计算机系统知识

计算机系统知识这章主要讲了三大块，基础知识、体系结构和安全性、可靠性与系统性能评测基础知识。

一、基础知识

1、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备五大部件组成。运算器、控制器等部件被集成在一起统称为中央处理单元CPU。CPU是硬件系统的核心，用于数据的加工处理，能完成各种宁算术、逻辑运算及控制功能。存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器和外部粗初期。前者速度高、容量小，一般用于临时存放程序、数据及中间结果。而后者容量大、速度慢，可以长期保存程序和数据。输入设备和输出设备合称为外部设备，输入设备用于输入原始数据及各种命令，而输出设备则用于输出处理结果。

2、CPU

中央处理单元。

用于控制程序执行顺序，控制相应部件按指令功能要求操作，对各种操作的时间也需控制，对数据的加工处理也是CPU最根本的任务。由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。逻辑上分为3个模块：运算单元、控制单元、存储单元，这三部分通过内部总线连接起来。

• 运算器：是运算器的核心。由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件，用于完成计算机的各种算术和逻辑运算。它由控制器发出的控制信号来指挥的，是执行部件。

• 控制器：是CPU指挥控制中心。用于控制整个CPU的工作，决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。

• 寄存器组：是CPU暂时存放数据的地方，里面放着待处理或已经处理好的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的额时间段。采用寄存器可以减少CPU访问内存的次数，从而提高CPU的工作速度。
  

3、数据表示：原码反码补码与移码

4、校验码

提高硬件电路的可靠性和代码的校验能力（查错和纠错）。常用：奇偶校验码、海明码和循环冗余校验码。

• 奇偶校验码：在编码中增加一位校验位来使编码中1的个数为奇数或偶数，从而使码距变为2.合法编码中的奇数位发生错误时，编码中国的1变成0,或0变成1，则该编码中1的个数的奇偶性就发生了变化，从而发现错误。

• 海明码：它是放在2的幂次位上的，根据公式计算，如果有错误，则按照公式计算得出的十进制位即为出错的位置。它是利用奇偶性来检错和纠错的校验方法。他的构成方法是在数据位之间的确定位置上插入K个校验位，通过加大码距来实现检错和纠错。

• 循环冗余校验码（CRC）：应用于数据通信领域和磁介质存储系统中。它利用生成多项式为k个数据位产生r个校验位来编码(模2运算)，编码长度为k+r。
  

5.指令系统

（1）操作码执行该指令要完成什么操作，地址码则是提供原始的数据。操作数的寻址方式有隐含、立即、直接、间接、寄存器和寄存器间接寻址方式、相对、基址、变址。

（2）流水线：执行时多操作指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。

流水线执行时间：Nt+(k-1)t

流水线的吞吐率=任务数/完成时间

加速比=不采用流水线的执行时间/采用流水线的执行时间

（3）影响流水线的主要因素：

• 转移指令，前面的指令没有完成，无法确定下一条指令的地址，无条件跳转指令是不会影响流水线的。

• 共享资源访问冲突：不同指令使用了相同的数据，或寄存器。

• 响应中断：中断请求，流水线停止。
  

二、体系结构

1.存储系统

2.输入输出技术

3.总线结构

三、安全性、可靠性与系统性能评测基础知识

1.加密与认证

2.可靠性

可靠性计算涉及3中系统：串联系统、并联系统和冗余系统。

（1）串联：系统可靠性表示为R=R1*R2*...*Rn；失效率表示为λ=λ1+λ2+...+λn

（2）并联：系统可靠性为R=1-（1-R1）*（1-R2）*...*（1-Rn）

3.性能评价

常用方法：时钟频率、指令执行速度、等效指令法、数据处理速率法、核心程序法。

四、总结

这章都是计算机硬件的一些基础知识，总结一下知识不会太散。