一、計算機硬件組成

計算機的硬件基本系統由五大部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備（eg鼠標鍵盤）、輸出設備（eg顯示器）；

存儲器分為：內部存儲器、外部存儲器。  內部存儲器即內存，容量小、速度快、臨時存放數據；外部存儲器即硬盤光盤等，容量大，速度慢，長期保存數據；

外設：輸入設備、輸出設備 合并成為外部設備，即外設；

主機：cpu+主存儲器;

中央處理單元即CPU：運算器+控制器+寄存器組（32/64bit）+內存總線 等部件；

運算器功能：算術運算和邏輯運算；由算術邏輯單元ALU、累加寄存器AC（運算結果或源數據的存放區）、數據緩沖寄存器DR、狀態條件寄存器PSW組成。

控制器功能：控制整個CPU工作，包括程序控制、時序控制、操作控制；

控制器組成：指令寄存器IR(暫存CPU執行指令)、程序計數器PC(存放指令執行地址)、地址寄存器AR(保存當前CPU所訪問的內存地址)、指令譯碼器ID(分析指令操作碼)

**從PC里取出指令存放地址，如0x000001，從主存里找到這個地址，按這個地址取出指令，存放到指令寄存器IR里，然后指令譯碼器ID分析指令。（PC--->IR---->ID）

CPU根據不同階段決定取指令還是取數字：取指時取指令， 執行指令時取數據。

二、數據的進制轉換

常見的進制：二進制(符號：0b，表示eg：0b0011)、八進制、十進制、十六進制（包含：0~9,a,b,c,d,e,f，符號：0x或H，表示eg：0x18F或18FH）

R進制轉十進制：位權展開法。 eg：6進制數5043---》十進制=5*6³+0*6² +4*6¹ +3*6⁰ 。從最低位開始，每一位乘以R的0,1,2,3...次方。

十進制轉R進制：除余法。十進制數字 依次除以R，記錄余數，直至商為0,。將所有余數從下往上排列成從左至右的順序，即為轉換后的R進制數。

                                      示例：

特殊轉換：二進制、八進制、十六進制轉換。每3位二進制可以轉換為1位八進制數值，每4位二進制可以轉換為1位16進制數值。

                eg：（0010 1101）₂       轉換成16進制：  0010=2   1101=1*2³ +1*2²+1*2⁰=13（對應16進制的d）16進制即為 2d

三、數的編碼方式

符號位，0表示正數，1表示負數，eg：+0（0 0000000），-0（1 0000000）

不同碼制的特點：

不同字長的取值范圍：

浮點數表示： N=F*2^E          F為尾數，為帶符號的純小數，影響數值精度；E為階碼，為帶符號的純整數，影響數值范圍。

四、校驗碼

碼距：從A碼到B碼轉換所需要改變的位數。  碼距越大，越有利于糾錯和檢錯。

奇偶校驗碼：在編碼中增加1位校驗位來使編碼中1的個數為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）。奇偶校驗只能檢出1位錯，無法糾錯。

循環冗余校驗碼CRC：原始報文/多項式（eg：x⁴+x²+1，除數為10101），求得余數，最終結果為：數據位+校驗位（即余數），計算方式為模二運算：相同為0，不同為1。

海明校驗碼：本質也是利用奇偶性來檢錯和糾錯。方法是在數據位之間的確定位置上插入k個校驗位，通過擴大碼距來實現檢錯和糾錯。

　　數據位為n位，校驗位為k位，必須滿足2^k-1>=n+k。 eg：假設校驗位k是3位，數據位n<=2³-1-3 即數據位n<=4。

　　簡易理解方式，數據所有位編號，在2的0、1、2......次方位插入校驗數據，直到數據的最高位。

　　檢錯和糾錯原理： 以數據1101為例

　　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===>根據位數編號和來判斷，引用到哪一個校驗位的，即為該位的被校驗位

　　由上述位數編號可得，r₂（第4位）校驗的是I₂、I₃、I₄ （第5、6、7位=0、1、1），r₂的值== （與0、1、1異或運算的值）。===>校驗位是由信息位異或來的

　　若為偶檢驗，r₂應為0；若為奇校驗，r2應為1；

　　若偶校驗接收到的數據為1101101，如圖排列后，校驗位與信息位分別進行一下異或運算：

　　r₂⊕I₄⊕I₃⊕I₂     r₂校驗的位數為第5、6、7位，則 r2與這幾位數一起進行異或運算，1⊕1⊕0⊕1=1（不滿足偶校驗結果應全為0）

　　r₁⊕I₄⊕I₃⊕I₁     r₁校驗的位數為第3、6、7位，則 r2與這幾位數一起進行異或運算，0⊕1⊕0⊕1=0（滿足偶校驗結果應全為0）

　　r₀⊕I₄⊕I₂⊕I₁     r₀校驗的位數為第3、5、7位，則 r2與這幾位數一起進行異或運算，1⊕1⊕1⊕1=0（滿足偶校驗結果應全為0）

　　將r₂r₁r₀排列為二進制100，即指出第4位出錯。糾錯方法就是將1逆轉為0。偶校驗正確的接收數據為1100101。

五、計算機體系結構分類

      SISD: 單指令流單數據流    一個控制器、一個處理器、一個主存模塊，代表為單處理器系統；

      SIMD:單指令流多數據流    一個控制器、多個處理器、多個主存模塊，異步執行指令，代表為并行處理機、陣列處理機、超級向量處理機；

      MISD:多指令流單數據流     多個控制器、一個處理器、多個主存模塊，不可能存在的；

      MIMD:多指令流多數據流     多個控制器、多個處理器、多個主存模塊，作業、人、指令等各級全面并行，代表為多處理機系統、多計算器；

六、指令尋址方式

      指令尋址方式：順序尋址、跳躍尋址（不從程序計數器中給，跳躍后按新的指令地址開始順序執行）

      指令操作數尋址方式：

　　　　立即尋址（指令地址碼字段就存操作數本身）

　　　　直接尋址（指令地址碼字段存操作數在主存中的地址）

　　　　間接尋址（指令地址碼字段指向的存儲單元中，存儲的是操作數地址）

　　　　寄存器尋址（指令地址碼字段指向的是寄存器的編號）

七、流水線相關計算

　　流水線周期：指令分成不同執行段，執行時間最長的段為流水線周期

　　流水線執行時間：1條指令總執行時間+（總指令條數-1）*流水線周期

　　流水線吞吐率：總指令條數/流水線執行時間

　　流水線加速比：不使用流水線總執行時間/使用流水線總執行時間

　　超標量流水線技術：常規度為1，大于1就是超標量技術。當度為3時，相當于3條流水線并行執行，即取值、分析、執行每個階段同時處理3條指令。

       當題目提到度時，指令條數=總指令條數/度，然后再計算流水線執行時間。