软考-软件设计师 笔记一（计算机组成与体系结构）

本栏博客目录

软考-软件设计师 笔记一（计算机组成与体系结构）
软考-软件设计师 笔记二（操作系统基本原理）
软考-软件设计师 笔记三（数据库系统）
软考-软件设计师 笔记四（计算机网络）
软考-软件设计师 笔记五（系统安全分析与设计）
软考-软件设计师 笔记六（数据结构与算法基础）
软考-软件设计师 笔记七（程序设计语言与语言处理程序基础）
软考-软件设计师 笔记八（法律法规）
软考-软件设计师 笔记九（多媒体基础）
软考-软件设计师 笔记十（软件工程）
软考-软件设计师 笔记十一（面向对象设计）
软考-软件设计师 笔记十二（数据流图）
软考-软件设计师 笔记十三（数据库设计）
软考-软件设计师 笔记十四（UML建模）
软考-软件设计师 笔记十五（数据结构及算法应用）
软考-软件设计师 笔记十六（面向对象程序设计）

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文章目录

• 浅谈软设备考
• 历年分值分布情况
• 数据的表示
• • 进制的转换
  • 原码反码补码移码
  • 数值的表示范围
  • 浮点数运算
• 计算机结构
• • CPU结构（运算器与控制器的组成）
• Flynn分类法
• CISC和RISC
• 流水线
• • 流水线计算
  • 流水线吞吐率计算
  • 流水线的加速比计算
  • 流水线的效率计算
• 层次化存储结构
• • Cache
  • 局部性原理
  • 主存
  • 磁盘工作原理
• 计算机总线
• 系统可靠性分析与设计
• • 串联系统与并联系统
  • 模冗余系统与混合系统
• 差错控制
• • 循环校验码CRC
  • 海明校验码

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浅谈软设备考

历年分值分布情况

数据的表示

进制的转换

X进制转十进制 : 按权展开
例如: 七进制转十进制: 604.01 = 6 * 7² + 4 * 7⁰ + 1 * 7 ^-2

十进制转R进制 : 整数位短除法逆序，小数点后乘二取整正序

二进制转八进制与十六进制 : 从小数点处向两边，3位为一位 / 4位为一位转换，不够则补零

原码反码补码移码

原码: 二进制形式，一般为一个字节（八位），最高位为符号位，正的符号位为0，负数的符号位1.

反码: 正数的跟原码一样，负数的反码除符号位外取反。

补码: 正数的跟原码一样，负数的补码为反码 + 1。

移码: 作浮点运算的介码，不管是正数还是负数，都在补码的基础上对符号位取反。

数值的表示范围

原码: – (2 ^{(n – 1)} – 1) ~ (2 ^{(n – 1)} – 1)
反码: – (2 ^{(n – 1)} – 1) ~ (2 ^{(n – 1)} – 1)
补码: – 2 ^{(n – 1)} ~ (2 ^{(n – 1)} – 1)

补码的表示范围多一个是因为 +0 和 -0 的补码相同，少占用一个编码。

浮点数运算

浮点数表示:
N = M * R^e
M称为尾数，e是指数，R为基数

对阶 =》 尾数计算 =》 结果格式化

对阶: 让指数相同（阶数化大），M化小

格式化: 1～9

计算机结构

CPU结构（运算器与控制器的组成）

指令对应控制部分，数据流对应处理器。

一种计算机体系结构的分类方法 ，根据flynn分类法，我们可以把常见的计算机进行分类，它的分类依据为两个指标，1. 指令流 2. 数据流

无论是指令流还是数据流，它们都分为两种类型，一种是单的，一种是多的。
组合成了4种结构，包括单指令流单数据流、单指令流多数据流、多指令流单数据流、多指令流多数据流

单指令流单数据流: 指令流和数据流都是单个的，控制部件只有一个，处理器也只有一个，它的典型代表是单处理器系统，像以前用到的PC机，386、486、586（奔腾），这都属于单处理器系统。

单指令流多数据流: 控制部件只有一个，但处理部件会有多个，也就是说，发了一条指令，会有多个运算部件同时去做同样的运算，只是每一个部件的输入有差异而已。主要在阵列处理机应用，陈列处理机适合处理数组类型的运算，比如二维数组，要对数组与数组之间进行操作的时候，我们发现对很多数据作同样的操作，比如加法，对应进行加，一条加法指令，通过输入不同的数据，得到一组不同的结果。

多指令流单数据流: 有多个控制部件，而处理部件只有一个，属于一种理论模型。并不具备实际的意义与价值。

多指令流多数据流: 目前非常常见，有多个处理器，或者说把多个处理机（计算机）连起来，来共同完成一些任务，比如说集群的形式。

CISC和RISC

在没有应用流水线技术前，在同一时间有大量部件的时间片是属于空闲状态，而流水线所做的工作是把这些空闲的时间片给利用起来，在完成第一条指令的取指操作后，第一条指令开始作分析，与此同时开始第二条指令的取指操作，也就意味着，不需要等到第一条指令完全执行完，才开始第二条指令的执行。

流水线计算

TP = 执行条数 / 流水线执行时间，拿上个题的数据来计算就是 100 / 203

TP_max = 1 / t ? 对应于上题就是1 / 2 ，（理想）状态，忽略流水线建立时间（即第一条指令执行所需的时间）比平常多用的时间。

流水线的加速比计算

可以理解为 图中的阴影面积 / 总面积 ? 对应于上图就是 E = (t + t + t + 3t) * 4 / (15t * 4)
当流水线的每一个工作段的时长是相等的情况，往往效率最高

层次化存储结构

Cache工作于CPU和主存之间，他是为了提高访问的速度而提出来的一种方案，在整个的存储结构当中，除了寄存器，Cache是最快的。

Cache的访问命中率是CPU读取数据时，需要读取的数据在Cache中的概率。

假如Cache的存取的周期时间是1ns，主存存储周期为1μs，Cache的访问命中率是0.95
此时 t3 = 1 * 0.95 + 1000 * 0.05

所以不妨将上式看作加权和更助于理解

局部性原理

随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)

内存属于随机存取存储器，特点: 内存一旦断电，内存当中的数据都将被清除掉。

只读存储器(ROM): 断电之后依然能存储相应的信息。

磁盘是用一个环形的盘片，上面涂上特殊的材质来保存数据，在磁盘这种结构当中，盘面用来保存数据，磁头用来读取数据，磁头伸到盘面上，要读取信息的时候，磁头要挪到相应的磁道上面。（存信息存在磁道上面），寻找目标磁道的时候要消耗一定的时间，这个时间被称为寻道时间，等待时间（旋转延迟时间）: 在一个磁道上面会分很多扇区（一个磁道上面的一小段），存储数据的时候就是存储在扇区上面，等待时间就是旋转磁盘到目标扇区所用的时间（取平均时间，转动一圈所用时间的一般）。

对存储进行优化分布后，只需要两个旋转周期就可以处理完（33*2 = 66 ms），（读取完R0后，对其进行处理（处理时，磁盘也在转动），处理完后，磁头恰好指到R1的开始…）

内部总线: 微机内部各个外围的芯片与处理器之间的总线。

系统总线: 微机中各个插件板和系统板之间的总线

外部总线: 微机和外部设备的总线。

数据总线是用来传输数据的，假如计算机是32位的，代表一个计算机的字（单位）就是32个bit位，这说明了总线的宽度就是32个bit位，那么我们一次/一个周期所能传输的数据量就是32个bit位

假设地址总线是32位，说明他代表的地址空间是2³²，也就是4G的宽度，所以我们发现如果我们用到的是32位的操作系统，它能够管理的内存就只有4G。

控制总线就是发送控制信号的总线。

系统可靠性分析与设计

串联系统与并联系统

并联是多个子系统并在一起，并联的时候只要有一个子系统正常运行，则整个子系统就能正常运行。
（只有当所有子系统失效的时候，系统才失效）

所以可靠度为: 1 – 系统的失效率（子系统失效率累乘）。（不直接用加法原理是因为这样算的不准确，只有当R都很小的时候才能近似）

失效率就为1 – 可靠度

模冗余系统与混合系统

对于上述混合模型，从整体来讲，属于串行，可以先将中间并联和右边并列的分别求出可靠度，然后再看作一个串行，将可靠度累乘起来。

差错控制

可以检错，不可以纠错。
CRC基本原理和思路: 在进行信息的编码时，在它的尾部加入一些校验信息，加入这些校验信息之后，让编码后的数据能够与循环校验码的生成多项式相除，余数为零（不为零则说明传输过程中出现错误）。

模2除法: 按位异或

校验位的位置是位于整个信息编码的2ⁿ位置。
假如信息位有一个位的长度，则编码长度要有3个位的长度，因为2⁰ = 1，2¹ = 2，存放的都是校验位。

确定校验位占的位数的公式: 2^r >= x + r + 1，其中x是信息位的个数，r是校验位的个数。一般x是已知的，求校验位只需要从小(0)到大枚举，第一个满足上式子的r就是校验位的位数。

求出校验位位数后可得到总长度/位数为: 校验位长度 + 信息位长度
然后列一张表，将信息位和校验位填到相应位置即可。（校验位的计算: 将编码中每个信息位所在的位置用二进制加权求和表示，
如: 7 = 2² + 2¹ + 2⁰，6 = 2² + 2¹ ，5 = 2² + 2⁰，3 = 2¹ + 2⁰）
将上面2^次方出现过的次方用r_次方的形式罗列出来

下标代表上式中的次方出现

r_次方 = 这个下标在上式出现过的数对应信息位的信息进行异或操作的结果

如: r₂ = 7位对应的是I₄ ⊕ 6位对应的是I₃ ⊕ 5位对应的是I₂

即:
r₂ = I₄ ⊕ I₃ ⊕ I₂
r₁ = I₄ ⊕ I₃ ⊕ I₁
r₀ = I₄ ⊕ I₂ ⊕ I₁

然后将异或结果填入到对应校验位所在位置即可

纠错: 假设有一位出错，接收到编码后，提取出信息位，按上面的方式求出校验位，然后再与提取出来的校验位按每一位进行异或操作，然后异或操作后的结果（换成10进制，100 ==> 6）对应位置即为出错位置。 然后对应位置取反即可。

来源：sweetheart7-7