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• 第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識(shí)
• 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成。

計(jì)算機(jī)的基本硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成。

存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)和外部存儲(chǔ)，前者速度高，容量小，后者容量大，速度慢。

CPU(Central Processing Unit)負(fù)責(zé)獲取程序指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼并加以執(zhí)行。

CPU通過執(zhí)行指令來控制程序的執(zhí)行順序。

CPU的功能：

程序控制

操作控制

時(shí)間控制

數(shù)據(jù)處理

對(duì)內(nèi)外中斷（異常）做響應(yīng)。

CPU的組成：運(yùn)算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部總線等。

運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（Arithmetic and Logic Unit，ALU）、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器等組成。

運(yùn)算器接收控制器命令工作。

運(yùn)算器的功能：

執(zhí)行所有算術(shù)運(yùn)算

執(zhí)行所有邏輯運(yùn)算。

控制器控制整個(gè)CPU的工作，它決定了計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動(dòng)化。

控制器主要包括指令控制邏輯、時(shí)序控制邏輯、總線控制邏輯和中斷控制邏輯等。

指令控制邏輯工作過程：

取指令→指令譯碼→按朱令操作碼執(zhí)行→形成下一條指令地址

指令的執(zhí)行分兩種情況，一是順序執(zhí)行，二是轉(zhuǎn)移執(zhí)行。

地址寄存器(AR)保存當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。

指令包含操作碼和地址碼兩部分。

多核CPU每個(gè)內(nèi)核有自己的邏輯單元、控制單元、中斷處理器、運(yùn)算單元，一級(jí)Cache和二級(jí)Cache共享或獨(dú)有。

多核CPU最大的優(yōu)點(diǎn)是滿足用戶同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)處理的要求。

原碼表示法，數(shù)值X的原碼記為[X]原，如果機(jī)器字長(zhǎng)為n，則原碼的定義如下：

若X是純整數(shù)，則X原=X ????????????????????????????????????????????????????????????0≤X<12n-1+X???????? ??????????-(2n-1-1)≤X≤0

若X是純小數(shù)，則X原X???????????????????????????????????????? 0≤X<120+X?????????????????????? -1<X≤0

?十進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制https://zh.wikihow.com/%E4%BB%8E%E5%8D%81%E8%BF%9B%E5%88%B6%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E4%B8%BA%E4%BA%8C%E8%BF%9B%E5%88%B6??

二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制https://zh.wikihow.com/%E6%8A%8A%E4%BA%8C%E8%BF%9B%E5%88%B6%E6%95%B0%E8%BD%AC%E5%8C%96%E4%B8%BA%E5%8D%81%E8%BF%9B%E5%88%B6%E6%95%B0

反碼表示法

補(bǔ)碼表示法

移碼表示法

原碼反碼補(bǔ)碼的關(guān)系，正數(shù)相同，負(fù)數(shù)的反碼為符號(hào)為不變，其余位取反，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，符號(hào)位不變，其余位取反后+1。

小數(shù)點(diǎn)位置不變的數(shù)為定點(diǎn)數(shù)。

定點(diǎn)整數(shù)（純整數(shù)）小數(shù)點(diǎn)在最低有效數(shù)值位之后。

定點(diǎn)小數(shù)（純小數(shù)）小數(shù)點(diǎn)在最高有效數(shù)值位之前。

當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)為n時(shí)，定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼和移碼可表示2^n個(gè)數(shù)，而其反碼和原碼能表示2^n-1個(gè)數(shù)。

浮點(diǎn)數(shù)是小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)，它能表示更大范圍的數(shù)。

浮點(diǎn)表示法，N=2EXF，E稱為階碼，F稱為尾數(shù)。

一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示不是唯一的，當(dāng)小數(shù)點(diǎn)的位置改變時(shí)，階碼也隨著相應(yīng)改變。

浮點(diǎn)數(shù)表示格式：

階符

階碼

數(shù)符

尾數(shù)

浮點(diǎn)數(shù)所能表示的數(shù)值范圍主要由階碼決定，所表示的精度則由尾數(shù)決定。

IEEE 754工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

(-1)S2E(b0b1b2b3…bp-1)

其中，(-1)S為數(shù)符，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，E為指數(shù)（階碼），用移碼表示，(b0b1b2b3…bp-1)為尾數(shù)，長(zhǎng)度為p位。

所謂碼距，是指一個(gè)編碼系統(tǒng)中任意兩個(gè)合法編碼之間至少有多少個(gè)二進(jìn)制位不同。

常用校驗(yàn)碼：奇偶校驗(yàn)碼（檢錯(cuò)）、海明碼（檢錯(cuò)加糾錯(cuò)）、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（Computer Architecture）是指計(jì)算機(jī)的概念性結(jié)構(gòu)和功屬性。

計(jì)算機(jī)組織（Computer Organization）是指計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，它包括機(jī)器內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。

計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)（Computer Implementation）是指計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)處理器支持的指令和指令的字節(jié)級(jí)編碼稱為其指令集體系結(jié)構(gòu)（Instruction Set Architecture）。

指令控制方式有順序方式、重疊方式和流水方式。

RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的基本思想是通過減少指令總數(shù)和簡(jiǎn)化指令功能降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，使指令能單周期執(zhí)行，并通過優(yōu)化編譯提高指令的執(zhí)行速度，采用硬布線控制邏輯優(yōu)化編譯程序。

RISC的關(guān)鍵技術(shù)如下：

重疊寄存器窗口技術(shù)。

優(yōu)化編譯技術(shù)。

超流水及超標(biāo)量技術(shù)。

硬布線邏輯與微程序相結(jié)合在微程序技術(shù)中。

流水（Pipelining）技術(shù)是吧并行性或并發(fā)行嵌入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的一種形式，它把重復(fù)的順序處理過程分解為若干個(gè)子過程，每個(gè)子過程能在專用的獨(dú)立模塊上有效地并發(fā)工作。

解決流水局部性相關(guān)的兩種方法：推后法和通路法。

解決流水全局性相關(guān)的3種方法：猜測(cè)轉(zhuǎn)移分支、加快和提前形成條件碼、加快段循環(huán)程序的處理。

RISC中采用的流水技術(shù)有3種：超流水線、超標(biāo)量以及超長(zhǎng)指令字。

吞吐量就是指單位時(shí)間內(nèi)流水線處理機(jī)流出的結(jié)果數(shù)。

如果子過程所用時(shí)間不一樣，則吞吐量為最長(zhǎng)子過程的倒數(shù)，即：

p=1/max{?t1?t2…?tm}

達(dá)到最大吞吐量的時(shí)間為建立時(shí)間：

T0=m?t0

并行性包括同時(shí)性和并發(fā)性。其中，同時(shí)性是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生，并發(fā)行是指兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在同一時(shí)間間隔連續(xù)發(fā)生。

Cache和主存之間交互功能全部由硬件實(shí)現(xiàn)，而主存和輔存之間的交互功能可由硬件和軟件結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)存設(shè)在主機(jī)內(nèi)或主板上，用來存放機(jī)器當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)。容量小，速度快。

外存（輔存）用來存放不參加運(yùn)行的大量信息。

按構(gòu)成存儲(chǔ)器的材料可分為磁存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器。

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器根據(jù)元件可分為雙極型和MOS型；根據(jù)數(shù)據(jù)是否要刷新又可分為靜態(tài)（Static Memory）和動(dòng)態(tài)（Dynamic Memory）。

相聯(lián)存儲(chǔ)器是一種按內(nèi)容訪問的存儲(chǔ)器。其工作原理是把數(shù)據(jù)的某一部分作為關(guān)鍵字，按順序?qū)懭胄畔?#xff0c;讀出時(shí)并行地將該關(guān)鍵字與存儲(chǔ)器中地每一單元進(jìn)行比較，找出存儲(chǔ)器中所有與關(guān)鍵字相同地?cái)?shù)據(jù)字，特別適合于信息地檢索與更新。

高速緩存用來存放當(dāng)前最活躍的程序和數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是：

位于CPU和主存之間

容量一般在幾K字節(jié)到幾M字節(jié)之間。

速度一般比主存快5~10倍，由快速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成。

其內(nèi)容是主存局部域地副本。

地址映像：在CPU工作時(shí)，送出地是主存單元地地址，而應(yīng)從Cache存儲(chǔ)器中讀寫信息。這就需要將主存地址轉(zhuǎn)換成Cache存儲(chǔ)器地地址。

地址映射地三種方式：

直接映射，是指主存地塊與Cache塊地對(duì)應(yīng)關(guān)系是固定的。優(yōu)點(diǎn)是地址變換簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不夠靈活。

全局相聯(lián)映射。優(yōu)點(diǎn)是主存地塊調(diào)入Cache地位置不受限制，十分靈活。缺點(diǎn)是無(wú)法從主存塊號(hào)中直接獲得Cache地塊號(hào)，變換比較復(fù)雜，速度比較慢。

組相聯(lián)映射。

替換算法的目標(biāo)是使Cache獲得盡可能高地命中率，常用地有以下幾種：

隨機(jī)替換算法。

先進(jìn)先出算法。

近期最少使用算法。

優(yōu)化替代算法。

降低Cache失效率的方法主要有選擇恰當(dāng)?shù)膲K容量、提高Cache的容量和提高Cache的相聯(lián)度等。

虛擬存儲(chǔ)器實(shí)際上是一種邏輯存儲(chǔ)器，實(shí)際是對(duì)物理存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行邏輯化處理，并將統(tǒng)一的邏輯視圖呈現(xiàn)給用戶。

磁盤存儲(chǔ)器由盤片、驅(qū)動(dòng)器、控制器和接口組成。

磁盤容量計(jì)算方式：

非格式化容量=面數(shù)X（磁道數(shù)/面）X內(nèi)圓周長(zhǎng)X最大位密度

格式化容量=面數(shù)X（磁道數(shù)/面）X（扇區(qū)數(shù)/面）X（字節(jié)數(shù)/扇區(qū)）

磁盤陣列是由多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的一個(gè)快速、大容量、高可用的外存子系統(tǒng)。常見的為廉價(jià)冗余磁盤陣列（RAID）。

直接程序控制是指外設(shè)數(shù)據(jù)的輸入/輸出過程實(shí)在CPU執(zhí)行程序的控制下完成的。分為無(wú)條件傳送和程序查詢方式兩種情況。

直接內(nèi)存存取（DMA）是指數(shù)據(jù)在內(nèi)存與I/O設(shè)備間的直接成塊傳送。

中斷處理方法常見的有：

多中斷信號(hào)線法。

中斷軟件查詢法。

菊花鏈法。

總線仲裁法。

中斷向量表法。

總線分類：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

數(shù)據(jù)總線（DB）用來傳送數(shù)據(jù)信息，是雙向的。DB的寬度決定了CPU和計(jì)算機(jī)其他設(shè)備之間每次交換數(shù)據(jù)的位數(shù)。

地址總線（AB）用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向的。AB的寬度決定了CPU的最大尋址能力。

控制總線（CB）用來傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信息等。CB整體是雙向的，每一條的信息傳遞是單項(xiàng)且確定的。

安全性、可靠性與系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的三類安全性是指技術(shù)安全性、管理安全性和法律安全性。

所謂安全威脅是指某個(gè)人、物、事件對(duì)某一資源的機(jī)密性、完整性、可用性或合法性造成危害。

數(shù)據(jù)加密技術(shù)的關(guān)鍵在于加密解密算法和密鑰管理。

對(duì)數(shù)據(jù)加密技術(shù)分為兩類：對(duì)稱加密（私鑰加密）和非對(duì)稱加密（公鑰加密）。

對(duì)稱加密技術(shù)的特點(diǎn)是文件加密和解密使用相同的密鑰。

常用的對(duì)稱加密技術(shù)有如下幾種：

數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES）算法。主要采用替換和移位的方法加密。

三重DES（3DES，或稱TDEA）。

RC-5。是由Ron Rivest（公鑰算法創(chuàng)始人之一）在1994年開發(fā)出來的。

國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法（IDEA）。

高級(jí)加密算法（AES）算法。

非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰：公鑰和私鑰。

密鑰管理主要是指密鑰對(duì)的安全管理，包括密鑰產(chǎn)生、密鑰備份、密鑰備份和恢復(fù)、密鑰更新等。

認(rèn)證技術(shù)主要解決網(wǎng)絡(luò)通信過程中通信雙方的身份認(rèn)可。

PKI是一種遵循既定標(biāo)注的密鑰管理平臺(tái)，能夠?yàn)樗芯W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供加密和數(shù)字簽名等密碼服務(wù)所必須的密鑰和證書管理體系。

完整的PKI系統(tǒng)必須具有權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CA）、數(shù)字證書庫(kù)、密鑰備份及恢復(fù)系統(tǒng)、證書作廢系統(tǒng)、應(yīng)用接口等基本構(gòu)成部分。

PKI的基礎(chǔ)技術(shù)包括加密、數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)完整性機(jī)制、數(shù)字信封和雙重?cái)?shù)字簽名等。

PKI標(biāo)準(zhǔn)化的兩個(gè)方面，一個(gè)是RSA公司的PKCS，第二個(gè)是Internet工程任務(wù)組和PKI工作組的PKIX。

Hash函數(shù)提供了這樣一種計(jì)算過程：輸入一個(gè)長(zhǎng)度不固定的字符串，返回一串固定長(zhǎng)度的字符串，又稱Hash值。

MD5算法具有以下特性：

壓縮性。任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，算出的MD5值長(zhǎng)度都是固定的。

容易計(jì)算。

抗修改性。對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行任何改動(dòng)，所得到的MD5值都有很大區(qū)別。

強(qiáng)抗碰撞。已知原數(shù)據(jù)和其MD5值，想找到一個(gè)具有相同MD5值得數(shù)據(jù)是非常困難的。

SSL（安全套接字）協(xié)議最是Netscape Communication公司設(shè)計(jì)開發(fā)的，主要用于提高應(yīng)用程序之間得安全系數(shù)。

SSL概念：一個(gè)保證任何安裝了安全套接字的客戶和服務(wù)器間事務(wù)安全的協(xié)議，它設(shè)計(jì)所有TC/IP應(yīng)用城西。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是指從它開始運(yùn)行（t=0）到某時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率，用R(t)表示。所謂失效率，是指單位時(shí)間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，用λ表示，當(dāng)λ為常數(shù)時(shí)，可靠性與失效率的關(guān)系為：

R(t)=eλt

兩次故障之間系統(tǒng)能正常工作的時(shí)間的平均值為平均無(wú)故障時(shí)間，即

MTBF=1λ

通常用平均修復(fù)時(shí)間MTRF來表示計(jì)算機(jī)的可維修性，即計(jì)算機(jī)的維修效率，指從故障發(fā)生到機(jī)器修復(fù)平局所需要的時(shí)間。計(jì)算機(jī)的可用性是指計(jì)算機(jī)的作用效率，它以系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意時(shí)刻能正常工作的概率A表示，即

A=MTBFMTBF+MTRF

計(jì)算機(jī)可靠性模型

串聯(lián)系統(tǒng)：

可靠性R=R1R2?RN

失效率λ=λ1+λ2+?+λN

并聯(lián)系統(tǒng)：

R=1-(1-R1)(1-R2)?(1-RN)

失效率μ=11λj=1N1j

N模冗余系統(tǒng)：

R=i=n+1NjN×R0i1-R0N-1

其中jN表示從N個(gè)元素中取j個(gè)元素的組合數(shù)。

提高計(jì)算機(jī)可靠性的措施：

提高元器件質(zhì)量，改進(jìn)加工工藝與工藝結(jié)構(gòu)，完善電路設(shè)計(jì)。

發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)硬件有故障的情況下，計(jì)算機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)行，得出正確的結(jié)果。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)常用方法：

時(shí)鐘頻率。

指令執(zhí)行速度。

等效指令速度法。

數(shù)據(jù)處理速率（PDR）法。PDR法采用計(jì)算PDR值得方法來衡量機(jī)器性能，PDR越大，機(jī)器性能越好。

核心程序法。

基準(zhǔn)程序法（Benchmark）。

整數(shù)測(cè)試程序。

浮點(diǎn)測(cè)試程序。

SPEC基準(zhǔn)程序。

TPC基準(zhǔn)程序。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的软考中级软件设计师教程（第5版）知识点笔记第一章计算机系统知识持续更新中...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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