网络工程师考试冲刺指南(新修订版)2009.8.1读书笔记

计算机硬件基础3.1 知识图谱与考点分析

3.2 计算机结构

1.计算机体系结构分类

2.计算机的硬件组成

由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成

运算器和控制器组成中央处理器（CPU）

运算器通常由ALU（算术/逻辑单元）、寄存器、多路转换器、数据总线组成

控制器通常由程序计数器（PC）、指令寄存器、指令译码器、状态/条件寄存器、时序发生器、微操作信号发生器组成

3.CPU特性

■指令周期：是指取出并执行一条指令所需的时间，也称为机器周期；

■总线周期：是指CPU从存储器或I/O端口存取一个字节所需的时间，也称为主振周期；

■时钟周期：是CPU处理动作的最小单位，通过我们说的赛扬1.8GHz,2.0GHz就是指每秒有1.8G、2.0G个时钟周期。

一个指令周期可以划分为一个或多个总线周期

一个总线周期又可以分为几个时钟周期

（1）计算总线数据传输速率

（2）计算系统速度（通常是指令/秒、事务项/秒）

4.指令系统基础

指令的基本格式：

■操作码：指出该指令要完成什么操作

■地址码：提供原始的数据。

操作码可以分为：

■定长编码（规整型）

■不定长编码（非规整型）。

指令系统的寻址方式：

■立即寻址：直接给出操作数

■直接寻址：直接给出操作数地址

■间接寻址：给出操作数地址的地址

■变址寻址：给出地址还要与特定值加一下从而得出操作数地址

■寄存器寻址：给出操作数所在的寄存器号（特殊的直接寻址）

5.RISC与CISC

RISC增加了机器指令数，但由于指令所需的周期数和每个周期的时间都大大减少，反而计算机执行程序所需的时间却缩短了。

RISC支持寻址方式少，指令格式定长，使用频率接近

Intel和ADM的CPU均属于CISC

6、流水线技术

（1）计算执行时间

（2）影响流水线的主要因素

■转移指令（无条件跳转指令不会影响流水线）

■共享资源访问的冲突

■响应中断

流水线响应中断的两种方式：

■精确断点法：立即响应中断

■不精确断点法：流水线中的指令继续执行，只是不再新增指令到流水线。

7、并行处理技术

（1）并行措施分类

3.3存储器

1.存储器系统特征

（1）存储器的存取方式

前三个都是按地址进行访问，相联存取是按内容进行访问。

（2）存储器的性能

2.主存储器基础

（1）主存储器的种类

■RAM（随机存储器）：SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM），断电后数据清空■ROM（只读存储器）：掩膜技术写入

■PROM（可编程ROM）：只能够一次写入

■EPROM（可擦除PROM）：紫外线擦除，多次写入

■E2PROM（电可擦除PROM）：电擦除，写入速度慢

■闪存：快速写入

（2）主存储器的组成

（3）主存储器的地址编码

3.Cache

（1）Cache原理、命中率，失效率

Cache访存命中率=cache存取次数/(cache存取次数+主存存取次数)

（2）Cache存储器的映射机制

Cache常见的映射方法：

■直接映射：主存对cache：一对一

■全相联映射：一对任意

■组相联映射：一对N

Cache映射中，主存和Cache存储器的块容量大小相同

直接映射：

Cache的行号=主存的块号对Cache总行数取余

组相联映射：

主存地址= log2 (主存容量块数*块容量大小)

主存区号= log2 (主存容量块数/cache容量块数)

（3）淘汰算法

■随机淘汰

■先进先出淘汰（FIFO）

■最少最近使用淘汰（LRU）。

平均命中率最高的是LRU算法

（4）Cache存储器的写操作

■写直达：写Cache时，同时写主存

■写回：写Cache时不马上写主存，而是等其淘汰时回写

■标记法

4．磁带存储器

（1）根据读写方式的不同，分为启停式和数据流式。

（2）常见性能公式：

数据传输速率(B/s)=磁带记录密度(B/mm)*带速(mm/s)

数据块长度=B1(记录数据所需长度)+B2(块间间隔)

B1=(字节数/记录)*块因子/记录密度

读N条记录所需时间:T=S(启停时间)+R+D

R(有效时间)=(N*字节数/记录)/传输速度

D(间隔时间)=块间隔总长/带速=[(N/块化因子)*(块间间隔)]/带速

每块容量=记录长度*块化系数

每块长度=容量/(记录密度)

存储记录的块数=磁带总带长/(每块长度+每块容量)

磁带容量=每块容量*块数

5．磁盘存储器

（1）常见技术指标：

记录面数=2 *片数-2

每面磁道数＝磁道密度*半径差

总磁道数=记录面数*每面磁道数

每道信息量＝内径周长*位密度(每道位密度不同，容量相同)

非格式化容量＝每道信息量*总磁道数

平均传输速率=每道信息量*盘片转速

格式化容量＝每道扇区数*扇区容量*总磁道数or格式化容量＝非格式化容量×0.8

数据传输率＝(外圈速率＋内圈速率)/2

外圈速率＝外径周长*位密度*转速

内圈速率＝内径周长*位密度*转速

存取时间=寻道时间（换道）＋等待时间（换扇区）

读取时间=目标的块数*读一块数据的时间

数据读出时间=存取时间+读取时间=寻道时间＋等待时间+读取时间

等待时间一般较长，调整扇区读取顺序能加快数据读取时间

平均等待时间=(最长时间+最短时间)/2

无法自由选择旋转方向：