計算機系統知識
一、計算機組成（運算器、控制器、存儲器、原碼、反碼、 補碼）
? 運算器
算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等組成。算術邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。
計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數據來自存儲器；處理後的結果數據通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。
? 控制器
是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序計數器PC(ProgramCounter)和操作控制器0C(OperationController)三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。
根據存儲器在計算機系統中所起的作用，可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。
為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結構，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。
名稱簡稱用途特點
高速緩沖存儲器 Cache 高速存取指令和數據 存取速度快，但存儲容量小
主存儲器 內存 存放計算機運行期間的大量程序和數據 存取速度較快，存儲容量不大
外存儲器 外存 存放系統程序和大型數據文件及數據庫 存儲容量大，單位存儲量成本低
高速緩存是為了解決高速設備和低速設備相連，提高訪問速度
? I/O部件
輸入設備 向計算機輸入數據和信息的設備。是計算機與用戶或其他設備通信的橋梁。
? 原碼、補碼、反碼
計算機儲存有符號的整數時，是用該整數的補碼進行儲存的，0的原碼、補碼都是0，正數的原碼、補碼可以特殊理解為相同，負數的補碼是它的反碼加1。
二、指令系統（指令、尋址方式、CSIC、RISC）
? 指令
告訴計算機從事某一特殊運算的代碼 數據傳送指令、算術運算指令、位運算指令、程序流程控制指令、串操作指令、處理器控制指令。
指令周期是執行一條指令所需要的時間，一般由若幹個機器周期組成，是從取指令、分析指令到執行完所需的全部時間。
CPU從內存取出一條指令並執行這條指令的時間總和。
指令不同，所需的機器周期數也不同。對於一些簡單的的單字節指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器後，立即譯碼執行，不再需要其它的機器周期。對於一些比較復雜的指令，例如轉移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機器周期。
指令流水線：將指令流的處理過程劃分為取指、譯碼、計算操作數地址、取操作數、執行指令、寫操作數等幾個並行處理的過程段。這就是指令6級流水時序。在這個流水線中，處理器有六個操作部件，同時對這六條指令進行加工，加快了程序的執行速度。目前，幾乎所有的高性能計算機都采用了指令流水線。周期數少的指令。
例如：一個指令分為三個步驟，取指4T，分析3T，執行5T。則指令周期為5T【取時間值最長的】，串行運行100條指令的時間是100(4+3+5)T=1200T，並行執行100條指令的時間是995T+(4+3+5)T=507T
? 尋址方式
尋址方式就是尋找操作數或操作數地址的方式。8086提供了與操作數有關和與I/O端口地址有關的兩類尋址方式。與操作數有關的尋址方式有七種，分別是立即尋址，寄存器尋址，直接尋址，寄存器間接尋址，寄存器相對尋址，基址加變址尋址，相對基址加變址尋址；與I/0端口有關的尋址方式有直接端口尋址和間接端口尋址方式。
三、多處理器（耦合系統、陣列處理機、雙機系統、同步）
? SMP
對稱多處理"（Symmetrical Multi-Processing）又叫SMP，是指在一個計算機上匯集了一組處理器(多CPU),各CPU之間共享內存子系統以及總線結構。相當於任何任務都平均分配到每個CPU執行，對於單一任務計算較為有利
非對稱多處理器
每個處理器處理不同的任務，如整數運算由特定處理器處理，浮點元素按由專用處理器處理，分工明確，適合於多種任務計算
? 計算機體系結構分類
SISD——單指令流單數據流
SIMD——單指令流多數據流
MISD——多指令流單數據流
MIMD——多指令流多數據流
此處考試一般都比較簡單，只要記住S單I指令M多D數據即可
? 耦合系統
緊耦合系統：通過共享主存來實現處理機間通信，處理機相互間關系緊密
松耦合系統：通過消息傳遞方式實現處理機間的相互通信，每個處理機是有一個獨立性較強的計算模塊組成
? 雙機系統
雙機主從模式：一臺為工作機，另外一臺為備份機，正常狀態工作機工作，備份機監視工作機狀態，工作機故障，備份機接替工作，工作機正常後，人工或者自動的方式切換到工作機工作模式
雙機互備模式：都為工作機負載，互相監視狀態
四、存儲器
存儲介質
? 存儲分類
根據存儲器在計算機系統中所起的作用，可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。 為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結構，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。
名稱簡稱用途特點
高速緩沖存儲器 Cache 高速存取指令和數據 存取速度快，但存儲容量小
主存儲器 內存 存放計算機運行期間的大量程序和數據 存取速度較快，存儲容量不大
外存儲器 外存 存放系統程序和大型數據文件及數據庫 存儲容量大，位成本低
高速緩存是為了解決高速設備和低速設備相連，提高訪問速度
按照存取方式分類，可分為RAM（隨機存儲器，斷電數據丟失，如內存）、ROM（只讀存儲器，有一特例xPROM是可擦寫只讀）、SAM（串行訪問存儲器，如磁帶）
? 存儲容量
1B（Byte、字節）=8bit（位）
1KB=2^10字節=1024字節
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
PB EB ZB YB NB DB是後面的單位，知道就行
? 高速緩存
地址映像直接看題就行，不在此贅述
例如，計算機中有一級、二級緩存，假設算法命中率為80%，CPU從外存調取數據的幾率是（1-80%）（1-80%）=4%
? 磁盤陣列存儲器
RAID0級別：無容錯能力，效率為單磁盤的N倍，利用率100%
RAID1級別：有容錯能力，效率無提高，利用率50%
RAID5級別：有容錯能力，效率略小於單磁盤的N倍，利用率N-1/N
RAID6級別：有容錯能力，效率略小於單磁盤的N倍，利用率N-2/N
五、輸入輸出（I/O）系統
? 輸入輸出控制系統
中央處理程序控制方式，其中的中斷方式是使CPU和外設並行工作，效率很高
直接存儲器存取方式DMA，這種方式CPU並未幹預
輸入輸出處理及控制方式，
? 常見接口
SCSI，可連接7個外設，支持熱插拔（帶點插拔）
並行端口，雙向多位數據同時傳送
通用接口總線
RS-232，也叫串行口，比並行口的傳輸距離遠，DB-9和DB-25都是串行口
USB，可連接127個設備，支持熱插拔，USB1.1為1.5Mb/s，USB2.0為480Mb/s，USB3.0為5Gb/s
IEEE1394，串行口的一種，也叫火線
六、操作系統
? RAS
通過RAS來衡量計算機系統
R，可靠性，一定時間內正常運行的概率
A、可用性=平均無故障時間MTBF/（平均無故障時間MTBF+平均故障修復時間MTTR）
S、可維修性
例如：兩部件的可靠性分別是R1和R2，串行和並行方式的總體可靠性分別是R1*R2和1-（1-R1）（1-R2）
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