第1章_计算机系统基础知识

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第1章 计算机系统基础知识

嵌入式计算机系统概述

数据表示

• 进位计数制及转换
• 数值型数据的表示
  • 原码、反码、补码和移码
    • 反码
      • 正数反码=原码
      • 负数反码=符号+绝对值按位取反
    • 补码
      • 正数的补码=原码=反码
      • 负数的补码=反码+1
    • ❓ 移码
  • 定点数和浮点数
    • ❓ 定点数
    • 浮点数
      • 工业标准IEEE 754
  • 其他数据的表示
    • 1、十进制BCD码
    • 2、AscII码
    • 3、汉字编码
    • 4、Unicode
      • 万国码
  • 校验码
    • 1、奇偶校验码
    • 2、海明码 Hamming
      • 汉明码
    • 3、循环冗余校验码
      • CRC

算术运算和逻辑运算

• 算术运算
  • 二进制算术运算
    • 加法、减法、乘法
  • 机器数的加减运算
    • 通过补码将减法转化为加法
  • 溢出和判定
  • 二进制的乘除运算
  • ❓ 浮点运算
• 逻辑运算
  • 常用逻辑运算
    • 与、或、非、异或
  • 逻辑表达式及其简化
    • ❓卡诺图

计算机硬件组成及主要部件功能

• 中央处理单元
  • CPU功能
    • 程序控制
    • 操作控制
    • 时间控制
    • 数据处理
  • CPU组成
    • 运算器
      • 1、ALU 算术逻辑单元
      • 2、AC 累加寄存器
      • 3、DR 数据缓冲寄存器
      • 4、PSW 状态条件寄存器
    • 控制器
      • 1、IR 指令寄存器
      • 2、PC 程序计数器
      • 3、AR 地址寄存器
      • 4、ID 指令译码器
    • 寄存器组
      • 专用寄存器
      • 通用寄存器
    • 内部总线
  • 多核CPU
• 存储器
  • 存储器分类
    • 1、按存储器所处的位置分
      • 内存
      • 外存
    • 2、按存储器的构成材料分
      • 磁存储器
      • 半导体存储器
        • 双极型和MOS型
        • 静态Static和动态Dynamic
      • 光存储器
    • 3、按存储器的工作方式分
      • 读/写存储器(RAM)
        • 静态随机读写存储器SRAM
        • 动态随机读写存储器DRAM
      • 只读存储器(ROM)
        • 固定只读存储器(Read Only) ROM
        • 可编程只读存储器(PROM)
        • 可擦除可编程只读存储器(EPROM)
        • 电擦除可编程的只读存储器(EEPROM)
        • 闪存(Flash Memory)
          • 非易失性存储器，基于eeprom
      • 存储在ROM里的程序成为固件(firmware)
    • 4、按访问方式分类
      • 按地址访问
      • 按内容访问
    • 5、按寻址方式分类
      • 随机存储器(RAM)
      • 顺序存储器(SAM)
      • 直接存储器(DAM)
  • ❓ 相联存储器
  • 高速缓存(Cache)
    • 高级缓存的组成
      • L1 Cache
      • L2 Cache
      • L3 Cache
    • 高速缓存中的地址映像方法
      • 直接映像
      • 全相联映像
      • 级相联映像
    • 替换算法
    • Cache性能分析
  • 虚拟存储器
    • MMU单元
  • 外存储器
    • 磁盘存储器
    • 光盘存储器
    • 固态硬盘
  • 磁盘阵列技术
    • RAID
  • 存储域网络
• 总线
  • 总线分类
    • 数据总线
    • 控制总线
    • 地址总线
  • 总线控制芯片
    • 南北桥结构
      • 北桥负责高速，南桥负责低速
    • 单芯片结构
      • 将北桥做到CPU里面
  • 常见总线
    • ISA总线
    • EISA总线
    • PCI总线
    • PCI Express总线
    • 前端总线
    • RS-232C 串行总线
    • SCSI总线
    • SATA
    • USB
    • IEEE1394
      • 串行总线
      • 64位地址线
      • 最高速率392Mb/s
      • 三个协议层：事务层、链路层、物理层
    • IEEE488
• 输入输出设备
  • IO设备概述
    • CPU与IO设备通信
      • 1、为每个控制器分配IO端口，通过专门的指令才能访问端口
      • 2、将所有控制器的寄存器映射到内存空间，通过操作内存即可操作IO
  • 程序控制方式
    • 无条件传送
    • 程序查询方式
  • 中断方式
    • 多中断信号线法
    • 中断软件查询法
    • 菊花链法
    • 总线仲裁法
    • 中断向量法
  • DMA方式
  • 输入输出处理机

计算机体系结构

• 计算机体系结构分类
  • 宏观上
    • 单处理系统
    • 并行处理和多处理系统
    • 分布式处理系统
  • 微观上
    • Flynn分类法
    • 冯译云分类法
    • Handler分类法
    • Kuck分类法
• 指令系统
  • CISC和RISC
  • 指令的流水处理
    • 顺序方式
    • 重叠方式
    • 流水方式
  • RISC的三种流水技术
    • 超流水线技术
      • 细化流水线
    • 超标量技术
      • 多条流水线
    • 超长指令字
  • ?吞吐率和流水建立时间
• 阵列处理机、并行处理机和多处理机

可靠性与系统性能评测基础知识

• 计算机可靠模型
  • 串联系统
  • 并联系统
• 计算机系统的性能评价
  • 性能评价的常用方法
    • 时钟频率
    • 指令执行速度
    • 等效指令速度法
    • 数据处理速率
    • 核心程序法
  • 基准测试程序
    • 整数测试程序
    • 浮点测试程序
    • SPEC基准程序
    • TPC基准程序