【软考】5计算机组成
1、CPU组成
计算机中提供指令地址的程序计数器PC在( A)中。
A、控制器
B、运算器
C、存储器
D、IO设备
CPU执行算术运算或者逻辑运算时，常将源操作数和结果暂存在(B )中。
A、程序计数器(PC)
B、累加器(AC)
C、指令寄存器(IR)
D、地址寄存器(AR)
2、寻址方式
指令即机器语句，一组有意义的二进制码
组成格式为： 操作码 + 地址码
寻址方式种类与特点
在机器指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式称为(C )。
A、隐含寻址
B、寄存器寻址
C、立即寻址
D、直接寻址
3、CISC & RISC
复杂指令集计算机，Complex Instruction Set Computer。简称CISC
精简指令集计算机，Reduce Instruction Set Computer。简称RISC
以下关于RISC (精简指令系统计算机)技术的叙述中，错误的是(B)
A、指令长度固定、指令种类尽量少
B、指令功能强大、.寻址方式复杂多样
C、增加寄存器数目以减少访存次数
D、用硬布线电路实现指令解码，快速完成指令译码
4、流水线技术
相关参数计算:流水线执行时间计算、流水线吞吐率、流水线加速比、流水线效率
流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。
各种部件同时处理是针对不同指令而言的，它们可同时为多条指令的不同部分进行工作，
以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度
线性执行的耗时
流水执行的耗时
实际流水执行的耗时
但是实际流水存在延迟情况，每多一个步骤都会被上一个步骤的延迟而滞后执行
吞吐率公式
在单位时间内，流水线完成的任务数量和结果数量
一、基本公式
流水线吞吐率的最基本公式为：
吞吐率 TP = 任务数（指令条数）/ 完成任务所需的时间（流水线执行时间）
二、详细计算
在实际应用中，流水线执行时间可以通过以下公式计算：
流水线执行时间 = 一条指令所需时间 + (指令条数 - 1) × 时间最长的指令的一段
这里，“时间最长的指令的一段”通常指的是流水线周期，即流水线中执行时间最长的那个阶段所需的时间。因此，流水线执行时间也可以表示为：
流水线执行时间 = (k + n - 1) × t
其中，k 是一条指令所需的步骤数（或阶段数），n 是执行的指令条数，t 是流水线周期。
将上述公式代入吞吐率公式中，得到：
吞吐率 TP = n / [(k + n - 1) × t]
三、最大吞吐率
当指令条数 n 趋于无穷大时，k - 1 可以忽略不计，此时流水线的最大吞吐率为：
最大吞吐率 TP_max = 1 / t
这表示在理想情况下，流水线每个周期都能完成一个任务，从而达到最大的吞吐率。
下列关于流水线方式执行指令的叙述中，不正确的是(A )。
A、流水线方式可提高单条指令的执行速度
B、流水线方式下可同时执行多条指令
C、流水线方式提高了各部件的利用率
D、流水线方式提高了系统的吞吐率
将一条指令的执行过程分解为取指、 分析和执行三步，按照流水方式执行，
若取指时间t取指=4△t、分析时间t分析=2△t、执行时间t执行=3△t,则执行完100条指令，需要的时间为(D )△t
A、200
B、300
C、400
D、405
流水执行时间：（4 + 3 + 2） + （100 - 1）* 流水周期最长段任务 4 = 405
吞吐率：100 / 405
最大吞吐率：1 / 4
5、I / O 输入输出
中断处理过程:
1 CPU无需等待也不必查询I/O状态。
2 当I / O 系统准备好以后，发出中断请求信号通知CPU;
3 CPU接到中断请求后，保存正在执行程序的现场(保存现场) 即服务程序的入口地址，保存到中断向量表中
3 打断的程序当前位置即为断点;
4 (通过中断向量表)转入I / O中的服务程序的执行，完成I/O系统的数据交换;
5 返回被打断的程序继续执行(恢复现场)。
计算机系统中常用的输入/输出控制方式有无条件传送、中断、程序查询和DMA方式等。
当采用( A)方式时，不需要CPU执行程序指令来传送数据。
A.中断
B.程序查询
C.无条件传送
D. DMA
计算机运行过程中，遇到突发事件，要求CPU暂时停止正在运行的程序，
转去为突发事件服务，服务完毕，再自动返回原程序继续执行，这个过程称为(B )，
其处理过程中保存现场的目的是( C)。
A阻塞 B中断 C动态绑定 D静态绑定
A防止丢失数据 B防止对其他部件造成影响 C返回去继续执行原程序 D为中断处理程序提供数据.
CPU是在(D )结束时响应DMA请求的。
A一条指令执行
B一段程序
C一个时钟周期
D一个总线周期
6、总线
一条总线同一时刻仅允许一个设备发送，但允许多个设备接收。
以下关于总线的叙述中，不正确的是(C)。
A、并行总线适合近距离高速数据传输
B、串行总线适合长距离数据传输
C、单总线结构在一个总线上适应不同种类的设备，设计简单且性能很高
D、专用总线在设计上可以与连接设备实现最佳匹配
7、可靠性分析指标
在实际应用中，一般MTTR很小，所以通常认为MTBF≈MTTF。
可靠性可以用可以用MTTF/ (1+MTTF)来度量。
软件可靠性是指系统在给定的时间间隔内、在给定条件下无失效运行的概率。
若MTTF和MTTR分别表示平均无故障时间和平均修复时间，则公式( A)可用于计算软件可靠性。
A、MTTF/(1+MTTF)
B、1/(1+MTTF)
C、MTTR/(1+MTTR)
D、1/(1+MTTR)
8、串联和并联
串联系统，部件可靠时才可靠, 可靠率 R = R1 * R2 .... RN （N表示部件数量）
并联系统，并联部分只要求其中一个可靠即可，其余部分为冗余部分，容错和提高可靠性
1 - R 表示失效率，1 - 失效率即可靠率
可靠率R = 1 - (1 - R1) * (1 - R2) * .... (1 - R3)
N混合系统
R1 部件1, R2 3部件并联， R3 2部件并联
R1的可靠率为R
R2的可靠率为 1 - (1 - R)3
R3的可靠率为 1 - (1 - R)2
系统的整体可靠率为 R * ( 1 - (1 - R)3 ) * ( 1 - (1 - R)2 )
某系统由3个部件构成，每个部件的千小时可靠度都为R, 该系统的千小时可靠度为(1- (1- R) 2) R,则该系统的构成方式是(D)。
A、3个部件串联
B、3个部件并联
C、前两个部件并联后与第三个部件串联
D、第一个部件与后两个部件并联构成的子系统串联
R * (1 - (1- R) 2) ,所以是一个串联 + 两个并联，选答案D
9、性能指标
字长：
一、支持内存不同 1、32位系统的最大寻址空间是2的32次方=4294967296（bit）= 4（GB）左右（一般是可以用3.25G左右就满了）。 2、64位系统的最大寻址空间为2的64次方=4294967296（bit）的32次方，数值大于1亿GB。 二、两者支持处理器不同 64位的操作系统支持基于64位的处理器（包括32位处理器），而32位的系统却不能完全支持64位的处理器。 三、支持软件不同 32位的操作系统，支持基于32位的软件，不能运行64位的软件;而64位的系统一般这两种类型的都支持，基本上与各种软件都兼容. 四、处理数据能力不同 1、32位和64位表示CPU可以处理最大位数，每次运算量不一样，理论上64位的会比32位快1倍，内存寻址也不一样。 2、64位系统都比32位系统大的多,比如win7 64位比win7 32位系统大700M左右。
数据通路宽度:
数据通路宽度是指计算机体系结构中用于传输数据的总线的宽度，也称为数据通路宽度（Data Path Width）。
它表示计算机系统中数据传输的并行性，即每个时钟周期内可以同时传输的数据位数。数据通路宽度通常以位（bit）为单位进行表示。 数据通路宽度对计算机的性能和数据传输速度有重要影响。
较宽的数据通路意味着更多的数据位可以一次性传输，从而实现更高的数据传输速率。
例如，一个32位的数据通路可以一次性传输32位的数据，比一个16位的数据通路传输速度快一倍。
主存容量和速度：
内存条容量，2G、4G、8G、12G、16G、24G、32G、64G、128G
内存条速度，2133Mhz，2399Mhz，2599Mhz，3199Mhz
主频速度：
CPU时钟周期 = 1 / 主频速度 (秒)
CPU时钟周期是计算机中最基本的时间单位，定义为时钟频率的倒数。
在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。
时钟周期也称为振荡周期，表示了SDRAM所能运行的最高频率。更小的时钟周期意味着更高的工作频率。 时钟周期与时钟频率的关系是，时钟频率是时钟周期的倒数。
例如，如果一个CPU的时钟频率为3.2 GHz，那么它的时钟周期大约为312.5皮秒（1秒=10^9皮秒，3.2 GHz=3.2x10^9次/秒，所以周期=1/(3.2x10^9)秒≈312.5皮秒）。
CPI 平均每条指令的平均时钟周期个数
CPI（Cycles Per Instruction）即平均每条指令的平均时钟周期数，是一个用于衡量计算机处理器性能的重要指标。以下是对CPI的详细解释： 一、定义 CPI表示执行一条指令所需的平均时钟周期数。
它反映了处理器的效率，即处理器在执行指令时的“忙碌”程度。
CPI值越低，说明处理器执行指令的效率越高，能够在较少的时钟周期内完成指令的执行。 二、计算公式 CPI的计算公式为：CPI = 总时钟周期数 / 总指令数。
在实际应用中，如果知道每条指令的执行次数（Ii）和每条指令所需的时钟周期数（CPIi），则可以通过求和的方式计算CPI，即CPI = (CPIi * Ii) / 总指令数（IC）。 三、与处理器性能的关系 主频：主频是处理器的时钟频率，表示每秒钟产生的时钟周期数。主频越高，处理器每秒钟能够执行的指令数就越多，但CPI值也会受到主频的影响。 MIPS：MIPS（Million Instructions Per Second）表示每秒执行百万条指令数，是衡量处理器性能的一个重要指标。
MIPS = 主频 / CPI，因此CPI值越低，MIPS值越高，处理器的性能就越好。 执行时间：执行时间 = CPI * 指令数 / 主频。在指令数和主频一定的情况下，CPI值越低，执行时间就越短，处理器的性能就越好。
四、应用实例 假设某处理器的时钟频率为500MHz，每4个时钟周期组成一个机器周期，执行一条指令需要3个机器周期。
则每条指令的时钟周期数CPI = 3 * 4 = 12。
此时，处理器的平均执行速度为MIPS = 主频 / CPI = 500 / 12 ≈ 41.67 MIPS，约等于42 MIPS。 综上所述，CPI是衡量处理器性能的一个重要指标，它反映了处理器执行指令的效率。
通过优化指令集、提高处理器架构的效率等方式，可以降低CPI值，从而提高处理器的性能。
每秒百万次浮点运算
MFLOPS是Million Floating-point Operations Per Second的缩写，即每秒百万次浮点运算，是衡量计算机系统浮点运算能力的一个重要技术指标。
以下是对MFLOPS的详细解释： 一、定义与计算方式 MFLOPS的定义是每秒能够完成的浮点运算次数，其计算方式为：浮点操作次数除以（执行时间乘以10^6）。
这里，浮点操作次数指的是在一定时间内计算机完成的浮点运算数量，执行时间则是完成这些运算所需的时间（以秒为单位）。
通过该公式计算得出的MFLOPS值，直观地反映了计算机每秒能够执行的浮点运算次数。 二、应用与特点 应用领域：MFLOPS主要应用于科学计算、图形处理和工程仿真等领域，这些领域对浮点运算能力有较高要求。 特点：MFLOPS专注于浮点运算能力，是评估计算机在处理复杂数学计算时性能的重要指标。
然而，它只能反映浮点运算的情况，不能全面反映计算机的整体性能。 比较与评价：MFLOPS可用于比较和评价在同一系统求解上同一问题的不同算法的性能。
同时，由于不同数量的指令数可能执行相同的浮点数个数，因此MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能。
三、与其他性能指标的对比 与MFLOPS相关的其他性能指标还包括MIPS（Million Instructions Per Second，每秒百万条指令数）、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS和ZFLOPS等。
这些指标分别代表了不同级别的浮点运算能力，适用于评估不同性能水平的计算机系统。
其中，MIPS主要衡量CPU的整数和定点指令处理能力，而MFLOPS则专注于浮点运算能力。
GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS和ZFLOPS则分别代表了每秒十亿次、万亿次、千万亿次、百亿亿次和十万亿亿次浮点运算的能力，这些指标在高性能计算、超级计算机等领域具有广泛应用。 综上所述，MFLOPS是衡量计算机系统浮点运算能力的一个重要技术指标，具有广泛的应用领域和独特的特点。
在评估计算机性能时，需要结合具体的应用场景和需求来选择合适的性能指标进行衡量。
响应时间 RT ResponseTime 和 完成时间 TAT Turn Around Time
一、响应时间 定义： 在操作系统中，响应时间指的是从用户发出请求或指令到系统做出反应（响应）的时间。 在更广泛的计算机和网络领域，响应时间可以定义为从空载到负载发生一个步进值的变化时，传感器的响应时间，或者从测试量变化一个步进值后，传感器达到最终数值90%所需要的时间。 影响因素： 系统负载：系统负载越高，响应时间可能越长。 调度算法：不同的进程调度算法会影响响应时间。例如，最短作业优先（SJF）和最短完成时间优先（STCF）等算法可能优化周转时间，但对响应时间不利；而轮转调度（RR）等算法则可能优化响应时间，但对周转时间不利。 硬件配置：CPU速度、内存大小、I/O设备等硬件配置也会影响响应时间。 应用场景： 响应时间对于交互式系统至关重要，如实时操作系统、数据库管理系统、Web服务器等。在这些系统中，用户期望得到快速的响应，因此响应时间成为衡量系统性能的重要指标之一。 二、完成时间 定义： 完成时间指的是任务从进入系统到完成所需的总时间。它包括了任务在各个工作中心上耗费的时间和等待的时间。 在某些文献中，完成时间也被称为完工时间（Makespan）。 计算方式： 假设任务i的到达时间为T(到达时间)，其执行时间为一定的时间间隔，则任务i的完成时间C可以表示为：C = T(到达时间) + 任务i的执行时间。 在多任务系统中，完成时间还需要考虑任务之间的调度和等待时间。 影响因素： 任务数量：任务数量越多，完成时间可能越长。 任务优先级：高优先级任务可能获得更多的CPU时间和资源，从而缩短其完成时间。 系统资源：CPU速度、内存大小、I/O设备等系统资源也会影响任务的完成时间。 应用场景： 完成时间对于批处理系统、分布式计算系统和实时系统等都非常重要。在这些系统中，任务的完成时间直接影响系统的吞吐量和效率。 三、总结 响应时间和完成时间是衡量计算机系统性能的两个重要指标。 响应时间主要关注用户请求的即时响应能力，而完成时间则关注任务从进入系统到完成所需的总时间。 这两个指标都受到系统负载、调度算法、硬件配置和任务数量等因素的影响。 在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的性能评估指标。
软件质量属性中，( B)是指软件每分钟可以处理多少个请求。
A、响应时间
B、吞吐量
C、负载
D、容量
某计算机系统的CPU主频为2.8GHz.某应用程序包括3类指令，各类指令的CPI(执行每条指令所需要的时钟周期数)及指令比例如下表所示。
执行该应用程序时的平均CPI为_ ( ) ;运算速度用MIPS表示，约为().
A.25 B.3 C.3.5 D.4
A.700 B.800 C.930 D.1100
解题思路
CPU主频为2.8GHz ，时钟周期为 1 / 2.8Ghz
加权平均求取 4 * 0.35 + 2 * 0.45 + 6 * 0.2 = 1.4 + 0.9 + 1.2 = 3.5，第一项选C
MIPS = CPI * 时钟周期 = 1 / ( 3.5 * 1 / 2.8Ghz ) = 800 第二项选B
