硬件
计算机的基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成
CPU
组成：运算器、控制器、寄存器和内部总线。
功能: 指令控制、操作控制、时间控制和数据加工。
1) 运算器
- 算术逻辑单元（ALU）
- 累加寄存器（AC）
- 数据缓冲寄存器（DR）
- 状态条件寄存器（PSW）
2) 控制器
- 指令寄存器（IR），其位数取决于指令的长度。
- 程序计数器（PC）
- 地址寄存器（AR）
- 指令译码器（ID）
指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断逻辑。
数据表示
原码
如果机器字长n等于8
[+1] = 0 0000001
[-1] = 1 0000001
[+0.5] = 0.1000000
[-0.5] = 1.1000000
反码
原码符号位不变，其它位取反。
补码
反码加1。
移码
将符号为取反的补码。
浮点数
工业标准IEEE 754
(-1)^S 2^E (b0b1b2b3bp-1)
(-1)^S 阶符
S为0是表示正数，S为1时表示负数。
E为阶码。
(b0b1b2b3bp-1) 为尾数。
长度为P。
校验码
奇偶校验
海明码
2^k -1 >= n + k
k是校验位， n是数据位
循环冗余校验码
计算机体系结构
Flunn 分类法
| 体系结构类型 | 结构 | 关键特性 | 代表 |
|---|---|---|---|
| 单指令、单数据流（SISD） | 控制部分：一个；处理器： 一个；主存模块：一个 | 单处理器系统 | |
| 单指令、多数据流（SIMD） | 控制部分：一个；处理器： 多个；主存模块：多个 | 各处理器以异步执行同一条命令 | 并行处理机 整列处理机 超级向量处理机 |
| 多指令、单数据流（MISD） | 理论模型，未见成型产品 | ||
| 多指令、多数据流（MIMD） | 多处理机系统 多计算机 |
指令系统
1) CISI（复杂指令集计算机）
- 指令集过分复杂
- 微程序, 降低了机器的处理速度
- 难以优化编译形成高效代码
- 强调完善中断控制，导致动作繁多、设计复杂、研制周期长
- 设计困难，芯片种类多，出错几率大，成本高
2) RISC (精简指令集)
- 重叠寄存器窗口技术
- 优化编译技术
- 超流水及超量技术
- 硬布线逻辑与微程序集合
指令的流水处理
指令的吞吐率p应为最长子过程的倒数。
存储系统
层次结构: CPU内部存储器、Cache、主存储器、联机磁盘存储器、脱机光盘磁盘存储器
按存储器的工作方式分类：
- 读/写存储器（RAM）
- 只读存储器（ROM）
操作数指出指令执行的操作所需要数据的来源。操作数是汇编语言指令的一个字段。例如：Mov AX 5678H 操作数（AX 5678H）。在操作数这个字段中可以放操作数本身，也可以放操作地址，还可以放操作地址的计算方法。
通常一条指令均包含操作符和操作数。例如：在比较指令中操作符指定计算机做比较操作，操作数则指定进行比较的两个数值。
操作数是指令执行的参与者,也就是各种操作的对象.与之有关的是操作码,所谓操作码是说明计算机要执行哪种,如传送,运算,移位,跳转等操作,它是指令中不可缺少的组成部分。
寻址方式
- 立即寻址方式
指令的地址段指出的不是操作数的地址，而是操数本身。这种方式的特点是指令执行时间很短，不需要访问内存操作数。 - 直接寻址方式
在指令格式的地址字段中直接指出操作书在内存的地址D。采用这种方式，只需要根据地址字段中大的值，即可访问内存读取到操作数。 - 间接寻址方式
间接寻址的情况下，指令地址中的形式地址不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器，D单元的内容才是操作数的有效地址。间接寻址方式是早起计算机中经常采用的方式，但由于两次访问内存，影响指令速度，现在已不大使用。 - 寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式
当操作数不放在内存中，而是放在CPU的通用寄存器中时，可采用寄存器寻方式。此时指令中给出的操作数地址不是内存的地址但愿好，而是通用寄存器的编号。
寄存器间接寻址方式与直接寻址方式区别在于：指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操作数的地址，该地址知名的操作数在内存中。 - 相对寻址方式
- 基址寻址方式
- 变址寻址方式
相关联存储器: 按内容访问的存储器
高速缓存：速度比一般主存快5～10倍, 对程序员来说是透明的。
高速缓存中的地址映像方法：
在CPU工作时，送出的是主存单元的地址，而应从Cache存储器中读/写信息
- 直接映像
主存的块与Cache的块的对应关系是固定的 - 全相联映像
主存与Cache存储器均分成大小相同的块。这种映像方式允许任一块可以调入Canche存储器的任何一个块的空间中。
例如， 主存为64MB，Cache为32KB，块的大小为4KB，因此块内地址需要12位，主存需要26位，由于块内地址位12位，所以块号需要14位。
虚拟存储器
外部存储器
廉价冗余磁盘阵列
| RAID级别 | 说明 |
|---|---|
| RAID-0 | 代表了RAID中最高的存储性能， 每个磁盘执行术语它自己的那部分数据请求，不具备容错能力 |
| RAID-1 | 采用镜像容错改善可靠性的一种磁盘阵列，最大限度地保证用户数据的可用性和可修复性，数据百分百备份，备份数据占了总存储空间的一半 |
| RAID-2 | 采用海明码进行错误检测 |
| RAID-3 | 一般只有一个校验盘 |
| RAID-4 | 也只有一个校验盘 |
| RAID-5 | 不设置校验盘，同一个磁盘既记录数据又负责校验 |
| RAID-6 | 采用两级数据冗余和新的数据编码 |
输入输出技术
- 直接程序控制
中断方式
中断处理方法：
中断向量表法。中断向量表用来保存各个中断服务程序的入口地址。为了实现多级中断嵌套，使用堆栈来保护断电和现场最有效。
- 直接存储器存取方式（DMA）
- 输入输出处理机（IOP）
总线结构
所谓总线（Bus），是计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。
总线的分类
- 数据总线（DB），用来传送数据信息，是双向的。
- 地址总线（AB），用于传送CPU发送的地址信息。
- 控制总线（CB），用来传送控制信号，时许信号和状态信息等。
常见总线
- ISA，工业标准总线，只能支持16位的I/O设备
- EISA
- PCI，内总线，并行传输方式
- PCI Express
- 前端总线
- RS-232C，串行外总线
- SCSI，并行外总线
- SATA
- USB，通用串行总线
- IEEE-1394，高速串行外总线
- IEEE-488， 并行总线
总线复用
总线复用，指的是数据和地址在同一个总线上传输的方式。由于CPU引脚数量有限，使得一些引脚起多个作用。采用总线复用方式，可以减少总线中信号线的数量。
计算机安全
计算题
若内存按字节编址，所用的存储器的容量为16K * 8 比特的存储器芯片构成地址编号为B0000H ~ EFFFFH的内存空间，则最少需要多少片
一、计算出这些地址编号所需的内存空间大小
B0000H - EFFFFH + 1 = 40000H
转换为二进制为 2^18
二、存储器容量位16K X 8 b, 等于 16K ✖ 1 B
三、2^18 = 256KB
四、256 ➗ 16 = 16