软考中级软件设计师笔记第一章计算机组成与体系结构(自用)

一.本章知识点框架即分数分布

1.知识点框架

2.分数分布(上午题6分):

二.数的表示

本部分知识框架

1.进制转换

备注:

• 八进制用三位二进制表示,十六进制用四位二进制表示
• 10及其以上数字用A,B,C,D,E,F表示(方便区分)

2.编码问题

备注:

• 编码问题常常用在有符号数中,最高位用于符号位,1表示负数,0表示正数
• 正数的原码,反码,补码相同(原码即为机器数,二进制数)
• 负数的原码就是将相应进制数转为二进制, 反码除符号位外进行取反操作 ,补码在反码的基础上加1
• 移码,正数和负数的符号位进行取反操作
• 补码用于加减运算,可以将符号位与数字位同等处理

3.浮点运算

重点:对阶时,小数向大数看齐,对阶是通过较小数的尾数右移(2.19右移1为0.219x10)实现

例子1:

• 3.14 X 10³

尾数:3.14
基础:10
指数:3

例子2:
0.1x10³+1.19x10²

• 对阶(小数向大数看齐,将指数低的转为指数高的)

1.19x10² 变为 0.119 X10³

• 尾数计算

0.1x10³+0.119 X10³ = 0.219 X10³

• 格式化(小数点左边的数不能为0和 1位 以上的数)

错误写法: 2.19X10²

例子3:

3.数值表示范围

• 补码和移码去掉-0,所以公式中的定点整数中补码和移码的负数部分没有进行-1的操作,但是正数部分需要减1,因为+0,阶码减1是因为有一位符号位,定点小数的补码移码小数部分从-1开始。

三.计算机结构

本部分知识框架

1.CPU结构

2.计算机体系结构分类-Flynn

备注:

• 单指令单个任务,多指令多个任务
• 单数据流单个处理器,多数据流多个处理器
• MISD流水线计算机

3.指令的基本概念

备注:

• OP指操作,如:加法,减法,取数,存数等
• 地址码字段需要包含各操作数的地址及操作结果的存放地址等, 上图的A1,A2,A3就是地址码(三个就为三级地址指令)
• +(OP) a(A1) b(A2) c(A3) ==> a+b=c
• +(OP) a(A1) b(A2) ==> a+=b
• ++(OP) a(A1) ==> a++

4.寻址方式

可以理解如下:

备注:寄存器寻址方式和寄存器间接寻址相当于把数据放在寄存器中,操作方式类似与上面的例子。

5.CISC与RISC

指令:越复杂( C )就越多
寻址方式:越复杂就越多
实现方式:CISC采用微程序控制技术,RISC采用通用寄存器适合流水线

6.流水线

理论公式:执行一条指令时间+(总的指令数-)x流水线周期(时间最长一段)
实际公式:指令数*流水线周期+(总的指令数-)x流水线周期

(1) 概念

(1) 计算

例题:

• 执行一条指令需要花费3t+2t+4t=9t,一共10条指令即共90t
• 流水线周期为执行时间最长的一段,即4t
• 理论公式:(3t+2t+4t)+(10-1)x4t=9t+36t=45t
• 实际公式:3x4t+(10-1)x4t=12t+36t=48tx`

理论公式与实际公式区别如下:

(3) 超标量流水线

备注:从上面的图可知一共使用了二条流水线即度为2

(4) 流水线的吞吐计算

7.层次存储结构

为什么采用层次存储结构,这是因为用户的需求决定的,用户的需求往往是速度快,存储容量大,价格低。

8.Cache

(1) 概念

(1) 映像

直接映射:冲突大,主存的块与Cache块的对应关系是固定的(分区)
全相联映像:冲突较少,任意一块可以调入Cache存储器的任何一个块的空间中(未分区)
组相联映像:冲突少,直接映射和全相联映射的组合

9.主存编制与计算

例子:

• 一共有多少块存储单元,43FFH-4000H+1=4400H-4000H=400H
• 400H用二进制表示(0100 0000 0000)2 =2¹⁰ D
• 容量=(2¹⁰ x 16bit)/4=256x16bit

10.总线

11.串联系统和并联系统

(1) 串联系统( 重点 )

串联可靠性: R=R1xR2XR3XR4X...XRn

(2) 并联系统( 重点 )

并联系统可靠性: 1-(1-R1)X(1-R2)X...X(1-Rn)

(3) 摸冗余系统

R1,R2…Rn分别产生结果,放入到表决器中,结果采用数量最多的。

(4) 混合系统

混合系统整体上看成一个串联,单个并联的按并联算:RX(1-(1-R)^3^)X(1-(1-R)^2^)

12.效验码

(1) 基础知识

备注:
码距:1位0,1;0变成1只需要一位,即码距为1,2位00,11;00变成11需要二位码距为2;000,111;000变成111需要三位码距为3

(2) 奇偶校验 (可检错,不可纠错)

(3) 循环校验码CRC (可检错,不可纠错,采用模2运算)

(4) 海明码(重点:可检错,也可纠错,2^r -1>r+m,采用奇偶性)

计算校验位:2^k -1>=k+m
数据信息=16=m
2^k -1>=k+16 ⇒ 2^k >=k+17 ⇒k=5
答案:C(5)

13.中断

中断向量:提供中断服务程序的入口地址
中断响应时间:发出中断请求开始,到进入中断服务程序
保存现场:返回来执行源程序

14.输入输出(I/O)控制方式

DMA方式传递数据时,没传递一个数据都需要占用一个存储周期