【收藏】快速了解计算机组成原理及体系结构看这篇就足够了！周末手绘思维导图 
前言 学而时习之不亦说乎，越是基础的知识越需要巩固学习，正好这几天回顾复习了一下计算机组成原理及体系结构，因此记录下来分享给大家，欢迎学习交流。 计算机组成原理及体系结构主要包括：数据的表示、Flynn分类法、计算机结构、CISC与RISC、存储系统、流水线技术、总线系统、校验码、可靠性等相关技术。 数的表示 数表示法在我们学习计算机的时候就开始接触了，输的表示是指依据不同的角度可以分为不同的类型。 数根据用图和含义不同可以分为不同的类型，例如：从数的是否带符号，可分为带符号数和无符号数；从数的符号的表示方法，可分为真值和机器数；从不同的数制表示数，可分为二进制数、十进制数、八进制数和十六进制数等；从计算机编码角度，数的表示法有原码、反码和补码；对于小数点的表示，可以分为定点表示法和浮点表示法。 N进制转十进制 方法：按权展开法 具体步骤：10100转十进制。12^4+12^2=20 十进制转N进制 方法：短除法 具体步骤：把N作为除数，根据余数继续除N,除到无法整除，然后拼接余数，将余数逆序拼接即可。 二进制转八进制 每三个二进制，对应一个8进制，将二进制从右往左每三个分一段不足的补0，转出多个二进制对应的数，即八进制数。010 001 110 即分别对应 2 1 6 。八进制数是：216 二进制转十六进制 每四个二进制，对应一个16进制，将二进制从右往左每四个分一段不足的补0，转出多个二进制对应的数，即16进制数。1000 1110 即分别对应 8 E 。16进制数是：8E 原码 将一个数转成二进制形式，一个字节8位，不足的补0，最高位为符号位，0正数，1负数 。例如：1 原码为：0000 0001， 3的原码为：0000 0101 正数：原码=反码=补码。例如：1 0000 0001 负数：符号位-1。例如：-1 1000 0001 范围：-（2^n-1 -1）~ 2^n-1 -1。例如：n=8 则范围为：-127~127 反码 正数：原码=反码=补码 。例如： 1 0000 0001 负数：符号位取出（默认-1），其他位置按位取反。例如：-1 1111 1110 范围：-（2^n-1 -1）~ 2^n-1 -1。例如：n=8 则范围为：-127~127 补码 正数：原码=反码=补码。例如： 1 0000 0001 负数：补码是在反码的基础上+1，得到补码。例如：1 1111 1111 范围：-2^n-1 ~ 2^n-1 -1。例如：n=8 则范围为：-128~127 移码 正数：在补码的基础上，首位取反 负数：在补码的基础上，首位取反 浮点数运算 概念：实数由一个整数或定点数（即尾数）乘以某个基数（计算机中通常是2）的整数次幂得到，这种表示方法类似于基数为10的科学计数法 表示：N=M*Re,其中M为尾数，R为底数，e为指数。 计算：对阶—-尾数计算—-结果格式化，小数点左边不能为0。 计算机结构 主机 运算器 控制器 算术逻辑单ALU 累加寄存器AC 数据缓冲寄存器DR 状态条件寄存器PSW 程序计数器PC 指令寄存器IR 指令译码器 时序部件 CPU 主存储器 CISC与RISC CISC复杂指令系统 指令：数量多、使用数量差别大、可变长格式 寻址方式：支持多种 实现方式：微程序控制技术 其他：研制周期长 RISC简单指令系统 指令：数量少、使用频率接近、不可变长格式、大部分为单周期指令、操作寄存器、只有load|store操作内存 寻址方式：支持较少 实现方式：增加通用寄存器、硬布线逻辑控制为主、多用于流水线 其他：优化编译、有效支持高级语言 Flynn分类法 计算机体系结构的分类方法。依据数据流和指令流 单指令流单数据流 SISD 结构：控制一个、处理一个、主存一个 使用：单处理器系统 单指令流多数据流 SIMD 结构：控制一个、处理多个、主存多个 使用：并行处理机、阵列处理机、超级向量处理机 多指令流单数据流 MISD 结构：控制多个、处理一个、主存多个 使用：目前没有，类似于流水线 多指令流多数据流 MIMD 结构：控制多个、处理器多个、主存多个 使用：多处理机、多计算机 存储系统 层次化的存储结构：CPU(寄存器)、Cache、内存（主存）、外存（辅存） Cache 在CPU与主存之间使用Cache，提高CPU输入输出速率 Cache依据：局部性原理 使用Cache+主存的 平均周期=Cache访问命中率*Cache的访问时间+（1-Cache访问命中率）*主存的访问时间 空间局部性、时间局部性 工作集理论：进程访问时被频繁访问的页面集合 主存 特点：掉电不丢失数据 分类：MROM掩模式ROM,PROM一次可编程ROM,EPROM可擦除ROM,闪速存储器 计算：（末尾地址-起始地址）/内存单位 特点：掉电会丢失数据 分类：DRAM 动态RAM,SRAM静态RAM 随机存取存储器 只读存储器 磁盘 磁盘的存取时间计算：存起时间=寻道时间+等待时间（平均定位时间+转动延迟） 最少记录时间计算=旋转周期+最优读取周期 最长记录时间计算=旋转周期*（周期数-1）+最后一个扇区读取处理时间 流水线技术 流水线，又称装配线，工业上的一种生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作，以提高工作效率及产量。 概念：在程序执行时 流水线周期：流水线中执行时间最长的一段。 流水线执行时间计算 理论公式：每个阶段的时长+（指令条数-1）*流水线周期。t1+t2…+tk+(n-1)*△t 实际公式：（指令阶段数量+指令条数-1）*流水线周期.。（k+n-1）*△t 流水线吞吐率TP 概念：在单位时间内流水线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 最大吞吐量TP=1/△t 流水线的加速比 概念：完成统一批任务，不使用流水线技术与使用流水线技术所用时间的比 计算：S=不使用流水线技术完成的时间/使用流水线技术所用的时间 流水线的效率 概念：流水线的效率是指流水线的设备利用率。 计算：E=N个任务所占用的时空区与K个流水段总的时空区之比 总线系统 内部总线 处理器与芯片之间的总线，芯片之间的总线 系统总线 系统总线是插线板之间的总线 数据总线 地址总线 控制总线 外部总线 校验码 差错控制 整个编码系统中两个码字之间的最小距离 检查出错误并纠正错误 检查出错误 检错 纠错 码距 码距与检错：在一个码组内为了检错e个误码，码距d最小为：d>=e+1 码距与纠错：在一个码组内为了纠错t个误码，码距d最小为：d>=2t+1 循环校验码CRC(检错) 模2除法：在进行除法运算时，不计其进位除法。对商值进行异或处理。 计算时：多项式转成2进制形式；取最高位次方，在原报文后加最高次方的0；进行模2的除法；将原始报文后+余数 海明校验码 计算公式：2^R >=N+R+1。其中R是校验位的个数，N是信息位的个数 检错：信息位转为2进制，判断信息位影响的校验位，校验位根据影响的信息位值进行异或处理 纠错：检错位之后取反即纠错 可靠性 可靠性计算：串联可靠性、并联可靠性 模冗余系统、混合系统 结语 好了，以上就是计算机组成原理及体系结构的介绍，感谢您的阅读，希望您喜欢，如对您有帮助，欢迎点赞收藏。如有不足之处，欢迎评论指正。下次见。
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