一、重点知识点

• 计算机硬件组成、运算器、控制器
• 奇偶校验码、循环冗余校验码、海明码
• 指令系统：指令操作数寻址方式、CISC和RISC、指令流水线的计算
• 存储系统：分级存储、局部性原理、cache、主存编址计算、磁盘
• 输入输出技术：程序查询方式、中断方式、DMA
• 总线结构
• 可靠性指标、串并联系统可靠性计算

二、计算机硬件组成

• 计算机基本硬件系统五大组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
• 运算器的四个重要寄存器：
  • 算术逻辑单元ALU（实现对数据的算术和逻辑运算）
  • 累加寄存器AC（运算结果和源操作数的存放区）
  • 数据缓冲寄存器DR（暂时存放内存的指令或数据）
  • 状态条件寄存器PSW（保存指令运算结果的条件码内容，如溢出标志等）
  • 总结
    • 执行所有的算术运算，如加减乘除等；
    • 执行所有的逻辑运算进行逻辑测试，如与、或、非、比较等。
  • 考点
    • 归属问题：下面哪几个属于运算器
    • 功能对应的运算器：如暂时存放内存的指令或数据是哪个寄存器
• 控制器的四个重要寄存器：
  • 指令寄存器IR（暂存CPU执行指令）
  • 程序计数器PC（存放指令执行地址）
  • 地址寄存器AR（保存当前CPU所访问的内存地址）
  • 指令译码器ID（分析指令操作码）
  • 总结
    • 控制整个CPU的工作，最为重要。
• CPU依据指令周期的不同阶段来区分二进制的指令和数据，因为在指令周期的不同阶段，指令会命令CPU分别去取指令或者数据。

三、计算机系统体系结构

 

 四、存储系统

•  计算机采用分级存储体系的主要目的是为了解决存储容量、成本和速度之间的矛盾问题。
• 两级存储：Cache-主存、主存-辅存（虚拟存储体系）。
• 局部性原理：总的来说，在CPU运行时，所访问的数据会趋向于一个较小的局部空间地址内，包括下面两个方面：
  • 时间局部性原理：如果一个数据项正在被访问，那么在近期它很可能会被再次访问，即在相邻的时间里会访问同一个数据项。
  • 空间局部性原理：在最近的将来会用到的数据的地址和现在正在访问的数据地址很可能是相近的，即相邻的空间地址会被连续访问。

1、存储系统-cache

• 高速缓存Cache用来存储当前最活跃的程序和数据，直接与CPU交互，位于CPU和主存之间，容量小，速度为内存的5-10倍，由半导体材料构成。其内容是主存内存的副本拷贝，对于程序员来说是透明的。
• Cache由控制部分和存储器组成，存储器存储数据，控制部分判断CPU要访问的数据是否在Cache中，在则命中，不在则依据一定的算法从主存中替换。
• 地址映射：在CPU工作时，送出的是主存单元的地址，而应从Cache存储器中读/写信息。这就需要将主存地址转换为Cache存储器地址，这种地址的转换称为地址映射，由硬件自动完成映射，分为下列三种方法：直接映射、全相连映射、组组相连映射。
• 替换算法的目标就是使Cache获得尽可能高的命中率。常见算法有如下几种：
  • 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
• 命中率及平均时间
  • Cache有一个命中率的概念，即当CPU所访问的数据在Cache中时，命中，直接从Cache中读取数据，设读取一次Cache时间为1ns，若CPU访问的数据不在Cache中，则需要从内存中读取，设读取一次内存的时间为1000ns，若在CPU多次读取数据过程中，有90%命中Cache，则CPU读取一次的平均时间为（90%*1+10%*1000）ns

五、循环冗余校验码CRC

环冗余校验码（CRC），简称循环码，是一种常用的、具有检错、纠错能力的校验码，在早期的通信中运用广泛。循环冗余校验码常用于外存储器和计算机同步通信的数据校验。

六、海明码

汉明码（Hamming Code），是在电信领域的一种线性调试码，以发明者理查德·卫斯里·汉明的名字命名。汉明码在传输的消息流中插入验证码，当计算机存储或移动数据时，可能会产生数据位错误，以侦测并更正单一比特错误。由于汉明编码简单，它们被广泛应用于内存（RAM）。

 七、指令流水线