计算机基础知识

CPU

程序控制功能，CPU通过执行指令来控制程序的执行顺序
操作控制
时间控制
数据处理，CPU最根本的任务

运算器

算术逻辑单元ALU：数据的算术和逻辑运算；
累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用在暂存数据；
数据缓冲寄存器DR：写内存暂存指令或数据；
状态条件寄存器PSW：存状态标志与控制标志；

控制器

分析和执行指令的部件

程序计数器PC：存储下一条要执行指令的地址；
指令寄存器IR：存储即将执行的指令；
指令译码器ID：对指令中的操作码字段进行分析解释；
地址寄存器AR：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址；
时序部件：提供时序控制信号；

Flynn分类

根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类：

指令流
指机器执行指令序列；
数据流
指由指令流调用的数据序列，包括输入数据、中间结果，但不包括输出数据；

分成四类

单指令但数据流（SISD）
单指令多数据流（SIMD）
多指令但数据流（MISD），无实际用处。
多指令多数据流（MIMD）

指令系统

复杂指令系统（CISC）

指令多，100~150条。
使用频率相差悬殊：20%指令出现80%，80%指令出现20%。
寻址方式多，5~20
指令长度不固定，增加指令译码电路复杂性。
指令可以直接处理存储单元数据，速度慢
以微程序控制为主。CISC的指令系统复杂，难以用硬布线逻辑电路实现控制器，通常采用微程序控制。

精简指令系统（RISC）

指令少
寻址方式少：
- 寄存器寻址方式
- 立即数寻址方式
- 相对寻址方式
指令长度固定、格式种类少。
以硬布线逻辑控制为主
单周期指令执行，采用流水线技术。
优化的编译器
cpu中的通用寄存器数量多，一般32个以上，最高有上千个。

数据表示

补码是最适合进行数字加减运算的数字编码。
移码只用于表示浮点数的阶码，所以只用于整数。

码距

一个编码系统的码距就是整个编码系统中任意（所有）两个码字的最小距离。若一个码距有四种编码分别是：000，0011，1100，1111，此编码系统中0000 与 1111 的码距为4；0000 与0011的码距为2，是此编码系统的最小码距。因此该编码系统的码距为2.

检测e个误码，最小码距满足d>=e+1;
纠正t个误码，最小码距满足：d>=2t+1;
同时纠错检错：d>=e+t+1；

校验码

奇偶校验
只能检测代码中奇数位出错的编码，但不能发现偶数位出错的情况。
海明码
校验码位置必须是2^{n位置（n从0开始，1、2、4、8…）信息码在非2}n位置

设n个数据位，k个校验位，满足：2^k≥n+k+1
循环冗余校验码CRC

指令

吞吐率
流水线加速比
流水线总时间：
理论公式：t1+t2+…+tk+(n-1)△t
实践公式：（K+n-1)*△t
* △t：流水线周期、执行时间最长一段；
* n 执行条数
* k 分几个部分

控制方式

顺序方式
重叠方式
流水线

存储系统

寄存器

内存编址
存储器由多块存储单元组成，内存编址就是对存储单元进行标识。

芯片
存储器由若干个芯片构成

内存容量
内存容量=每个芯片容量 x 芯片个数
每个芯片容量=一个地址代表的容量 x 编址总数

数据总线

计算机一次处理n位的数据，则数据总线的长度为n。注意：数据总线的长度，并不代表一个地址的长度。

字
和数据总线紧密相关，数据总线有几位，则一个字就由多少位组成。如64位计算机，标识一次可以处理64位数据，则1个字就是64位。

地址总线
假如需要n位二进制数标识所有地址，则地址总线的个数为n

案例
【问题】
内存按字节编址，地址从A4000H到CBFFFH，共有（1）个字节。若用存储容量为32K×8bit的存储芯片构成该内存，至少需要（2）片。
【解答】
1.先求出地址总个数：CBFFFH-A4000H+1=28000H（十六进制）
2*（16^4）+8*（163）=163840=160*1024（个）=160K（个）
2.求解芯片个数
160KB/32KB=5(个)