软考学习~计算机组成结构必背点
一、计算机硬件组成
计算机的硬件基本系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备（eg鼠标键盘）、输出设备（eg显示器）；
存储器分为：内部存储器、外部存储器。 内部存储器即内存，容量小、速度快、临时存放数据；外部存储器即硬盘光盘等，容量大，速度慢，长期保存数据；
外设：输入设备、输出设备 合并成为外部设备，即外设；
主机：cpu+主存储器;
中央处理单元即CPU：运算器+控制器+寄存器组（32/64bit）+内存总线 等部件；
运算器功能：算术运算和逻辑运算；由算术逻辑单元ALU、累加寄存器AC（运算结果或源数据的存放区）、数据缓冲寄存器DR、状态条件寄存器PSW组成。
控制器功能：控制整个CPU工作，包括程序控制、时序控制、操作控制；
控制器组成：指令寄存器IR(暂存CPU执行指令)、程序计数器PC(存放指令执行地址)、地址寄存器AR(保存当前CPU所访问的内存地址)、指令译码器ID(分析指令操作码)
**从PC里取出指令存放地址，如0x000001，从主存里找到这个地址，按这个地址取出指令，存放到指令寄存器IR里，然后指令译码器ID分析指令。（PC--->IR---->ID）
CPU根据不同阶段决定取指令还是取数字：取指时取指令， 执行指令时取数据。
二、数据的进制转换
常见的进制：二进制(符号：0b，表示eg：0b0011)、八进制、十进制、十六进制（包含：0~9,a,b,c,d,e,f，符号：0x或H，表示eg：0x18F或18FH）
R进制转十进制：位权展开法。 eg：6进制数5043---》十进制=5*63+0*62 +4*61 +3*60 。从最低位开始，每一位乘以R的0,1,2,3...次方。
十进制转R进制：除余法。十进制数字 依次除以R，记录余数，直至商为0,。将所有余数从下往上排列成从左至右的顺序，即为转换后的R进制数。
示例：
特殊转换：二进制、八进制、十六进制转换。每3位二进制可以转换为1位八进制数值，每4位二进制可以转换为1位16进制数值。
eg：（0010 1101）2 转换成16进制： 0010=2 1101=1*23 +1*22+1*20=13（对应16进制的d）16进制即为 2d
三、数的编码方式
符号位，0表示正数，1表示负数，eg：+0（0 0000000），-0（1 0000000）
不同码制的特点：
| 码制 | 正数 | 负数 |
| 原码 | 正常二进制表示数，+0 | 正常二进制表示数，-0 |
| 反码 | 同原码 | 原码符号位外，取反 |
| 补码 | 同原码 | 反码末位+1 |
| 移码 | 补码符号位取反 | 补码符号位取反 |
不同字长的取值范围：
| 码制 | 定点整数 | 定点小数 | 备注 |
| 原码 | -(2n-1-1) ~ +(2n-1-1) | -(1-2-(n-1)) ~ +(1-2-(n-1)) |
整数：去掉符号位，实际数值位长为n-1，再减去-0、+0 小数：把整数范围整体除以2n-1 |
| 反码 | -(2n-1-1) ~ +(2n-1-1) | -(1-2-(n-1)) ~ +(1-2-(n-1)) |
原码符号位外，取反，其余同上 |
| 补码 | -2n-1 ~ +(2n-1-1) | -1 ~ +(1-2-(n-1)) | 反码末位+1，补码只有一个0 |
| 移码 | -2n-1 ~ +(2n-1-1) | -1 ~ +(1-2-(n-1)) | 补码符号位取反，移码也只有一个0 |
浮点数表示： N=F*2E F为尾数，为带符号的纯小数，影响数值精度；E为阶码，为带符号的纯整数，影响数值范围。
四、校验码
码距：从A码到B码转换所需要改变的位数。 码距越大，越有利于纠错和检错。
奇偶校验码：在编码中增加1位校验位来使编码中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。奇偶校验只能检出1位错，无法纠错。
循环冗余校验码CRC：原始报文/多项式（eg：x4+x2+1，除数为10101），求得余数，最终结果为：数据位+校验位（即余数），计算方式为模二运算：相同为0，不同为1。
海明校验码：本质也是利用奇偶性来检错和纠错。方法是在数据位之间的确定位置上插入k个校验位，通过扩大码距来实现检错和纠错。
数据位为n位，校验位为k位，必须满足2k-1>=n+k。 eg：假设校验位k是3位，数据位n<=23-1-3 即数据位n<=4。
简易理解方式，数据所有位编号，在2的0、1、2......次方位插入校验数据，直到数据的最高位。
检错和纠错原理： 以数据1101为例
第7位=第1位+第2位+第4位、第6位=第2位+第4位、第5位=第1位+第4位、第3位=第1位+第2位===>根据位数编号和来判断，引用到哪一个校验位的，即为该位的被校验位
由上述位数编号可得，r2（第4位）校验的是I2、I3、I4 （第5、6、7位=0、1、1），r2的值== （与0、1、1异或运算的值）。===>校验位是由信息位异或来的
若为偶检验，r2应为0；若为奇校验，r2应为1；
若偶校验接收到的数据为1101101，如图排列后，校验位与信息位分别进行一下异或运算：
r2⊕I4⊕I3⊕I2 r2校验的位数为第5、6、7位，则 r2与这几位数一起进行异或运算，1⊕1⊕0⊕1=1（不满足偶校验结果应全为0）
r1⊕I4⊕I3⊕I1 r1校验的位数为第3、6、7位，则 r2与这几位数一起进行异或运算，0⊕1⊕0⊕1=0（满足偶校验结果应全为0）
r0⊕I4⊕I2⊕I1 r0校验的位数为第3、5、7位，则 r2与这几位数一起进行异或运算，1⊕1⊕1⊕1=0（满足偶校验结果应全为0）
将r2r1r0排列为二进制100，即指出第4位出错。纠错方法就是将1逆转为0。偶校验正确的接收数据为1100101。
五、计算机体系结构分类
SISD: 单指令流单数据流 一个控制器、一个处理器、一个主存模块，代表为单处理器系统；
SIMD:单指令流多数据流 一个控制器、多个处理器、多个主存模块，异步执行指令，代表为并行处理机、阵列处理机、超级向量处理机；
MISD:多指令流单数据流 多个控制器、一个处理器、多个主存模块，不可能存在的；
MIMD:多指令流多数据流 多个控制器、多个处理器、多个主存模块，作业、人、指令等各级全面并行，代表为多处理机系统、多计算器；
六、指令寻址方式
指令寻址方式：顺序寻址、跳跃寻址（不从程序计数器中给，跳跃后按新的指令地址开始顺序执行）
指令操作数寻址方式：
立即寻址（指令地址码字段就存操作数本身）
直接寻址（指令地址码字段存操作数在主存中的地址）
间接寻址（指令地址码字段指向的存储单元中，存储的是操作数地址）
寄存器寻址（指令地址码字段指向的是寄存器的编号）
七、流水线相关计算
流水线周期：指令分成不同执行段，执行时间最长的段为流水线周期
流水线执行时间：1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：总指令条数/流水线执行时间
流水线加速比：不使用流水线总执行时间/使用流水线总执行时间
超标量流水线技术：常规度为1，大于1就是超标量技术。当度为3时，相当于3条流水线并行执行，即取值、分析、执行每个阶段同时处理3条指令。
当题目提到度时，指令条数=总指令条数/度，然后再计算流水线执行时间。
