1.1 数据表示
原码、反码、补码
数分正、负，码分三码
计算机用的是补码
原码：最高位（从左往右第一个）为符号位，正数记为0，负数记为1，其它为存储位。
运算过程中，运算位和符号位（最高位）要分离 。 不足：对计算机加法开销过大。
用原码表示0：10000000 或 00000000
反码：正数和原码表述一致 ；负数最高位取值和源码一致，其它数值位“按位取反（和原码相反）”。
用补码表示0:11111111 或 00000000 取值范围：-127~127
补码：正数和原码、补码一致,。负数的最高位和原码、补码规则一致（负数最高位为1），其它数位值在补码的基础上加1。 取值范围：-128~127
用补码表示0，只有一种：00000000
总结：知原码，求补码。
①正数不变，负数的原码减1再取反
②正数不变，负数的话先取反再+1
1.2 逻辑运算
或、与、非、亦或
或：一真则真，全假则假
与：全真则真，一假则假
非：取反
亦或：两个逻辑变量是否一致，一致输出0，不一致输出为1.
1.3计算机体系结构
当前的计算机体系结构，还是冯诺依曼下的体系结构：运算器、控制器以及主存储器、输入系统和输出系统组成。其中，运算器和控制器组成了CPU。
运算器：4部分
①算术逻辑单元ALU：用于算术运算和逻辑运算
②累加寄存器AC：暂存中间计算的结果
③数据缓冲寄存器：从主存储器中读取数据
④状态条件寄存器：用于保存计算过程中的信息
控制器：分4部分
①程序计数器PC:用于寻找指令地址
②指令寄存器IR：用于保存当前正在执行的指令
③指令译码器：指令分为操作码和地址码。所谓指令译码就是把操作码进行译码，然后向操作部件发送。
④时序部件：为我们的指令执行产生时序信号。
CPU和主存储器，输入、输出设备构成的主机通过总线进行工作。
其中总线又分为：数据总线、地址总线和控制总线3种，分别传输数据信息、地址信息、控制信息
1.4指令系统-寻址方式
寻址方式，指的就是“寻找操作数”。
程序：把程序app转化为一条条指令执行。而指令又包括两部分组成：操作码和地址码。
操作码指的是进行什么样的操作（+-*/）；而地址码指的是对什么样的数据进行操作（即操作数的地址）
寻址分为6种，三类：第一种是立即寻址，第2 3 4 是内存寻址，第5 6是寄存器寻址。
立即寻址：指令中夹杂（包含着）操作系统
直接寻址：一次访问即可得到操作数地址
间接寻址：两次或两次以上访问才能得到操作数地址
变址寻址：需要设置一个寄存器
寄存器寻址：操作数地址在寄存器当中
寄存器间接寻址：首先从寄存器中得到内存地址，然后再到内存当中得到操作数地址 （二步寻址）
1.5 CISC与RISC
1.6流水线
→取指 → 分析 → 执行
疑问：并行执行为什么是5S?
考点：
1.计算流水线周期
2.流水线指标
- 吞吐率：实际吞吐率 Tp=n/Tk (n--指令条数，Tk--流水线执行完毕需要总时长)
理论最大吞吐率Tp=1/T (T=2)
- 加速比：S=Ts/Tk (Ts--不按流水线执行完需要的总时长)
- 效率：每一步执行的指令个数/每一步的总个数
1.7存储系统结构
存储的读取速率：CPU>Cache>主存>辅存
辅存与主存，是操作系统的重要存储内容
1.8存储系统的存取方式
存储器存储方式：4种
- 顺序存储（磁带）
- 直接存取（硬盘--有磁头）
- 随机存储（内存）：任何时间可以对任何一个存储单位模块进行读取，并且和它的访问序列无关。
- 相联存储（Cache）:读取时只取决于内容，与地址无关。
1.9主存储器基础-组成
芯片数量=芯片总能量/某一芯片规格
十六进制转为2进制
先算，转化为2进制；再看按什么编址：1字节=8bit
1.10Cache
作用：高速缓chong存储器，用于弥补CPU和内存的（读取速率）的差异性，速率介于二者之间 。
Cache淘汰算法
CPU访问内存时，内存先把数据放在Cache中，当Cache缓存已经满了，但CPU需要继续访问内存，此时的Cache就会丢弃掉一些之前缓存的数据（内容）----即为“淘汰”
- 先进先出算法
- 最近最少使用算法 （最为理想）
- 随机算法
1.11磁盘
廉价磁盘冗余阵列 技术 RAID
- 思想:条带化（提升带宽）+校验技术（海明校验、奇偶检验等），提升磁盘读写的性能。
- RAID 优势：把多个独立的物理硬盘通过相关的算法组合成一个虚拟的逻辑硬盘，从而提供更大容量、更高性能，或更高的数据容错功能。
- 条带宽度：在一个RAID组中，由多块磁盘来组。
- 条带深度：在单块磁盘中，分块的大小
- 条带大小=条带深度 × 条带宽度
RAID0技术 ：写入速度快，但是可靠性是最差的。
RAID1：互为镜像，具备备份和容错能力。效率不高，但是可靠性高。
RAID3
利用校验技术和条带化技术。
- 缺点：会产生I/O瓶颈效应，因为不管是哪块磁盘在工作，校验磁盘始终处于读写状态。
- 盘利用率：3/4 (有一块用于存储校验数据)
RAID4/5(二者相似，磁盘单位不同)
RAID5技术
- 优势：具有数据容错能力，可靠性好。支持多个I/O并行。相较RAID3，没有I/O瓶颈。
- 不足：控制器设计复杂，磁盘重建的过程比较复杂
RAID6技术
增加了两个校验位，可以允许两块磁盘出现错误。
所以次盘利用率：（n-2）/n
企业用的比较多的是RAID1 0 组合 （还有RAID5）
- 原理：先分别镜像1，再组合0 磁盘利用率：50%（RAID1）
RAID10 与RAID5比较
- 性能：RAID10 >RAID5
- 可靠性：RAID10 > RAID5
- 重构(恢复速度)：RAID10 > RAID5
- 成本：RAID10 < RAID5
考试过多次？？？如何选择
若是保存关键应用：选RAID10
若是非关键应用，且考虑成本：选RAID5 （备份服务器，远程灾备完全可用 RAID5）
RAID保护
- 热备份：当一块磁盘坏掉后，其他磁盘可以将数据快速备份恢复到热备盘，加快数据重构。
- 预拷贝：某一物理磁盘即将发生故障时（该磁盘某些参数超出了最大可容忍值），此时该磁盘可以提前把数据拷贝到热备盘中的过程。
- 失效重构：当一块磁盘挂掉之后，如何对数据进行恢复？
- RAID状态：当其中一块磁盘失效后，如果RAID组中的数据还能读出的话，称为降级状态；若不能读出，称之为失效状态。
RAID的发展
LUN虚拟化技术的风险较高，
块虚拟化：主要是RAID2.0 （考过一次--RAID2.0的特点），生产商代表：华为
- 传统的RAID技术都是基于磁盘来构建RAID组，而RAID2.0是基于数据块来构建RAID组
- 首先把磁盘分成很多的数据块（可能来自所有的磁盘），然后建RAID组时 是将很多的RAID块来构建RAID组。
- 优势：当某个数据块挂掉时，“一方有难八方支援”。即当某一块磁盘挂掉后，能快速进行重构。
1.12系统的可靠性
系统的工作方式：串行和并行
- 串行
比如计算机中的CPU和内存（串行），一个CPU故障，整个系统故障；内存故障，整个系统故障
对于计算机系统，如果都以串行方式工作，如何计算可靠性？
计算：R=R1 × R2 × R3 ×...× Rn
- 并行（内存：内存1、内存2.....）
只有当所有内存进程都发生故障，系统才会故障。
排除这一情况，就可以计算系统可靠性？
计算：R=1 -（1-R1）× (1-R2) ×...× (1-Rn)
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