计算机的硬件组成：
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
CPU （中央处理单元）由运算器、控制器、寄存器组和内部总线组成
功能：实现程序控制、操作控制、时间控制、数据处理功能。
运算器组成：（执行加减乘除、与或非比较）
1、算术逻辑单元ALU（对数据的算数和逻辑运算）
2、累加寄存器AC（运算结果或源操作数的存放区）
3、数据缓冲寄存器DR（暂时存放内存的指令或数据）
4、状态寄存器PSW（保存指令运行结果的条件码内容，如溢出标志）
控制器组成：（程序控制、时序控制）
1、指令寄存器IR（暂存CPU执行指令）
2、程序计数器PC（存放指令执行地址）
3、地址寄存器AR（保存当前CPU所访问的内存地址）
4、指令译码器ID（分析指令操作码）
二进制用0b表示 =》 0b0011
十六进制用0x或H表示 =》 0x18F 或 18FH
R进制转10进制：（位权展开法）
如：6进制5043 =》 3*6^0 + 4*6^1 + 0*6^2 + 5*6^3
十进制转R进制：（除以R倒取余数）下至上记录 左至右顺序
如：10进制200转6进制 =》 200/6=33...2 , 33/6=5...3 , 5/6=0...5 => 得532
m进制转n进制：先m进制转成10进制，10进制转n进制。
例外：2进制转8进制、2进制转16进制 可以直接转化
二进制转八进制：（每3位二进制数转化为 1位八进制数）
二进制数 01101有五位，前面补一个0就有六位，001 101。
001 = 1 ， 101 = 1*2^0 + 0*2^1 + 1*2^2 = 5 =》 得八进制为：15
二进制转十六进制：（每4位二进制数转化为 1位十六进制数）
二进制数101101，补位得0010 1101。
0010 = 2， 1101 = 13 = D =》 得十六进制为：2D
小数部分进制转化 暂略。
数的表示：
机器数：数值在计算机中的表示形式，使用二进制计数制，数的符号用0和1表示，小数点隐含，不占位置。
机器数分为 带符号数 和 无符号数。带符号数最高位为符号位，正数符号位为0，负数符号位为1。
数的编码方式：（带符号数有以下编码方式）
原码：一个数的正常二进制表示，最高位表示符号，数值0的源码有两种形式：+0（0 0000000）和 -0（1 0000000）
反码：正数的反码=原码 ， 负数的反码在符号位的基础上按位取反。0的反码也有两种形式：+0（0 0000000）和 -0（1 1111111）
补码：正数的补码=原码，负数的补码 = 反码 +1 ，若有进位则产生进位，0的补码只有一种：+0 = -0 = （000 0000）
移码：无论正数还是负数，将该原码的补码的首位（符号位）取反得到移码
例子：数的机器子长为8，
45的原码、反码、补码 = 0010 1101、移码 1010 1101
-45的原码 = 1010 1101、反码 = 1101 0010、补码 = 1101 0011、移码 = 0101 0011
浮点数表示：
N = F * 2^E，E为阶码，F称为尾数。类似10进制科学计数法。
二进制如：101.011 = 0.101011 * 2^3
阶码为带符号的纯整数，尾数为带符号的纯小数，符号占最高位（正数0负数1）
浮点数所能表示的数值范围由阶码确定，所表示的精度由尾数确定。
例子：带符号位的1.0xxxxx 或 0.1xxxxx
浮点数的运算：
1、对阶（使两个数的阶码相同，小阶向大阶看齐，较小的阶码增加几位，尾数就右移几位）
2、尾数计算（相加，若是减运算，则加负数）
3、结果规格化（尾数表示规格化，带符号尾数转换为1.0xxxx 或 0.1xxxx）
算术运算和逻辑运算：
数与数的运算：加减乘除、对于二进制还有逻辑运算。
逻辑与&&：一个为0，结果为0，一个为1，结果为1。
逻辑或||：一个为1，结果为1，两个都为0，才为0。
异或：同 0 ，非 1
逻辑非！：0的非是1，1的非是0
逻辑左移<<：二进制数整体左移，高位若溢出，则舍去，低位补0。
逻辑右移>>：二进制数整体左移，低位若溢出，则舍去，高位补0。
校验码：
码距：从A码到B码转换所需要改变的位数称为码距，一般来说码距越大，越利于纠错和检错。
（1）单个编码A：00 ，码距为1；
（2）在两个编码中，A：00要转换为B：11，码距为2。
奇偶校验码：在编码中增加1位校验位来使编码中1的个数变为奇数（奇校验）或者偶数（偶检验），从而使码距变为2。
例子：编码 01101，使用奇校验，编码成011010。（规则是1的个数为奇数个）
偶检验同理，只是编码中有偶数个1，奇偶校验只能检1位错，并且无法纠错。
循环冗余校验码CRC：
CRC只能检错，不能纠错，其原理是找出一个能整除多项式的编码，将原始报文除以多项式，将所得的余数作为检验位加在原始报文之后，作为发送数据发给接收方。
CRC由两部分组成，左边为信息码（原始数据），右边为校验码，检验码是由信息码产生的，校验码位数越长，校验能力越强。求CRC编码时，采用的是模2运算（按位运算，不发生借位和进位）。
例子：原始报文为：11001010101，生成多项式为：x^4+x^3+x+1（得11011，根据是否有x^k得来）
（1）首先根据多项式得出除数11011，在原始多项式后面加上多项式最高指数个数个0，即4个0
（2）和除数进行模2除法（同0非1），被除数一直上1，最终得出四位的余数为0011。
（3）最终编码为11001010101 0011，然后发送出去。
（4）接收方将收到的数据110010101010011与多项式的11011进行模2运算，若余数为0，说明校验正确，数据传输正确。
海明校验码：
海明码：本质也是利用奇偶性来检错和纠错的检验方法，构成方法是在数据位之间确定的位置上插入k个校验位，通过扩大码距实现检错和纠错。
设数据位是n位，校验位是k位，则n和k必须满足：2^k-1 >= n+k
例：求信息1011的海明码
（1）校验位的位数和具体的数据位的位数之间的关系：所有位都编号，从最低位编号开始，从1开始递增，校验位处于2的n次方中，即处于第1,2,4,8,16,32，...位上，其余位才能填充真正的数据位。
（2）若信息数据为1011，则第1,2,4位为校验位，第3,5,6,7位为数据位，用来从低位开始存放1011。
（3）每一位校验码的计算公式：
1、将信息位拆分为二进制表示方式，如7=4+2+1，由第4校验位(r2)、第2校验位(r1)、第1校验位(r0)共同校验，同理，6=4+2，5=4+1，3=2+1
2、2^n都是校验位，可知，第4位校验位校验第7 6 5三位数据位，因此第4位校验位r2等于这3位数据位的值得异或。（第2校验位和第1校验位原理同上）。
3、计算完成后结果为：1010101。
检错和纠错原理：
（1）接收方接收到海明码后，会将每一位校验位与其校验的位数分别异或，
如果是偶校验，那么运算结果应该全为0，如果是奇校验，应该全为1，才是正确的。
假设是偶校验，且接收到的数据为1011101（第4位出错），此时，运算的结果为：
这里不全为0，表明传输过程有误，并且按照r2r1r0排列为二进制100，这里指出的就是错误的位数，表示第100，
发现错误位置的方法就是二进制100转换成十进制4，就是第4位出错，纠错方法就是将该位逆转。
计算机体系结构分类
Flynn分类法：
（1）SISD 单指令流单数据流，
（2）SIMD 单指令流多数据流，各处理器以异步的形式执行同一条指令，如：并行处理机、
（3）MISD 多指令流单数据流，被证明不可能，
（4）MIMD 多指令流多数据流，
指令流对应控制部分，数据流对应处理器。
计算机指令：
计算机指令的组成：由操作码和操作数两部分组成。
操作码：要完成的操作
操作数：参加运算的数据及其所在的单元地址
计算机指令执行过程：取指令--分析指令--执行指令三个步骤：
（1）将程序计数器PC中的指令地址取出，送入地址总线，
（2）CPU依据指令地址去内存中取出指令内容存入指令寄存器IR，
（3）由指令译码器进行分析，分析指令操作码，
（4）执行指令，取出指令执行所需的源操作数。
指令寻址方式：
（1）顺序寻址方式，当执行一段程序时，是一条指令接着另一条指令地顺序执行
（2）跳跃寻址方式，下一条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令直接给出。程序跳跃后，按新的指令地址开始顺序执行。因此程序计数器的内容也必须相应改变，以便及时跟踪新的指令地址。
指令操作数的寻址方式：
（1）立即寻址方式：指令的地址码字段指出的不是地址，而是操作数本身。
（2）直接寻址方式：指令的地址字段中直接指出操作数在主存中的地址。
（3）间接寻址方式：指令地址字段所指向的存储单元中存储的是操作数的地址。
（4）寄存器寻址方式：指令中的地址码是寄存器的编号。
指令系统：
（1）CISC（复杂指令系统），指令数量多，使用频率差别大2,8，可变长格式，寻址方式支持多，微程序控制技术，兼容性强。
（2）RISC（精简指令系统），指令数量少，使用频率接近，定长格式，大部分单周期指令，寻址方式少，增加了通用寄存器，采用硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线，优化编译，有效支持高级语言。
指令流水线：
指令分成不同段，每段由不同的部分去处理，因此可以产生叠加的效果，所有的部件去处理指令的不同段。
流水线相关计算：
流水线周期：（一条指令开始到下一条指令的最晚开始时间）指令分成不同执行段，其中执行时间最长的段为流水线周期。
流水线执行时间：1条指令总执行时间 +（总指令条数-1）* 流水线周期。
流水线吞吐率：总指令条数 / 流水线执行时间
流水线加速比：不使用流水线总执行时间 / 使用流水线总执行时间
注意：1秒=10^9纳秒，k段流水线，时间t，那么1条指令总执行时间为kt。
超标量流水线技术：常规流水线是度为1的，即每个流水线阶段只执行一个部分，当度大于1，就是超标量技术。
当度为3时，相当于3条流水线并行执行，即取指、分析、执行每个阶段都同时处理3条指令，因此，当题目提到度的概念时，计算时需要将：指令条数=指令条数 / 度，然后再套流水线执行时间的公式。
存储系统
两级存储：Cache-主存，主存-辅存（虚拟存储体系）
局部性原理：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。
时间局部性原理：相邻的时间里会访问同一个数据项。
空间局部性原理：相邻的空间地址会被连续访问。
高速缓存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，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像，由硬件自动完成映射，分为以下三种：
（1）直接映射：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中块的对应关系是固定的，也即二者块号相同才能命中，最容易发成冲突。
（2）全相联映像：同样都等分成块并编号。主存中任意一块都与Cache中任意一块对应。最不容易发生块冲突的映像方式。
（3）组组相连映像：前面两种方式的结合，将Cache存储器先分块再分组，主存也同样先分块再分组，组间采用直接映像，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，也即组号相同的两个组内的所有块可以任意调换。
Cache置换算法：
（1）随机算法。简单地根据一个随机数，选择一块替换掉。
（2）先进先出算法。按调入Cache的先后决定淘汰的顺序，在需要更新时，将最先进入cache的块作为被替换的块。
（3）近期最少使用LRU，把CPU近期最少使用的块作为被替换的块。随时记录cache中各块使用情况。
（4）最不经常使用页置换LFU，置换引用计数最小的页，LFU复杂度以及计数器规模都比比LRU大。LRU只关注近期访问情况，而LFU会统计累计访问次数作为淘汰的依据。
主存编址：
地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的内存容量为（）KB，若用16K*4bit的存储器芯片构成该内存，共需（）片。
1、1K = 1024 ，1Byte字节 = 8bit位，内存单元个数*内存单元大小。
内存单元个数 = 末地址 - 首地址 + 1。
C0000H - 80000H = 40000H，按字节编址 = 每个内存单元占1字节，按双字节编址则*2。
40000HB * 1B = 4*16^4 = 4 * (2^4)^4 = 4*2^16 = 2^18 B = 2^8KB ，（ 2^10 = 1024）
2、16K*4bit = 8KB = 2^13B ，2^18 / 2^13 = 32
磁盘结构：
磁盘有正反两个盘面，每个盘面有多个同心圆，每个同心圆是一个磁道，每个同心圆又被划分为多个扇区，数据就被存放在一个个扇区中。
磁头首先要寻找到对应的磁道，然后等待磁盘进行周期旋转，旋转到指定的扇区，才能读取到对应的数据，因此，会产生寻道时间和等待时间。
存取时间 = 寻道时间 + 等待时间（平均定位时间+转动延迟）
注意：寻道时间是指磁头移动到磁道所需的时间；等待时间为等待读写的扇区转到磁头下方所用的时间。
总线结构：
任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线。通常分为以下三类：
内部总线：内部芯片级别的总线，芯片与处理器之间通信的总线。
系统总线：板级总线，用于计算机内各部分之间的连接，具体分为数据总线（并行数据传输位数）
地址总线：系统可管理的内存空间大小
控制总线：传送控制命令，ISA总线、EASI总线、PCI总线。
外部总线：设备一级的总线，微机和外部设备的总线，RS232（串行总线）SCSI（并行总线）USB（通用串行总线）
串行总线：适合长距离低速数据传输
并行总线：适合短距离高速数据传输
半双工/全双工：同一时间只有1个还是两个方向上数据传输。
系统可靠性分析：
平均无故障时间MTTF = 1/失效率
平均故障修复时间MTTR = 1/修复率
平均故障间隔时间MTBF = MTTF + MTTR
系统可靠性 = MTTF / (MTTF + MTTR) * 100%
串联系统：一个设备不可靠，整个系统奔溃：R = R1 * R2 * ... * Rn
并联系统：所有设备都不可靠，整个系统奔溃（先计算不可靠时间）：R = 1- (1 - R1)*(1 - R2)* ... *(1-Rn)
混合系统：划分串联、并联。
例题：
