软件设计复习1

计算机组成与体系结构

课程内容提要：
      数据的表示
       二进制：小数点前：0、1、2、3、...进制，小数点后：-1、-2、...，底数为2
       七进制：小数点前：0、1、2、3、...进制，小数点后：-1、-2、...，底数为7
       十进制转二进制：短除法，除2，从下到上排余数就是二进制数
       二进制转八进制：先分段，从右开始分，3个一段，（10001110）-> 10 | 001 | 110 , 110分为2的一次方，2的二次方，2+4=6
       二进制转十六进制：先分段，从右开始分，4个一段，10-A ，11-B，12-C

计算机中的编码

原码数值表示范围： -（2的n-1次方 - 1）到 2的n-1次方 - 1 ；
       反码数值表示范围： -（2的n-1次方 - 1）到 2的n-1次方 - 1 ；
       补码数值表示范围： -2的n-1次方 到 2的n-1次方 - 1 ；

浮点数运算

浮点数表示：
        N = M * R的e次方
        其中M称为尾数，e是指数，R是基数

计算机结构

主机:CPU + 主存储器（运算器 + 控制器）
       运算器：① 算术逻辑单元ALU
       ② 累加寄存器AC
       ③ 数据缓冲寄存器DR
       ④ 状态条件寄存器PSW
       控制器：① 程序计数器PC
       ② 指令寄存器IR
       ③ 指令译码器
       ④ 时序部件

Flynn分类法 

单指令流单数据流：控制部分：1个 处理器：1个 主存模块：1个 单处理器系统
       单指令流多数据流：控制部分：1个 处理器：多个 主存模块：多个 并行处理机，阵列处理机，超级向量处理机
       多指令流单数据流：控制部分：多个 处理器：1个 主存模块：多个 流水线计算机
       多指令流多数据流：控制部分：多个 处理器：多个 主存模块：多个 多处理机系统，多计算机

CISC与RISC

CISC：数量多，使用频率差别大，可变长格式，支持多种，微程序控制技术，研制周期长
       RISC：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，支持方式少，增加了通用寄存器，优化编译，有效支持高级语言

流水线技术

考查：计算方式
       流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种并行处理实现技术

流水线计算：

流水线计算公式为：
       1条指令执行时间 + （指令条数 - 1）* 流水线周期
       ① 理论公式：（t1 + t2 +...+tk）+（n-1）*△t
       ② 实践公式：（k+n-1）*△t
       流水线的周期是每段指令中耗时最长的时间

流水线吞吐率公式：

流水线的吞吐率：指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量
       流水线吞吐率公式：
       TP = 指令条数 / 流水线执行时间

流水线最大吞吐率：

TP = lim n/(k+n-1)△t = 1 / △t

流水线加速比：

S = 不使用流水线的时间 / 使用流水线的时间

流水线的效率：

E = n个任务占用的时空区 / k个流水段的总的时空区 = T / KT
       k个流水段的总的时空区(横轴的时长 * 任务数)

注：流水线处理机在执行指令时，把执行过程分为若干个流水级，若各流水级需要的时间不同，则流水线必须选择各级中时间最大者为流水级的处理时间。理想情况下，当流水线充满时，每一个流水级时间流水线输出一个结果。

存储系统

CPU（->寄存器）：速度最快，容量小
       Cache（->按内存存取）：速度较快，k，M
       内存（主存）：G
       外存（->硬盘、光盘、U盘）：速度慢，容量大

Cache功能：提高CPU数据输入输出的速率，访问速度最快的层次
       h：代表对Cache的访问命中率，t1：表示Cache的周期时间，t2：表示主存储器周期时间，以读操作作为例，使用Cache+主存储器的系统的平均周期为t3
       t3 = h*t1+(1-h)*t2
       (1-h):失败率

主存：随机存取存储器
       只读存储器

局部性原理：

时间局部性、空间局部性、工作集理论：工作集是进程运行时被频繁访问的页面集合

磁盘结构和参数：

存取时间 = 寻道时间+等待时间（平均定位时间+转动延迟）

总线系统

内部总线
       系统总线
    （数据总线、地址总线、控制总线）
       外部总线

可靠性
       串联系统与并联系统
       串联：R = R1 * R2 *... * Rn
       并联：R = 1 - （1-R1）* （1-R2）*...*（1-Rn）

校验码

码距：一个编码系统的码距是整个编码系统中任意两个码字的最小距离

循环校验码CRC：
       海明校验码：2的r次方 >= x + r + 1