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个人笔记

计算机组成与体系结构-2
软考

1、校验码

2、计算机组成
(1)CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。
(2)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,为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PSW:存状态标志与控制标志
(争议:也有将其归为控制器的)
(3)控制器
①程序计数器PC:存储下一条要执行指令的地址
②指令寄存器IR:存储即将执行的指令
③指令译码器D:对指令中的操作码字段进行分析解释
④地址寄存器AR:保存当前CPU访问内存单元的地址
⑤时序部件:提供时序控制信号
3、存储系统
(1)层次化存储结构

(2)存储器分类
存储器位置:
内存&外存
存取方式:
①按内容存取:相联存储器(如Cache)。
②按地址存取:随机存取存储器(如内存);顺序存取存储器(如磁带);直接存取存储器(如磁盘)。
工作方式:随机存取存储器RAM(如内存DRAM);只读存储器ROM(如BIOS)。
(3)Cache
在计算机的存储系统体系中,Cache是访问速度最快的层次(若有寄存器,则寄存器最快)。
②使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理。
地址相连映像
直接相联映像:硬件电路较简单,但冲突率很高。
全相联映像:电路难于设计和实现,只适用于小容量的cache,冲突率较低。
组相联映像:直接相联与全相联的折中。
注:主存与Cache之间的地址映射由硬件直接完成。
(4)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储单元,即最小寻址单位是一个字。
按字节编址:存储体的存储单元是字节存储单元,即最小寻址单位是一个字节。
③总容量=存储单元个数*编址内容
④总片数=总容量/侮片的容量

计算机组成与体系结构-3
软考

2、总线
(1)并行&串行总线
并行总线:是含有多条双向数据线的总线,它可以实现一个数据的多位同时传输,总线中数据线的数量决定了可传输一个数据的最大位数(一般为8的倍数)。由于可以同时传输数据的各位,所以并行总线具有数据传输率高的有点;但是由于各条数据线的传输特性不可能完全一致,当数据线较长时,数据各位到达接收端时的延迟可能不一致,会造成传输错误,所以并行总线不宜过长【成本较高】,适合近距离传输。大多数总线属于并行总线。
串行总线:只含有一条双向数据线或两条单向数据线的总线,可以实现一个数据的各位按照一定的速度和顺序依次传输。由于按位串行传输数据对数据线传输特性的要求不高,在长距离连线情况下仍然可以有效地传送数据,所以串行总线的优势在于远距离通信【成本较低】。但由于数据是按位顺序传送的,所以在相同的时钟控制下,数据传输速率低于并行总线。大多数的通信总线属于串行总线。
(2)数据总线/地址总线/控制总线

3、寻址方式
(1)立即寻址方式
特点:操作数直接在指令中,速度快,灵活性差
(2)直接寻址方式
特点:指令中存放的是操作数的地址
(3)间接寻址方式
特点: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
特点:寄存器存放操作数
(5)寄存器间接寻址方式
特点:寄存器内存放的是操作数的地址
4、CISC与RISC

5、流水线技术
1条指令执行时间+(指令条数-1)*流水线周期
理论公式:(t1+t2+..+tk)+(n-1)*tmax
实践公式:k*tmax+(n-1)*tmax
计算流水线吞吐率的最基本的公式如下:

6、可靠性
(1)指标
可靠性可以用MTTF/(1+MTTF)来度量。
可用性可以用MTBF/(I+MTBF)来度量。
可维护性可以用1/(1+MTTR)来度量。
(2)可靠性计算模型
串联:R=R1*R2*...*Rn
并联:R=1-(1-R1)*(1-R2)*...*(1-Rn)
(3)参数计算
【失效率】
比如:假设统一型号的1000台计算机,在规定的条件下工作1000小时,其中10台故障。
其失效率λ=10/(1000*1000)=1*10-5
【千小时可靠性】R(t)=1-t*λ=1-1000*(1*10-5)=1-0.01=0.99
【平均故障间隔时间】MTBF=1/λ=105小时