总概（题型、考点）

分值：6分左右，占比高

各题型考点及需要的掌握程度

数据表示

进制转换
- 存储体系中：在计算多少块芯片组成多大的存储空间时需要用到进制转换
- 网络部分：IP地址，子网掩码等
原码、补码、反码

计算机结构：考频高

寄存器划分问题：能把寄存器正确划分如运算器和控制器
常见寄存器的作用；

Flynn分类法

把计算机分为四大类，但多单只存在理论

CISC和RISC：

能区分两种计算机指令集的特点

流水线技术

考察计算方面知识；

存储系统：

理解相关概念
懂得相关计算方法

总线系统

了解基础分类和概念

可靠性

串联、并联、串联并联混合情况的计算

校验码

了解校验码的作用
了解CRC和海明校验码

数的表示

进制转换

N进制转十进制

每一位数与其权值之和就是十进制表示的值
- 权值：R进制时，第一位数表示R^{0、第二位数表示R}1……

十进制转N进制：辗转相除法

转为几进制时左边就除以几；二进制除2、四进制除4；

二进制、八进制、十六进制的特殊转换

二进制转八进制时从右往左数每三位数表示一个八进制数值；
二进制转八进制时从右往左数每四位数表示一个八进制数值；

源码、补码、反码、移码

演化关系

由于普通二进制无法表示负数；所以使用首位表示正负，即原码；

但是，直接使用原码做计算会出现很多错误；如1-1=-2;

然后发现，如果负数符号位不变，后面真值取反，再计算就能得到正确答案；

反码+反码=反码；然后还要对结果取反

虽然结果对了，但是0有两种形态，即正0和负0；这并不符合生活常识；

于是生成了补码，正数的补码是本身，而负数的补码等于反码+1；

补码+补码=补码；然后还要对结果再取补码；
补码的-1用 1000 0000 表示；（因为补码没有-0，所以所有的负数都要-1表示）

补码的好处

现在计算机中使用补码保存数据而非常用的二进制；
- 只有补码能够表示正负、直接运算能得到正确结果、只有一个0；
- 补码能把减法转换为加法运算，使计算机硬件只用到加法器；

四种码的定义

原码：

首位用来表示数值正负的二进制字符串，0表示正数、1表示负数；

反码：

正数的反码是它本身，负数的反码是：最高符号位不变其位取反；
反码相加后结果取反得到计算加法后得到负数正确值

补码：

正数时是它本身，负数时在反码的基础上+1
用 1000 0000表示-1；

移码：

对首位进行取反；
表示在数轴上看着正常点，因为正数的首位是0而负数首位是1，此时负数在正数右边，不符合常理，所以出现移码；

表示范围

因为补码没有-0所以负数范围多了一个数；

浮点数运算

浮点数实际上就是科学计数法的方式

注意事项

对浮点数相加时，需要先转换为同阶才能计算
结果需要格式化：小数点左边只能是有一位数，且取值范围位1-9；不能是0其他；

计算机结构

主机的基本构成

主机只包括cpu和主存储器（内存），平时电脑中的显卡等实际上是外设

两侧绿框内为寄存器

运算器和控制器构成

运算器
- 加法减法等运算在运算器里面做
  - 算术逻辑单ALU：算数相关
  - 累加寄存器AC：实际是通用寄存器，运算中存储需要运算的值时用到
  - 数据缓冲寄存器DR：对内存进行操作时暂存数据
  - 状态条件寄存器PSW：存储运算过程中相应的标志位的，比如运算的进位、溢出、中断等状态的保存
控制器
- 需要控制部件的运作，控制整个cpu的交互，由控制器完成
  - 程序计数器PC：程序运行时，要运行下一条指令，下一条指令在哪个位置就是由PC完成的，顺序执行则原地址+1，否则+更多
  - 指令寄存器IR：指令相关的都是控制器
  - 指令译码器：
  - 时序部件：

Flynn分类法

分类方式

依靠指令流和数据流分类
- 指令流和数据流都是两种分类（单和多），因此两者间组合能组成4总计算机体系结构；

四种计算机体系结构

单单：以前的PC机，单核cpu，现在的基本都是多核，不属于单单了
单多：，一条指令多个运算部件同时计算，不过每个部件输入不同，适合对数组处理（对很多数据进行同种操作）。阵列处理机。
多单：理论模型，不具备意义和价值
多多：多处理器、计算机集群

CISC与RISC（高频考点）

CISC：计算机没有大规模通用时提出的，一个机构需要计算机，从硬件到指令都是定制的。之后再在指令基础上编程。每个机构的计算机不通用；

RISC：计算机成为了大众品，所有机构都是想买一台计算机回去，装上软件就能跑。于是只留下基本指令，复杂指令靠基本指令完成（乘法换成加法）

引入了寄存器：绝大部分操作是针对寄存器操作的，因为寄存器快的一批
因为精简指令集指令重复指令更多，所以更适合寄存器；

流水线

概念

传统模式：安装一辆车，是吧所有零件给一群工人，工人们自己安装；但是装车有先后顺序，同一时刻下只有一部分工人在工作；
改进：根据车辆的安装流程建立流水线，当前工人完成一个步骤后就将该车辆传给下一个步骤的工人，而当前工人处理下一辆车；流水线启动后每个工人的工作时间都能最大效率利用；
关键点：计算机处理一个事务（车辆安装）时，可将该事务分为多个步骤（车轮、车门），且每个步骤由不同的部件（不同的工人）负责；
上图中下方的两张图空白区域都表示对应部件没有工作的时间；
未使用流水线前空闲率较高，总时长也高；

流水线计算

总时长计算

理论公式：一个完整周期的时长+（N-1）*最耗时步骤时长
- 最耗时步骤时长视为流水线周期
实践公式：（k+n-1）*流水线周期；
- k为流水线的步骤数；实际上是将一个完整周期时长等同化为 k个流水线周期；
基本用理论公式，没有正确答案就用实践公式
答案：理论公式时203；实践公式是204；

吞吐率计算

单位时间内能完成的任务数量

加速比

不使用流水线和使用流水线的总时长的比值；

流水线效率

流水线设备的利用率
计算方式
- 将时空图画出来后，计算阴影面积；
- 阴影面积和总面积的比值就是利用率

层次化存储结构

整体结构

快的容量一般很小，慢的容量大

CaChe

是一种性价比方案，通过按内容存储的方式运转，也叫相联存储器；速度远高于按地址存储
Cache一般以k、M为单位；
- 虽然空间很小，但是加了几Kcache偶计算机执行速度会快很多，因为计算机普遍有局部性原理
  - 局部性原理：刚刚执行的指令又要执行
  - Cache就相当于一个循环体，能直接执行循环，而不是经过内存等流程才调用指令（传统模式）；
  - 一初始化语句执行一遍，循环执行一百万次，频繁执行相同内容，这时放入cache读取，速度快很多

计算系统平均周期

计算公式：
- 命中率*访问cache所需时长+（1-命中率）*内存访问时长

局部性原理

计算机处理相关的数据和程序的时候，一般会出现某一时间段集中访问某些指令，或集中读取某些空间的数据
分为
- 空间局部性：如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用。
  - 解决方法：把需要频繁访问的页面的集合打包起来，一起放入cache不用进内存，提高效率
- 时间局部性：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用（通常在循环中）

主存的分类

随机存取存储器
- 即RAM：内存一般使用这种，断电就数据消失；
只读存储器
- 即ROM：掉电后信息还在，一般存储bios系统的芯片是ROM存储芯片

主存编址（计算题）

主存的编址问题就是把芯片组成相应规格的的存储器问题
- 常见问题：什么规格的芯片，要多少块，组成按什么方式编址的存储空间。
N*M位的存储器，看作有N个地址空间，每个地址空间大小为 M bit ；
- 8*4，有八个地址空间，每个地址空间存储四个bit的信息

计算

1.先将c7fff加一，变为c8000

2.减法后，得到1c000（借位时相加16而不是10）

3.转为十进制，约为112k

磁盘结构和参数

考试内容开始缩减

常见的磁盘

软盘
机械硬盘

ps：固态硬盘（SSD）不是磁盘结构

磁盘结构

多个涂有特殊材质的环形盘面叠加起来（多叠盘面）；
每个盘面都有配套的磁头；
盘面划分为多个扇区
一个碟可以有两个盘面，注意

工作方式

磁盘工作时，盘面旋转，磁头沿盘面半径方向摆
要读取的数据和磁头在不同的扇区的时候，盘面转动，直到该扇区到达磁头位置
盘面一般只能一个方向旋转，所以最坏的可能性下，盘面需要转动约一圈，磁头才能到目标区域
若读取一连串数据，并处理时，若读取到第二个数据时，缓冲区仍不可放入，那么将跳过这次读取，盘面继续旋转，直到某次转动到该扇区时，缓冲区也可以放入；
盘面为了到达指定位置转动消耗的时间称为等待时间

盘面数据读取时间计算

往往会结合缓冲区一起考

单缓冲区

只有一个缓存区，当我把数据读取出来后，就放入缓冲区中开始处理

问题1解析

当缓冲区处理数据的时候，磁盘转动不会停下（一直匀速转动），所以当缓冲区处理完R0数据时，磁头已经在R2了，而题目要求顺序读取，所以需要再转动一圈才能到R1
所以R0~R9 读取、处理并将扇区挪到正确位置需要33+3毫秒（一圈+一个扇），R10相当于不用转动需要6毫秒（3ms读取数据+3ms处理数据；），所有加起来花费366ms

问题2解析

右边是优化后的磁盘分布，这种方式6秒一次（3ms读取数据+3ms处理数据后，刚好挪动到下一数据所在位），11次共66毫秒

总线

三种分类

内部总线
- 微机内部各个外围芯片与处理器间的总线
- 芯片级别
系统总线
- 微机中各个插件板和系统板间的总线
- 插件板层级（例如：VGA口、PCI接口）
外部总线
- 微机和外部设备的总线

系统总线的分类

数据总线：传输数据的
- 32位计算机，表示计算机一个字是32各bit位。总线宽度就是32各bit位，一个周期能传输的数据量就是32个bit位
地址总线：
- 假设地址总线是32位的，表示它代表的地址空间是 32个bit位，2^32–>4G；
- 32位计算机能管理的内存最大4g，有的时候会调用一些总线做其他用途，内存会更小
  - 硬件支持（地址总线64位时）时才能安装64位
控制总线：发送相应控制信号

可靠信分析

串联系统与并联系统

串行
- 所有系统都必须正常运行
并联
- 有一个能用系统就正常运行

可靠度与失效率计算方法

串联
- 可靠度：R=R1R2R3……Rn
- 失效率：入=入1+入2+入3……+入n
- 失效率公式实际上时近似公式，只有子系统多且失效率极低时适合使用；
并联
- 可靠率：R=1-（1-R1）（1-R2）……*（1-Rn）
- 即，1-所有系统同时失效的概率；
- 失效率（常用）：1-可靠率
- 正经公式为下图中 μ 的计算方式；

N模冗余模型
- 几乎不考
- 少数服从多数原则，R1到Rm给出的答案中，数量最多的视为最终结果；
- 可靠性：带入下图公式
串并联混合系统
- 常考
- 转换为并联系统或串联系统再计算；
- 下图转为了串联系统计算，即将两个并联计算出结构后，当成一个系统，形成串联再计算；

差错控制

保证数据传输后能发现错误，并纠正；
分为两类
- 检错：检查错误；
- 纠错：检查错误，并将错误纠正；

ps：能 纠错的前提是 网络稳定 ，即使发生数据错误也不会错的太多；

码距

编码过程中往往通过增大码距的方式达到检错效果
原理：把每一个bit都重复多次，那么接收到数据之后，如果该bit上，绝大部分都是1只有极少数是0，那么可以认为该bit正确值为1；（类似N模冗余模型）
- 当码距为2时，有检错能力（两个bit值不同，则该bit位错误）
- 当码距位3时，有纠错能力（网络稳定情况下），有两个bit为1，一个bit为0，那么该bit实际表示为1；

循环校验码CRC

只能检错不能纠错
原理：进行信息编码时，尾部加入校验信息，让编码后的数据能够和循环校验码的生成多项式（会给出）相除，余数为0；如果接受方校验时，余数不为0则传输出现了错误
计算过生成数据编码时用到的除法是模2除法
- 实际是将数据段处于公式的将余数放入原数据段后面，那么生成好的编码除以公式后，余数一定为0；
- 和商无关，不用管商是什么；

模2除法

1、被除数的首位为1，商为1
2、被除数的首位为0，商为0
3、模2除法等同于按位异或，要保证每次除完首位都为0，才能进行右移
4、如果右移后，被除数首位为零，就除以全零（而非除数）
5、计算时每次右移一位，当被除数的位数小于除数，其为余数

CRC下的模2除法

因为不用考虑商是否正确，所以遇到前面是 0 时，可以直接将0跳过；
- 跳过几个0，商就增加几个0

PS：模2算法，和跳过0的方式计算，得到的余数相同；

异或

如果a、b两个值不相同，则异或结果为1。
如果a、b两个值相同，异或结果为0。
口诀：相同取0，相异取1

CRC码计算

1.在原始报文后补多项式二进制位数-1个0
2.将公式转化为二进制码
- 有几次方就表示该权值对应的二进制位位1，没有则为0；
3.用数据段除（模2除法）以公式转换的码，当余数少于公式转换来的码的二进制位数时，剩下的余数视为CRC码
4.用余数把刚刚补位的0替换掉，就是完整的待传输数据

海明码（高频、难点）

可以检错也可以纠错
校验位在编码信息中的2的N次方位上，N=0，1，2，3……
- 如果放1个信息位，那么需要3位长度的数据串表示
  - 1号位和2号位是校验位；
- 如果放2个信息位，那么需要5位长度的数据串表示
  - 1、2、4位是校验位；

校验位和信息位的关系

存储相应信息位需要的数据位数公式
- 2^r>=N+r+1
  - N位信息位的个数；
  - r是校验位的个数；

校验位的计算

1.将信息位化为二进制
- 例：
  - 7=2²⁺²1+2^0;
  - 6=2²⁺²1;
  - 5=2²⁺²0；
2.若有对应权值，则该权值的具体值对应的校验位受该信息位影响；
- 例
  - 5、6、7号位都有2^{2这一权值，2}2=4，即4号位受5、6、7号位影响；
3.校验位的具体值等于：对他有影响的所有数据为对应的值的异或
- 例
  - 因为5、6、7号位影响4号位，所以4号位的值位（I4异或I3异或I2）;其中I4、I3、I2分别表示7、6、5号位的具体值；

纠错方法

假设其它位置信息都对，有一位出错了；
- 例：上图中右下角图的001变成了000；
接收到信息后按原来产生校验位的方式再生成一次校验位；
把收到的校验位和产生的校验位做异或操作；
- 000和001异或后得到 001；
异或后的结果就能表示第几个位置信息错了；
这时只要把这位数取反就能纠正错误了；

软件设计师备考笔记（二）计算机组成与体系结构相关推荐

软件设计师备考笔记（一）软考概述
目录考试的历史培训课程安排计划推荐参考书籍策略:先建体系,后整理知识点幸福曲线考试大纲考试形式学习方法: 历史从日本引进的考试:以前叫高级程序员考试,IT领域细化后分为了软件设计师: ...
软件设计师备考笔记（炸薯条的视频）
视频还没看完(软件工程上下.算法.试题四),排版还没拍好,2022上半年考试凉了,下半年又凉了.哎,明年再战吧目录计算机网络对用户"透明"是什么意思? RISC与CISC 流水 ...
软件设计师备考笔记（十）软件工程（开发模型、结构化设计、软件测试）
目录软件开发模型信息系统开发方法需求分类结构化设计软件测试软件开发模型瀑布模型历史盛极一时,但被淘汰:有重大缺陷,会导致项目失败(延期.超支.做不下去) 注意事项:每个阶段(绿框)末 ...
软件工程概述(软件设计师备考笔记)
目录第九章.软件开发模型(重点) 第一节.瀑布模型第二节.原型.演化模型.增量模型(解决用户需求分析困难) 第三节.螺旋模型(强调风险分析) 第四节.V模型(强调测试) 第五节.喷泉模型与RAD( ...
软件设计师备考笔记（四）数据库系统（重点）
目录数据库模式 ER模型关系代数于元组演算依赖关系规范化理论并发控制数据库完整性约束分布式数据库数据仓库与数据挖掘考法规范化理论和关系代数必考上午题目分布式和数据仓库等下午可能出 ...
数据库系统(软件设计师备考笔记)
目录第三章.数据库系统(重点) 第一节.数据库概述第二节.数据库系统--三级模式-两级映射第三节.数据库设计过程第四节.ER模型第五节.关系代数(必考) 第六节.规范化理论--函数依赖第七 ...
软件设计师备考笔记（五）计算机网络
目录七层模型常见协议计算机网络的分类网络规划与设计 IP地址与子网划分 HTML常见标签网络接入技术 IPv6 信息安全网络安全–防火墙七层模型历史于发展计算机网络就是构建在七层模型 ...
数据结构与算法应用(软件设计师备考笔记)
目录第十二章.数据结构及算法应用第一节.分治法第二节.回溯法第三节.贪心法第四节.动态规划法第五节.哈夫曼编码第十二章.数据结构及算法应用第一节.分治法其基本思想是把一个比较大的.复 ...
软件设计师考点笔记二
第二章操作系统进程管理-进程的状态三态模型和五态模型前趋图主要理解任务并行和先后关系. 进程的同步与互斥互斥:同一时刻只允许一个人操作. 同步:是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机 ...

软件设计师备考笔记（二）计算机组成与体系结构

目录