计算机组成原理与体系结构
内容提要
- 数据的表示
- 计算机结构
- Flynn分类法
- CISC与RISC
- 流水线技术
- 存储系统
- 总线系统
- 可靠性
- 校验码
数据的表示
- 数据的表示
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Rk形式表示,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加1。
十进制转R进制使用短除法。
- 例如将94转换为二进制数。
二进制转八进制与十六进制数。
- 例题
数据的表示
- 原码
- 反码
- 补码
- 移码
数值表示范围
- 数值表示范围
数据的表示-浮点数运算
- 数据的表示-浮点数运
计算机结构
- 计算机结构
计算机体系结构分类-Flynn
- 计算机体系结构分类-Flynn
CISC与RISC
- CISC与RISC
流水线-概念
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。各个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。
流水线-流水线计算
例：若指令流水线把一条指令分为取指令、分析和执行三部分，且三部分的时间分别是取指ns分析ns执行ns。那么，流水线周期是多少？100条指令全部执行完毕需要的时间是多少？理论公式得：2+2+1=5(100-1）*2=1985+198=203实践公式：k=3のt=2
流水线-流水线吞吐率计算
- 流水线的吞吐率（Though Put rate，TP）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。计算流水线吞吐率的最基本的公式如下：
流水线最大吞吐率：
- 流水线最大吞吐率
流水线-流水线的加速比
- 完成同样的一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比。计算流水线加速比的基本公式 如下：
流水线-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个流水线段总的时空区之比。
计算流水线效率的公式为：
- 计算流水线效率的公式为
层次化存储结构
- 层次化存储结构
Cache-概念
- Cache的功能：提高CPU数据输入输出的速度，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。
局部性原理
- 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集合
主存-分类
- 随机存取存储器
- 只读存储器
主存-编址
- 编址
- B：112
- A：4
磁盘结构与参数
- 磁盘结构
- 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；等待时间为等待读写的扇区转到磁头下方所用的时间。
- 试题
总线
根据总线所处的位置不同，总线通常被分为三种类型，分别是：
- 内部总线
- 系统总线（数据总线 地址总线 控制总线
- 外部总线
系统可靠性分析-串联系统与并联系统
- 串联：
- 并联：
系统可靠性分析-模冗余系统与混合系统
- 模冗余系统
- 混合系统
差错控制-CRC与海明校验码
什么是检错和纠错？
- 检错是检查错误
- 纠错家检查错误并纠正错误
什么是码距?
- 一个编码系统的码距是整个编码系统中任意(所有)两个码字的最小距离。
例:
若用1位长度的二进制编码。若A=1, B-0。这样A, B之间的最小码距为1。若用2位长度的二进制编码，若以A=11, B :00为例，A、B之间的最小码距为2。若用3位长度的二进制编码，可选用111, 000作为合法编码。A, B之间的最小码距为3.
码距与检错、纠错有何关系?
1.在一个码组内为了检测e个误码，要求最小码距d应该满足: d>=e+12.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
校验码-循环校验码CRC
什么是模2除法，它和普通的除法有何区别?
- 模２除法是指在做除数运算的过程中不计其进位的除法。
例如，10111对110进行模２除法为：
校验码－循环校验码CRC
- 循环校验码CRC
校验码－海明校验码
- 海明校验码