1、數(shù)據(jù)的表示

以H結(jié)尾的數(shù)字表示該數(shù)是 16進制的，比如C7FFFH

1.1、進制的轉(zhuǎn)換

1.1.1、將R進制轉(zhuǎn)10進制

 

 

1.1.2、將10進制轉(zhuǎn)換為R進制

10進制轉(zhuǎn)換為r進制數(shù)時，采用除r取余方法，即將十進制整數(shù)不斷除以r取余數(shù)，直到商為0，所得的余數(shù)按逆序排列

 

1.1.3、二進制轉(zhuǎn)八進制和十六進制

二進制轉(zhuǎn)八進制可以將該二進制的數(shù)字從右到左，每三個為一組，一組轉(zhuǎn)換為一個八進制數(shù)即可。比如：10001110 轉(zhuǎn)為八進制為：216

二進制轉(zhuǎn)十六進制可以將二進制的數(shù)字從右到左，沒四個為一組，一組轉(zhuǎn)換為一個十六進制即可，大于10進制的數(shù)，A表示10、B表示11、C表示12，以此類推。例如：10001110 轉(zhuǎn)為十六進制為：8E

 

1.2、原碼、反碼、補碼

原碼、反碼、補碼能表示的數(shù)據(jù)范圍如下：n 表示的是有多少位，1個字節(jié)有8位。

比如1個字節(jié)，原碼范圍：-127~127；反碼：-127~127；補碼：-128~127。可以看到原碼和反碼表示的范圍是一樣的，而補碼比他們多了一個數(shù)，這是因為原碼和反碼的 0 有兩種形式：0000 0000、1000 0000，而補碼的 0 都是：0000 0000。

 

1.2.1、原碼

原碼就是符號位加上真值的絕對值, 即用第一位表示符號, 其余位表示值. 比如如果是8位二進制:

[+1]_原 = 0000 0001

[-1]_原 = 1000 0001

第一位是符號位. 因為第一位是符號位, 所以8位二進制數(shù)的取值范圍就是:

[1111 1111 , 0111 1111]

即

[-127 , 127]

 

1.2.2、反碼

正數(shù)的反碼和原碼一樣，負數(shù)的反碼是在其原碼的基礎(chǔ)上, 符號位不變，其余各個位取反。

[+1] = [00000001]_原 = [00000001]_反

[-1] = [10000001]_原 = [11111110]_反

可見如果一個反碼表示的是負數(shù), 人腦無法直觀的看出來它的數(shù)值. 通常要將其轉(zhuǎn)換成原碼再計算.

 

1.2.3、補碼

正數(shù)的補碼跟原碼一樣，負數(shù)的補碼是在其原碼的基礎(chǔ)上, 符號位不變, 其余各位取反, 最后再+1. (即在反碼的基礎(chǔ)上+1)

[+1] = [00000001]_原 = [00000001]_反 = [00000001]_補

[-1] = [10000001]_原 = [11111110]_反 = [11111111]_補

對于負數(shù), 補碼表示方式也是人腦無法直觀看出其數(shù)值的. 通常也需要轉(zhuǎn)換成原碼在計算其數(shù)值.

 

1.3、浮點數(shù)運算

浮點數(shù)其實就是數(shù)學(xué)中用科學(xué)計算法表示數(shù)字的方式，比如1000，可以表示為 1.0*10³。

下面當(dāng)中，其中 1≤|M|<10

 

2、計算機結(jié)構(gòu)

2.1、CPU結(jié)構(gòu)

CPU由運算器和控制器組成

運算器：

　　　算術(shù)邏輯單元(ALU)：負責(zé)對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算，暫時存儲計算結(jié)果等。
　　　累加寄存器(AC)：當(dāng)ALU執(zhí)行算術(shù)或是邏輯運算的時候，為ALU提供一個工作區(qū)。
　　　數(shù)據(jù)緩沖寄存器(DR)：對內(nèi)存進行讀寫操作時，用來暫存數(shù)據(jù)的。作為CPU和內(nèi)存，外圍設(shè)備之間數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。是CPU和內(nèi)存，外圍設(shè)備之間在操作速度上的緩沖
　　　狀態(tài)條件寄存器（PSW）：存儲運算過程中相關(guān)的標(biāo)志，比如一些運算涉及到進位、溢出、中斷等待，涉及到一些狀態(tài)的信息。

控制器：

　　　程序計數(shù)器PC：具有寄存信息和記數(shù)兩種功能，又稱為指令計數(shù)器。用來存放下一條指令所在的單位的地址的地方。
　　　指令寄存器IR：當(dāng)CPU執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存儲器取到指令緩存器中，再送入到指令寄存器中，然后經(jīng)過指令譯碼器的譯碼，從而產(chǎn)生各種微操作。
　　　地址寄存器（AR）：保存當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址，由于CPU和內(nèi)存在操作速度上的差異，所以需要使用AR保持地址信息，直到內(nèi)存的讀寫操作完成。
　　　指令譯碼器（ID）：指令譯碼器對指令的操作碼和地址碼進行解析，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的操作信號，控制各部件的工作，完成所需要的功能。

 

2.2、各種不同的計算機體系結(jié)構(gòu)分類

 

2.3、CISC和RISC指令系統(tǒng)的特點

CISC是計算機非常老舊時的指令系統(tǒng)，一臺計算機可能就是專門為某個機構(gòu)定制的，指令多且復(fù)雜。

RISC適應(yīng)于大眾使用，指令簡化，追求高效率和簡單

 

3、流水線

執(zhí)行一條指令會分為：取指、分析、執(zhí)行三個步驟：

 

由于取指、分析、執(zhí)行三個步驟是由不同的部件完成的，所以第1 條執(zhí)行分析時，此時取指部件可以空余出來執(zhí)行第 2 條執(zhí)行的取指步驟。

 

3.1、流水線的周期和計算指令執(zhí)行時間

 例題：

上面題目中，流水線周期為 2ns，100條指令的執(zhí)行時間為：（2+2+1）+（100-1）*2 = 203ns，或者是（3+100-1）*2 = 204ns。一般來說都是采用理論公式計算，但也可能會采用實踐公式來算。

 

3.2、流水線的吞吐率

     ，流水線的最大吞吐率計算公式：

如上面例題，流水線的吞吐率為：100/203 ，最大吞吐率為：1/2

 

3.3、流水線的加速比

  

如上面例題，加速比為：（2+2+1）*100/203 

 

3.3、流水線的效率

上圖中，流水線的效率為：（（1+1+1+3）*4）/（15*4），也就是說，流水線的效率在空間圖上可以看做是：工作占用時空區(qū)/總的時空區(qū)

 

4、計算機的層次化存儲

 

4.1、cache

   有時候并不會把寄存器放在存儲體系中，所以可以將 cache 認(rèn)為是訪問速度最快的層次，但如果有寄存器，實際上還是會選寄存器。

 

 電腦使用cache和主存儲器時，平均周期的計算公式：

比如，對cache的訪問命中率為 95%，cache的周期時間為 1ns，主存儲器周期為 1000ns，那么此時系統(tǒng)的平均周期為：0.95*1 +（1-0.95）*1000 = 50.95ns

 

4.2、主存

主存可分為隨機存取存儲器和只讀存儲器。計算機系統(tǒng)的主存主要由DRAM構(gòu)成，SRAM主要組成cache。

RAM和ROM的應(yīng)用：系統(tǒng)的內(nèi)存一般由RAM和ROM組成，像cache一般是用靜態(tài)RAM的因為需要高速的緩存，需要讀寫速度快，而主存的話一般是用動態(tài)ram，便于存儲對讀寫速度每那么的快，而ROM則是存放一些系統(tǒng)程序的存儲器，有只讀功能，不可寫，比如開機的時候的BIOS。外存有很多種如閃存USB的硬盤，還有SSD的固態(tài)硬盤等。

 

4.3、主存 -- 編址

  表示這個芯片有 8 個地址單元，每個地址空間有 4 個 bit 位信息，一共可以存儲 32 bit 位信息。注意，這么一個存儲器稱之為一個芯片，每一行稱之為 1 個地址單元或者內(nèi)存地址，每 1 格就是 1 個 bit。

 

例題：

地址由AC000H到C7FFFH，由C7FFFH 減去 AC000H 得到的是多少，然后 +1，就是多少個地址單元，因為 1 個地址單元能表示 1 個地址，有多少個地址就有多少個地址單元。C7FFFH 和 AC000H 都是 16進制的數(shù)，相減得到是 1C000H，實際上就是1*16⁴+12*16³，然后再除以 K 即 2¹⁰ 就可以得到第一個空的答案：112。

如果該內(nèi)存地址按字（16bit）編址，意思是每個地址單元有 16 位。由 28 片芯片構(gòu)成，每個芯片有 16k 個存儲單元，那么每個存儲單元的存儲位為：（112K * 16）/（28*16K）= 4

 

 

4.4、磁盤結(jié)構(gòu)與參數(shù)

先在磁道讀取完數(shù)據(jù)，然后才能對數(shù)據(jù)進行處理。

例題：

  旋轉(zhuǎn)周期為33ms，則旋轉(zhuǎn)1個扇區(qū)需要3ms。磁頭處于R0開始處，則讀取R0需要3ms，但每個記錄的處理也要3ms，處理完R0后磁頭已經(jīng)到了R2開始處，因為要順序處理，所以需等到磁頭重新旋轉(zhuǎn)至R1開始處，需等待30ms，然后讀取R1，處理R1，以此類推，計算后可以得到答案為 366ms。

  如果信息存儲可以優(yōu)化分布，那就可以像左圖，處理完R0后，磁頭剛好處于R1開始處，可以立即處理R1，不用等待。以此類推，計算后可得此時答案為 66ms。

 

 5、計算機總線

根據(jù)總線所處的位置不同，總線通常被分成三種類型，分別是：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線）、外部總線

數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線用于傳遞數(shù)據(jù)信息。

地址總線：地址總線用于傳輸?shù)刂返男畔?，如要訪問外設(shè)的內(nèi)存地址、某個外設(shè)的地址等。由于地址通常由CPU提供的，所以地址總線一般是單向傳輸?shù)摹?/p>

控制總線：顧名思義，控制總線用于傳送控制信號。例如CPU向內(nèi)存或輸入輸出接口電路發(fā)出的讀寫信號；又如，輸入輸出接口電路向CPU發(fā)送的用于同步工作的聯(lián)絡(luò)信號等。

 

6、串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)

串聯(lián)系統(tǒng)模型：

可靠性：，即為各個子系統(tǒng)的可靠性相乘的值

    可靠性：  當(dāng)所有系統(tǒng)都失效時，系統(tǒng)才失效。

 

7、CRC與海明校驗碼

7.1、碼距

在整個編碼系統(tǒng)中，所有的任意的兩個碼字之間，一個碼字最少需要改變多少個位才能變成另一個碼字，這個位數(shù)就是碼距。

 

7.2、循環(huán)校驗碼CRC

循環(huán)校驗碼可以檢錯但不能糾錯。

在信息傳送時，會在其尾部加入校驗信息，加入校驗碼后的數(shù)據(jù)與生成多項式進行模2相除，余數(shù)如果為0則認(rèn)為沒出錯，否則認(rèn)為傳輸過程中出錯了。

 

7.3、海明校驗碼

海明校驗碼可以檢錯也可以糾錯。

根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)的信息位生成校驗位，如果生成的校驗位和得到的校驗位不一致，則認(rèn)為出錯。兩個校驗位信息異或，得到是多少就認(rèn)為是哪個位置出錯。

 

7.4、奇偶校驗

 

8、操作系統(tǒng)

          

 

 

8.1、進程的狀態(tài)

 

 

8.2、PV操作

PV操作利用信號量機制，是一種有效的進程同步與互斥工具，可以實現(xiàn)資源的互斥使用。

先執(zhí)行P(S1)，S1為0，此時S<0不成立，所以繼續(xù)執(zhí)行，V(S2)，S2為1，S2<=0不成立，所以繼續(xù)執(zhí)行生產(chǎn)者進程。執(zhí)行P(S1)，S1為-1，S1<0成立，此時阻塞生產(chǎn)者進程，放到進程隊列，執(zhí)行消費者進程。消費者執(zhí)行P(S2)、V(S1)，以此類推，當(dāng)S<=0時，消費者進程又激活生產(chǎn)者進程。

V操作可以激活P操作，PV操作一般來說都是配對的，即P(S1)和V(S1)。判斷一個操作是P還是V操作，可以看他是否依賴于其他進程，如果需要依賴其他進程才能執(zhí)行，那他就是P操作。

例題：

收銀員進程由付款進程激活，所以可以知道a1是一個V操作，b1是一個P操作。而購書者付款進程也需要等收費進程執(zhí)行完畢后才能執(zhí)行完畢，所以說可以知道a2是一個P操作，b2是一個V操作，而PV操作都是配對的，所以根據(jù)選項可以知道選AC

 

8.3、死鎖

避免死鎖可以通過：有序資源分配法和銀行家算法，但有序資源分配法會導(dǎo)致資源利用率比較低。

 

 

9、存儲管理

9.1、頁式存儲

頁式存儲管理就是把內(nèi)存物理空間劃分成大小相等的若干區(qū)域，一個區(qū)域稱為一塊.。把邏輯地址空間劃分為大小相等的若干頁，頁大小與塊大小相等?！绊摗笔沁壿媶挝?，”塊”是物理單位。

頁式存儲器的邏輯地址由兩部分組成：頁號+頁內(nèi)地址（這里的+是直接拼接的，而不是加法）。邏輯地址是指由程序產(chǎn)生的與段相關(guān)的偏移地址部分。

在存儲器里以字節(jié)為單位存儲信息，為正確地存放或取得信息，每一個字節(jié)單元給以一個唯一的存儲器地址，稱為 物理地址，又叫實際地址或絕對地址。物理地址=塊號X塊長+頁內(nèi)地址

例題：

第一個空，已知邏輯地址求物理地址，邏輯地址由 頁號和頁內(nèi)地址組成，頁面大小為4K，也就是2¹²，也就是說頁內(nèi)地址應(yīng)該有12位，邏輯地址為十六進制的5A29H，每四個2進制位轉(zhuǎn)化為1個16進制位，也就是說后面三位的 A29 就是頁內(nèi)地址，那 5 就是頁號。查看頁表可以知道，頁號5對應(yīng)著塊號 6，而頁內(nèi)地址都是一樣的，所以物理地址為 6A29H。

第二個空，淘汰的話應(yīng)該要淘汰在內(nèi)存中，并且此時未被訪問的，所以應(yīng)該是頁號為 1 的。

 

例題：

程序分為6個頁面，且系統(tǒng)中沒有使用快表，意思是每次執(zhí)行一個頁面都需要查表，也就是每執(zhí)行一個頁面需要訪問兩次內(nèi)存，所以一共需要訪問 12 次內(nèi)存。

缺頁中斷指的是讀取執(zhí)行程序時，該程序沒有在內(nèi)存中，此時就產(chǎn)生1次缺頁中斷。約定讀取指令時只產(chǎn)生 1 次缺頁中斷，所以讀取 swap 指令產(chǎn)生 1 次缺頁中斷，讀取操作數(shù) A 時，由于該計算機系統(tǒng)按 8 位編址，AB都是16位，所以讀取都需要訪問兩次內(nèi)存，產(chǎn)生兩次缺頁中斷，所以一共是產(chǎn)生 5 次缺頁中斷。

 

10、編譯過程

在對高級語言源程序進行編譯或解釋處理的過程中，需要不斷收集、記錄和使用源程序中一些相關(guān)符號的類型和特征等信息，并將其存入符號表中。