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