計算機組成原理與體系結構
內容提要
- 數據的表示
- 計算機結構
- Flynn分類法
- CISC與RISC
- 流水線技術
- 存儲系統
- 總線系統
- 可靠性
- 校驗碼
數據的表示
- 數據的表示
R進制轉十進制使用按權展開法，其具體操作方式為:將R進制數的每一位數值用Rk形式表示,即冪的底數是R ,指數為k , k與該位和小數點之間的距離有關。當該位位於小數點左邊, k值是該位和小數點之間數碼的個數,而當該位位於小數點右邊, k值是負值，其絕對值是該位和小數點之間數碼的個數加1。
十進制轉R進制使用短除法。
- 例如將94轉換為二進制數。
二進制轉八進制與十六進制數。
- 例題
數據的表示
- 原碼
- 反碼
- 補碼
- 移碼
數值表示范圍
- 數值表示范圍
數據的表示-浮點數運算
- 數據的表示-浮點數運
計算機結構
- 計算機結構
計算機體系結構分類-Flynn
- 計算機體系結構分類-Flynn
CISC與RISC
- CISC與RISC
流水線-概念
流水線是指在程序執行時多條指令重疊進行操作的一種准並行處理實現技術。各個部件同時處理是針對不同指令而言的，它們可同時為多條指令的不同部分進行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均執行速度。
流水線-流水線計算
例：若指令流水線把一條指令分為取指令、分析和執行三部分，且三部分的時間分別是取指ns分析ns執行ns。那么，流水線周期是多少？100條指令全部執行完畢需要的時間是多少？理論公式得：2+2+1=5(100-1）*2=1985+198=203實踐公式：k=3のt=2
流水線-流水線吞吐率計算
- 流水線的吞吐率（Though Put rate，TP）是指在單位時間內流水線所完成的任務數量或輸出的結果數量。計算流水線吞吐率的最基本的公式如下：
流水線最大吞吐率：
- 流水線最大吞吐率
流水線-流水線的加速比
- 完成同樣的一批任務，不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間之比稱為流水線的加速比。計算流水線加速比的基本公式 如下：
流水線-流水線的效率
- 流水線的效率是指流水線的設備利用率。在時空圖上，流水線的效率定義為n個任務占用的時空區與k個流水線段總的時空區之比。
計算流水線效率的公式為：
- 計算流水線效率的公式為
層次化存儲結構
- 層次化存儲結構
Cache-概念
- Cache的功能：提高CPU數據輸入輸出的速度，突破馮、諾依曼瓶頸，即CPU與存儲系統間數據傳送帶寬限制。
- 在計算機的存儲系統中，Cache是訪問速度最快的層次。
- 使用Cache改善系統性能的依據是程序的局部性原理。
局部性原理
- 時間局部性
- 空間局部性
- 工作集理論：工作集是進程運行時被頻繁訪問的頁面集合
主存-分類
- 隨機存取存儲器
- 只讀存儲器
主存-編址
- 編址
- B：112
- A：4
磁盤結構與參數
- 磁盤結構
- 存取時間=尋道時間+等待時間（平均定位時間+轉動延遲）
注意：尋道時間是指磁頭移動到磁道所需的時間；等待時間為等待讀寫的扇區轉到磁頭下方所用的時間。
- 試題
總線
根據總線所處的位置不同，總線通常被分為三種類型，分別是：
- 內部總線
- 系統總線（數據總線 地址總線 控制總線
- 外部總線
系統可靠性分析-串聯系統與並聯系統
- 串聯：
- 並聯：
系統可靠性分析-模冗余系統與混合系統
- 模冗余系統
- 混合系統
差錯控制-CRC與海明校驗碼
什么是檢錯和糾錯？
- 檢錯是檢查錯誤
- 糾錯家檢查錯誤並糾正錯誤
什么是碼距?
- 一個編碼系統的碼距是整個編碼系統中任意(所有)兩個碼字的最小距離。
例:
若用1位長度的二進制編碼。若A=1, B-0。這樣A, B之間的最小碼距為1。若用2位長度的二進制編碼，若以A=11, B :00為例，A、B之間的最小碼距為2。若用3位長度的二進制編碼，可選用111, 000作為合法編碼。A, B之間的最小碼距為3.
碼距與檢錯、糾錯有何關系?
1.在一個碼組內為了檢測e個誤碼，要求最小碼距d應該滿足: d>=e+12.在一個碼組內為了糾正t個誤碼，要求最小碼距d應該滿足: d> =2t+1
校驗碼-循環校驗碼CRC
什么是模2除法，它和普通的除法有何區別?
- 模２除法是指在做除數運算的過程中不計其進位的除法。
例如，10111對110進行模２除法為：
校驗碼－循環校驗碼CRC
- 循環校驗碼CRC
校驗碼－海明校驗碼
- 海明校驗碼
