软件设计师上午题——第一章 计算机系统

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一：计算机系统基础知识

1. 计算机控件

1.1 CPU

1.2 运算器

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

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）：保存由算数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。

1.3 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，控制其他的组成部件工作，完成所需的功能。

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，完成所需的功能。

真题:

真题1：

真题2：

真题3：

真题4：

真题5：

真题6：

真题7：

真题8：

真题9：

真题10：

真题11：

真题12：

真题13：

真题14：

真题15：

2. 计算机基本单位

单位	缩写	换算
位（比特）	bit （b）	1 b = 0 /1
字节	byte （B）	1 B = 8 b
千字节	KB	1 KB = 1024B
兆字节	MB	1 MB = 1024KB
吉字节	GB	1 GB = 1024 MB
太字节	TB	1 TB = 1024GB

最小的数据单位 ： b
最小的存储单位： byte

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

3. 进制

十进制（D） ： 0 ~ 9
二进制（B） ： 1 ~ 2
八进制（O） ： 0 ~ 7
十六进制 （H） ： 0 ~ 15 、10 ~ 15

降权展开求和 （n进制 - - > 十进制 ）

除n取余法（十进制 - - > n 进制）

十六进制转二进制

八进制转二进制

4. 进制加减法

例题1：

解析：

例题1：

解析：

真题

1. 真题1：
   

算出多少片：

换成10进制：

每片的大小（范围）：

求所在的范围：

2. 真题2：

3. 真题3

4. 真题4
   
   

3.1. 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、移码等表示。

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。（二进制取反即为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：正数和负数的移码实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：

补码：

移码： 在补码的符号位上取反，所得的就是移码。

真题:

1. 真题1 ：

2. 真题2：
   
3. 真题3：

4. 真题4：

5. 真题5：

6. 真题6：

7. 真题7 ：

3.3 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^n个数（0的表示有相同的编码）
原码和反码只能表示2^n-1个数（0的表示占了两个编码）

例题：

4. 寻址

例题：

5. 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
也就是一个校验码要想能够检错和纠错那么它的码距至少是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

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

5.1 奇偶校验码（检错）

奇偶校验码（码距=2）：只能检错，不能纠错

5.2 海明码（检错和纠错）

海明码（码距>=3）：利用奇偶性来检错和纠错的校验方法

例题：

5.3 循环冗余校验码（检错）

真题：

6. RISC和CISC

例题：

7. 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

• 流水线公式：第一条指令的执行时间+（n-1）*（最长段的时间）

• 流水线概念

操作周期：最长时间段

吞吐率：最长时间段的倒数

例题：

8. 存储器

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组成

**DRAM（动态随机存储器）**构成主存 DRAM需要周期性地刷新保持信息
**SRAM（静态随机存储器）**构成Cache

闪存可以理解为U盘，故掉电后信息不会丢失。闪存是以块为单位进行删除的。闪存式EPROM的一种类型，可以代替ROM存储器。
闪存不能代替主存

8.1 Cache

直接映像：冲突多，关系固定

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

组相联影响：冲突较少，是直接映像与全相联映像的折中

哪个Cache与主存的地址映射记住：由硬件自动完成就完事啦~

例题：

• 高速缓存（Cache）

• Cache地址映像

cache与主存地址的映射说由硬件自动组成（重点）

真题：

9. 中断

1. 中断向量：提供中断服务程序的入口地址
2. 中断响应时间：发送中断请求开始到进入中断服务程序
3. 保存现场：返回执行源程序

真题

10. IO输入输出控制方式

10.1 程序查询方式

10.2 中断驱动方式

10.3 直接存储器方式（DMA）

11. 总线（了解即可）

真题：

12. 安全性

公钥体系也就是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、发送方不可否认

数字证书：
用CA机构的私钥签名，用CA机构的私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

12.1 加密与认证

加密技术：

1. 对称加密

2. 非对称加密

3 混合加密

利用对称密钥对大量数据进行加密，然后用公钥对其加密，来进行分发。

认证技术：

真题：

13. 加密算法

对称密钥（私钥、私有密钥加密）算法：
补充：RC4算法

非对称密钥（公钥、公开密钥加密）算法：
RSA
ECC
DSA

MD5摘要算法：对任意长度的输入计算得到的结果长度为128位。
补充：
SHA-1算法

真题：

14. 可靠性公式

真题：

15 杂题