软考架构师笔记-计算机系统组成-1

1.1.1 计算机硬件的组成

  1. 运算器
    • ALU(算术逻辑单元)
    • AC(累加器)
    • PSW(程序状态寄存器)
  2. 控制器
    • PC、IR、ID(指令译码器)
  3. 存储器
  4. 输入
  5. 输出

1.1.2 计算机系统结构的分类

  • 冯*诺依曼:指令和数据存储合并在一起,指令和数据通过相同的数据总线传输,I3/I5/I7处理器
  • 哈佛:将程序和数据存储在不同的存储空间中,一般用于DSP(数字信号处理)

1.1.3 CISC 与 RISC

  • CISC( Complex Instruction Set Computer)
    • 指令众多、指令使用频率差异大、支持多种寻址方式、变长的指令、指令可以对主存中的数据直接处理、微程序控制为主
  • RISC(Reduced Instruction Set Computer)
    • 指令数量少、寻址方式少、指令长度固定、以硬布线控制为主、但制定周期执行、优化编译器、CPU中通用寄存器多、

1.1.4 总线

  • 总线分类
    • 地址总线
    • 数据总线
    • 控制总线
  • 总线宽度
    • 总线的线数
  • 总线带宽
    • 每秒传输的字节数
    • = 总线宽度 * 总线频率
  • 时钟频率 和 时钟周期的 概念
  • 一个总线周期可以是多个时钟周期

1.2 存储器系统

  • 存储器的存取方式(typedef)
    1. 顺序存取 (磁带,共享的读写装置进行数据存取)
    2. 直接存取 (磁盘,共享的读写装置进行数据存取)
    3. 随机存取 (主存)
    4. 相连存取 (读写是取决于内容而非地址,使用xxx相关联的关键字来访问存储器)

1.2.1 主存储器

  • 主存
    • RAM(Random Access Memory)
      • SRAM(一个SRAM单元通常由4-6只晶体管组成)
      • DRAM(一个DRAM单元需要1只晶体管组成),是构成主存的主要部分
    • ROM (Read Only Memory),比如BIOS程序。硬盘属于外存,不属于主存。
    • Cache
    • 寄存器

1.2.2 辅助存储器

  • 磁盘
    • 关键词
      • 磁面
      • 磁头
      • 磁道
      • 扇区
      • 柱面
  • 寻道时间
    • 从当前磁道到目标磁道的时间
  • 旋转延迟时间
    • 等待读写的扇区转到磁头的下方,通常为转半圈的时间
  • 传输时间
    • 读写当前扇区块数据的时间
  • 存取时间:平均寻道时间 + 平均旋转延迟时间

1.2.3 Cache存储器

Cache+主存储器的平均时间 = Cache的命中率 * Cache周期 + (1 - Cache的命中率) * 主存周期

有个题目没搞明白:1/5的指令需要存取一个操作数的题目???

  • 映射机制
    1. 直接映射
      • 区号 + 页号 + 业内地址
      • 每个区中的页号都是从0开始
      • 主存中的 每个0页只能进到Cache的0页
    2. 全相联映射
      • 页号 + 页内地址
      • 页号从0开始一直累加
      • 查表耗时
    3. 组相联映射
      • 区号 + 组号 + 组内地址 + 页内地址
      • 分析一个区
        • 假如只有一组,一组中有若干页,其实就是全相连映射
        • 假如有若干组,每组只有一页,其实就是直接映射。

1.3 流水线

  • 流水线周期:取址 + 译码 + 分析
  • 理论公式:(T1 + T2 + ... Tn) + (n-1)*t
  • 实践公式:K*t + (n - 1) * t
  • 超标量流水线,度为m:(T1 + T2 + ... Tn) + ((n/m)-1)*t,其中n/m向上取整。
  • 流水线吞吐率:指令条数 / 流水线执行时间
  • 流水线加速比:不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间
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