分值: 6分左右
知識點
- 數據的表示
- 計算機結構
- Flynn分類法
- CISC和RISC
- 流水線技術
- 存儲系統
- 總線系統
- 可靠性
- 校驗碼
數據的表示
1. 進制轉換
小數點后是負數的平方, 2的-2次方=1/4.
開方順序是3210.-1-2
eg. 101.01 = 1*4+1+1/4 = 5又1/4.二進制和八進制與十六進制互轉是 二進制三三分或四四分
eg. 10001110 轉成八進制三三分為10 = 2, 001 =1,110 =6. 因此10001110 = 216;
10001110 轉成十六進制三四分為1000 = 8,1110 =E. 因此10001110 = 8E;
2. 編碼問題
- 原碼,反碼,補碼,移碼
| 正1 | 負1 | 1減1 | 備注 | |
|---|---|---|---|---|
| 原碼 | 0000 0001 | 1000 0001 | 1000 0010 | 第一位是符號位,0為正，1為負，此處1000 0010代表-2。 |
| 反碼 | 0000 0001 | 1111 1110 | 1111 1111 | 第1位符號位，其他位在原碼基礎上取反。原碼的1000 0001取反后是1111 1110；反碼1-1=-0 |
| 補碼 | 0000 0001 | 1111 1111 | 0000 0000 | 負數補碼是在反碼的基礎上+1，因此反碼的1111 1110補碼是1111 1111 |
| 移碼 | 1000 0001 | 0111 1111 | 1000 0000 | 在補碼的基礎上符號位取反 |
- 數值表示范圍（常見考題）
| 整數 | 例子 | |
|---|---|---|
| 原碼 | -(2^(n-1)-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | 1字節n=8能表示-127~127 |
| 反碼 | -(2^(n-1)-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | n=8能表示-127~127 |
| 補碼 | -2^(n-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | n=8能表示-128~127 |
總結：都是2^(n-1) -1 , 只有補碼不用-1；
3. 浮點數運算
- 浮點數表示：
N = M * R^e
M: 尾數 e：指數 R：基數
eg 119 = 1.19 * 10^2
1.19是尾數，2是指數，10是基數
- 対階 -> 尾數計算 -> 結果格式化
eg， 9900 + 120
9.9 * 10^3 + 1.2 * 10^2
対階： 指數低的向高的轉換： 0.12 * 10^3
尾數計算： 9.9+0.12 = 10.02
結果格式化： 10.02 * 10^3 格式化為1.002 * 10^4
計算機結構
主機： CPU+內存
1. CPU分為運算器和控制器
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運算器 ->運算
- 算數邏輯單元ALU（算數）: 處理數據,對數據進行算數運算和邏輯運算
eg. 1+1, - 累加寄存器AC （存運算的數，加減法都用）: 為alu提供工作區
eg. 1+1+1 =>1+1在alu做, 做完把2存儲到ac,再在alu中計算2+1 - 數據緩沖寄存器DR（暫存數據）
- 狀態條件寄存器PSW（狀態）
控制器 -> 指令,控制
- 程序計數器PC: 好像存放的是指令的順序
- 指令寄存器IR : 好像存放的是指令
- 指令譯碼器ID: 解釋指令
- 時序部件,好像是AR,也叫地址寄存器
Flynn分類法
把常見計算機做個分類
- 單指令流單數據流 SISD: 單處理器系統, 老電腦,單核, 現在基本都是雙核,四核,八核, SISD基本就單片機
- 單指令流多數據流 SIMD: 陣列處理器,
- 多指令流單數據流 MISD:理論模型
- 多指令流多數據流 MIMD:最常見
CISC VS RISC
常見選擇題,題型一般為,哪個選項不是CISC/RISC特點
| 指令系統類型 | 指令 | 尋址方式 | 實現方式 | 其他 |
|---|---|---|---|---|
| CISC(復雜) | 數量多,使用頻率差別大,可變長格式 | 支持多種 | 微碼 | 研制周期長 |
| RISC(精簡) | 數量少,使用頻率接近,基本為單周期指令 | 支持少 | 增加通用寄存器；硬布線邏輯控制為主：適合流水線 | 優化編譯， 支持高級語言 |
CISC，以前計算機少，定制化；RISC是隨著計算器發展，簡化了。RISC是目前主流。
流水線基本概念
必考，多考計算
1. 概念
通過某種原理， 提高計算機指令運行效率。
->取指->分析->執行->
順序執行的話浪費大量面，并發執行指令提高很多效率。
2. 計算（重點）
流水線周期和流水線執行時間
流水線周期：取值，分析，執行3個過程中耗時最長的時長是流水線周期
流水線計算公式
1條指令執行時間+（指令條數-1）*流水線周期
- 理論公式：（t1+t2） + (n-1)*t
ps.以上是流水線理論公式，如果選項中沒有理論公式計算出來的值，則按實際公式走。
例： 三部分時間分別是取值2，分析2，執行1. 問：流水線周期是？全部執行時間是？
流水線周期： 2 = 2 >1, so 2
理論：2+2+1+992 = 203
實際：（3+99）2 = 204
流水線吞吐率 TP
TP = 指令條數/流水線執行時間
按上面例子， TP = 100/203
TP最大吞吐率
TPmax = 1/2（周期）
流水線加速比
S = 不使用執行時間/使用執行時間
按例 S=500/203
流水線效率
效率 = 執行面積/總面積
存儲系統
層次化存儲結構
- 速度最快, 效率最高的是寄存器, 在CPU中(運算器, 控制器中有寄存器), 容量小, 處于存儲結構最高層
- Cache, 高速緩存器, 按內容存取(存了部分內存小部分內容) -> 單位 K,Z -> 為了性價比, 提高了效率
- 內存(主存) -> 單位G
- 外存(輔存) -> 硬盤,光盤,U盤
Cache
功能: 提高CPU數據輸入輸出的速率,突破CPU與存儲系統間數據傳送帶寬限制
使用Cache改善系統性能的依據是程序的局部性原理
命中率 失效率, 命中率應該是CPU去cache中尋找數據, 找到就是命中,沒有就是失效,要去主存中再找;
局部性原理
- 時間局部性
- 空間局部性
