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【系统分析师】计算机组成与体系架构

article 2024/11/16 10:22:51

计算机硬件组成，运算器，控制器

计算机基本硬件系统五大组成部分：运算器，控制器，存储器，I/O设备

运算器的四个重要寄存器：

算术逻辑单元（实时对数据的算术和逻辑运算，累加寄存器（运算结果或源操作数的存放区），数据缓冲寄存器（暂时存放内存的指令或数据））和状态条件寄存器（保存指令运行结果的条件吗码内容，如溢出标志等）。执行所有的算术运算，如加减乘除等，执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，如与，或非，比较等。

控制器的四个重要寄存器：

指令寄存器（暂存cpu执行指令），程序计数器（存放指令执行地址），地址寄存器（保存当前CPU所访问的内存地址），指令译码器（分析指令操作码）等组成，控制整个CPU的工作，最为重要。

奇偶校验码，循环冗余校验码，海明码

循环冗余校验码的计算方法：数据信息+校验信息

校验信息等于多项式除法运算之后的余数，位数是多项式的最高幂指数位k，不足时左侧补零。

多项式除法运算的除数：根据多项式生成的 k+1位，对应的位存在则为1，不存在则为0

被除数：格局数据信息左移K位得到

除法：模2除法，不进位，不借位，或者叫异或运算，相同则为0，不同为1

使用多项式除法（模2除法）运算后的余数为校验字段，若数据信息为n位，则将其左移K位（右边添加k个0）,被长度为k+1位的生成多项式相除，得到k位余数即构成K个校验位，构成n+k位编码。

例如数据信息位为1100，生成多项式为X3+X+1(1011)，则CRC编码是（）1100010

k为生成多项式的最高指数位，为3，被除数是数据

指令系统，指令操作数寻址方式，CISC和RISC,指令流水线的设计

知识点：

指令操作数的寻址方式

立即寻址方式：指令的地址码字段指出的不是地址，而是操作数本身。
直接寻址方式: 在指令的地址字段中直接指出操作数在主存中的地址。
间接寻址方式: 指令地址码字段所指向的存储单元中存储的是操作数的地址。
寄存器寻址方式: 指令中的地址码是寄存器的编号。（直接：操作数存在存寄存器中，间接：操作数存在主存单元）
基址寻址方式: 将基址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址，其优点是可以扩大寻址能力。
变址寻址方式:变址寻址方式计算有效地址的方法与基址寻址方式很相似，它是将变址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址。

流水线计算：

流水线时间计算：

流水线周期：质量分成不同执行阶段，其中执行时间最长的段为流水线周期

流水线执行时间：1条指令总执行时间+（总指令条数-1） * 流水线周期

流水吞吐率计算：吞吐率即单位时间内执行的指令条数

公式= 指令条数/流水线执行时间

流水线的加速比计算：加速比就是使用流水线之后的效率提升度，即不不用流水线快了多少倍，越高表明流水线效率越高

公式：不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间

CISC和RISC

练习题：

1 指令操作数寻址时，如果采用寄存器间接寻址方式，操作数是存放在

a 通用寄存器 b主存单元 c 堆栈 d 外存

答案：b

2 以下关于精简指令计算集RISC的叙述中，不正确的是

a 数量少，使用频率接近，b CPU 中设置大量寄存器 c 大部分为单周期指令

d 指令长度不固定，指令简单

答案：d

存储系统：分级存储，局部性原理，cache，主存编址计算，磁盘

计算机采用分级存储体系的主要目的是为了解决存储容量，成本和速度之间的矛盾问题

两级存储：Cache-主存，主存-辅存（虚拟存储体系）

局部性原理：总的来说，在cpu运行时，所访问的数据会趋向于一个叫嚣的局部空间地址内，包括时间局限性原理和空间局限性原理

时间局限性原理：如果一个数据项正在被访问，那么近期它很可能会再次被访问，即在相邻的时间里会访问同一个数据项

空间局限性原理：在最近的将来会用到的数据的地址和现在正在访问的数据地址很可能是相近的，即相近的空间地址会被连续访问

替换算法：目标是使得cache获得尽可能高的命中率，常用的算法：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

命中率及平均时间的计算：cpu所访问的数据在Cache中时即为命中，直接从Cache中读取数据，设读取一次cache的时间为1ns，若cpu访问的数据不在cache中，则需要从内存中则需要从内存中读取，设读取内存时间为1000ns，若在cpu多次读取数据过程中，又90%命中cache，则CPU读取一次的平均时间为（90%*1+10%*1000）ns