软件设计师考试之计算机系统知识学习

概要

考试前提

计算机系统硬件基本组成

1. 计算机系统硬件组成

• 计算机系统由软件和硬件组成。
• 硬件系统主要由，运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。五部分组成。
• 其中运算器和控制器被集成在CPU中，他们和存储器一起协调工作类似于人们的脑子；其中输入设备如键盘，鼠标，类似于人们的眼睛和耳朵；输出设备，显示器，类似于人的手和嘴。

2. 中央处理器

• CPU ：取指令 分析指令 执行指令

• CPU的功能： 程序控制，操作控制，时间控制，数据处理。

• CPU的组成：cpu主要由运算器，控制器，寄存器和内部总线组成。

  • 运算器
    作用： 数据处理，完成算术运算和逻辑运算
    组成： 算术逻辑单元（ALU） ，累加寄存器(AC)，数据缓冲寄存器(DR)，状态条件寄存器(PSW)等

  • 控制器
    作用： 控制CUP的工作，指令控制逻辑，时序控制逻辑，中断控制逻辑。
    指令控制逻辑： 取指令，分析指令，执行指令
    指令寄存器（IR）:暂存从内存储器取到缓冲寄存器中的指令
    程序计数器（PC）:寄存信息和计数
    地址寄存器（AR）:保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
    指令译码器（ID）:对操作码字段进行分析解释和识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各个部件工作，完成所需的功能。
    时序控制逻辑： 为每条指令按时间提供应有的控制信号。
    中断控制逻辑： 用于控制各种中断

  运算器受控制器控制

• 多核cpu
  不是重点，只需了解 多核处理器
  

3. 数据表示
   此部分不需背，需要掌握计算方法，因此用例题进行编写

• 进制转换
  
• 原码反码补码移码计算
  原码：一个数的原码表示方法，在规定字长内，最高位用0和1表示，0表示正数，1表示负数。其余为为该数的二进制表示。当该数字长不足指定字长时，高位补零（除最高位外）。
  反码：在原码的基础上进行改变，正数的反码和其原码相同不发生改变；负数的反码是在负数的原码做出改变得到的，其中原码符号位不变，其他位与原码相反
  补码:在反码的基础上进行改变，假如该数为整数，则不发生改变，为负数，则在反码末位加一得到。
  移码：在补码的基础上做出改变，只需将补码的符号位变为相反。

其中只有补码的0唯一

• 定点数，浮点数
  机器字长为n，各种码制下带符号数的范围表（背会最好）

码制	定点整数	定点小数
原码	-(2^(n-1) ~ +(2^(N-1)-1))	-(1-2^-(N-1))~ +(1-2^-(n-1))
反码	-(2^(n-1) ~ +(2^(N-1)-1))	-(1-2^-(N-1))~ +(1-2^-(n-1))
补码	-2^(n-1) ~+（2^(n-1)-1）	-1 ~ (1- 2^-(n-1))
移码	-2^(n-1) ~+（2^(n-1)-1）	-1 ~ (1- 2^-(n-1))

定点数: 小数点不发生改变的数
浮点数： 小数点发生改变的数
浮点数的产生原因：定点数所表示的数值范围比减小，在运算时可能会产生溢出。
二进制浮点数的表示
N=2E*F
E表示阶码，F表示尾数
浮点数表示法

阶符	阶码	数符	数码

浮点数的数值表示范围由阶码决定，精度由尾数所决定。
浮点数的规格化： 尾数的绝对值限定在区间[0.5,1]。


在此可能会考浮点数的加减法，并判断浮点时是否发生溢出

浮点数的加减

4. 校验码
   码距：在一个编码系统中，任意两个合法编码之间至少有多少个二进制为不同！
   例如：
   1位长度的二进制编码，A=1,B=0,最小码距为1
   2位长度的二进制编码，A=11,B=00,最小码距为2，只有检测能力，无纠错能力
   3位长度的二进制编码，A=111,B=000,最小码距为3，有检测能力又有纠错能力
   纠错： 在一个编码组内，为了检测e个误码，最小码距D,应满足d>e+1
   检验： 在一个码组内为纠正t个误码，最小码距D应满足D>=2T+1

海明码

循环冗余检验码

计算机体系结构

1. 计算机体系结构的发展
   
2. 存储系统
   
3. 总线
   总线广义的分为，系统总线，内部总线，外部总线
   系统总线按功能又分为，控制总线，数据总线，地址总线。其中地址总线的位数决定了存储空间的大小。