计算机组成与体系

1.计算机数据

ASCII码的值大小排列：

二进制转八进制或十六进制：

原码反码补码移码

浮点数的运算

中央处理器（cpu）

指令系统

3.寻址方式

指令集体系结构

计算机体系结构分类Flynn

处理机

局部性原理

流水线

存储器体系结构

地址映射

替换算法

总线

输入输出技术

安全性、可靠性、系统性能测评

安全威胁

加密技术

认证技术

可靠性（串并联）

性能测评

软件可靠性、可用性、可维护性

计算机组成与体系

1.计算机数据

ASCII码的值大小排列：

a-z>A-Z>0-9>标识符

在小写字母中z最大，a最小

在大写字母中Z最大，A最小

在0到9中 9最大，0最小

二进制转八进制或十六进制：

三个一组转八进制，四个一组转十六进制小数点不占位置进制转换

原码反码补码移码

a.转换

正数的原码反码补码都一样

反码：符号位不变，其余位取反

补码：反码加一

移码：补码符号位取反，其余位不变

b.数值范围

n一般为8

原码：-127~127 反码：-127~127

补码：-128~127 移码：-128~127

浮点数的运算

N=2^E*F

E为阶码、F为尾数、2为基数

指数不等的浮点数相加时，低阶转为高阶

中央处理器（cpu）

cpu=运算器+控制器+寄存器

1.寄存器：

cpu读写最快，不需要IO传输、数量有限

专用寄存器：运算器和控制器里的寄存器

通用寄存器：由程序员规定其用途

段寄存器、状态和控制寄存器、指令寄存器

2.运算器：alu+ac+psw

算是逻辑单元alu

程序状态寄存器：存放状态信息(条件码)、控制信息（允许中断、跟踪标志）

累加器ac：存放操作数和运算结果的寄存器

3.控制器：pc+ir+指令编译器

程序计数器pc：存放下一条指令的地址，顺序执行，自动加一

指令寄存器ir：正在执行的操作码、当前指令、地址码

指令译码器：操作码解码

指令系统

1.指令格式

操作码：加、减

地址码（操作数项）：数据来源、指令执行结果的地址

2.执行方式：

顺序执行：pc寻址(按指令长度递增)

非顺序无条件转移指令、非顺序执行条件转移指令

3.寻址方式

概念：对指令中的地址字段进行解释，以获得操作数的方法或获得程序转移地址的方法

立即寻址：操作数包含在指令中

直接寻址：cpu寻址、操作数放在内存单元中，指令给出存储单元地址

寄存器寻址：操作数放在某一寄存器中，指令给出存放操作数的寄存器名

寄存器间接寻址：操作数放在内存单元，存储单元地址所在的某个寄存器中

间接寻址：指令中给出操作数地址的地址

相对寻址：指令地址码给出一个偏移量，操作数等于指令的地址加上偏移量

隐含寻址、间接寻寄存器寻址等

指令集体系结构

按暂存机制分类：

堆栈、累加器、寄存器组

寄存器最灵活可以保存变量堆栈保护断点和现场最有效

计算机体系结构分类Flynn

依据指令和数据流

单指令SI 多指令MI 单数据流SD 多数据流MD

不能实现的：MISD多指令单数据流

CISC和RISC

复杂CISC:多种指令，寻址方式多，微码控制

精简RISC:硬布线，指令单调，寻址方式少，增加了通用寄存器，流水线

处理机

阵列处理机

并行处理机

SIMD:共享存储器和分布式存储器

MIMD

多处理机

局部性原理

时间局部性：程序中的某条指令一旦被执行、不久的将来也可能被执行

空间局部性：一旦访问了某个存储单元、在不久的将来、附近的存储单元也有可能被访问

流水线

指令执行：取值-分析-执行

流水线周期：执行时间最长的一段

a.执行时间：

理论：1条指令完成时间+（指令条数-1）x流水线周期

实际：（一个完整指令的步骤数+（指令条数-1)*流水线周期

b.吞吐率（单位时间内流水线所完成的任务数量）

TP=指令条数/流水线执行实际

最大吞吐率：流水线周期的倒数

c.加速比（使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比）

计算：不使用流水线的执行时间/使用流水线执行时间

d.效率（设备利用率）

计算：n个任务占用的时空区/k个流水段的总的时空区

所用面积/总面积

所有步骤花费时间相等的指令执行的效率最高

存储器体系结构

1.按存储器所处位置分类

cpu：通用寄存器组

cache：cpu内的高速缓存，cpu外的

内存（主存）：主板上

外存（辅存）：（联机）磁盘存储器、脱产光盘、光盘存储器

容量越小速度越快

a.cache（分为三个级别，从第一层依次访问）

功能：提高cpu输入输出速率、突破冯诺依曼瓶颈（带宽限制）

命中率计算：

h：对cache的访问命中率

t1：cache的周期时间

t2：主存储器周期时间

t3：使用“cache+主存储器”的系统的平均周期

(1-h)又称为失效率(未命中率)

t3=h*t1+(1-h)*t2

注：CPU会在cache中寻找它需要的数据，如果不能找到，CPU就将前往内存中寻找，而chche的访问命中率就是CPU需要的数据在cache中被找到的比例，未能找到的数据CPU将前往内存中进行再次寻找

地址映射

cache与主存的地址映射是由硬件自动完成的、

内存与cache地址映射的三种方式：

直接映像：cache的区号与内存的区号一一对应

全相连映像：cache的一个块号可以对应多个内存的块号，内存的一个块号也可以对应cache的多个块号

组相连映像：两种方式相结合的方法

全是计算机硬件自动完成的

替换算法

目的是使cache获得尽可能高的命中率

四种：随机替换算法、先进先出算法、近期最少使用算法、优化替换算法

地址映像方法：直接映像、全相联映像、组相联映像。

①直接映像：指主存的块与Cache块的对应关系是固定的。优点是地址变换简单，缺点是灵活性差、Cache块冲突率高。

②全相联映像：允许主存的任一块可以调入Cache存储器的任何一个块的空间中。优点是Cache块冲突率低、灵活性好，缺点是访问速度慢、地址变换较复杂、成本太高。

③组相联映像：是前两种方式的折衷方案，即组采用直接映像方式、块采用全相联映像方式。

b.内存（主存）：

分类：

RAM:读/写存储器、随机存取存储器、断电后所有数据都清除

分为静态的SRAM和动态DRAM

SRAM：速度快、价格贵、作为高速缓冲存储器cache、将每个位存储在一个双隐态的存储器单元中

DRAM:作为主存及图形系统的帧缓冲区、将每个位存储为对一个电容的充电、

需要周期性刷新充电以保持信息

ROM:只读存储器、断电后仍能存储信息、数据不能改变

PROM:可编程的只读存储器，一次性写入不能修改

EPROM:可擦除可编程的只读存储器，写入后可修改，用紫外线擦除后特殊电子设备写入

EEPROM:电擦除可编程只读存储器，电擦除

（闪存）闪存存储器：擦除速度快于EPROM

编址：

概念：把许多块芯片组成相应的存储器

储存计算：

存储单元数量等于大的内存地址减去小的内存地址再加上一；

K=1024，存储单元数量除以1024

内存单位换算

TB>GB>MB>KB>byte>bits

1 byte (B 字节) = 8 bits (b 比特位，0或1)

1 KB = 1024 (2^10) byte

1MB = 1024 KB

1GB = 1024 MB

1TB = 1024 GB

c.外存（辅存）

磁盘、磁带、光盘，存储不参加运行的大量信息

磁盘容量

磁道数=（外直径-内直径）/2x磁道密度

d.虚拟存储器

cpu在给出需要访问的内存地址时，给出的并不是真正的物理地址，而是物理地址的抽象

由主存-辅存两级存储器组成

2.按构成材料分

磁存储器、半导体存储器（双极和MOS）、光存储器

3.按访问方式分类

按地址访问存储器

按内容访问存储器

相联存储器：把数据或数据的某一部分作为关键字，按顺序写入信息，读出时并行的将该关键字与存储器中的每一单元进行比较，找出存储器中所有关键字相同的数据字，特别适合于信息的检索和更新。

4.按寻址方式分类

随机存储器RAM

顺序存储器SAM

直接存储器DAM

总线

计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道

根据位置不同分为

内部总线、系统总线、外部总线

系统总线分为：

数据总线DB：传输数据信息，双向的，宽度决定了cpu和计算机其他设备间每次交换数据的位数

地址总线AB：传输cpu发送的地址信息，单向的，指明内存单元或I/O设备，宽带决定了最大寻址能力

控制总线CB：传送控制信息、时许信息和状态信息，双向线表示

输入输出技术

1.直接程序控制

cpu控制、cpu必须等待I/O系统完成数据的传输任务，性能下降

无条件传送：外设无条件随时接收cpu发来的数据

程序查询方式：通过cpu执行程序查询外设状态

2.中断方式

cpu无需等提高效率、不必查询I/O状态

可以抽身处理其他任务

系统准备好后发出中断请求信号通知cpu

3.直接存储器存取方式DMA

无需cpu控制\CPU效率显著提高

内存和外设间直接成块传送

只需要CPU在过程开始时启动、在过程结束时处理

4.输入/输出处理机IOP（通道）

分担cpu的一部分功能，对外设的统一管理，完成数据传输

增加了更多硬件

安全性、可靠性、系统性能测评

安全性

安全威胁

机密性、完整性、可用性、合法性造成危害

故意（黑客渗透）

偶然（信息错发）

加密技术

数据加密：加密算法+加密密钥=>密文

数据解密：解密算法+解密密钥=>明文

对称加密（私人密钥加密）

DES、AES

非对称加密（公开密钥加密）

需要公钥和私钥

加密：公钥加密私钥解开

认证：私钥加密公钥解开

加密解密用不同的密钥所以是非对称性加密算法

私钥用户保留，公钥交给CA（权威认证机构）中心签名产生证书

认证技术

账户/口令认证、摘要算法认证、PKI认证

PKI：遵循既定标准的密钥管理平台

加密、数字签名、数据完整性机制、数字信封

信息摘要：数字指纹

hash函数：输入长度不固定的字符串，返回长度固定的字符串

数字签名:使用发送方的密钥对，发送方用自己的私钥加密，接收方用发送方的公钥解密

数字加密：发送者用接收者的公钥加密，接收者用自己的私钥解开

SSL协议、数字时间戳技术

对称加密算法：DES,RC-5,IDEA,AES

非对称加密算法：RSA

可靠性（串并联）

可靠性指从它开始运行到某段时间内能正常运行的概率

可靠性：R 失效率：λ

串联：可靠性相乘、失效率相加

R=R1XR2X...XRN

λ=λ1+λ2+...+λN

并联：

R=1-(1-R1)X(1-R2)X...X(1-RN)

失效率=

校验码（差错控制）

码距：d任意两个码兹间最小距离

检错e与纠错t：d>=e+1;d>=2t+1

a.循环校验码（CRC）

信息码+校验码编码使用模二运算（不计其进位）

从前往后

b.奇偶校验码

可以检错、不可纠错

1的个数为奇数或偶数个

它可以检测代码中奇数位出错的编码，但不能发现偶数位出错的情况

c.海明校验码HC

可以纠错和检错

数据位：n位，校验位：k位，则2^k - 1 ≥ n + k。

性能测评

时钟频率、指令执行速度、等效指令速度法、数据处理速率PDR

基准测试程序

软件可靠性、可用性、可维护性

可靠性：系统对于给定的时间间隔内、在给定条件下无失效运作的概率

可用性：给定时间点上，一个软件系统能够按照规格说明正确运行的概率

可维护性：给定的使用条件下，在规定的时间间隔内，使用规定的过程和资源完成维护活动的概率

软考-计算机组成原理与结构相关推荐

软考计算机基础：存储系统
软考计算机存储系统笔记: 存储器分类: 1.按存储位置分为内存和外存: 2.按存储材料分为磁存储(使用磁存储介质).半导体存储(分为双极型和MOS型,根据数据是否需要刷新可以分为静态SRAM存储器和动 ...
模型计算机控制器的逻辑设计,计算机组成原理和结构图式（第三章 CPU子系统—CPU模型的设计）...
计算机组成原理和结构图式(第三章 CPU子系统-CPU模型的设计) CPU设计步骤 1.拟定指令系统字长16位,寄存器型寻址方式一个地址码6位(寻址方式3位+寄存器类3位) 地址码位由寄存器种类决定 ...
计算机组成原理定点除法手工与机器运算本质,计算机组成原理和结构图式（第二章）...
计算机组成原理和结构图式(第二章) 一.数值型数据表示 1)进位计数制spa (1)十进制->二对象整数部:除基取余小数部:乘积取整 (2)二进制->按权相加原理 2)数符表示:无符号 ...
计算机组成原理微命令序列图,计算机组成原理和结构图式（第三章 CPU子系统）...
计算机组成原理和结构图式(第三章 CPU子系统) 1.CPU概述 M:存储部件(存储单元在存储部件中) R:通用寄存器组 ALU:逻辑运算部件 1)CPU的基本组成: 1.运算部件 2.寄存器组 3. ...
计算机组成原理 cpu图,计算机组成原理和结构图式（第三章 CPU子系统）(示例代码)...
计算机组成原理和结构图式(第三章 CPU子系统) 1.运算部件 ?图3-39 M:存储部件(存储单元在存储部件中) R:通用寄存器组 ALU:逻辑运算部件任务:输入/直送,加工,输出运算器构成输 ...
软考计算机专业英语,软考计算机专业英语常用词汇(首字母I-O)
软考计算机专业英语常用词汇(首字母I-0) infrared light 红外线 Internet 因特网 Internet Control Message Protocol (ICMP)网际控制报 ...
软考计算机英语考题,《全国计算机软考网管英语试题及答案.doc
<全国计算机软考网管英语试题及答案全国计算机软考网管英语试题及答案(1) Heterogeneous network environments consist of computer syst ...
软考计算机都有什么考试内容,了解软考是什么软考考试流程都包括哪些
了解软考是什么软考考试流程都包括哪些 2019-09-23 阅读 5454 掌握一门技术是非常重要的,这关系到未来的发展.计算机是现在生活和工作中必不可少的一部分,因为软考成为当下流 ...
事业单位软考计算机职称吗,事业单位认软考职称考试吗
原标题:事业单位认软考职称考试吗事业单位承认软考吗?很多在事业单位上班的朋友想考软考证书来评职称,那么事业单位考计算机软考到底有用吗?评职称一般是在国企或者事业单位才能评聘,因此很多在事业单位上班的 ...
计算机组成原理湖北联考,计算机组成原理湖北七校联考-2014(a卷)v2教学教材（9页）-原创力文档...
计算机组成原理湖北七校联考2013-2014(A卷)V2 精品文档精品文档收集于网络,如有侵权请联系管理员删除收集于网络,如有侵权请联系管理员删除精品文档收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 ...

软考-计算机组成原理与结构

计算机组成与体系

1.计算机数据

ASCII码的值大小排列：

二进制转八进制或十六进制：

原码反码补码移码

浮点数的运算

中央处理器（cpu）

指令系统

3.寻址方式

指令集体系结构

计算机体系结构分类Flynn

处理机

局部性原理

流水线

存储器体系结构

地址映射

替换算法

总线

输入输出技术

安全性、可靠性、系统性能测评

安全威胁

加密技术

认证技术

可靠性（串并联）

性能测评

软件可靠性、可用性、可维护性

软考-计算机组成原理与结构相关推荐

最新文章

热门文章