软考-软件设计师-计算机组成与体系结构

Posted 2022-10-16 zhixuChen333

码制

1. 二进制运算要用补码来进行计算。
2. 移码：补码的符号位按位取反。
3. 定点小数的表示范围：人为补码定义1.00为最小即-1，最大就是全1即1-2^-(n-1)，

校验码

1. 奇偶校验码，可检查1位（奇数位）的错误，不可纠错。
2. CRC循环校验码，可检错，不能纠错，采用模2运算来求校验码。
3. 海明效验码，可检错，也可纠错， 位数求取 2^r>=m+r+1，m是信息位的个数

CPU的组成（运算器和控制器）

运算器

1. 算术逻辑单元ALU:数据的算术运算和逻辑运算
2. 累加寄存器AC：通用寄存器，位ALU提供一个工作区，用在暂存数据
3. 数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂存指令或数据
4. 状态条件寄存器（存在争议）PSW：存状态标志与控制标志

控制器

1. 程序计数器PC：存储下一条要执行中指令的地址
2. 指令寄存器IR：存储即将执行的指令
3. 指令译码器ID：对指令中的操作码字段进行分析解释
4. 时序部件：提供时序信号控制

寻址方式

指令格式： 操作码字段-地址码字段

1. 立即寻址方式：操作数直接在指令中，速度快，灵活性差。
2. 直接寻址方式：指令中存在的是操作数的地址。
3. 间接寻址方式：指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址。
4. 寄存器寻址方式：寄存器存在操作数。
5. 寄存器间接寻址方式：寄存器内存放的是操作数的地址。

CISC与RISC

指令系统类型	指令	寻址方式	实现方式	其他
CISC（复杂）	数据多，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）	研发周期长
RISC（精简）	数据少，使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有Load/Store操作内存	支持少	增加了通用寄存器；硬布线逻辑控制为主；适用采用流水线	优化编码，有效支持高级语言

流水线

流水线计算公式：1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期

1. 理论公式：(t1+t2+…+tk)+(n-1)*t
2. 实践公式：k*t+(n-1)*t

吞吐率=指令条数/流水线执行时间
最大吞吐率=流水线周期的倒数

层次化存储结构

时间局部性：刚被访问的内容，立即又被访问
空间局部性：刚被访问的内容，附近的空间很快被访问。

Cache

	冲突率	电路复杂度
直接相联映像	高	简单
全相联映像	低	复杂
组相联映像	中	择中

主存编址计算

• 存储单元：
  存储单元个数 = 最大地址 - 最小地址 + 1
• 编址内容
  按字编址：存储体的存储单元是字存档单元，即最小寻址单位是一个字。
  按字节编制：存储体的存储单元是字节存档单元，即最小寻址单位是一个字节。
• 总容量 = 存储单元个数 * 编址内容
• 总片数 = 总容量 / 每片的容量

输入输出技术

1. 程序控制（查询）方式
2. 程序中断方式
3. DMA方式
4. 通道方式
5. I/O处理机

总线

特点：分时双工

1. 数据总线
2. 地址总线
3. 控制总线

可靠性

• 平均无故障时间：MTTF = 1 / λ，λ为失效率
• 平均故障修复时间：MTTR = 1 / u , u为修复率
• 平均故障间隔时间：MTBF = MTTR + MTTF
• 系统可用性：MTTF / (MTTR + MTTF) * 100%