运算器

1. 算术逻辑单元（ALU）：运算器的重要组成部件，负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。

2. 累加寄存器（AC）：简称累加器，为ALU提供数据并暂存运算结果。

3. 数据缓冲寄存器（DR）：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站。

4. 状态条件寄存器（PSW）：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。

控制器

指令=操作码+地址码

例如：1+2中，1和2为地址码；+为操作码。

1. 指令寄存器（IR）：保存当前CPU执行的指令。指令译码器（DR）根据指令寄存器（IR）的内容产生各种微操作指令，控制其他组成部件工作，完成所需功能。

2. 程序计数器（PC）：初始时保存的内容是程序第一条指令的地址，执行指令时，CPU自动修改PC的内容（对PC加1），使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。

3. 地址寄存器（AR）：保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

4. 指令译码器（ID）：对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向控制器发出信号，控制各部件工作，完成所需功能。

计算机单位

• 位（bit，b）

• 字节（byte，B）：1B=8bit

• 千字节（KB）：1KB=1024B

• 兆字节（MB）：1MB=1024KB

• 吉字节（GB）：1GB=1024MB

• 太字节（TB）：1TB=1024GB

计算题做题思路：大减小再加1

十六进制转十进制，再根据题意转换单位进行计算。

原、反、补、移码

知识点

数值在计算机中的表示为机器数，特点是采用二进制来表示。

对于n位的机器数，其表示编码有原码、反码、补码、移码等。

以下均假设n=8。

• 原码：最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。

• 反码：最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。其中正数的反码与原码相同，负数的反码则是除符号位以外其余各位按位取反（二进制取反即0变成1，1变成0）。

• 补码：最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。其中正数的补码与原码和反码相同，负数的补码则是在其反码的基础上再加1。补码的正负0编码相同，同时对补码再求一次补码等于其原码。

• 移码：正数和负数的移码是在其补码的基础上对符号位取反。移码的正负0编码相同。

原、反、补、移码表示范围

浮点数

知识点

• 阶码不一致先对阶，小阶向大阶对齐，尾数右移。

• 浮点数所能表示的数值范围由阶码决定，所表示数值的精度由尾数决定。

• 当机器字长为n时，补码和移码可表示2个数（0的表示有相同的编码）。

• 原码和反码只能表示2-1个数（0的表示占了两个编码）。

如果浮点数的阶码（包括1位阶符）用R位的移码表示，尾数（包括1位数符）用M位的补码表示，则这种浮点数所能表示的数值范围如下：

• 最大的正数：+(1-2^1)×2^2^1^1

• 最小的负数：-1×2^2^1^1

寻址

• 立即寻址：操作数就包含在指令中。

• 直接寻址：操作数存放在内存单元中，指令中直接给出操作数所在存储单元的地址。

• 寄存器寻址：操作数存放在某一寄存器中，指令中给出存放操作数的寄存器名。

• 寄存器间接寻址：操作数存放在内存单元中，操作数所在存储单元的地址在某个寄存器中。

• 间接寻址：指令中给出操作数地址的地址。

• 相对寻址：指令地址码给出的是一个偏移量（可正可负），操作数地址等于本条指令的地址加上该偏移量。

• 变址寻址：操作数地址等于变址寄存器的内容加偏移量。

校验码

知识点

• 码距：一个编码方案中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同。

• 码距=2有检错能力，码距≥3才可能有纠错能力。即一个校验码要想能够检错和纠错，其码距至少是3。

奇偶校验

• 码距为2，仅能检测出奇数位错误，不能纠错。

• 奇校验：增加一位校验码，使得编码中1的个数为奇数。

• 偶校验：增加一位校验码，使得编码中1的个数为偶数。

海明码

• 海明码利用多组数位的奇偶性来检错和纠错，可以检错和纠错，码距为3。

• 设数据位是n位，校验位是k位，则n和k必须满足以下关系：2-1≥n+k。

循环冗余码

• k个数据位后跟r个校验位，可以检错但不能纠错，码距为2，采用模2运算得到校验码。

CISC和RISC

流水线

• 加速比=不采用流水线的执行时间/采用流水线的执行时间。

• 流水线的操作周期为最长操作时间。

• 流水线的吞吐率是最长流水段操作时间的倒数。

• 顺序执行时间=一条指令执行的时间×总指令数。

• 流水线执行时间=一条指令执行的时间+最长时间段×(n-1)（n为总指令数）。

• 连续输入n条指令的吞吐率=总指令数/总指令数执行的时间。

存储器

知识点

• 按访问方式可分为按地址访问的存储器与按内容访问的存储器。

• 相联存储器是按内容访问的存储器。

• 按寻址方式分类可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。

• 虚拟存储器由主存与辅助存储器组成。

• DRAM（动态随机存储器）：构成主存，需要周期性地刷新以保持信息。

• SRAM（静态随机存储器）：构成Cache。

• 闪存：可理解为U盘，掉电后信息不会丢失，以块为单位进行删除，是EPROM的一种类型，可代替ROM存储器，但不能代替主存。

Cache

• 直接映像：冲突多，映射关系固定。

• 全相联映像：冲突少，映射关系不固定，主存中的一块可映射到Cache中的任意一块，除非Cache满了才需要替换。

• 组相联映像：冲突较少，是直接映像与全相联映像的折中。

Cache与主存的地址映射由硬件自动完成。

中断

知识点

• 中断向量：提供中断服务程序的入口地址。

• 中断响应时间：从发出中断请求到开始进入中断处理程序的时间。

• 保存现场：为了正确返回原程序继续执行。

输入输出（IO）控制方式

1. 程序查询方式

• CPU和I/O（外设）只能串行工作，CPU需要一直轮询检查，长期处于忙等状态，CPU利用率低。

• 一次只能读/写一个字。

• 由CPU将数据放入内存。

• 需要CPU保护现场。

2. 中断驱动方式

• I/O设备通过中断信号主动向CPU报告I/O操作已完成。

• CPU和I/O（外设）可并行工作。

• CPU利用率得到提升。

• 一次只能读/写一个字。

• 由CPU将数据放入内存。

• 需要CPU保护现场。

3. 直接存储器存取方式（DMA）

• CPU和I/O（外设）可并行工作。

• 仅在传送数据块的开始和结束时才需要CPU的干预。

• 由外设直接将数据放入内存（主存）或者相反。

• 一次读写的单位为"块"而不是字。

• DMA传送一个数据占用一个存储周期。

• 不需要CPU保护现场。

总线

1. 总线的分类

微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线。不同型号的CPU芯片，其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。

2. 常见总线

• ISA总线：工业标准总线，仅支持16位的I/O设备，数据传输率约16Mb/s，也称为AT标准。

• EISA总线：在ISA总线基础上发展的32位总线，定义32位地址线、32位数据线及其他控制信号线、电源线、地线等共196个接点，传输速率达33Mb/s。

• PCI总线：目前微型机上广泛采用的内总线，采用并行传输方式。有适于32位机的124个信号的标准和适于64位机的188个信号的标准。传输速率至少为133Mb/s，64位PCI总线的传输速率为266Mb/s。其工作与CPU工作相互独立，总线上的设备即插即用，接在总线上的设备可提出总线请求，通过PCI管理器中的仲裁机构成为主控设备，与从属设备进行点对点数据传输，还能对传输的地址和数据信号进行奇偶校验检测。

• PCI Express总线（PCI-E）：采用点对点串行连接，每个设备有专用连接，无需向整个总线请求带宽，能提高数据传输率。接口根据总线位宽不同有差异，包括X1、X4、X8及X16（X2模式用于内部接口而非插槽模式），X1的传输速度为250Mb/s，X16为4Gb/s。较短的卡可插入较长的插槽使用，支持热拔插，支持双向传输模式和全双工模式，每个装置可使用最大带宽。

• 前端总线（FSB）：将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时需注意搭配，若CPU不超频，前端总线由CPU决定，主板需支持CPU所需的前端总线，系统才能工作。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并与南桥芯片连接。CPU通过FSB连接到北桥芯片，进而与内存、显卡交换数据，FSB的数据传输能力对计算机整体性能影响大。

• RS-232C：串行外总线，所需传输线少，最少三条线（一条发、一条收、一条地线）即可实现全双工通信。传送距离远，电平传送为15m，电流环传送可达千米，有多种传送速率。采用非归零码负逻辑工作，电平≤-3V为逻辑1，电平>+3V为逻辑0，抗干扰性较好。

• SCSI总线：并行外总线，广泛用于连接软硬磁盘、光盘、扫描仪等。早期为8位，后发展到16位，传输速率从SCSI-1的5Mb/s到16位的Ulra2 SCSI的80Mb/s，目前已高达320Mb/s。总线上最多可接63种外设，传输距离可达20m（差分传送）。

• SATA（Serial ATA）：串行ATA，主要用于主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输。使用嵌入式时钟信号，纠错能力强，能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，发现错误会自动校正，提高了数据传输的可靠性。串行接口结构简单，支持热插拔。

• USB（通用串行总线）：应用广泛，由4条信号线组成，两条用于传送数据，另外两条传送+5V容量为500mA的电源。可通过集线器（Hub）进行树状连接，最多可达5层，总线上可接127个设备。USB 1.0有两种传送速率：低速为1.5Mb/s，高速为12Mb/s；USB 2.0的传送速率为480Mb/s。支持即插即用和热插拔。

• IEEE-1394：高速串行外总线，应用广泛，支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去外设自带电源，能连接多个不同设备，支持同步和异步数据传输。由6条信号线组成，两条用于传送数据，两条传送控制信号，另外两条传送8~40V容量为1500mA的电源，理论上可接63个设备，传送速率从400Mb/s、800Mb/s、1600Mb/s直到3.2Gb/s。

• IEEE-488总线：并行总线接口标准，微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表可用其连接装配，按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备不需中介单元直接并联于总线上。总线上最多可连接15台设备，最大传输距离为20m，信号传输速度一般为500Kb/s，最大传输速度为1Mb/s。

安全性

知识点

• 公钥体系即公开密钥加密，也就是非对称加密。

• 非对称加密中，用接收方的公钥加密，用接收方的私钥解密；用发送方的私钥签名（加密），用发送方的公钥验证（解密）。

数字签名

• 用发送方的私钥签名，用发送方的公钥验证消息的真实性。

• 数字签名可以验证消息的真实性、确保发送方不可否认。

数字证书

• 用CA机构的私钥签名，用CA机构的公钥验证数字证书的真伪性。

• 数字证书可以确认网站的合法性、用户的身份等。

加密算法

对称密钥（私钥、私有密钥加密）算法（共享密钥加密算法）

1. DES

2. 3DES

3. RC-5

4. IDEA

5. AES（分组加密算法）

6. RC4

对称密钥适合对大量明文消息进行加密传输。

非对称密钥（公钥、公开密钥加密）算法

1. RSA

2. ECC

3. DSA

Hash函数

• SHA-1安全散列算法

• MD5摘要算法（输出结果为128位）

摘要算法可防止发送的报文被篡改，加密可组织被动攻击，认证可组织主动攻击。

系统可靠度

（1）串联系统

假设一个系统由N个子系统组成，当且仅当所有的子系统都能正常工作时，系统才能正常工作，这种系统称为串联系统。

设系统中各个子系统的可靠性分别用R,R,···,R来表示，则系统的可靠性R可由下式求得：

R=R×R×···×R

（2）并联系统

假如一个系统由N个子系统组成，只要有一个子系统正常工作，系统就能正常工作，这样的系统称为并联系统。

设每个子系统的可靠性分别以R,R,···,R表示，整个系统的可靠性可由下式求得：

R=1-(1-R)×(1-R)×···×(1-R)