1、处理器
冯·洛伊曼1964年提出电子数字计算机：
①使用二进制 （第一台ENIAC使用十进制，比较复杂）
②提出存储程序工作原理
? ? ? ?1、 运算器ALV：在控制器的控制下完成算术运算和逻辑运算，由算术逻辑运算部件ALU、累加器、通用寄存器组成
? ? ? ?2、 控制器：中央处理器核心，控制并协调计算机各部件自动切连续地执行各条指令，由指令寄存器IR、指令译码器ID、定时与控制电路、程序计数器PC以及冲源、中断组成
? ? ? ?3、 存储器：存放程序和数据，程序是计算机操作的依据；数据时计算机操作的对象。由存储体、地址译码器、读写控制器、地址总线、数据总线组成
? ? ? ?4、输入装置
? ? ? ?5、输出装置
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中央处理器：计算机的控制、运算中心，通过总线和其它设备联系。嵌入系统中，外设常常直连到处理器外部i/o脚的中断脚上。运算器位数，即运算器一次能对多少位的数据做加法，是衡量中央处理器的一个重要指标。
? ? ? ?1、 指令寄存器：即将执行的操作码表存放在这
? ? ? ?2、 指令译码器：将操作码解码，告诉中央处理器该做什么
? ? ? ?3、定时与控制电路：产生各种微操作控制型号
? ? ? ?4、 程序计数器：存放下一条指令的地址
? ? ? ?5、 标志寄存器：记录运算器的重要状态或特征，典型应用是作为跳转指令的判断条件
? ? ? ?6、 堆栈和堆栈指针：堆栈可以是一组寄存器或在存储器内的特定区域。堆栈顶部指针称为堆栈指针
寄存器组：通用寄存器功能由程序指令决定，最常见的应用是放置计算的中间结果，减少对存储器的访问次数。通常寄存器的宽度是和运算器的位数相一致的。
为了使得计算机各部件同步工作，计算机中都有一个脉冲源，通常是晶振。这个脉冲源产生主振脉冲，主振脉冲的时间间隔为主振周期，即时钟周期。中央处理器执行指令的时间（包括取址）为指令周期。CPU 周期也称为机器周期，一般是从内存中读一个指令的最短时间。
CPU 执行指令的各个微操作遵循的时间顺序称为时序
组合逻辑控制和微过程控制是两种基本的控制方式。
? ? ? ?组合逻辑控制器是使用专用门的逻辑电路：硬件接线控制和可编程逻辑阵列两种
? ? ? ?微过程控制：为提高控制的灵活性，许多中央处理器采用微过程控制的控制方法
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2、输入/输出及其控制
输入/输出控制器协调和控制数据的输入/输出，具体功能：缓冲锁存数据、地址译码、传递命令、码制转换、电平转换等
? ? ? ?（1） 数据寄存器：CPU 或外设数据的缓冲。
? ? ? ?（2） 状态寄存器：向中央处理器指示控制器和外设的状态。
? ? ? ?（3）控制寄存器：由中央处理器写入该输入/输出控制器的识别指令，指示输入/输出控制器去和外设交互，将数据寄存器的内容写入外设，或者将外设的数据写入数据寄存器，并将此过程的状态写入状态寄存器。
? ? ? ?（4）控制电路：是输入/输出控制的核心，负责输入/输出控制器的行为。
外设识别：独立编址方式、统一编址方式
外设访问：程序查询方式、中断方式
串行接口有两种方式：同步通信和异步通信
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3、总线结构、指令流和数据流
三态门的结构
和 0、1 两个状态的门电路相比，三状态增加了一个高阻状态，又称为“悬空”、“断开”等。这个状态实际上意味着什么也得不到，实现三状态的逻辑电路称为三态门。
E 对于能否输出显得非常重要，在作为总线结构的关键原件时，就称为“总线有效信号”
总线Bus：计算机CPU、内存、输入、输出设备等各功能部件间的传递信息的公用通道，由导线组成的传输线束
? ? ? ?处理器内部总线：内部各部件间信息传送线。如寄存器间
? ? ? ?片总线C-Bus：把不同芯片连接在一起构成特定功能模块的信息传输通路----部件内总线，如显卡
? ? ? ?内总线I-Bus：系统总线，模块间信息通路，如：cpu与存储器间
? ? ? ?外总线E-Bus：通信总线，计算机系统间或与其它系统间的信息传输通路
系统总线按功能分为：
? ? ? ?数据总线：传递数据信息，双向三态形式的总线。中央处理器通过数据总线和主存、外设交换
数据。
? ? ? ?地址总线：专门用来传送地址，三态门控制的单向数据信道。8位微机地址总线16位，最大可寻址空间为2^16=64kb16位微机总线20位最大可寻址空间为 2^20=1MB。由中央处理器“点名”取数的位置
? ? ? ?控制总线：传送控制信号和时序信号。如读/写信号、中断请求、复位等信号
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总线控制方式分为集中式控制和分布式控制
? ? ? ?1．链式查询方式
? ? ? ?2．计数器定时查询方式
? ? ? ?3．独立请求方式
指令流：机器执行的指令序列。
数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
1.根据多倍性的分类
按照计算机同时处于一个执行阶段的指令或数据的最大可能个数，人们把计算机分成 4种
? ? ? ?单指令流单数据流SISD：传统的顺序执行的单处理器计算机
? ? ? ?单指令流多数据流SIMD：复制多个操作，将其打包在大型寄存器的一组指令集，以同步方式在同一时间执行同一条指令
? ? ? ?多指令流单数据流MISD：n个处理单元按n个不同指令的要求处理同一数据流及其中间结果
? ? ? ?多指令流多数据流MIMD：全面的并行处理，多个处理单元根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据
2．按照程序流程机制的分类
? ? ? ?1） 控制流计算机
? ? ? ?2） 数据流计算机
? ? ? ?3） 归约机
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4、存储器系统
存储器体系包括寄存器、Cache、主存储器、磁盘存储器、光盘存储器、磁带存储器等。
存储器系统的性能主要由存取时间、存储器带宽、存储器周期和数据传输率等衡量。
? ? ? ?（1）顺序存取：存储器的数据以记录的形式进行组织。对数据的访问必须按特定的线性顺序进行。
? ? ? ?（2）直接存取：与顺序存取相似，也使用一个共享的读写装置对所有的数据进行访问。但是每个数据块都拥有唯一的地址标识，读写装置可以直接移动到目的数据块所在的位置进行访问。
? ? ? ?（3） 随机存取：存储器的每一个可寻址单元都具有自己唯一的地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。主存储器采用随机存取的方式。
? ? ? ?（4） 相联存取：也是一种随机存取的形式，但是选择某一单元进行读写取决于其内容而不是其地址。与普通的随机存取方式一样，每个单元都有自己的读写装置，读写时间也是一个常数。使用相联存取方式，可以对所有的存储单元的特定位进行比较，选择符合条件的单元进行访问。为了提高地址映射的速度，Cache 采取相联存取的方式。
CPU 需要访问的内容大多都能在 Cache 中找到（称为访问命中，hit），则可以大大提高系统性能
如果以 p 代表对 Cache 的访问命中率，t1 表示 Cache 的周期时间，t2 表示主存储器
周期时间。以读操作为例，使用“Cache+主存储器”的系统的平均周期为 t3，则 t3=p× t1+（1–p）× t2。其中，（1–p）又称为失效率（未命中率）
若命中，则直接对 Cache 进行访问。这个过程称为 Cache 的地址映射。常见的映射方法有直接映射、全相联映射和组相联映射。
Cache 的替换算法主要有以下 3 种。
? ? ? ?（1） FIFO 算法：把一组中最先调入 Cache 的字块替换出去，实现较简单。
? ? ? ?（2） LRU（Least Recently Used）算法：把一组中近期最少使用的字块替换出去，命中率较高。
? ? ? ?（3） RAND 算法：用随机数发生器产生需替换的字块号，因为不能很好反映程序局部性，命中率较低。
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各寄存器彼此分离，CPU 不能直接完成将寄存器 R0 的内容传送到寄存器 R1 中的操作
虚拟存储器：调度方式：页式调度、段式调度、段页式调度。地址变换：全联想变换、直接变换、联想变换
相联存储器：按内存访问存储器，不根据地址而根据存储内容来存取的存储器高速缓冲存储器Cache：位于CPU与内存之间，读写速度比内存更快
随机访问存储器：存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取速度与存储单元的位置无关
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源码：数值前加符号位，0为正，1为负
反码：正数反码为本身，负数反码为绝对值逐位取反。0为正，1为负
补码：正数补码为本身，负数补码符号位1，其余为绝对值按位取反，然后加1—符号一起计算，高
位溢出
移码：是符号位取反的补码，一般做浮点数的阶码
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流水线：将重复过程分解为若干个子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每个子过程可同时进行。时间最长的一段是瓶颈，称为“流水线的周期”
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RISC精简指令集计算机：精简指令、采用大量寄存器、采用缓存–主机–外存三级存储结果
CISC复杂指令集计算机：简化编译器结构，减少编译代码中指令数目
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吞吐量：单位时间内中央处理器从存储设备读取、处理、存储信息的量。受以下影响：
? ? ? ?1.存储设备读取速度
? ? ? ?2.CPU性能
? ? ? ?3.系统结构
平均故障时间等于失效率的倒数：1/(500元件*10-7)=2*104
立即数寻址方式：操作数在指令中，紧跟在操作码之后
寄存器寻址方式：操作数在CPU的内存寄存器时，可在指令中指出寄存器名：
? ? ? ?直接寻址：指令中地址即为操作数的有效地址
? ? ? ?寄存器间接寻址：操作数地址在寄存器
? ? ? ?寄存器相对寻址：以指定的寄存器内容，加上指令中位移量，并以一个寄存器为基准作为操作数的地址
? ? ? ?基址加变址寻址：把一个基址寄存器BX或BP的内容加上变址寄存器SI或DI 的内容，并以一个段寄存器作为地址基准作为操作数的地址
? ? ? ?相对基址加变址寻址：在基址加变址寻址的方式基础上增加一个位移量
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磁盘计算
（1） 总磁道数 = 记录面数×磁道密度×（外直径–内直径）/2
（2） 非格式化容量 = 位密度×3.14×最内圈直径×总磁道数
（3） 格式化容量 = 每道扇区数×扇区容量×总磁道数
（4） 平均数据传输速率 = 每道扇区数×扇区容量×盘片转速
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bit = 0/1
8位:bit=1字节:byte
1024B=1KB
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压缩算法（compaction algorithm）指的就是数据压缩的算法，主要包括压缩和还原（解压缩）的两个步骤
? ? ? ?无损压缩：能够无失真地从压缩后的数据重构，准确地还原原始数据。
? ? ? ?有损压缩：有失真，不能完全准确地恢复原始数据，重构的数据只是原始数据的一个近似
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字长：指参与一次运算的数的位数，主要影响计算机精度和运算速度，8的倍数如32、64位
主频：CPU的时钟频率，单位MHz
存储周期：存储器执行一次完整的存取操作所需时间
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CPU中行指令的地址，访问内存时， 首先将内存地址送入存储器地址寄存器(MAR) 中， 向内存写入数据时待写入的数据要首先放入数据寄存器(MDR) 中。程序中的指令一般放在内存中， 执行时首先要访问内存取得指令并保存在指令寄存器(IR)中。
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串联系统可靠度等于各系统可靠度乘积
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计算机软件：为运行、维护、管理及应用计算机编写的所有程序和数据的总和。
? ? ? ?1.系统软件：操作系统、数据库管理系统、语言处理系统、网络系统、标准程序库、服务性程序。
? ? ? ?2.应用软件：通用、专用软件