R004 -計算機硬件基礎

目錄

1.數據表示&計算機網絡組成

2.計算機網絡分類

3.馮·諾依曼體系結構

4.指令系統基礎

5.指令系統類型

6.流水線技術

? ? 流水線周期 :各流水段中,執行時間最長的那一段。就是T

? ??流水線時間:t 1+t2+t 3 +(n-1)? * T

?7.流水線指標

8.存儲系統

9.系統可靠性


1.數據表示&計算機網絡組成

?數據的表示:逢R進1

R進制1位可以表示數后綴
二進制0,110? B
八進制0~710? O
十進制0~910? D
十六進制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
八進制01234567
二進制(三位)000001010011100101110111

計算機網絡組成 = 物理組成+軟件+協議+功能組成

定義:將分散的、具有獨立功能的計算機系統,通過通信設備與線路連接起來,由功能完善的軟件實現資源共享的系統

物理組成

主機:服務器、客戶端

網卡、調節器

路由和交換設備:交換機、路由器等等

軟件
協議
  • 語法 傳輸數據的格式
  • 語義 控制協調、差錯處理的順序關系
  • 時序 各種操作的時間順序
功能組成

資源子網:邊緣部分

通信子網:? 核心部分

2.計算機網絡分類

分布范圍

廣域網

城域網

局域網

拓撲結構總線型:負載高、通信效率低
星型:成本高、中心節點要求高
環型:適合對時間敏感的網絡,實時控制局域網
樹型:適合層次分明
網狀型:每個節點至少有兩條路徑,控制復雜、線路成本高,用于Internet主干網絡

3.馮·諾依曼體系結構

? ? ??馮諾依曼體系結構 :具有五大組成=運算器+控制器+存儲器+輸入+輸出設備

? ? ? ?其中? 運算器+控制器 =CPU的兩大核心部件

存儲器? ??

存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類

CPU直接交換信息的是主存。

  • 主存儲器(Main memory:其作用是存放指令和數據,并能由CPU直接隨機存取;CPU和主存儲構成主機。
  • ?輔助存儲器:長期保在的程序或數據,斷電后也不會丟失,容量比較大,但存取速較慢
計算機總線
  • 是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線。
  • 按照計算機所傳輸的信息種類,計算機的總線可分為數據總線、地址總線和控制總線,分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號。
  • 數據總線寬度:指CPU中運算器與存儲器之間互連的內部總線根數,也指CPU一次讀取的二進制位數,同時也說明字長。
  • 地址總線的寬度就是CPU尋址范圍,若地址總線為n位,則可尋址空間為2的n次方

常見的并行總線和串行總線:

串行總線:USB、RS232
并行總線:PCI總線、IEEE488總線

32位操作系統理論上支持的最大內存空間容量為:2的32次方 → 4GB? ?

單位: KB→MB→GB

4.指令系統基礎

  1. 尋址方式

? ? ? 指令的組成 =操作碼+地址碼

? ? ??操作碼:指明該指令要完成的操作,如取數、做加法或輸出數據等。 干什么-do what

? ? ??地址碼:指明操作數的內容所在的存儲單元地址。? 去哪里干-where do

? ?2.尋址方式?

? ? ? 指獲得操作數的方法。在指令系統中可采用多種尋址方式,用以實現擴大尋址空間并提高編程靈活性的目的。

? ? ?

?立即尋址
  • 操作數在指令里,可以直接找到操作數
  • 速度最快
直接尋址?操作數在內存(主存)中,訪問內存
寄存器尋址操作數在寄存器中,訪問寄存器
間接尋址

先寄存器→再去內存;

操作數在內存,寄存器中存放的是操作數的地址

Q:在機器指令的地址字段中,直接指出操作數所存放的主存地址的尋址方式稱為

A:立即尋址

5.指令系統類型

CISC(復雜) :

  1. ? 數量多,使用頻率差別大,可變長格式;
  2. ? 尋址方式多種
  3. ??微程序控制技術

RISC(精簡)

  • 數量少,使用頻率接近,定長格式,大部分為單周期指令,操作寄存器,只有Load/Store操作內存
  • 尋址方式較少
  • 硬布線邏輯控制為主;適合采用流水線

? 微程序控制是哪一個指令系統? 復雜CISC

6.流水線技術

? ? →取指→分析→執行→

? ? 流水線周期 :各流水段中,執行時間最長的那一段。就是T

? ??流水線時間:t 1+t2+t 3 +(n-1)? * T

? 如圖 取指 1ns ,分析 1ns,?執行 2ns?

? ?Q1 : 流水周期是多少?

? ?Q2 :101指令 要運行的時間是?

? ?A1? 流水周期 找各階段中的最長時間,是2ns

? ?A2? (1+1+2)+(101 - 1 )*2 =204 ns

?7.流水線指標

8.存儲系統

9.系統可靠性

? ? 可靠性的四個指標:失效率即故障率、平均無故障、平均故障修復、可用性。吞吐量可不包含在可靠性內。

  1. 失效率:單位時間內發生故障的概率
  2. 平均無故障時間MTBF:一般指產品在兩次故障之間的平均時間間隔,以小時為單位
  3. 平均故障修復時間MTTR:一般指產品故障維修所需的平均修復時間
  4. 可用性:系統能夠正常運行的時間比例

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