【中级软件设计师】—计算机组成与体系结构考点总结篇（一）

课程大纲

1.数据的表示

1-1：R进制的表示

1-2：十进制转R进制使用短除法。例如：将94转化为二进制数

1-3：二进制转换八进制与十六进制数
每三个二进制位对应一个八进制位
每四个二进制位对应一个十六进制位
十六进制：0~9，A（10）-F（15）

1-4：原码、反码、补码、移码

机器数:各种数值在计算机中，是用二进制表示的，称为机器数。

码制：为了便于运算，带符号的机器数可采用原码，反码、补码和移码，称为码制。

原码：用尾数表示真值的绝对值，符号位0/1对应正、负，正数标志位为0，负数标志位为1



反码

• 正数的原码、反码、补码相同，为原码本身。
• 负数的反码：标志位不变，尾数取反
  

补码：正数的补码等于原码，负数的补码等于反码末位加一（要考虑进位）
将负数的补码转回原码：尾数取反，末位加一

移码：补码的基础上将符号位取反，注意：移码只能用于表示整数



本章知识点总结：

1. 8位二进制数能表示的十进制数范围为-128到+127
2. 如果数小于-128或大于127，则会溢出，溢出只能用两个字节，16位二进制数表示了
3. 0的补码为00000000，-128的补码为10000000
4. 计算机中有符号数用补码表示
5. 原码首位为标志位，1表示负数，0表示正数
6. 反码=原码的标志位不变，其他取反
7. 补码=反码+1
8. 正数的原码、反码、补码相同

数值的表示范围

若n=8,则原码和反码表示的范围为-127-127，补码表示的范围为：-128-127

1-5：浮点数的运算

r进制：

定点数：如纯小数0.1011和纯整数11110
浮点数：由阶码和尾数两部分组成
阶码：常用补码或移码表示的定点整数
尾数：常用原码或补码表示的定点小数


阶码E反映浮点数的表示范围及小数点的实际位置；尾数M的数值部分的位数n反映浮点数的精度

浮点数尾数的规格化
规格化浮点数：规定尾数的最高数值必须是一个有效值。

左规：当浮点数运算的结果为非规格化时要进行规格化处理，将尾数算数左移一位，阶码减1。

右规：当浮点数的结果尾数出现溢出（双符号位为01或10）时，将尾数算数右移一位，阶码加一。

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规格化浮点数的特点：


浮点数的表示知识点总结：

2、计算机结构

3、计算机体系结构的分类—Flynn

Flynn分类法中主要有两个指标：一个是指令流，一个是数据流。指令流为机器执行的指令序列；数据流是由指令调用的数据序列。无论是指令流还是数据流，它们都分为两种类型：单、多。

3.1寻址方式

4、CISC和RISC

5、流水线

执行一条指令分为三个步骤：取指令、分析指令、执行指令

5.1流水线的计算

流水线的周期为执行时间最长的一段，三部分的时间分别为2ns,2ns,1ns.因此，流水线的周期为2ns。
理论公式计算100条指令所需要的时间：（2+2+1）+（100-1）*2=203ns
实践公式计算100条指令所需的时间：（k+n-1）*△t =(3+100-1)*2=204ns（k表示段数，文章中是三段、n是指令条数，△t是流水线的周期）
注意：考试中首先用理论公式（80%），若理论公式没有可选答案则用实践公式（20%）。

若按串行方式（就是按顺序方式执行）：（3+2+4）*10=90△t
若按流水线方式执行：流水线周期为4△t，执行时间为：（3+2+4）+（10-1）*4=45

5.2、流水线吞吐率的计算

该题目的吞吐率是多少？

5.3、流水线的加速比

问：该流水线的加速比是多少？

首先计算不使用流水线执行的时间：（2+2+1）*100=500ns
使用流水线的时间：（2+2+1）+（100-1）+2ns=203ns
加速比S=500/203

5.4、流水线的效率比

5.5 层次化存储结构

5.6、Cache的概念

5.7 局部性原理

时间局部性：指如果程序中的某条指令一旦被执行，则不久的将来该指令可能再次被执行。

空间局部性：指一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的将来，其附近的存储单元也最有可能被访问

5.8 随机存储器与只读存储器

主存可以分为随机存取存储器和只读存储器

5.9 主存的编址

内存地址=末地址-首地址+1

1、内存地址数量 = C7FFFH - AC000H + 1 = C7FFFH + 1 - AC000H = C8000H - AC000H = 1C000H = 1 * 2 ^ 16 + 12 * 2 ^ 12 = 7 * 2 ^14 bit (7 * 2 ^14)
/ 2 ^ 10 = 7 * 2 ^ 4 = 7 * 16 = 112 K

2、由步骤1可知，共有 112K * 16 bit (112K * 16) / (28 * 16K) = 4，该芯片每个存储单元存储 4 位。

6.0 磁盘结构与参数

6.1 总线

一条总线同一时刻仅允许一个设备发送，但允许多个设备接收

6.2 系统可靠性分析—串联系统与并联系统

6.3 系统性能设计—性能指标

吞吐率：特指 Web 服务器单位时间内处理的请求数。
吞吐量，是指在一次性能测试过程中网络上传输的数据量的总和。

7.差错控制

7.1—CRC与海明校验码

7.2检验码—海明校验码

海明校验码的原理是:在有效信息位中加入几个校验位形成海明码，使码距比较均匀地拉大，并把海明码的每个二进制位分配到几个奇偶校验组中。

当某一位出错后，就会引起有关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还能指出错误的位置，为自动纠错提供了依据。