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软考高级系统架构设计师（一）计算机硬件

news 文章来源：https://blog.csdn.net/redrose2100/article/details/132419299 2024/9/22 4:04:36

【原文链接】软考高级系统架构设计师（一）计算机硬件

1.1 计算机硬件组成

1.1.1 计算机的基本硬件组成

  • 运算器
  • 控制器
  • 存储器
  • 输入设备
  • 输出设备

1.1.2 中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）的组成

  • 运算器
  • 控制器
  • 寄存器组
  • 内部总线

中央处理单元（CPU）的功能

  • 程序控制
  • 操作控制
  • 时间控制
  • 数据处理

运算器的组成

  • 算数逻辑单元（ALU）
  • 累加寄存器（AC）
  • 数据缓冲寄存器（DR）
  • 状态条件寄存器（PSW）

控制器的组成：

  • 指令寄存器（IR）
  • 程序计数器（PC）
  • 地址寄存器（AR）
  • 指令译码器（ID）

1.1.3 存储器

  • 内部存储器
    速度高、容量小、一般用于临时存放程序、数据以及中间结果
  • 外部存储器
    容器量大、速度慢，可以长期保存程序和数据

1.1.4 外部设备

  • 输入设备
    用于输入原始数据及各种命令
  • 输出设备
    用于输出计算机的运行结果

1.2 校验码

1.2.1 码距

从A码到B码转换所需改变的位数成为码距

1.2.2 奇偶校验码

  • 奇校验
    在编码中增加1位校验位，使编码中1的个数为奇数
  • 偶校验
    在编码中增加1位校验位，使编码中1的个数为偶数

1.2.3 循环冗余校验码（CRC）

循环冗余校验码CRC的计算步骤

  • 在原始信息位后增加n个0（n为生成多项式的最高阶数）
  • 根据生成多项式计算出除数
  • 原始信息位不断地除以除数（除法计算规则实为异或运算），从而得到余数，余数位数为生成多项式的最高阶数，不足的在前面补0
  • 将余数追加到原始信息位后即得到循环冗余校验码

1.3 指令系统

1.3.1 计算机指令的组成

  • 操作码
  • 操作数

1.3.2 计算机指令的执行过程

  • 取指令
  • 分析指令
  • 执行指令

1.3.3 指令的寻址方式

  • 顺序寻址方式
  • 跳跃寻址方式

1.3.4 指令操作数的寻址方式

  • 立即寻址方式
  • 直接寻址方式
  • 间接寻址方式
  • 寄存器寻址方式
  • 基址寻址方式
  • 变址寻址方式

1.3.5 复杂指令系统CISC特点

  • 指令数量多
  • 指令使用频率差别大
  • 指令可变长格式
  • 支持多种寻址方式
  • 由微程序控制技术实现
  • 研制周期长

1.3.6 精简指令系统RISC特点

  • 指令数量少
  • 指令使用频率接近
  • 指令定长格式
  • 支持寻址方式少
  • 依靠硬件实现（通过寄存器和硬布线逻辑控制）
  • 优化编译，有效支持高级语言

1.3.7 RISC中的流水线技术

  • 超流水线技术
  • 超标量技术
  • 超长指令字技术

1.3.8 流水线时间计算

  • 流水线周期
    指令分成不同执行段，其中执行时间最长的段为流水线周期
  • 流水线执行时间
    一条指令总执行时间+（总指令条数-1）* 流水线周期
  • 流水线吞吐率
    指令条数/流水线执行时间
  • 流水线的加速比
    不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间

1.4 存储系统

1.4.1 存储系统的两级存储

  • Cache-主存
  • 主存-辅存

1.4.2 存储系统的局部性原理

  • 时间局部性原理
    相邻的时间里会访问同一数据项
  • 空间局部性原理
    相邻的空间地址会被连续访问

1.4.3 地址映射

地址映射的含义

将主存地址转换为Cache存储器地址，这种地址的转换成为地址映射，地址映射是由硬件自动完成映射的

地址映射的方法

  • 直接映射
  • 全相连映射
  • 组组相连映射

1.4.4 Cache的替换算法

  • 随机替换算法
  • 先进先出算法
  • 近期最少使用算法
  • 优化替换算法

1.4.5 磁盘调度算法

  • 先来先服务FCFS
  • 最短寻道时间优先SSTF
  • 扫描算法SCAN
  • 单向扫描调度算法CSCAN

1.5 输入/输出技术

1.5.1 内存与接口地址的编址方法

  • 独立编址方法
  • 统一编址方法

1.5.2 计算机与外设之间的数据交互方式

  • 程序控制（查询）方式
  • 程序中断方式
  • DMA方式（直接主存存取）

1.6 总线结构

1.6.1 总线

总线是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道

1.6.2 总线分类

  • 内部总线
  • 系统总线
  • 外部总线

1.6.3 系统总线分类

  • 数据总线
  • 地址总线
  • 控制总线

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