【原文链接】软考高级系统架构设计师（一）计算机硬件
1.1 计算机硬件组成
1.1.1 计算机的基本硬件组成
- 运算器
- 控制器
- 存储器
- 输入设备
- 输出设备
1.1.2 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）的组成
- 运算器
- 控制器
- 寄存器组
- 内部总线
中央处理单元（CPU）的功能
- 程序控制
- 操作控制
- 时间控制
- 数据处理
运算器的组成
- 算数逻辑单元（ALU）
- 累加寄存器（AC）
- 数据缓冲寄存器（DR）
- 状态条件寄存器（PSW）
控制器的组成：
- 指令寄存器（IR）
- 程序计数器（PC）
- 地址寄存器（AR）
- 指令译码器（ID）
1.1.3 存储器
- 内部存储器
速度高、容量小、一般用于临时存放程序、数据以及中间结果 - 外部存储器
容器量大、速度慢，可以长期保存程序和数据
1.1.4 外部设备
- 输入设备
用于输入原始数据及各种命令 - 输出设备
用于输出计算机的运行结果
1.2 校验码
1.2.1 码距
从A码到B码转换所需改变的位数成为码距
1.2.2 奇偶校验码
- 奇校验
在编码中增加1位校验位，使编码中1的个数为奇数 - 偶校验
在编码中增加1位校验位，使编码中1的个数为偶数
1.2.3 循环冗余校验码（CRC）
循环冗余校验码CRC的计算步骤
- 在原始信息位后增加n个0（n为生成多项式的最高阶数）
- 根据生成多项式计算出除数
- 原始信息位不断地除以除数（除法计算规则实为异或运算），从而得到余数，余数位数为生成多项式的最高阶数，不足的在前面补0
- 将余数追加到原始信息位后即得到循环冗余校验码
1.3 指令系统
1.3.1 计算机指令的组成
- 操作码
- 操作数
1.3.2 计算机指令的执行过程
- 取指令
- 分析指令
- 执行指令
1.3.3 指令的寻址方式
- 顺序寻址方式
- 跳跃寻址方式
1.3.4 指令操作数的寻址方式
- 立即寻址方式
- 直接寻址方式
- 间接寻址方式
- 寄存器寻址方式
- 基址寻址方式
- 变址寻址方式
1.3.5 复杂指令系统CISC特点
- 指令数量多
- 指令使用频率差别大
- 指令可变长格式
- 支持多种寻址方式
- 由微程序控制技术实现
- 研制周期长
1.3.6 精简指令系统RISC特点
- 指令数量少
- 指令使用频率接近
- 指令定长格式
- 支持寻址方式少
- 依靠硬件实现（通过寄存器和硬布线逻辑控制）
- 优化编译，有效支持高级语言
1.3.7 RISC中的流水线技术
- 超流水线技术
- 超标量技术
- 超长指令字技术
1.3.8 流水线时间计算
- 流水线周期
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
一条指令总执行时间+（总指令条数-1）* 流水线周期 - 流水线吞吐率
指令条数/流水线执行时间 - 流水线的加速比
不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间
1.4 存储系统
1.4.1 存储系统的两级存储
- Cache-主存
- 主存-辅存
1.4.2 存储系统的局部性原理
- 时间局部性原理
相邻的时间里会访问同一数据项 - 空间局部性原理
相邻的空间地址会被连续访问
1.4.3 地址映射
地址映射的含义
将主存地址转换为Cache存储器地址，这种地址的转换成为地址映射，地址映射是由硬件自动完成映射的
地址映射的方法
- 直接映射
- 全相连映射
- 组组相连映射
1.4.4 Cache的替换算法
- 随机替换算法
- 先进先出算法
- 近期最少使用算法
- 优化替换算法
1.4.5 磁盘调度算法
- 先来先服务FCFS
- 最短寻道时间优先SSTF
- 扫描算法SCAN
- 单向扫描调度算法CSCAN
1.5 输入/输出技术
1.5.1 内存与接口地址的编址方法
- 独立编址方法
- 统一编址方法
1.5.2 计算机与外设之间的数据交互方式
- 程序控制（查询）方式
- 程序中断方式
- DMA方式（直接主存存取）
1.6 总线结构
1.6.1 总线
总线是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道
1.6.2 总线分类
- 内部总线
- 系统总线
- 外部总线
1.6.3 系统总线分类
- 数据总线
- 地址总线
- 控制总线
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