wù)，中斷時(shí)根據(jù)中斷服務(wù)程序的入口地址進(jìn)行中斷

3.DMA(直接存儲(chǔ)器控制)：CPU只需向DMA控制器下達(dá)指令，讓DMA控制器來(lái)處理數(shù)據(jù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣就很大程度上減輕了CPU的負(fù)擔(dān)

注：CPU是在一個(gè)總線周期結(jié)束時(shí)響應(yīng)DMA請(qǐng)求的，即不是DMA一請(qǐng)求CPU就響應(yīng)，而是CPU在接收到DMA請(qǐng)求后，在該系統(tǒng)總線周期結(jié)束后進(jìn)行響應(yīng)，因?yàn)镈MA控制器在需要的時(shí)候會(huì)代替CPU作為總線主設(shè)備，在不受CPU干預(yù)的情況下，控制I/O設(shè)備與系統(tǒng)主存之間的直接數(shù)據(jù)傳輸

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成与体系结构（软件设计师考试）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。