软考高项架构师复习记录（一）计算机硬件计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备运算器和控制器等部件被集成在

计算机硬件

计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
运算器和控制器等部件被集成在一起称为中央处理单元（CPU），用于数据的加工处理，逻辑运算和功能控制

CPU

CPU的功能
- 程序控制 通过指令来控制程序执行
- 操作控制 产生每条指令的操作信号，并将操作信号发往对应的部件
- 时间控制 对指令执行过程中操作信号的出现时间，持续时间进行严格的控制
- 数据处理 通过算数运算和逻辑运算等方式对数据进行加工处理
- 中断（异常）响应
CPU的组成（各个寄存器的英文必须记住）
- 运算器
  - 算数逻辑单元ALU 实现对数据的算术和逻辑运算
  - 累加寄存器AC 运算结果或源操作数的存放区
  - 数据缓冲寄存器DR 暂时存放指令或数据
  - 状态条件寄存器PSW 保存指令运行结果的条件码内容
- 控制器
  - 指令寄存器IR 暂存CPU的执行指令
  - 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

校验码

奇偶校验
- 奇校验通过增加校验位使编码中1的个数变为奇数个，接收方收到后，如果编码中含有奇数个1，则编码无误，反之则编码不正确
- 偶检验同理
- 奇偶校验只能校验1位是否出错
CRC（循环冗余校验码）
- 需要双方提前约定生成多项式G(x)
- 在原始信息后追加若干校验位，使得追加的信息能被G(x)整除，则数据无误，否则数据发生错误
  
  原始信息串为 10111 G(x) = x^4 + x + 1
  1. 在原始信息中添加r个0，r的个数为G(x)的阶，得到新的信息串为101110000作为被除数
  2. 通过G(x)得到除数，X的指数的位置为1，其余位置为0，G(x) = x^4 + x^1 + x^0，所以得到的除数为10011
  3. 将被除数和除数进行模2除法运算
  $10011\sqrt{10111000} = 1100(如果余数的位数不足r位，则左边补0)$
  1. 发送101111100到接收方，接收方根据G(x)来计算收到的数据是否能被整除，如果可以则信息无误，反之要求发送方重新发送

指令系统

指令的组成
- 操作码决定要完成的操作
- 地址码给出操作数或操作地址
指令的寻址方式
- 顺序寻址方式
- 跳跃寻址方式
操作数的寻址方式
- 立即寻址方式 地址码字段存放的是操作数本身
- 直接寻址方式 地址码字段存放的是操作数的地址
- 间接寻址方式 地址码指向的存储单元中存储的是操作数的地址
- 寄存器寻址方式 地址码指向寄存器编号
- 基址寻址方式（不常考）基址寄存器的内容加上指令中的形式地址形成操作数的有效地址
- 变址寻址方式（不常考）变址寄存器的内容加上指令中的形式地址形成操作数的有效地址
CISC 复杂指令集兼容性强，指令多，长度可变
RISC 精简指令集指令少，使用频率接近，主要靠硬件实现
- 超流水线（Super Pipe Line）技术 通过细化流水、增加级数、提高主频，在每个机器周期内能完成一个甚至两个浮点操作（时间换空间）
- 超标量（Super Scalar）技术 通过内装多条流水线来同时执行多个处理（空间换时间）
- 超长指令字（Very Long Instruction Word）技术 发挥软件的作用来同时执行多条指令，使硬件简化，性能提高。
流水线时间计算
- 流水线周期 指令分成不同的执行段，其中执行时间最长的段为流水线周期
- 流水线执行时间 1条执行的总执行时间 + （指令条数 - 1） * 流水线周期
- 流水线吞吐率计算 指令条数 / 流水线执行时间、
- 流水线加速比计算 不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间

存储系统

局部性原理所访问的数据会趋向于一个较小的局部空间地址，包括以下两个方面
- 时间局部性原理如果一个数据项正在被访问，那么近期它被可能会再次被访问
- 空间局部性原理如果访问了一个数据项，那么与该数据项地址相邻的数据项也很可能很快被访问
高速缓存Cache用来存储当前活跃的程序和数据，直接与cpu交互，位于cpu和主存之间
cache由控制部分和存储器组成，存储器存储数据，控制部分判断要访问的数据是否在cache中
地址映射把主存地址转换为cache地址由硬件自动完成
- 直接映像将cache存储器等分成块，主存也等分成块并编号，主存中的块与cache中的块对应关系是固定的，二者块号相同才能命中，地址变换简单但不灵活，容易造成资源浪费
- 全相联映像同样等分成块并编号，主存中任意一块与cache中任意一块对应，因此可以随意调入cache任意位置，但地址变换复杂，速度较慢，因为主存可以随意调入cache任意块，只有cache满是才会发生冲突，是最不容易发生冲突的影响方式
- 组组相联映像两种方式的结合，将cache存储器先分块再分组，主存也同样先分块再分组，组间采用直接影像，即主存中组号与cache中组号相同的组才能命中，但是组内全相联映像，组号相同的两个组内的所有块都可以任意调用
cache的替换算法
- 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
磁盘磁盘都有正反两个盘面，每个盘面有多个同心圆，每个同心圆是一个磁道，每个同心圆被划分为多个扇区，数据就被存放在一个个扇区中
磁盘调度算法
- 先来先服务
- 最短寻道时间优先
- 扫描算法
- 单向扫描调度算法
计算机和外设间的数据交互方式
- 程序控制方式
- 程序中断方式
- DMA方式
总线计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道
- 内部总线内部芯片级别的总线
- 系统总线板级总线，用于链接计算机内部之间的链接
- 外部总线设备一级的总线，微机和外部设备的总线