软件设计师考试重点1 计算机组成与体系结构
- 一、 数据的表示
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- 1. 进制转换
- 2. 原码/反码/补码/移码
- 3. 数值表示范围
- 4. 浮点数的运算
- 二、运算器与控制器
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- 1. 计算机结构
- 2. 计算机五大组成部分：
- 3. CPU组成部分：
- 4. 控制器组成部分：
- 5. 运算器组成部分：
- 6. Flynn分类法
- 7. 指令的基本概念
- 8. 寻址方式
- 9. CISC与RISC
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- 常见的CISC指令集：x86指令集
- 常见的RISC指令集： ARM指令集
- 国产的RISC指令集： 龙芯 指令集
- 新兴的RISC指令集：RISC-V
- 五、流水线技术
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- 1. 流水线概念
- 2. 流水线计算
- 3. 超标量流水线
- 4. 流水线吞吐率计算
- 六、存储系统
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- 1. Cache
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- 局部性原理与命中率
- 映像
- 2. 主存-编址与计算
- 七、总线系统
- 八、可靠性
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- 串联系统
- 并联系统
- 复合系统
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- 九：校验码
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- 1. 基础知识
- 2. 奇偶校验
- 3. 循环冗余校验码
- 4. 海明码
一、 数据的表示
1. 进制转换
- R进制转十进制使用按权展开法。
- 十进制转R进制使用短除法。
2. 原码/反码/补码/移码
- 正数的原码、反码、补码是相同的。
- 负数：
– 原码：原始数据；
– 反码：原码除符 位求反；
– 补码：在反码基础上加1；
– 移码：在补码的基础上，符 位取反。
3. 数值表示范围
| 码制 | 定点整数 | 定点小数 |
|---|---|---|
| 原码 | ? ( 2 n ? 1 ? 1 ) -(2^{n-1}-1) ?(2n?1?1) 至 + ( 2 n ? 1 ? 1 ) +(2^{n-1}-1) +(2n?1?1) | ? ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) ) -(1-2^{-(n-1)}) ?(1?2?(n?1)) 至 + ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) ) +(1-2^{-(n-1)}) +(1?2?(n?1)) |
| 反码 | ? ( 2 n ? 1 ? 1 ) -(2^{n-1}-1) ?(2n?1?1) 至 + ( 2 n ? 1 ? 1 ) +(2^{n-1}-1) +(2n?1?1) | ? ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) ) -(1-2^{-(n-1)}) ?(1?2?(n?1)) 至 + ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) ) +(1-2^{-(n-1)}) +(1?2?(n?1)) |
| 补码 | ? ( 2 n ? 1 ) -(2^{n-1}) ?(2n?1) 至 + ( 2 n ? 1 ? 1 ) +(2^{n-1}-1) +(2n?1?1) | ? 1 -1 ?1 至 + ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) ) +(1-2^{-(n-1)}) +(1?2?(n?1)) |
| 移码 | ? ( 2 n ? 1 ) -(2^{n-1}) ?(2n?1) 至 + ( 2 n ? 1 ? 1 ) +(2^{n-1}-1) +(2n?1?1) | ? 1 -1 ?1 至 + ( 1 ? 2 ? ( n ? 1 ) +(1-2^{-(n-1}) +(1?2?(n?1) |
4. 浮点数的运算
浮点数表示： N = 尾 数 ? 基 数 指 数 N = 尾数* 基数^{指数} N=尾数?基数指数
浮点数的运算顺序：
- 对阶
- 尾数计算
- 结果格式化
运算要点：
- 一般尾数用补码，阶码用移码
- 阶码的位数决定数的表示范围，尾数位数决定数的有效精度
- 对阶时，小数向大数看齐
- 对阶是通过较小数的尾数右移实现的
二、运算器与控制器
1. 计算机结构
2. 计算机五大组成部分：
- 运算器
- 控制器
- 存储器：分主存（内存储器）、辅助存储器
- 输入设备
- 输出设备
3. CPU组成部分：
- 运算器
- 控制器
- 寄存器组
4. 控制器组成部分：
- 程序计数器 PC：存储下一条要执行指令的地址
- 指令寄存器 IR
- 地址寄存器 PR 记录CPU当前访问的地址
- 指令译码器
- 时序部件：时钟
5. 运算器组成部分：
- 算术逻辑单元ALU：数据计算和逻辑运算
- 累加寄存器 AC：为ALU提供一个工作区，用暂存数据
- 数据缓冲寄存器 DR：写内存时，暂存指令和数据
- 状态条件寄存器PSW（这个比较特殊，历年考试它算在运算器还是控制器不一定）：存状态标志和控制标志。
6. Flynn分类法
| 体系结构类型 | 结构 | 关键特性 | 代表 |
|---|---|---|---|
| 单指令流单数据流 SISD | 控制部分：1个 处理器：1个 主存模块：1个 |
单处理器系统 | |
| 单指令流多数据流SIMD | 控制部分：1个 处理器：多个 主存模块：多个 |
各处理器以异步的形式执行同一条指令 | 并行处理机 阵列处理机 超级向量处理机 |
| 多指令流单数据流MISD | 控制部分：多个 处理器：1个 主存模块：多个 |
被证明不可能，至少不实际 | 目前没有，有文献称流水线计算机为此类 |
| 多指令流多数据流MIMD | 控制部分：多个 处理器：多个 主存模块：多个 |
能够实现作业、任务、指令等各级全面并行 | 多处理机系统 多计算机 |
7. 指令的基本概念
一条指令是机器语言的一个语句，是一组有意义的二进制代码，基本结构：
操作码字段-地址码字段
- 操作码：指出要作什么操作，如加、移位、存取数。
- 地址码： 需要包含各操作数的地址及操作结果的存放地址等，从其地址结构的角度可以分为三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令。
8. 寻址方式
- 立即寻址方式：操作数直接在指令中
- 直接寻址方式：指令中存放操作数的地址
- 间接寻址方式：指令中放了地址，地址放的是操作数的地址
- 寄存器寻址方式：寄存器存放操作数
- 寄存器间接寻址方式：寄存器内存放的是操作数的地址