基本組成
運算器
- 算術(shù)邏輯單元ALU：數(shù)據(jù)的算術(shù)運算和邏輯運算
- 累加寄存器AC：通用寄存器常熙，為ALU提供一個工作區(qū)辣往，用在暫存數(shù)據(jù)
- 數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR：寫內(nèi)存時，暫存指令或數(shù)據(jù)
- 狀態(tài)條件寄存器PSW：存狀態(tài)標(biāo)志與控制標(biāo)志(爭議:也有將其歸為控制器的)
控制器 - 程序計數(shù)器PC：存儲下一條要執(zhí)行指令的地址
- 指令寄存器IR：存儲即將執(zhí)行的指令
- 指令譯碼器ID：對指令進行分析解釋
- 時序部件：提供時序控制信號指令中的操作碼字段
R進制的轉(zhuǎn)化
- 地址個數(shù)：DCFFFH + 1 - A5000H = 38000H = 3 * 16^4 + 8 * 16^3
- 按字節(jié)編址：指一個存儲單元存儲一個字節(jié)叨吮，即1B=8bit
- 容量： 3 * 16^4 + 8 * 16^3 * 1B = 224KB
- 按字節(jié)編址：指一個存儲單元存儲一個字節(jié)薇缅，即1B=8bit
- 存儲單元總個數(shù)：8FFFFH + 1 - 8400H = C000H ，即 12 * 16^3 個
- 總?cè)萘?= 12 * 16^3 * 8bit
- 需要片數(shù) = 12 * 16^3 * 8bit / 8k * 4bit = 12 * 2^12 * 8bit / 8 * 2^10 * 4bit = 12 = 12 * 2^15bit / 2^15bit = 12
數(shù)的表示
- 補碼范圍是-2^n-1 - 1 到 2^n-1 - 1 徒欣，所以個數(shù)為：2^n-1 - 1 + (2^n-1 - 1) = 2^n-1 + 2^n-1 = 2^n
- 90H 二進制為：1001 0000 （可以看出是負數(shù)了）
- 1001 0000 補碼轉(zhuǎn)原碼：正數(shù)不變逐样；負數(shù)，先減1打肝，變?yōu)?000 1111 脂新，再非符號位取反，變?yōu)?111 0000 = -（64+32+16）= -112
- 因 2X = -112 粗梭，所以X = -56
時鐘周期
定義
- 時鐘周期：也成震蕩周期争便，是時鐘頻率的倒數(shù)，是計算機最基本断医、最小的時間單位
- 機器周期：也成CPU周期滞乙，指完成一個基本操作（如取指，讀存儲器）所需時間鉴嗤，包括多個時鐘周期
- 指令周期：從主存去一條指令并執(zhí)行指令的時間（多個操作）斩启。包括多個機器周期
主頻與時鐘周期
主頻1GHz，代表1s有10003個時鐘周期醉锅，所以對應(yīng)的時鐘周期就是1/10003 = 1ns
時鐘周期是cpu最小單元
- hz是1/s
- 32bit/5個時鐘周期 = 4B/(5*1/200Mhz) = (4*200MB/s)/5 = 160MB/S
指令平均時鐘數(shù) = 總的時鐘周期 / 總的指令數(shù)
= （12000 * 1 + 3600 * 2 + 24000 * 4 + 20000 * 8 ）/ （12000 + 3600 + 24000 + 20000）= 2.24運算速度MIPS兔簇，指每秒執(zhí)行的b百萬指令數(shù)。
主頻400MHz，代表每秒有400百萬個時鐘周期，其中2.24個時鐘周期處理一個指令皇型，所以每秒處理的指令數(shù) = 400百萬/2.24 = 178.6百萬
阿姆達爾
假設(shè)原來系統(tǒng)運行時間為1個單位時間t，
某一功能站0.6此虑，則此功能的時間由0.6t 提高至 0.6t/5 = 0.12t
其余40%的時間不變甚纲，還是0.4t
提高后總時間變?yōu)椋?.12t+0.4t = 0.52t
提高了：t/0.52t = 1.923 倍
流水線
- 流水線執(zhí)行時間：一條指令所需時間+（指令條數(shù)-1）* 時間最長的指令的一段口锭；如果沒有對應(yīng)的選項，可以使用實踐公式： 指令段數(shù) * 時間最長的指令的一段 + （指令條數(shù)-1）* 時間最長的指令的一段
- 流水線吞吐率 = 指令條數(shù)/流水線執(zhí)行時間
- 流水線最大吞吐率 = 1/流水線周期
- 流水線加速比 = 順序執(zhí)行時間/流水線執(zhí)行時間 ，一般都是大于1
- 流水線最大加速比 = k（即指令執(zhí)行段數(shù)）
流水線周期：為單個流水線執(zhí)行時間最長的一段
計算方式：n/( (1+3+1+2+1)*t + (n-1)*3t )
第一個空：(3+2+4)*10 = 90
第二個空：max(3,2,4)=4
第三個空：(3+2+4)+(10-1)*4 = 45 鹃操； 如果用實踐公式計算：3*4+(10-1)*4 = 48
超標(biāo)量流水線
每個指令執(zhí)行階段都有n個并行通道韭寸，成為度為n的流水線。
度為2的超標(biāo)量流水線：假設(shè)指令數(shù)為n荆隘，可以看做n/2的普通流水線
假設(shè)恩伺，我們以度為2的流水線，還來計算上一道題的答案
第一個空：(3+2+4) * 10/2 = 45
第二個空：max(3,2,4)=4
第三個空：(3+2+4)+(10/2-1) * 4 = 25椰拒； 如果用實踐公式計算：3 * 4+(10/2-1) * 4 = 28
IO 接口
I/O接口作用：
1晶渠、數(shù)據(jù)緩沖：主機和外設(shè)工作速度匹配
2、錯誤或狀態(tài)監(jiān)測：反饋設(shè)備各種錯誤燃观、狀態(tài)信息
3褒脯、控制和定時：接收從控制總線發(fā)來的控制信號、時鐘信號
4缆毁、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：串并番川、并串等格式轉(zhuǎn)換
5、與主機和設(shè)備通信：實現(xiàn)主機—I/O接口—I/O設(shè)備間通信
輸入輸出
總線
- 分類：數(shù)據(jù)總線脊框、地址總線颁督、控制總線
- 特點：在某一時刻，只允許有一個部件向總線發(fā)送消息浇雹，但多個部件可同時從總線接收相同消息沉御。總線上信息傳送可以串行和并行昭灵。
計算機使用總線結(jié)構(gòu)便于增減外設(shè)嚷节，同時減少信息傳輸線的條數(shù)。但相對于專線結(jié)構(gòu)虎锚，其實際上也降低了信息傳輸?shù)牟⑿行粤蛱怠⑿畔⒌膫鬏斔俣取?/p>
數(shù)據(jù)總線(Data Bus)：在CPU與RAM之間來回傳送需要處理或是需要儲存的數(shù)據(jù)。
地址總線(Address Bus)：用來指定在RAM(RandomAccess Memory)之中儲存的數(shù)據(jù)的地址窜护。
控制總線(ControlBus)：將微處理器控制單元(ControlUnit)的信號:傳送到周邊設(shè)備效斑。
指令尋址
Cache
- 平均執(zhí)行周期 = h*t1 + (1-h) * t2
假設(shè)，cache命中率為95%柱徙，cache的周期時間為1ms缓屠，主存儲器周期為1000ms，則平均執(zhí)行周期 = 95% * 1ms + (1-95%) * 1000ms = 50.95 ms
多級存儲
可靠性計算
-
串聯(lián)與并聯(lián)
混合系統(tǒng)
校驗碼
奇偶校驗
通過在編碼中增加一位校驗位來使編碼中的1的個數(shù)為奇數(shù)(奇校驗)或者為偶數(shù)(偶校驗)护侮，從而使碼距變?yōu)?
CRC 檢驗碼
CRC（循環(huán)冗余檢驗碼）:它主要是通過對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行多項式計算敌完，然后將得到的結(jié)果附在數(shù)據(jù)幀的后面在進行傳輸，在收方收到數(shù)據(jù)幀后就可以利用CRC碼對數(shù)據(jù)進行檢查羊初，那樣就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的檢錯功能
（N滨溉，K）碼就是在K位的信息碼后面加上R位的監(jiān)督碼元什湘，整個碼長度位N位，（N晦攒，K）碼一個重要的特點就是整個編碼的長度為N位闽撤，其中信息字段就是K位，所以校驗字段（也叫作監(jiān)督碼元）的長度就是R=N-K位
- 名詞：生成多項式
比如：G(X)=X^3+X+1脯颜，對應(yīng)的二進制除數(shù)1011
X的3次方：說明對應(yīng)二進制長度是3+1 = 4 為
從高位開始算哟旗，1代表還有對應(yīng)的冪項，0代表沒有栋操；
1011：
第一個1闸餐，代表有X^3次方；
第二個0矾芙，代表沒有X^2次方绎巨；
第三個1，代表有X^1次方（即X）蠕啄；
第四個1场勤，代表有X^0次方（即1）；
比如：
- 舉例
假設(shè)使用的生成多項式是G(X)=X3+X+1歼跟。4位的原始報文為1010和媳，求編碼后的報文。
解：
1哈街、將生成多項式G(X)=X3+X+1轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制除數(shù)1011留瞳。
2、此題生成多項式有4位（R+1）(注意：4位的生成多項式計算所得的校驗碼為3位骚秦，R為校驗碼位數(shù))她倘，要把原始報文左移3（R）位變成1010 000
3、用生成多項式對應(yīng)的二進制數(shù)對左移3（R）位后的原始報文進行模2除（高位對齊）作箍，相當(dāng)于按位異或 得到的余數(shù)是R位的011硬梁，所以最終編碼為：1010 011
海明碼
比起普通的奇校驗偶校驗而言，海明碼非常強大的一點就在于它不僅可以實現(xiàn)校驗胞得，還能實現(xiàn)1bit的糾錯荧止。
- 在數(shù)據(jù)位之間插入K個校驗位。通過擴大碼距來實現(xiàn)檢查和糾錯
- 海明碼中校驗碼位數(shù)的公式：2^r >= m + r + 1
r 就是要求的校驗碼的最小值
m 就是信息碼的位數(shù)
例題1：
求信息碼1101的校驗碼的位數(shù)
求解過程：2^r >= 4 + r + 1 阶剑，那滿足此表達式的最小的r值為：3
安全基礎(chǔ)
對稱加密
適合大數(shù)據(jù)的加密跃巡，速度快
- DES: 替換+移位，56位秘鑰牧愁，64位數(shù)據(jù)塊素邪，速度快，秘鑰易產(chǎn)生
- 3DES: 兩個256的秘鑰k1,k2
加密:K1加密->K2解密->K1加密
解密:K1解密>K2加密->K1解密
- RC-5:
- IDEA算法：128秘鑰猪半，比DES加密性更好
非對稱加密
加密速度慢兔朦，適合小數(shù)據(jù)的加密偷线，比如對【對稱秘鑰】加密
- RSA : 512（或1024）位秘鑰，計算量大烘绽，難破解
- ECC: 橢圓曲線算法
信息摘要
- MD5: 散列值128位
- SHA: 散列值160位，安全性高于MD5
數(shù)字簽名
對摘要進行非對稱加密
數(shù)字證書/數(shù)字信封-公鑰體系
存取時間
平均存儲時間 = 尋道時間+選中傳輸時間+延遲時間
- 尋道時間 = 10ms * 10 = 100ms
- 平均存儲時間 = （100ms + 100ms + 2ms）*100 = 20200ms
磁盤旋轉(zhuǎn)
-
解題思路
磁盤在讀完R0俐填，對R0進行處理的過程中安接，磁頭還在旋轉(zhuǎn)中。等R0處理完英融，磁頭已經(jīng)到了R2開始處了盏檐，所以要讀取R1，只能再旋轉(zhuǎn)一周驶悟。
多媒體
