软件设计师：01计算机组成与结构

文章目录

• 一、校验码
• • 1.奇偶校验码
  • 2.海明码
  • 3.循环冗余检验码
• 二、原码反码补码移码
• 三、浮点数表示法
• • 1.浮点数相加时
• 四、寻址方式
• 五、CPU
• • 1.访问速度
  • 2.cpu的组成
• 六、RISC和CISC（<font color = red>只用记住不同就可以）
• 七、冗余技术
• • 1.结构冗余
  • 2.信息冗余
  • 3.时间冗余
  • 4.冗余附件技术
• 八、流水线公式
• 九、总线
• 十、存储器
• • 1.按所在位置分类
  • 2.按访问方式分类
• 十一、Cache
• • 1.基础知识
  • 2.cache地址映射
• 十二、中断
• 十二、输入输出（I/O）控制方式
• • 1.程序查询方式
  • 2.中断驱动方式
  • 2.DMA方式
• 十二、存储器芯片构成
• 十三、可靠度计算
• 十四、信息安全
• • （1）加密
  • （2）病毒

一、校验码

1.奇偶校验码

（1）特点：

• 只能检错，不能纠错。
• 通过在编码中增加一位校验位来使编码为1的个数变为奇数或者偶数。从而使码距变为2
• 水平奇偶校验码、垂直奇偶校验码、水平垂直校验码。

2.海明码

（1）特点：

• 运用奇偶性来检错和纠错
• 码距最小为3（2n+1），它是通过扩大码距来实现的（插入了k个校验位）
• 公式：（数据位是n位，校验位是k位）
  

3.循环冗余检验码

（1）特点：

• 码距为2
• 检错不能纠错
• 运用模二运算进行
• 其编码长度是k+r，信息码占k位，校验码就占n-k，又称（n，k）码
• 校验位越长，校验能力越强

二、原码反码补码移码

• 原码：最高位是符号位，其余低位表示数值的绝对值（0表示正数，1 表示负数）
• 反码：正数的反码与原码相同，负数的反码是按位取反（符号位不变）
• 补码：正数的补码与原码相同，负数的补码反码末位加1（符号位不变）
• 移码：补码符号位取反

（1）知识点

• 反码 = 原码取反（符号位不变）
• 补码 = 反码加1
• 移码 = 补码符号位取反
• 补码求原码：补码[补]=原
• 原码和反码的取值范围：-127~127
• 补码和移码的取值范围：-128~127

三、浮点数表示法

• 浮点数表示的数值范围主要由阶码确定
• 尾数确定精度
• 浮点数的规格化就是指，尾数格式化到【0.5,1】的区间内
• IEEE 754工业标准：阶码采用移码，尾数采用原码

1.浮点数相加时

（1）对阶：
小阶向大阶看齐，尾数右移。

四、寻址方式

• （1）立即寻址：操作数就在指令中。
• （2）寄存器寻址：操作数存放在寄存器中，指令中给出操作数的寄存器名称。
• （3）直接寻址：操作数在内存中，指令中给出操作数的地址。
• （4）寄存器间接寻址：操作数存放在内存单元中，操作数所在地址在寄存器中。
• （5）间接寻址：指令中给出操作数地址的地址。

五、CPU

1.访问速度

通用寄存器 > cache > 内存

2.cpu的组成

运算器、控制器、寄存器、内部总线。
（1）运算器

• 算数逻辑单元（ALU）：负责算数和逻辑运算。
• 累加寄存器（AC）：为ALU提供一个工作区，可以暂存运算结果。

（2）控制器

• 指令寄存器（IR）：存放指令。（对用户完全透明）
• 程序计数器（PC）：存放指令的地址。
• 地址寄存器（AR）：存放cpu访问的内存单元的地址。
• 指令译码器（ID）：将操作码解析成对应的指令操作。

六、RISC和CISC（只用记住不同就可以）

七、冗余技术

1.结构冗余

静态、动态、混合冗余。

2.信息冗余

在信息传输过程中、附加一些用于检错和纠错的信息。

3.时间冗余

重复执行指令来消除错误的影响。

4.冗余附件技术

为了实现上述冗余，添加的一些附件资源。

八、流水线公式

计算公式：单条流水线执行时间 + （n-1) * 单阶段最长执行时间

九、总线

数据总线、地址总线、控制总线

解析：内存容量为4GB =》 2^32 B ，所以地址总线宽度是32。
字长是32 =》 数据总线宽度是32。

32bit = 4B
一个时钟周期传输4/5 B的数据
带宽为：200MHz * （4/5B) = 160MB/s

十、存储器

1.按所在位置分类

（1）内存（主存）
（2）外存（辅存）

2.按访问方式分类

（1）按寻址方式分类
随机存储器、顺序存储器、直接存储器
（2）按内容访问分类
相联存储器

常用的虚拟存储器由 主存—辅存 两级存储器组成
cache与主存之间的映射是 硬件自动 完成的

十一、Cache

1.基础知识

位于cpu和主存之间，对程序员透明，cache容量越大，命中率越高

2.cache地址映射

全相联映射 –> 组相联映射 –> 直接映射

十二、中断

• 中断向量：提供中断服务程序的入口地址
• 中断向量表：所有中断服务的入口地址
• 中断响应时间：从发出中断请求到进入中断服务程序的时间
• 保存现场继续执行主程序

十二、输入输出（I/O）控制方式

1.程序查询方式

CPU和I/O串行工作
CPU需要一直轮询检查，长时间处于忙等状态，利用率低。
一次读写单位是“字”

2.中断驱动方式

I/O设备发中断信号，向CPU报告，两者并行工作、CPU利用率高。
一次读写单位是“字”

2.DMA方式

DMA传输数据比中断驱动方式传输数据更快。
仅需要在传送数据块的开始和结束时才需要CPU的干预。
一次读写单位是“块”

十二、存储器芯片构成

十三、可靠度计算

十四、信息安全

（1）加密

• 公钥：加密和认证
• 私钥：解密和签名
• 对称秘钥（共享秘钥、私有秘钥）：DES、AES、IDEA、RC4(加密大量明文信息)
• 非对称秘钥（非共享秘钥、公钥）：RSA、ECC
• 摘要算法：MD5

（2）病毒

木马：客户端在本地，通过远程控制别人电脑