第1章:计算机系统知识

第1章:计算机系统知识

校验码

海明码

1、数据怎么分组,为什么这样分组?

分组1:1、3、5、7 分组2:2、3、6、7 分组3:4、5、6、7 目的就是为了纠错,从下面图便可以知道

2、为什么检验位在2∧K 3、检验位的个数是几个?公式2^k-1=k+n怎么来的 4、校验位的作用是什么?如何纠错的?

CPU

程序查询和中断方式都需要CPU来执行程序指令进行数据的输入和输出,DMA方式则不同,这是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。 程序查询方式是由CPU主动查询外设的状态,在外设准备好时传输数据。 中断方式是在外设准备好时给CPU发中断信号,之后再进行数据传输。在外设未发中断信号之前,CPU可以执行其他任务。 在DMA模式下,CPU只需向DMA控制器下达指令,让DMA控制器来处理数据的传送,数据传送完毕再把信息反馈给CPU即可。

I/0设备管理软件一般分为4层:中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件和用户级软件。

存储系统采用Cache技术的主要目的是提高存储器的访问速度,因此是由硬件自动完成Cache与主存之间的地址映射。

按照是否可以被屏蔽,可将中断分为两大类:不可屏蔽中断(又叫非屏蔽中断)和可屏蔽中断。不可屏蔽中断源一旦提出请求,CPU必须无条件响应,而对可屏蔽中断源的请求,CPU 可以响应,也可以不响应。典型的非屏蔽中断源的例子是电源掉电,一旦出现,必须立即无条件地响应,否则进行其他任何工作都是没有意义的。典型的可屏蔽中断源的例子是打印机中断,CPU对打印机中断请求的响应可以快一些,也可以慢一些,因为让打印机等待是完全可以的。对于软中断,它不受中断允许标志位(IF位)的影响,所以属于非屏蔽中断范畴。

访问一个数据块的时间应为寻道时间加旋转延迟时间及传输时间之和。

RISC 与CISC

RISC采用流水线技术,CISC不采用流水线技术

CISC使用复杂的指令,RISC使用简单的指令

CISC采用很少的通用寄存器,RISC采用很多的通用寄存器

CISC的英文全称是complex instruction set computer, 既复杂指令系统。

RISC的英文全称是reduced instruction set computer, 既精简指令系统。CISC兼容性性强,指令繁多,长度可变,由微程序实现。而RISC则指令少,使用频率接近,主要是依靠硬件实现(通用寄存器、硬布线逻辑控制)

CISC的主要特点如下: 1)指令系统复杂庞大,指令数目一般为200条以上。 2)指令的长度不固定,指令格式多,寻址方式多。 3)可以访存的指令不受限制。 4)各种指令使用频度相差很大。 5)各种指令执行时间相差很大,大多数指令需多个时钟周期才能完成。 6)控制器大多数采用微程序控制。有些指令非常复杂,以至于无法采用硬连线控制。 7)难以用优化编译生成高效的目标代码程序。

RISC的主要特点如下:

  1. 选取使用频率最高的一些简单指令,复杂指令的功能由简单指令的组合来实现。 2)指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少。 3)只有Load/Store(取数/存数)指令访存,其余指令的操作都在寄存器之间进行。

  2. CPU中通用寄存器的数量相当多。

  3. RISC一定采用指令流水线技术,大部分指令在一个时钟周期内完成。 6)以硬布线控制为主,不用或少用微程序控制。 7)特别重视编译优化工作,以减少程序执行时间。

闪存

闪存掉电后信息不丢失。

闪存以块为单位进行删除操作。

闪存代替的是ROM而不是RAM。

在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。

闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。因为闪存不像RAM (随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。

DMA

DMA传送结束”事件触发CPU请求,是中断; “除运算除数为0”是指令执行过程中在处理器内部发生的特殊事件,是异常。

DRAM集成率相对较低,功耗相对较大,需要动态刷新。 SRAM集成率相对较高,功耗相对较小,不需要动态刷新。

直接主存存取(Direct Memory Access, DMA)是指数据在主存与1/0设备间(即主存与外设之间)直接成块传送。

DRAM的原理是使用电容存储信息,由于存在一定的自放电,因而需要周期性地进行刷新,即读出再写入。

DMA传送方式是让存储器与外设、或外设与外设之间直接交换数据,不需要经过CPU的累加器中转,减少了这个中间环节,并且内存地址的修改、传送完毕的结束报告都是由硬件电路实现的,因此大大地提高了数据的传输速度。一 个DMA传送只需要执行一个存储周期。

当谈到计算机系统基础知识时,我们首先来了解不同部分的含义:

 计算机系统硬件基本组成
计算机系统硬件基本组成通常包括中央处理单元(Central Processing Unit, CPU)、内存 (Memory)、输入输出设备(Input/Output Devices)和存储设备(Storage Devices)等。

### 中央处理单元(CPU)
中央处理单元是计算机的核心部分,负责执行计算机程序、处理数据和控制计算机的各个部件。CPU包括算术逻辑单元(ALU)和控制单元。

 数据表示
计算机中的数据以二进制形式表示,通过位和字节来存储和处理不同类型的数据,例如整数、浮点数和字符等。

 校验码
校验码是一种用于检测数据传输过程中错误的技术。常见的校验码包括奇偶校验、循环冗余校验(CRC)等,用于验证数据的完整性和准确性。

 计算机体系结构的发展
计算机体系结构的发展经历了从单个大型主机到分布式系统、云计算和物联网等阶段,不断提升计算机系统的处理能力、可靠性和效率。

 存储系统
存储系统是计算机用于存储数据和程序的部分,包括内部存储器(如RAM)、外部存储器(如硬盘、SSD)和存储管理技术等。

 输入/输出技术
输入/输出技术用于计算机与外部设备之间的数据交换,包括设备控制、数据传输、接口标准等,以实现数据的输入输出功能。

 总线结构
总线是计算机各组件之间传输数据和控制信息的通道,包括数据总线、地址总线和控制总线,用于实现组件间的通信和协调。

计算机安全概述
计算机安全指保护计算机系统、网络和数据不受恶意攻击、病毒、恶意软件等威胁,包括网络安全、数据加密、身份认证等方面。

 加密技术
加密技术是通过使用密码算法将数据转换为不可读的形式,以保护数据的机密性和完整性,常用于数据传输和存储过程中。

 认证技术
认证技术用于验证用户、设备或系统的身份和权限,以确保只有合法用户可以访问特定资源或执行操作,包括用户名密码、生物识别等方式。

计算机可靠性
计算机可靠性指计算机系统能够在规定条件下长时间稳定运行而不出现故障的能力,包括硬件可靠性、软件稳定性等方面。

计算机系统的性能评价
评价计算机系统性能通常包括处理能力、响应时间、吞吐量等指标,用于衡量系统在不同负载和应用场景下的表现和效率。

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