R004 -计算机硬件基础

目录

1.数据表示&计算机网络组成

2.计算机网络分类

3.冯·诺依曼体系结构

4.指令系统基础

5.指令系统类型

6.流水线技术

[流水线周期 :各流水段中,执行时间最长的那一段。就是T](#流水线周期 :各流水段中,执行时间最长的那一段。就是T)

[流水线时间:t 1+t2+t 3 +(n-1) * T](#流水线时间:t 1+t2+t 3 +(n-1) * T)

7.流水线指标

8.存储系统

9.系统可靠性


1.数据表示&计算机网络组成

数据的表示:逢R进1

|------|-------------|------|
| R进制 | 1位可以表示数 | 后缀 |
| 二进制 | 0,1 | 10 B |
| 八进制 | 0~7 | 10 O |
| 十进制 | 0~9 | 10 D |
| 十六进制 | 0~9,ABCDEF | 10 H |

|-----|----|----|----|---|---|---|---|
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |

|---------|----------|-----------|-------------|------|-----|-------|
| -1 | -2 | -3 | -4 | -5 | -6 | -7 |
| 1/2=0.5 | 1/4=0.25 | 1/8=0.125 | 1/16=0.0625 | 1/32 | 1/4 | 1/128 |

|---------|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| 八进制 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 二进制(三位) | 000 | 001 | 010 | 011 | 100 | 101 | 110 | 111 |

计算机网络组成 = 物理组成+软件+协议+功能组成

定义:将分散的、具有独立功能 的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享的系统

|------|-------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 物理组成 | 主机:服务器、客户端 网卡、调节器 路由和交换设备:交换机、路由器等等 |
| 软件 | |
| 协议 | * 语法 传输数据的格式 * 语义 控制协调、差错处理的顺序关系 * 时序 各种操作的时间顺序 |
| 功能组成 | 资源子网:边缘部分 通信子网: 核心部分 |

2.计算机网络分类

|------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 分布范围 | 广域网 城域网 局域网 |
| 拓扑结构 | 总线型:负载高、通信效率低 星型:成本高、中心节点要求高 环型:适合对时间敏感 的网络,实时控制局域网 树型:适合层次分明 网状型:每个节点至少有两条路径,控制复杂、线路成本高,用于Internet主干网络 |

3.冯·诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构 :具有五大组成=运算器+控制器+存储器+输入+输出设备

其中 运算器+控制器 =CPU的两大核心部件

|-------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 存储器 | 存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类 CPU直接交换信息的是主存。 | * 主存储器(Main memory:其作用是存放指令和数据,并能由CPU直接随机存取;CPU和主存储构成主机。 * 辅助存储器:长期保在的程序或数据,断电后也不会丢失,容量比较大,但存取速较慢 |
| 计算机总线 | * 是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。 * 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。 * 数据总线宽度 :指CPU中运算器与存储器之间互连的内部总线根数,也指CPU一次读取的二进制位数,同时也说明字长。 * 地址总线的宽度就是CPU寻址范围,若地址总线为n位,则可寻址空间为2的n次方 | 常见的并行总线和串行总线: 串行总线:USB、RS232 并行总线:PCI总线、IEEE488总线 32位操作系统理论上支持的最大内存空间容量为:2的32次方 → 4GB 单位: KB→MB→GB |

4.指令系统基础

  1. 寻址方式

指令的组成 =操作码+地址码

操作码:指明该指令要完成的操作,如取数、做加法或输出数据等。 干什么-do what

地址码:指明操作数的内容或所在的存储单元地址。 去哪里干-where do

2.寻址方式

指获得操作数的方法。在指令系统中可采用多种寻址方式,用以实现扩大寻址空间并提高编程灵活性的目的。

|-------|----------------------------------|
| 立即寻址 | * 操作数在指令里,可以直接找到操作数 * 速度最快 |
| 直接寻址 | 操作数在内存(主存)中,访问内存 |
| 寄存器寻址 | 操作数在寄存器中,访问寄存器 |
| 间接寻址 | 先寄存器→再去内存; 操作数在内存,寄存器中存放的是操作数的地址 |

Q:在机器指令的地址字段中,直接指出操作数所存放的主存地址的寻址方式称为

A:立即寻址

5.指令系统类型

CISC(复杂) :

  1. 数量多,使用频率差别大,可变长格式;
  2. 寻址方式多种
  3. 微程序控制技术

RISC(精简)

  • 数量少,使用频率接近,定长格式,大部分为单周期指令,操作寄存器,只有Load/Store操作内存
  • 寻址方式较少
  • 硬布线逻辑控制为主;适合采用流水线

微程序控制是哪一个指令系统? 复杂CISC

6.流水线技术

→取指→分析→执行→

流水线周期 :各流水段中,执行时间最长的那一段。就是T

流水线时间:t 1+t2+t 3 +(n-1) * T

如图 取指 1ns ,分析 1ns, 执行 2ns

Q1 : 流水周期是多少?

Q2 :101指令 要运行的时间是?

A1 ++流水周期++ 找各阶段中的最长时间,是2ns

A2 (1+1+2)+(101 - 1 )*2 =204 ns

7.流水线指标

8.存储系统

9.系统可靠性

可靠性的四个指标:失效率即故障率、平均无故障、平均故障修复、可用性。吞吐量可不包含在可靠性内。

  1. 失效率:单位时间内发生故障的概率
  2. 平均无故障时间MTBF:一般指产品在两次故障之间的平均时间间隔,以小时为单位
  3. 平均故障修复时间MTTR:一般指产品故障维修所需的平均修复时间
  4. 可用性:系统能够正常运行的时间比例
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