中级软件设计师笔记

一、 数据的表示

 二进制：10100.01 = 1x2的4次方+1x2的2次方+1x2的-2次方

七进制 604.01 =6*7的2次方+4*7的0次方+1*7的-2次方

十进制转其他进制：短除法。求差 求和 等。

短除法：

94转换为二进制

2/94        余 0

2/47　　    1

2/23　　    1

2/11　　    1

2/5  　　    1

2/2  　　    0
1              1

 从下往上写

二进制：1011110

 

一般默认最右边是最低位。

二进制 八进制 十六进制

一个八进制需要3个二进制

一个六进制需要4个二进制

 

二、原码 反码 补码 移码

原码： 一般用八位二进制表示，最高位是符号位，0为正数，1为负数。

反码：正数的反码就是它本身，负数的反码是在其原码的基础上，符号位不变，其他位置取反（0变1，1变0）

补码： 使用补码来进行加减运算 正数的补码就是它本身；负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位置取反，最后+1.（进行二进制加法，符号位也会受影响）

移码：在补码的基础上 符号位取反 （一般用于符号位计算）

 

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补 = [1000 0001]移

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补 = [0111 1111]移

[1-1] = [1000 0001]原 错误= [1111 1111]反 错误= [0000 0000]补 = [1000 0000]移

 

三、数值表示范围

 

 

 

 

浮点数： 

科学计数法表示

N=尾数*基数 ^（指数）

运算过程：

对阶>尾数计算>结果格式化

特点：

1.一般尾数用 补码，阶码用移码

2.阶码的位数决定数的表示范围，位数越大范围越大

3.尾数的位数决定数的有效精度，位数越多精度越高

4.对阶时，小数向大数看齐

5.对阶是通过较小数的尾数右移实现的。

 

四、计算机结构

计算机主要结构：运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备

外设： 输入设备 输出设备 辅助存储器（硬盘）

主机：运算器 控制器 主存储器

CPU组成：运算器 控制器 寄存器组 内部总线组成。

运算器：

1.算术逻辑单元ALU    数据的算术运算和逻辑运算

2.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

3.数据缓冲寄存器DR   写内存时，暂存指令或者数据

4.状态条件寄存器    存状态标志和控制标志 界定条件模糊不清 有争议 也可以及定位控制器 最后再选   

控制器：

1.程序计数器PC  存放CPU想要访问的下一条指令的地址

2.指令寄存器IR 存放指令

3.地址寄存器 记录CPU当前所要访问的地址

4.指令译码器 

5.时序部件 记录执行的顺序

 

五、计算机体系结构分类 FLynn  弗林分类体系

 

 

 

 

六、指令的基本概念

一条指令九四机器语言的一个语句：基本结构如下：

操作码字段：地址码字段

 

七、寻址方式

立即寻址方式：操作数直接在指令当中，速度快，灵活性差

直接寻址方式：指令中存放的是操作数的地址

间接寻址方式：指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址。

寄存器寻址方式：寄存器存放操作数

寄存器间接存储方式：寄存器存放的是操作数的地址

 

八、CISC和RISC

 

 

 

 

二者比较：

CISC:复杂，指令多，频率差别大，多寻址。

RISC：精简，指令数量少，操作寄存器，单周期， 少寻址，多通用寄存器，流水线。

 

九、 流水线 -流水线计算  

相关计算：流水线执行时间计算，流水线吞吐率，流水线加速比，流水线效率。

流水线是指 在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术，各种部件同时处理是针对不同指令而言的，他们可以同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。

 

 

计算公式：

 

 

流水线周期： 设取指，分析和执行三部分时间分别为1ms，2ms，1ms 则流水线周期为2ms

流水线计算公式：

1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期

如上图：3+（3-1）*2 = 5

时间公式: k*t + (n-1)*t  t为流水线周期  

 

 

 

超标量流水线： 增加流水线 

度：2    条流水线组成 行列流水线

 

 

流水线吞吐率TP：

单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量。

TP=指令条数/流水线执行时间

流水线最大吞吐率：

 

十、层次化存储结构（层次化划分原因：成本问题）

CPU：寄存器  最快，但是容量小，成本高

Cache： 高速缓存，按内存存取

内存（主存）：分两类：随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM）

外村 硬盘，光盘，U盘。

速度不断变慢，容量变大

 

十一、Cache