初级程序员软考重点2 计算机系统

Posted 2023-02-24 编程圈子

初级程序员软考重点2 计算机系统

• 一、计算机指令系统
• • 1. 指令系统类型
  • • CISC 复杂指令集
    • RISC 精简指令体
  • 2. CPU核心部件
  • • （1）运算器
    • • 算术逻辑单位ALU
      • 累加寄存器AC（数据寄存器）
    • （2）控制器
    • • 程序计数器PC
      • 指令寄存器IR
  • 3. 指令系统
  • 4. 指令地址结构
  • 5. 寻址方式
• 二、存储系统
• • 1. 层次化存储体系
  • 2. Cache
  • 3. 主存储器 ROM/RAM
  • 4. 内存编址
• 三、总线系统
• • 1. 芯片内总线（内总线）
  • • （1）总线性能
    • （2）总线划分，三总线系统
  • 2. 外总线
• 四、I/O接口与设备
• • 1. 输入设备和输出设备
  • • （1）输入设备
    • （2）输出设备
  • 2. CPU和外设数据交换的方式
• 五、计算机性能指标
• • CPU主要性能指标
  • 计算机系统的效率
  • 系统可用性

一、计算机指令系统

1. 指令系统类型

CISC 复杂指令集

指令多、可变长格式，支持多种寻址方式，实现方式以微程序控制技术（微码），研制周期长。

RISC 精简指令体

指令少、定长格式，支持寻址方式少，实现方式增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制业主，适合采用流水线。

2. CPU核心部件

（1）运算器

算术逻辑单位ALU

数据计算、逻辑运算；

累加寄存器AC（数据寄存器）

暂存操作数和中间结果、向ALU提供运算对象。

其它运算器部件还有 状态字寄存器PSW、通用寄存器组等。

（2）控制器

程序计数器PC

存储下一条要执行的指令的地址，每取了一条指令，PC自动加1；

指令寄存器IR

存放正在执行的指令。

其它控制器部件还有：指令译码器ID、时序部件、状态字寄存器PSW等。

3. 指令系统

指令执行方式：取指 => 分析 => 执行。

流水线技术： 并行取指、分析、执行。

• 通常用“百万条指令/秒” (MIPS Million Instruction Per Second）来表示 计算机的运算速度。

4. 指令地址结构

一条指令分为：操作码字段+地址码字段。

5. 寻址方式

• 立即寻址：操作数直接放在指令中
• 直接寻址：操作数放在内存中
• 间接寻址：指令中放的是地址，地址存放的是操作数的地址
• 寄存器寻址：操作数放在寄存器中
• 寄存器间接寻址：寄存器内存放的是操作数的地址

二、存储系统

1. 层次化存储体系

速度	部件	存储器
最快	CPU	寄存器
快	CPU	Cache
慢	内存 主存	RAM/ROM
最慢	外存（辅存）	硬盘、光盘、U盘

2. Cache

• Cache为了解决快速的CPU与较慢的主存速度匹配问题；
• Cache容量较小，速度比主存快5到10倍，存储的是主存内容的副本；
• 主存地址和Cache地址之间的转换工作由硬件自动完成；

Cache的局部性原理：

• 时间局部性：某条指令一旦执行，可能将会再次被执行；某数据被访问，可能将会再次被访问；
• 空间局部性：某程序一旦访问了某个存储单元，其附近的存储单元也可能将被访问；

3. 主存储器 ROM/RAM

• ROM 只读存储器

• RAM 随机存储器：SRAM：不断电的情况下一直保持信息；DRAM：需要定时刷新来维护信息不丢失。

• 字：计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的数据长度称为字；字的位数可以是16位、32位、64位等。

• 地址：整个内存被分成若干个存储单元，每个单元用地址来标识；

4. 内存编址

存储单元：
$总片数=总容量/每片的容量$

三、总线系统

1. 芯片内总线（内总线）

• ISA
• EISA
• PCI

（1）总线性能

• 总线的带宽：单位时间内总线上传送的数据量，每秒传MB的最大稳态数据传输率，为总线的工作频率*总线的位宽/8
• 总线的位宽，数据总线的位数；
• 总线的工作频率，以MHz为单位；

（2）总线划分，三总线系统

• 数据总线：字长决定于数据总线的宽度；
• 地址总线：决定CPU能访问的最大内存空间的大小；
• 控制总线：宽度决定了CPU对外部器件的控制能力；

2. 外总线

四、I/O接口与设备

1. 输入设备和输出设备

（1）输入设备

• 键盘
• 鼠标
• 扫描仪
• 触摸屏
• 麦克风
• ……

（2）输出设备

• 显示器
• 打印机
• 绘图仪

2. CPU和外设数据交换的方式

• 直接程序控制：降低CPU利用率；
• 中断方式：I/O准备好发送中断信号通知CPU；
• 直接存储器存取DMA方式：数据传送由DMA控制，不需要CPU的干涉，只能进行简单的数据传送操作；
• 通道控制方式：CPU按约定格式准备数据和命令，然后启动通道，通道执行相应的通道程序完成所要求的操作；

五、计算机性能指标

CPU主要性能指标

• 主频
• 内存总线速度
• 扩展总线速度

计算机系统的效率

• 响应时间
• 吞吐量
• 周转时间

系统可用性

• 平均无故障时间 MTTF
• 平均故障修复时间 MTTR
• 平均故障间隔时间 MTBF
• 系统可用性 MTTF/(MTTR+MTTF) * 100%

 

• 系统的可用性取闷在于MTTF(平均无故障时间，表示系统的可靠性)及MTTR（平均修复故障时间，表示系统的可维护性）
• MTBF越大、MTTR越小，整个系统的可用性越高；
• 实际应用中，一般MTTR很小，通常认为MTBF近似等于MTTF。