R004 -计算机硬件基础

目录

1.数据表示&计算机网络组成

2.计算机网络分类

3.冯·诺依曼体系结构

4.指令系统基础

5.指令系统类型

6.流水线技术

    流水线周期 :各流水段中,执行时间最长的那一段。就是T

    流水线时间:t 1+t2+t 3 +(n-1)  * T

 7.流水线指标

8.存储系统

9.系统可靠性


1.数据表示&计算机网络组成

 数据的表示:逢R进1

R进制1位可以表示数后缀
二进制0,110  B
八进制0~710  O
十进制0~910  D
十六进制0~9,ABCDEF10  H
76543210
1286432168421
-1-2-3-4-5-6-7
1/2=0.51/4=0.251/8=0.1251/16=0.06251/321/41/128
八进制01234567
二进制(三位)000001010011100101110111

计算机网络组成 = 物理组成+软件+协议+功能组成

定义:将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享的系统

物理组成

主机:服务器、客户端

网卡、调节器

路由和交换设备:交换机、路由器等等

软件
协议
  • 语法 传输数据的格式
  • 语义 控制协调、差错处理的顺序关系
  • 时序 各种操作的时间顺序
功能组成

资源子网:边缘部分

通信子网:  核心部分

2.计算机网络分类

分布范围

广域网

城域网

局域网

拓扑结构总线型:负载高、通信效率低
星型:成本高、中心节点要求高
环型:适合对时间敏感的网络,实时控制局域网
树型:适合层次分明
网状型:每个节点至少有两条路径,控制复杂、线路成本高,用于Internet主干网络

3.冯·诺依曼体系结构

      冯诺依曼体系结构 :具有五大组成=运算器+控制器+存储器+输入+输出设备

       其中  运算器+控制器 =CPU的两大核心部件

存储器    

存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类

CPU直接交换信息的是主存。

  • 主存储器(Main memory:其作用是存放指令和数据,并能由CPU直接随机存取;CPU和主存储构成主机。
  •  辅助存储器:长期保在的程序或数据,断电后也不会丢失,容量比较大,但存取速较慢
计算机总线
  • 是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。
  • 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
  • 数据总线宽度:指CPU中运算器与存储器之间互连的内部总线根数,也指CPU一次读取的二进制位数,同时也说明字长。
  • 地址总线的宽度就是CPU寻址范围,若地址总线为n位,则可寻址空间为2的n次方

常见的并行总线和串行总线:

串行总线:USB、RS232
并行总线:PCI总线、IEEE488总线

32位操作系统理论上支持的最大内存空间容量为:2的32次方 → 4GB   

单位: KB→MB→GB

4.指令系统基础

  1. 寻址方式

      指令的组成 =操作码+地址码

      操作码:指明该指令要完成的操作,如取数、做加法或输出数据等。 干什么-do what

      地址码:指明操作数的内容所在的存储单元地址。  去哪里干-where do

   2.寻址方式 

      指获得操作数的方法。在指令系统中可采用多种寻址方式,用以实现扩大寻址空间并提高编程灵活性的目的。

     

 立即寻址
  • 操作数在指令里,可以直接找到操作数
  • 速度最快
直接寻址 操作数在内存(主存)中,访问内存
寄存器寻址操作数在寄存器中,访问寄存器
间接寻址

先寄存器→再去内存;

操作数在内存,寄存器中存放的是操作数的地址

Q:在机器指令的地址字段中,直接指出操作数所存放的主存地址的寻址方式称为

A:立即寻址

5.指令系统类型

CISC(复杂) :

  1.   数量多,使用频率差别大,可变长格式;
  2.   寻址方式多种
  3.   微程序控制技术

RISC(精简)

  • 数量少,使用频率接近,定长格式,大部分为单周期指令,操作寄存器,只有Load/Store操作内存
  • 寻址方式较少
  • 硬布线逻辑控制为主;适合采用流水线

  微程序控制是哪一个指令系统? 复杂CISC

6.流水线技术

    →取指→分析→执行→

    流水线周期 :各流水段中,执行时间最长的那一段。就是T

    流水线时间:t 1+t2+t 3 +(n-1)  * T

  如图 取指 1ns ,分析 1ns, 执行 2ns 

   Q1 : 流水周期是多少?

   Q2 :101指令 要运行的时间是?

   A1  流水周期 找各阶段中的最长时间,是2ns

   A2  (1+1+2)+(101 - 1 )*2 =204 ns

 7.流水线指标

8.存储系统

9.系统可靠性

    可靠性的四个指标:失效率即故障率、平均无故障、平均故障修复、可用性。吞吐量可不包含在可靠性内。

  1. 失效率:单位时间内发生故障的概率
  2. 平均无故障时间MTBF:一般指产品在两次故障之间的平均时间间隔,以小时为单位
  3. 平均故障修复时间MTTR:一般指产品故障维修所需的平均修复时间
  4. 可用性:系统能够正常运行的时间比例

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