计算机组成原理与体系结构
# 课程考试内容
1. 数据的表示
2. 计算机结构
3. flynn分类法
4. cisc与RISC
5. 流水线技术
6. 储存系统
7. 总线系统
8. 可靠性
9. 效验码
知识点汇总
一 . 数据的表示
1. R进制转十进制使用按权展开法，其具体操作方式为：将R进制数的每一位数值用R（k 表示次数幂），即幂的底数是R，指数为K，K与该位
和小数点之间的距离有关，当该位位于小数点左边，K值是该位和小数点之间数码的个数，而当该位位于小数点右边，K值是负值，其绝对值是
该位和小数点之间数码的个数 +1
2. 十进制转R进制使用短除法
余数 向下向上算起就是它的进制值
3. 二进制转八进制与十六进制
八进制：将三个数字组成一组，不够位置的补上 0 ，然后按照 用按权展开法
十六进制： 将四个数字组成一组，不够的位置补上 0 ，然后按权展开发计算值，超过 10 的用大写字母代替
4. 原码
从左到右第一个数字是符号位，【o表示正数，1表示负数】
5. 反码
数字反过来
6. 补码
在反码的基础上，+1，
7. 移码
移码做浮点运算中的接码，
在补码的基础上，把首位数字进行取反
8. 浮点数运算
浮点数表示：N=M*Re
M称为尾数，e是指数【在R的右上方】，R为基数
二. 计算机结构
1. CPU结构 cpu：运算器和控制器
运算器：算术逻辑单元ALU、累加寄存器AC 、 数据缓冲寄存器DR、状态条件寄存器PSW
控制器： 程序计数器PC、 指令寄存器IR、 指令译码器、时序部件
主存储器
三. flynn分类法
1. 单指令流单数据流【SISD】
结构： 控制部分：一个
处理器：一个
存放模块：一个
代表作：单处理器系统
2. 单指令流多数据流【SIMD】
结构： 控制部分：一个
处理器：多个
存放模块：多个
关键特性： 各处理器以异步的形式执行同一条指令
代表： 并行处理机
阵列处理机
超级向量处理机
3. 多指令流单数据流【MISD】
结构： 控制部分：多个
处理器：一个
存放模块：多个
关键特性：被证明是不实际的
代表：没有此类流水线的计算机
4. 多指令流多数据流
结构： 控制部分：多个
处理器：多个
存放模块：多个
关键特性：能够实现作业、任务、执行等各级全面并行
代表：多处理机、多计算机
四. cisc与RISC
1. CISC【复杂指令系统】
指令：数量多，使用频率差别大，可变长格式
寻址方式：支持多种
实现方式：微程序控制技术【微码】
2. RISC 【精简指令系统】
指令：数量少，使用频率接近，定长格式，大部分位单周期指令，操作寄存器，只有load/store操作内存
寻址方式：支持方式少
实现方式：增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线
优化编译，有效支持高级语言
五. 流水线技术
1. 流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术
各部件同时处理是针对不同指令而言的，它们可同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度
2. 取值--->分析---->执行
3. 流水线的计算
流水线周期为执行时间最长的一段
计算公式：1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期
理论公式：（t1+t2+...+tk）+ (n-1)*🔺t
实践公式：（k+n-1）*▲t
4. 流水线的吞吐率
流水线的吞吐率是指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量
公式：TP=指令天数 / 流水线的执行时间
流水线的最大吞吐率
公式： TP = Lim（n-->无穷大） n / （k+n-1）▲t = 1 / ▲t
5. 流水线的加速比
完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的是时间之比称为流水线的加速比
公式： S = 不使用流水线的执行时间 / 使用流水线的执行时间
6. 流水线的效率
流水线的效率是指流水线的设备利用率，在时空图上，流水线的效率定义为n个任务占用的时空区与k个流水段总的时空区之比
公式为：E = n个任务占用的时空区 / k个流水段总的时空区 = To / KTk
六. 储存系统
1. 采用是层次化存储结构【存取速度：从上到下【块---慢】】
CPU -----> 寄存器【速度最快，效率最高】
cache------> 按内容存取 【来自主存的内容 】
内存【主存】
外存【辅存】 -----> 硬盘。光盘、 U盘
2. cache概念
cache的功能：提高CPU数据输入暑促的速率，突破冯诺依曼瓶颈，即CPU与存储系统间数据传送带宽限制
在计算机的存储系统体系中，cache是访问速度最快的层次
使用cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理
如果以h代表对cach的访问命中率，t1表示cache的周期时间，t2表示主存储器周期时间，已读操作为例，使用 “cache+主存储器”的系统
平均周期为t3 则：
t3 = h*t1 + （1-h）*t2
其中，（1-h）又称为失效率（未命中率）
3. 局部性原理【某个时段集中的去访问某个时间、空间的数据】
分为：时间局部性
空间局部性
工作集理论：工作集是进程运行时被频繁访问的页面的集合
4. 主存的分类
随机存取存储器【RAM】
DRAM（Dynamic RAM。动态RAM）--SDRAM
SRAM（Static RAM，静态）
只读存储器【ROM】
MROM（Mask ROM，掩模式ROM）
PROM （Programmeable ROM。一次可编程 ROM）
EPROM （Erasable PROM， 可擦除的PROM）
闪速存储器（flash memory ，闪存）
5. 主存的编址
实际上把芯片组成相应的存储器
8*4位的存储器：第一个数字【8】表示存储的空间，第二个数字【4】表示每个内存空间存储的位数为4位
6. 磁盘结构与参数
存取时间 = 寻道时间 + 等待时间（平均定位时间 + 转动延迟）
注意：寻道时间是指磁头移动到磁道所需的时间；
等待时间是指等待时间为等待读写的扇区转到磁头下方所用的时间
七. 总线系统
1. 根据总线所处的位置不同，总线被分成三种类型
分别是：内部总线
系统总线
数据总线：传输数据
地址总线：
控制总线：
外部总线
八. 可靠性
1. 串联系统
串联计算公式
2. 并联系统
并联计算公式 ：R = 1-（1-R1）* （1-R2）*、、、、*（1-Rn）
失效率：U = 1-R
3. 多模冗余系统
4. 混合系统
九. 校验码 【重点，反复看】
1. 校验码的概念
检错：检查错误，加冗余信息实现
纠错：纠察并改正错误
码距：一个编码系统的码距是整个编码系统中任意两个码字的最小距离
2. 码距与检错、纠错之间的关系
在一个码组内为了检测e个误码。要求最小码距d已应该码组：d>=e+1
在一个码组内为了纠正t个误码，要求最小码距d应该满足：d>=2t+1
3. CRC【循环校验码】
可以进行检错，不能进行纠错
模2除法：是指在做除法运算的过程中不计其进位的除法
5. 海明校验码
注意：校验位是用异或操作得到结果的
纠错也是用异或操作
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