软件设计师考点1 计算机组成原理与体系结构

一、数据的表示

1.R进制转十进制：按权展开发法，例如二进制：10100.01 = 1*2⁴ + 1*2² + 1*2^-2 

2.十进制转R进制：短除法，例如：将14转换为二进制

2 | 14        余 0

2 |7           余1

2 | 3          余1

2 | 1         余1

得到结果为：1 1 1 0

3.二进制和八进制，十六进制的转换：分段法。

4.码数

原码：原本的二进制数,最高位为符号位，1为负，0为正。   范围：-（2^n-1-1）~ 2^n-1-1

反码:正数与原码相同，负数符号位不变，其他位按位取反   范围：-（2^n-1-1）~ 2^n-1-1

补码：正数与原码相同，负数为反码加1                               范围：-2^n-1~ 2^n-1-1

移码：补码首位取反，一般用作浮点运算中的阶码。          

5.数据的表示-浮点数运算

N = M * R^e ，M为尾数，R为基数，e为指数，计算方式：低位向高位对阶⇒尾数相加（减）⇒结果格式化（小数点前只能是一位）

二、计算机结构

1.主机机构：

运算器：

①算数逻辑单元ALU

②累加寄存器AC

③数据缓存寄存器DR

④状态条件寄存器PSW：存储运算过程中的相关标志位

控制器：

①程序计数器PC

②指令寄存器IR

③指令译码器

④时许部件

三、Flynn分类法：一种计算机体系结构的分类法

指令流和数据流：

单指令流单数据流SISD：控制部件一个，处理器一个，主存模块一个。例如：单处理器系统

单指令流多数据流SIMD：控制部分一个，处理器多个，主存模块多个。例如：阵列处理器

多指令流单数据流MISD：目前没有

多指令流多数据流MIMD：控制器多个，处理器多个，主存模块多个。

四、CISC和RISC

指令系统类型	指令	寻址方式	实现方式	其他
CISC（复杂）	数量多，使用频率差别大，可变长格式	支持多种	微程序控制技术（微码）	研制周期长
RISC（精简）	数量少，使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只用Load/store操作内存	支持方式少	增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线	优化编译，有效支持高级语言

五、流水线技术：在程序执行过程中多条指令重叠操作的一种准并行处理实现技术

1.流水线周期为执行时间最长的一段。

2.流水线计算公式为：1条指令执行时间+（指令数-1）*流水线周期

3.流水线吞吐率：单位时间内流水线完成的任务数量，计算公式：吞吐率 = 指令条数 / 流水线执行时间

流水线最大吞吐率：= 1 / 流水线周期

4.流水线的加速比：完成同一批任务不使用流水线所用的时间和使用流水线时间的比值。

计算流水线加速比的公式：S = 不适用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间

5.流水线的效率：流水线的设备利用率。E = n个任务占用的时空区 / k个流水段的总时空区

六、存储系统

CPU：寄存器，存储速度最快，容量最小。

cache：高速缓存存储器

①功能：提高CPU数据输入输出的速率。

②Cache+主存的系统的平均时间= （cache访问命中率）* cache周期时间 + （1-cache命中率） *  主存周期时间

③局部性原理：计算机在处理事件和进程时，某些时段会集中读取某些空间数据的情况。

④工作集：程序运行时被集中访问的页面集

内存（主存）：

①随机存取存储器（RAM）：特点：断电后存储信息丢失

②只读存储器（ROM）：特点：断电后存储信息仍在。

编址

内存地址从AC000H到C7FFFH，共有  112  个地址单元。若该内存地址按字（16bit）编制，由28个存储器芯片构成。已知每个存储器芯片有16K个存储单元，则该芯片每个存储单元存储   4     位？

(C7FFFH + 1) -  AC000H = C8000H - AC000H = 1C000H = 0001 1100 0000 0000 0000 =0001 1100 00K = 2⁶ +2⁵ + 2⁴ = 64 + 32 + 16 = 112k

存储位数 = （地址单元 * 编址位数） /  （芯片数 * 芯片存储单元） =  （112 * 16 ） /   （32 * 16） = 4 

外存（辅存）：

①磁盘机构与参数

存取时间 = 寻道时间 + 等待时间

七、总线系统

根据总线位置不同分为：

①内部总线

②系统总线

数据总线：传输数据

地址总线

控制总线：发送相应的控制信号

③外部总线

八、可靠性

系统可靠性分析

①串联系统：R = R₁ * R₂ *R₃ *.........R_n

②并联系统：R = 1- （1-R₁）× （1- R₂）× .........×（1-R_n）

N模冗余模型与混合系统

冗余模型：多个系统独立，通过表决器采用少数服从多数的原则输出结果。

混合系统：串联和并联混合

九、校验码

差错控制-CRC与海明校验码

码距：编码系统中所有码字之间的最小距离。

①循环校验码CRC：只能进行检错，不能进行纠错

模二除法：除法运算中不计其进位的除法

例如：10111对110进行模二除法：

海明效验码：既能检错也能纠错。

①求海明校验码的校验位：2^r >= x+r+1,r为校验码的位数，x为信息位

②求校验码的位置   海明校验码方法中，校验码的位置是固定的，从2^0位，2^1 位 --> 2^2位  ... 2^n位 ,总个数为K位 

③画图表：注释：  我分别把七个位置用1~7来表示了  在填写信息为的时候也要把高位的数据填到高的位置 ，例如1011  就要类似图中的填法 

位置	1	2	3	4	5	6	7
信息码			1		1	0	1
校验码	R1	R2		R3

④

计算校验位的值，也是最为关键的一步 。

 确定校验位的分组原则：每个位数都由R1、R2、R3中的一或若干个所确定。

说明：1由第一位R1来校验；2由第二位R2来校验；由于3=1+2（1和2指的是位数，都是2的n次方）所以3由第一位R1和第二位R2校验，4由第四位R3校验，5和3道理是一样的，5=1+4（2^0+2^2）;6=2+4;7=1+2+4来校验，一次类推；

画表如下所示：

海明码位置	占用的校验位号	备注
1	1	R1
2	2	R2
3	1，2	R1，R2
4	4	R3
5	1，4	R1，R3
6	2，4	R2，R3
7	1，2，4	R1，R2，R3

⑤

进行汇总，看每个校验位都确定了哪一位。

R1：1、3、5、7

R2：2、3、6、7

R3: 4、5、6、7

第五步：用亦或运算求出R1、R2、R3的值：（以R1为例）

普及：参加运算的两个对象，如果两个相应位为“异”（值不同），则该位结果为1，否则为0。多个异或运算时，从左至右依次异或 

第二行是对应的信息位上的数，如图求出R1=1

以此类推，求出值表如下

位置	1	2	3	4	5	6	7
信息码			1		1	0	1
校验码	1	0		0

海明校验码参考地址：海明校验码--检错纠错详解 - dalyHu的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区