计算机组成管理

考点： 1.流水线 2.高速缓冲存储器cache 3.内存编址与存储相关计算问题 4.其他（数制、校验码、并行计算等问题）

流水线

流水线的概念： 是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术，它可以为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。指令流水线：计算机中一条指令执行需要若干步运算操作流水线：如浮点运算的操作也需要若干步 流水线指令运行时间计算 第一条指令记录完整的步骤的时间；接下来的指令只需要记录时间最长的步骤 做题中可能存在不同情况 流水线的吞吐率 单位时间内流水线所完成的任务数量或者输出的结果数量 流水线的加速比 完成同一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比 流水线的效率 指流水线的设备利用率。在时空图上定义为n个任务占用的时空区与k个流水段总的时空区之比 效率与吞吐率的关系：效率=吞吐率x时间效率与加速比的关系：效率=加速比除以k（k是流水线的级数）

高速缓冲存储器

cache的概念 提高CPU数据输入输出的速率，调和CPU速度和内存存取速度之间巨大的差异在计算机的存储体系同，cache的访问速度是最快的使用cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理 命中率 需要根据命中率和未命中率计算“cache+主存”的系统的平均周期 cache的读写过程 写直达：当要写cache的时候，数据同时写回主存储器，有时也称为写通写回：CPU修改cache的某一行后，相应的数据并不立即写入主存储器，而是当该行被cache淘汰的时候，才把数据写回主存储器标记法：对cache中的每一个数据设置一个标记位，初始时为1，当需要写入数据时直接写入主存储器，并置标记位为0,。当cache发现数据标记位为0时，会主动去主存中获取数据。 映像方式 直接映像 主存和cache均分页，页大小相等（以页为单位进行数据交换）主存根据cache的页数进行分组进行数据交换的时候，每一组的页号与cache的页号相等的页才能交换 直接映像方式的主存地址(只需要记录主存的组号) 全相联映像 主存和cache均分页，页大小相等（以页为单位进行数据交换）进行数据交换的时候，主存中任意一页均可与cache的任一页交换（要记录主存和cache的映射关系） 组相联映像 主存分组分页，cache分组分页；组大小和数量一致，故主存分区进行数据交换时，主存区内组号相等与cache的组号相等的组才能交换组内的页则采用全相联映像

内存编址和存储计算

编址磁盘容量 磁带存储 一种顺序存取设备，存取时间长、容量大，现常用于备份。根据读写方式的不同，通常有两种： 启停式：以文件块的形式存放信息，数据块间有空白块，其磁道就是磁头数数据流式：结构简单、价格低、速度快。它是串行逐道记录信息，每次读写1位

数制

十进制转其他进制：短除法其他进制转十进制：展开法定点整数（小数点定住最后一位右边） 原码：最高位用做符号位（0表示正数，1表示负数），其余各位代表数值本身的绝对值的表示形式。反码：正数的反码与原码相同。负数的反码符号位为1，其余各位为该数绝对值的原码按位取反。补码：正数的补码与原码相同。负数的补码是该数的反码加一。已知补码求原码？补码除符号位以外取反加一移码：只需要将补码的符号位取反即可（移码只用于表示浮点数的阶码，所以只用于整数）-128的原码、反码、补码：无法表示（8位的范围-128~127） 定点小数（小数点定在最高位和次高位之间） 原码、反码、补码：与定点整数的规则一致，只是小数点的定位不同

校验码

奇偶校验 根据二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数则称为奇校验，反之则称为偶校验。 循环校验(CRC) 又称冗余校验，是一种纠错校验码模二除法：在做除法运算的过程中不计其进位(借位)的除法。（计算过程中的加减法类似异或运算）检验过程：原始数据对数A进行模二除法得到余数，将余数拼接到原始数据后得到校验数据，那么数A将可以模二整除校验数据。 除数的位是n时，将可以产生n-1位余数，所以计算模二除法前，被除数需要在末尾添加n-1个0拼接过程就是将末尾加0后的被除数与余数相加 海明校验 利用奇偶校验来检错和纠错。海明码的构成方法是在信息位之间插入r个校验位，通过扩大码距来实现检错和纠错编码步骤 根据信息位数确定校验位数，2^r>=k+r+1，（k是信息位数，r是校验位数）。求出满足不等式的最小r，就是校验位数计算校验位（校验位放在2的n次方的位置：1,2,4,8…）校验关系：被校验的海明位的下标等于所有参与校验该位的校验位的下标之和，而校验位有自身校验 参考文献