軟考自查：計算機組成原理和體系結構

計算機組成原理與體系結構

內容提要

• 數據的表示
• 計算機結構
• Flynn分類法
• CISC與RISC
• 流水線技術
• 存儲系統
• 總線系統
• 可靠性
• 校驗碼

數據的表示

• 數據的表示

R進制轉十進制使用按權展開法，其具體操做方式爲:將R進制數的每一位數值用Rk形式表示,即冪的底數是R ,指數爲k , k與該位和小數點之間的距離有關。當該位位於小數點左邊, k值是該位和小數點之間數碼的個數,而當該位位於小數點右邊, k值是負值，其絕對值是該位和小數點之間數碼的個數加1。

十進制轉R進制使用短除法。

• 例如將94轉換爲二進制數。

二進制轉八進制與十六進制數。

• 例題

 

數據的表示

• 原碼
• 反碼
• 補碼
• 移碼

數值表示範圍

• 數值表示範圍

數據的表示-浮點數運算

• 數據的表示-浮點數運

 

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計算機結構

• 計算機結構

計算機體系結構分類-Flynn

• 計算機體系結構分類-Flynn

CISC與RISC

• CISC與RISC

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流水線-概念

流水線是指在程序執行時多條指令重疊進行操做的一種準並行處理實現技術。各個部件同時處理是針對不一樣指令而言的，它們可同時爲多條指令的不一樣部分進行工做，以提升各部件的利用率和指令的平均執行速度。

 

流水線-流水線計算

例：若指令流水線把一條指令分爲取指令、分析和執行三部分，且三部分的時間分別是取指ns分析ns執行ns。那麼，流水線週期是多少？100條指令所有執行完畢須要的時間是多少？理論公式得：2+2+1=5(100-1）*2=1985+198=203實踐公式：k=3のt=2

 

流水線-流水線吞吐率計算

• 流水線的吞吐率（Though Put rate，TP）是指在單位時間內流水線所完成的任務數量或輸出的結果數量。計算流水線吞吐率的最基本的公式以下：

流水線最大吞吐率：

• 流水線最大吞吐率

 

流水線-流水線的加速比

• 完成一樣的一批任務，不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間之比稱爲流水線的加速比。計算流水線加速比的基本公式 以下：

流水線-流水線的效率

• 流水線的效率是指流水線的設備利用率。在時空圖上，流水線的效率定義爲n個任務佔用的時空區與k個流水線段總的時空區之比。

計算流水線效率的公式爲：

• 計算流水線效率的公式爲

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層次化存儲結構

• 層次化存儲結構

Cache-概念

• Cache的功能：提升CPU數據輸入輸出的速度，突破馮、諾依曼瓶頸，即CPU與存儲系統間數據傳送帶寬限制。
• 在計算機的存儲系統中，Cache是訪問速度最快的層次。
• 使用Cache改善系統性能的依據是程序的局部性原理。

局部性原理

• 時間局部性
• 空間局部性
• 工做集理論：工做集是進程運行時被頻繁訪問的頁面集合

主存-分類

• 隨機存取存儲器

 

• 只讀存儲器

主存-編址

• 編址

• B：112
• A：4

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磁盤結構與參數

• 磁盤結構

• 存取時間=尋道時間+等待時間（平均定位時間+轉動延遲）

注意：尋道時間是指磁頭移動到磁道所需的時間；等待時間爲等待讀寫的扇區轉到磁頭下方所用的時間。

• 試題

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總線

根據總線所處的位置不一樣，總線一般被分爲三種類型，分別是：

• 內部總線
• 系統總線（數據總線 地址總線 控制總線
• 外部總線

系統可靠性分析-串聯繫統與並聯系統

• 串聯：

• 並聯：

系統可靠性分析-模冗餘系統與混合系統

• 模冗餘系統

• 混合系統

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差錯控制-CRC與海明校驗碼

什麼是檢錯和糾錯？

• 檢錯是檢查錯誤
• 糾錯家檢查錯誤並糾正錯誤

什麼是碼距?

• 一個編碼系統的碼距是整個編碼系統中任意(全部)兩個碼字的最小距離。

例:

若用1位長度的二進制編碼。若A=1, B-0。這樣A, B之間的最小碼距爲1。若用2位長度的二進制編碼，若以A=11, B :00爲例，A、B之間的最小碼距爲2。若用3位長度的二進制編碼，可選用111, 000做爲合法編碼。A, B之間的最小碼距爲3.

碼距與檢錯、糾錯有何關係?

1.在一個碼組內爲了檢測e個誤碼，要求最小碼距d應該知足: d>=e+12.在一個碼組內爲了糾正t個誤碼，要求最小碼距d應該知足: d> =2t+1

校驗碼-循環校驗碼CRC

什麼是模2除法，它和普通的除法有何區別?

• 模２除法是指在作除數運算的過程當中不計其進位的除法。

例如，10111對110進行模２除法爲：

校驗碼－循環校驗碼CRC

• 循環校驗碼CRC

 

校驗碼－海明校驗碼

• 海明校驗碼