食用前，请默念：祝愿所有报考的同学们都逢考必过~
考试大纲
1.1 计算机组成与体系结构
各种计算机体系结构的特点与应用(SMP、MPP等)
构成计算机的各类部件的功能及其相互关系
知识点构成
| 重要度 | 知识点 | 关键词 |
|---|---|---|
| ⭐️ | 计算机硬件组成 | 5大组成部分 |
| ⭐️ ⭐️ ⭐️ | 中央处理单元 | 运算器(ALU、AC、DR、PSW)、控制器(IR、PC、AR、ID) |
| ⭐️ | 数据表示 | 0x或H(16进制)、位权展开法、正数(符号位0)、负数（符号位1）、原码、反码、补码、移码、阶码、尾数 |
| ⭐️ ⭐️ | 校验码 | 奇偶(只检1位错)、CRC(只检错、多项式最高位补0)、 海明码(2^n为校验位) |
| ⭐️ ⭐️ ⭐️ | Flynn分类法 | 指令流+数据流、SIMD、MIMD、MISD(不可行) |
| ⭐️ ⭐️ ⭐️ | 指令系统 | 指令构成(操作码+操作数)、取-分析-执行、CISC、RISC |
| ⭐️ ⭐️ ⭐️ | 流水线 | 周期、执行时长、吞吐率、加速比、度(指令数/度) |
| ⭐️ ⭐️ ⭐️ | 存储系统 | 分级目的(解决矛盾)、局部性原理、Cache(透明、硬件自动完成)、 |
| ⭐️ ⭐️ | 磁盘调度 | 磁道 -> 扇区 |
| ⭐️ ⭐️ | 输入输出技术 | 查询 -> 中断(一个指令周期) -> DMA(主存-外设、一个总线周期) (传输效率从低到高) |
| ⭐️ | 多处理机系统 | MPP（松耦合、不共享资源）、SMP（紧耦合、共享资源） |
知识点详解
计算机硬件组成
组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
中央处理单元
CPU功能：程序控制、操作控制、时间控制、数据处理、响应中断
运算器：
- ALU 算术逻辑单元：算术逻辑运算
- AC 累加寄存器：存放运算结果和源操作数
- DR 数据缓冲寄存器：暂时存放内存指令和数据
- PSW 状态条件寄存器：条件码、溢出标志
控制器：
- IR 指令寄存器：暂存CPU的执行指令
- PC 程序计数器：存放指令地址
- AR 地址寄存器：保存当前CPU访问的内存地址
- ID 指令译码器：分析指令
数据表示
进制转换：可通过10进制中转
原码：第一位符号位（0正数，1负数），0的原码（+0和-0）
反码：正数反码=原码；负数除符号位其他全部取反
补码：正数补码=原码；负数末位+1
移码：符号位取反
校验码
-
奇偶校验码：只能检错，只检1位错
-
CRC校验码：只能检错，不能纠错； 多项式最高阶=补0个数=末位添加个数
-
海明码：奇偶性检错+纠错； 2^n为校验位，异或相加
Flynn分类法
分类因素：指令流+数据流
- SMSD：单处理器系统
- SIMD：多处理器异步执行同一条指令；并行、阵列、超级向量计算机
- MISD：不可行
- MIMD：全面并行；多处理机系统
指令系统
指令构成：操作码+操作数
指令执行：取指令-分析指令-执行指令
- CISC（复杂）：可变指令格式、量大、支持寻址方式多、微程序控制、研制周期长
- RISC（精简）：定长指令格式、量少、支持寻址方式少、通用寄存器、硬布线、流水线、优化编译、支持高级语言
流水线
-
周期：执行时间最长的段
-
执行时长：1条指令执行时长+(n-1)*周期
-
吞吐率：n/执行时长
-
加速比：不使用流水线总时长/流水线执行时长
-
度：重新计算指令数=指令数/度
存储系统
-
分级目的：解决容量、成本、速度之间的矛盾
-
局部性原理：时间局部性（相邻时间内访问同一块数据）、空间局部性（相邻的空间地址会被连续访问）
-
Cache：对程序员透明、地址转换硬件自动完成
-
Cahce映像块冲突：直接映像 -> 组相联 -> 全相联 (冲突概率从高到低)
磁盘调度
- 调度顺序：先磁道，后扇区，就近原则
输入输出技术
- 计算机与外设的数据交互：查询 -> 中断(一个指令周期) -> DMA (主存-外设的数据通路、一个总线周期)(传输效率从低到高)
多处理机系统
- 目的：作业、任务并行
- MPP 海量并行处理结构：松耦合、不共享资源
- SMP 对称多处理机结构：紧耦合、共享资源
真题练习
- 关于CISC和RISC的叙述中，错误的是（ ）。
A. 在CISC中，复杂指令都采用硬布线逻辑执行
B. 采用CISC技术的CPU, 其芯片设计复杂度更高
C. 在RISC中，更适合采用硬布线逻辑执行指令
D. 采用RISC技术，指令系统中的指令种类和寻址方式更少
- 关于Cache的叙述中，正确的是（ ）。
A. 在容量确定的情况下，替换算法的时间复杂度是影响Cache命中率的关键
B. Cache的设计思想是在合理的成本下提高命中率
C. Cache的设计目标是尽可能与主存容量相等
D. CPU中的Cache容量应大于CPU之外的Cache容量
- 计算机采用分级存储体系的主要目的是（ ）。
A. 解决主存容量不足的问题
B. 提高存储器读写的可靠性
C. 提高外设访问效率
D. 解决存储容量、价格、速度间的矛盾
- 在嵌入式系统的存储部件中，存取速度最快的是（ ）。
A. 内存 B. 寄存器组 C. Flash D. Cache
- 信息码为111000110，生成多项式为，则相应的CRC校验码为（ ）。
A. 01101 B. 11001 C. 001101 D. 011001
- 计算机执行程序时，在一个指令周期中，为能够从内存中读指令操作码，首先将（ ）的内容送到地址总线上。
A. PC B. IR C. SR D. GR
- 在磁盘调度管理中，应先移臂调度，再进行旋转调度。假设磁盘移动臂位于20号柱面，进程的请求序列如下表。如果采用最短移臂调度算法，那么系统的响应序列为（ ）。
A. ②⑧③④⑤①⑦⑥⑨ B. ②③⑧④⑥⑨①⑤⑦
C. ④⑥⑨⑤⑦①②⑧③ D. ④⑥⑨⑤⑦①②③⑧
- 计算机系统是一个硬件和软件的综合体，位于硬联逻辑层上面的微程序采用微指令编写。下列叙述中正确的是（）。
A. 微程序一般由硬件执行
B. 微程序一般由操作系统来调度和执行
C. 微程序一般用高级语言编译器译后执行
D. 微程序一般用高级语言解释器解释执行
- 计算机系统中，（）方式是根据所访问的内容来决定访问的存储单元，常用在（）存储器中。
A. 顺序存取 B. 直接存取 C. 随机存取 D. 相联存取
A. DRAM B. Cache C. EEPROM D. CD-ROM
- Cache的替换算法中，（）算法计数器位数最多，实现困难。
A. FIFO B. LFU C. LRU D. RAND
- Flynn分类法根据执行过程中（）的不同组合，分为4类。多核计算机属于（）。
A. 指令流和数据流 B. 数据流和控制流 C. 指令流和控制流 D. 数据流和总线带宽
A. SISD B. SIMD C. MISD D. MIMD
- 多处理机系统的主要目的是实现（）代码的并行性。
A. 操作级和指令级 B. 指令级和作业级 C. 作业级和任务机 D. 任务级和指令级
- 每条指令由取指、分析、执行3个部件组成，并且每个子部件的执行时间均为，若采用单流水线，连续执行16条指令，共耗时（）。若采用度为4的超标量流水线，连续执行上述16条指令，共耗时（）。
A. 16 B. 18 C. 32 D. 48
A. 4 B. 5 C. 6 D. 8
- 在磁盘上存储数据的排列方式会影响I/O服务的总时间。假设每磁道划分成10个物理块，每块存放1个逻辑记录。逻辑记录R1,R2,...R10存放在同一磁道上，记录的安排顺序如下表：
假设磁盘的旋转速度30ms/周，磁头当前处在R1的开始出。若系统顺序处理，使用单缓冲区，每个记录的处理时间为6ms，则处理10个记录的最长时间为（ ）ms；若对信息存储进行优化分布，处理这10个记录的最少时间为（ ）ms。
A. 189 B. 208 C. 289 D. 306
A. 60 B. 90 C. 109 D. 180
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