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计算机组成于体系结构

时间:2023-02-15 00:23:40浏览次数:51  
标签:进制 奇数 小数 校验 流水线 余数 体系结构 组成 计算机

  1. 进制转换

    • 2进制转10 进制:按权展开法,各位上的数*2的位权次方之和就是10进制,个位是0,小数位是-1开始。别的进制转10进制也是如此。

    • 10转2进制:使用短除法(除基取余发),二进制除以2,16进制除以6。几进制就是除几。

    • 2进制,8进制,16进制之间的相互转换,3 个二进制数代表一个8进制,4个二进制代表一个16进制。8421 分别对应4位二进制的取值。

    • 小数部分类似,十进制的小数0.1表示1/10,二进制的小数0.1表示1/2,二进制算十进制也就是0.11页就是 1/2+1/4,0.75算出二进制是通过乘以2,得到1就取1,直到位数是0,结果是0.11

  2. 码制

    • 正数的原码 反码 补码都一样。移码是符号位取反。1

    • 负数的 反码是原码除符号位以外 取反,补码是反码+1,移码是补码符号位取反。

  3. 定点整数和定点小数

    • 定点整数,只有整数没有小数,纯整数。

    • 定点小数,只有小数没有整数,纯小数。

  4. 定点小数,定点整数原/反/补/移码的取值范围

    • 注意负数次方表示的多少分之一。

    • 定点整数的补移码的负零,表示-2的(n-1)次方。这个值先看符号位得到负数,然后把符号位当做数值来算的得到一个正数,然后加上负号得来的。

    • 定点小数的补移码的负零,表示-1.

  5. 以H结尾的数字是16进制。

  6. 浮点数的表示格式,浮点数包含小数和整数,尾数是定点小数,决定浮点数的精度,用基数次方来表示有多少个这样的小数。

    • 指数也叫做阶码

    • 基数表示多少进制

    • 尾数的符号位叫做数符,表示整个浮点数是的正负

    • 阶码的符号位叫做阶符,正的表示多个个负的表示多少分之一。

    • 运算过程是 对阶>尾数计算>结果格式化

    • 对阶一般是低阶向高阶看齐(结果就是尾数右移,尾数变小)。低阶向高阶看齐是为了保持符号位不变。

  7. 计算优先级 单目运算符(!,--,++,~)>算数运算符(+,-,乘,除,%)>关系运算符(>,<,==,>=,<=,!=)>逻辑运算符(与或非)>赋值运算符 (=)

  8. 码字,传输过程允许出现的数据,码字是人为规定的。

  9. 码距,任意两个码字之间,亦或的结果是1的位数的最小值,就是码距。

  10. 一串二进制异或的结果是0,说明他们有偶数个1,亦或的结果是1就是奇数个1。

    • 00,偶数个1,结果0,偶数个1

    • 11,偶数个1,结果0,偶数个1

    • 01,奇数个1,结果1,奇数个1

    • 10,奇数个1,结果1,奇数个1

  11. 奇偶校验,一种用一位作为校验码,来检查N位数据是否有数据位发生反转的校验方式

    • 奇校验,数据位里面有奇数个1校验位就是0,偶数个1,校验位就是1

    • 偶校验,数据位里面有奇数个1校验码就是1,偶数个1,校验码就是0

    • 发起方使用奇校验,接收方就使用奇校验,发起方使用偶校验,接收方就使用偶校验,两个选定一个,不会都用。

    • 奇偶校验只能感知奇数个二进制位变化,不能感知偶数个二进制位变化。

    • 奇偶校验只能感知变化,不能纠错,因为不知道错误位。

    • 校验数据的方式,接收方使用 数据+校验位做异或运算,如果约定的奇校验,得到的1的个数是奇数就通过。

    • 奇偶校验校验码一般在首位。

  12. CRC(Cyclic Redundancy Check)冗余循环校验

    • CRC可以校验奇数或者偶数个二进制位的变化,但是不知道变化的位置,不能纠错。

    • CRC校验码一般在末尾。

    • CRC校验码部分叫做FCS,帧校验序列。

    • 使用 模2除法,模2除法是通过亦或算去余数的。

  13. CRC的计算和验证过程

    • 如上图原始数据是10110011,除数是11001,5位,余数必须要比除数小,所以是4位,所以在数据位后面补4个0000,然后做模二除法。

    • 除法的过程不比较大小,只要求对应位数异或,位数够就商1,不够商0。

    • 我们看第一次下落补全的红色0的时候,余数数01,这时候如果下落的是01,那么余数就是0,就除尽了。后面的多了的0是有些余数位数更多的时候用的。这里余数最多有4位,最大值是1001,也就是倒数第二次余数是1,最后一次下落000的情况。余数最大值是1111,必须除数的后4位是1111才会出现。

    • 所以,把补得红色的0换成最后的余数0100,再次做模二除法一定可以除尽,接受方收到数据以后也就是通过判断是否除尽来确认是否有变化的。

    • 上面只是说明了不变的情况一定可以除尽,但是为什么变化一定除不尽?我们其实有一个大前提,数据长度是一定的。不想hash数据长度是不定的。hash有重复,这个不会。

    • 如果数据长度一定,那么通过余数 和除数是可以唯一的得到原文的。上面图倒着看余数是0100,后面两位是00是补位的,01才是余数所以可以唯一的确定倒数第二行的数据11001的最后两位一定和0100的前两位对其,我们就可以的到倒数第三行是11000,这样倒推上去,只要长度满足,就得到了原文。能用校验码,除数,原文长度就表示原文,这么神奇的吗?还是我的推导过程错了?所以CRC是找到了任意长度字符内循环的规律?

    • 除数有什么限制?除数额第一位必须是1,最后以为必须是1?

  14. 海明校验

  15. CPU 的组成

  16. 指令的结构

  17. 寻址方式

  18. CISC(Complex Instruction Set Computer)复杂指令系统计算机,

  19. RISC(Reduced Instruction Set Computer)精简指令系统计算机。

  20. CISC和RISC区别

  21. 微码,解析复杂执行的一小段程序。

  22. 流水线概念


流水线周期:为流水线各阶段时间中最大的一个。

流水线执行时间理论计算公式: (t1+t2+t3...+tk)+(n-1)*t t为周期

流水线执行时间实践公式: kt+(n-1)t t为周期

流水线吞吐率: 执行的指令数量/(执行时间*单位时间)

流水线最大吞吐率: 1/ (周期*单位时间)

流水线加上比:

流水线加速比:

刘淑娴效率:

  1. RAM(Random Access Memory) 随机访问内存

  2. ROM(Read-Only Memory)只读内存

  3. BIOS(Basic Input Output System) 基本输入输出系统

  4. 层次化存储结构

  5. 三级存储结构指的是 cache,内存,外存

  6. 寄存的容量一般是 byte ,缓存cache容量是MB

  7. 层次化存储结构分类

  8. 缓存和主存平均访问时间

  9. 缓存和主存之间的映射方式

    重点:主存和缓存之间的映设由 硬件电路直接完成

  10. 直接相连映像,主存每个区的特定也只能放到缓存的指定页。

  11. 全相联映像,主存的任意页都能放到缓存的任意页。

  12. 组相联映像,对应组的主从页可以放到对应缓存的同组的任意页。

  13. 三种映像对比

  14. 主存编址方式和计算

  15. 按字节编址就是8个bit一组,也就是1Byte一般写作1B(大写的B表示byte),小写的b表示bit.

  16. 数据传输控制方式
    重点在于DMA是CPU执行完当前总线周期即释放总线控制权,此时DMA芯片接手。

  17. 程序中断方式的过程
    IO设备发出中断信号->CPU保存上下文到栈->通过中断向量表找到信号发起的IO服务程序

  1. 总线的特点:分时双工

  2. 数据传输方式

    • 单工:只能单项通信,比如http协议

    • 半双工:可以双向通信,但是同一时间只能单向通信,比如对讲机

    • 全双工: 可以双向通信,并且发送数据的时候也可以接受数据,socket 连接发送和接受数据。

    • 频分双工:按照一定频率,切换接受和发送数据,让半双工看起来和全双工一样的可以同事发送和接受数据。

    • 时分双工:按照时间换动态的切换发送和接受数据。和频分双工类似都是用半双工模拟全双工的效果,区别在于对于发送和接受数据量差异较大的情况比较适用。

  3. 可靠性

    • MTTF(Mean Time Between Failure):平均无故障时间

    • MTTR(Mean time to repair):平均修复时间

    • MTBF(Mean Time Between Failure):平均故障间隔时间,等于MTTR+MTTF

  4. 系统可靠性分析-和可靠性指标

  5. 串并联可靠性的计算,下图R是可用性

  6. 性能指标
    重点:

    主频是一秒钟有能完成的周期数。

    CPI 是完成一个指令需要的平均周期数。

    IPS(每秒可以完成的指令数)=主频/CPI

    吞吐量:是一定时间处理的请求数.
    吞吐量:是单位时间完成的请求数.

标签:进制,奇数,小数,校验,流水线,余数,体系结构,组成,计算机
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