分值: 6分左右
知識(shí)點(diǎn)
- 數(shù)據(jù)的表示
- 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)
- Flynn分類法
- CISC和RISC
- 流水線技術(shù)
- 存儲(chǔ)系統(tǒng)
- 總線系統(tǒng)
- 可靠性
- 校驗(yàn)碼
數(shù)據(jù)的表示
1. 進(jìn)制轉(zhuǎn)換
小數(shù)點(diǎn)后是負(fù)數(shù)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(jìn)制和八進(jìn)制與十六進(jìn)制互轉(zhuǎn)是 二進(jìn)制三三分或四四分
eg. 10001110 轉(zhuǎn)成八進(jìn)制三三分為10 = 2, 001 =1,110 =6. 因此10001110 = 216;
10001110 轉(zhuǎn)成十六進(jìn)制三四分為1000 = 8,1110 =E. 因此10001110 = 8E;
2. 編碼問題
- 原碼,反碼,補(bǔ)碼,移碼
| 正1 | 負(fù)1 | 1減1 | 備注 | |
|---|---|---|---|---|
| 原碼 | 0000 0001 | 1000 0001 | 1000 0010 | 第一位是符號(hào)位,0為正，1為負(fù)，此處1000 0010代表-2。 |
| 反碼 | 0000 0001 | 1111 1110 | 1111 1111 | 第1位符號(hào)位，其他位在原碼基礎(chǔ)上取反。原碼的1000 0001取反后是1111 1110；反碼1-1=-0 |
| 補(bǔ)碼 | 0000 0001 | 1111 1111 | 0000 0000 | 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼是在反碼的基礎(chǔ)上+1，因此反碼的1111 1110補(bǔ)碼是1111 1111 |
| 移碼 | 1000 0001 | 0111 1111 | 1000 0000 | 在補(bǔ)碼的基礎(chǔ)上符號(hào)位取反 |
- 數(shù)值表示范圍（常見考題）
| 整數(shù) | 例子 | |
|---|---|---|
| 原碼 | -(2^(n-1)-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | 1字節(jié)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(bǔ)碼 | -2^(n-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | n=8能表示-128~127 |
總結(jié)：都是2^(n-1) -1 , 只有補(bǔ)碼不用-1；
3. 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算
- 浮點(diǎn)數(shù)表示：
N = M * R^e
M: 尾數(shù) e：指數(shù) R：基數(shù)
eg 119 = 1.19 * 10^2
1.19是尾數(shù)，2是指數(shù)，10是基數(shù)
- 対階 -> 尾數(shù)計(jì)算 -> 結(jié)果格式化
eg， 9900 + 120
9.9 * 10^3 + 1.2 * 10^2
対階： 指數(shù)低的向高的轉(zhuǎn)換： 0.12 * 10^3
尾數(shù)計(jì)算： 9.9+0.12 = 10.02
結(jié)果格式化： 10.02 * 10^3 格式化為1.002 * 10^4
計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)
主機(jī)： CPU+內(nèi)存
1. CPU分為運(yùn)算器和控制器
常考
運(yùn)算器 ->運(yùn)算
- 算數(shù)邏輯單元ALU（算數(shù)）: 處理數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算
eg. 1+1, - 累加寄存器AC （存運(yùn)算的數(shù)，加減法都用）: 為alu提供工作區(qū)
eg. 1+1+1 =>1+1在alu做, 做完把2存儲(chǔ)到ac,再在alu中計(jì)算2+1 - 數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR（暫存數(shù)據(jù)）
- 狀態(tài)條件寄存器PSW（狀態(tài)）
控制器 -> 指令,控制
- 程序計(jì)數(shù)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(shí)序部件,好像是AR,也叫地址寄存器
Flynn分類法
把常見計(jì)算機(jī)做個(gè)分類
- 單指令流單數(shù)據(jù)流 SISD: 單處理器系統(tǒng), 老電腦,單核, 現(xiàn)在基本都是雙核,四核,八核, SISD基本就單片機(jī)
- 單指令流多數(shù)據(jù)流 SIMD: 陣列處理器,
- 多指令流單數(shù)據(jù)流 MISD:理論模型
- 多指令流多數(shù)據(jù)流 MIMD:最常見
CISC VS RISC
常見選擇題,題型一般為,哪個(gè)選項(xiàng)不是CISC/RISC特點(diǎn)
| 指令系統(tǒng)類型 | 指令 | 尋址方式 | 實(shí)現(xiàn)方式 | 其他 |
|---|---|---|---|---|
| CISC(復(fù)雜) | 數(shù)量多,使用頻率差別大,可變長(zhǎng)格式 | 支持多種 | 微碼 | 研制周期長(zhǎng) |
| RISC(精簡(jiǎn)) | 數(shù)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(yōu)化編譯， 支持高級(jí)語言 |
CISC，以前計(jì)算機(jī)少，定制化；RISC是隨著計(jì)算器發(fā)展，簡(jiǎn)化了。RISC是目前主流。
流水線基本概念
必考，多考計(jì)算
1. 概念
通過某種原理， 提高計(jì)算機(jī)指令運(yùn)行效率。
->取指->分析->執(zhí)行->
順序執(zhí)行的話浪費(fèi)大量面，并發(fā)執(zhí)行指令提高很多效率。
2. 計(jì)算（重點(diǎn)）
流水線周期和流水線執(zhí)行時(shí)間
流水線周期：取值，分析，執(zhí)行3個(gè)過程中耗時(shí)最長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)是流水線周期
流水線計(jì)算公式
1條指令執(zhí)行時(shí)間+（指令條數(shù)-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(xiàng)中沒有理論公式計(jì)算出來的值，則按實(shí)際公式走。
例： 三部分時(shí)間分別是取值2，分析2，執(zhí)行1. 問：流水線周期是？全部執(zhí)行時(shí)間是？
流水線周期： 2 = 2 >1, so 2
理論：2+2+1+992 = 203
實(shí)際：（3+99）2 = 204
流水線吞吐率 TP
TP = 指令條數(shù)/流水線執(zhí)行時(shí)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(zhí)行時(shí)間/使用執(zhí)行時(shí)間
按例 S=500/203
流水線效率
效率 = 執(zhí)行面積/總面積
存儲(chǔ)系統(tǒng)
層次化存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
- 速度最快, 效率最高的是寄存器, 在CPU中(運(yùn)算器, 控制器中有寄存器), 容量小, 處于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)最高層
- Cache, 高速緩存器, 按內(nèi)容存取(存了部分內(nèi)存小部分內(nèi)容) -> 單位 K,Z -> 為了性價(jià)比, 提高了效率
- 內(nèi)存(主存) -> 單位G
- 外存(輔存) -> 硬盤,光盤,U盤
Cache
功能: 提高CPU數(shù)據(jù)輸入輸出的速率,突破CPU與存儲(chǔ)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳送帶寬限制
使用Cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是程序的局部性原理
命中率 失效率, 命中率應(yīng)該是CPU去cache中尋找數(shù)據(jù), 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(shí)間局部性
- 空間局部性
