计算机组成与体系结构入门（二）

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本篇博文是关于计算机组成与体系结构，希望你能够喜欢

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计算机组成与体系结构

主存编址计算

存储单元

存储单元个数地址=最大地址-最小地址+1

编址内容

按字编址:存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字。
按字节编址:存储体的存储单元是字节存储单元，即最小寻址单位是一个字节。

总容量=存储单元个数*编址内容

根据存储器所要求的容量和选定的存储芯片的容量，就可以计算出所需芯片的总数，即:
总片数=总容量/ 每片的容量

列题

内存按字节编址，地址从A0000H到CFFFFH的内存，共有(D)字节，若用存储容量为64K8bit的存储器芯片构成该内存空间，至少需要(B)片。
A、80KB
B、96KB
C、160KB
D、192KB
A、 2
B、3
C、5
D、8
解析：
注意单位进制转换
存储单元个数 =最大地址-最小地址+1
总容量 =存储单远个数编址内容（8bit）
总容量 =单位芯片容量*总片数

输入输出

数据传输控制方式

程序查询方式：比如老师上课问同学听懂了吗，听懂了就继续讲下一个问题。没听懂就继续讲，听懂再往下走。

数据传输控制方式效率从低到高：
1.程序控制(查询)方式:
-----分为无条件传送和程序查询方式两种。方法简单，硬件开销小，但I/O能力不高，严重影响CPU的利用率。
2.程序中断方式:
-----与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无需等待而提高了传输请求的响应速度。CPU与数据传输并行。
3.DMA方式:
-----DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速、批量数据交换而设置的。DMA方式比程序控制方式与中断方式都高效。
(DMAC向总线裁决逻辑提出总线请求；CPU执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此时DMA响应，通过DMAC通知I/O接口开始DMA传输。)
4.通道方式
5.I/O处理机

中断处理过程：

1. CPU无需等待也不必查询I/0状态。
2. 当I/0系统准备好以后，发出中断请求信号通知CPU;
3. CPU接到中断请求后，保存正在执行程序的现场(保存现场)，打断的程序当前位置即为断点:
4. (通过中断向量表(保存中断服务程序的入口地址))转入I/0中的服务程序的执行，完成I/0系统的数据交换;
5. 返回被打断的程序继续执行(恢复现场)

列题

1.计算机系统中常用的输入/输出控制方式有无条件传送、中断、程序查询和DMA方式等。当采用(A)方式时，不需要CPU执行程序指令来传送数据。
A.中断
P.程序查询
C.无条件传送
D. DMA

2.计算机运行过程中，遇到突发事件，要求CPU暂时停止正在运行的程序，转去为突发事件服务，服务完毕，再自动返回原程序继续执行，这个过程称为(B)，其处理过程中保存现场的目的是( C )。
A、阻塞 --------- B 、中断 -----------C、动态绑定 ----------D、 静态绑定
A、防止丢失数据 ------------------------ B 、防止对其他部件造成影响
C、返回去继续执行原程序------------- D、为中断处理程序提供数据

3.CPU是在(D)结束时响应DMA请求的。
A一条指令执行
B 一段程序
C一个时钟周期
D一个总线周期

总线系统

概念

一条总线同一时刻仅允许一个设备发送，但允许多个设备接收（分时双工）。

总线的分类:

数据总线(Data Bus):
----在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
地址总线(AddressBus):
----用来指定在RAM(Random Access Memory)之中储存的数据的地址。
控制总线(ControlBus):
----将微处理器控制单元(Control Unit)的信号，传送到周边设备。

列题

以下关于总线的叙述中，不正确的是（C）。
A、并行总线适合近距离高速数据传输
B、串行总线适合长距离数据传输
C、单总线结构在一个总线上适应不同种类的设备，设计简单且性能很高
D、专用总线在设计上可以与连接设备实现最佳匹配

系统可靠性分析

可靠性指标

• 平均无故障时间 →(MTTF)MTTF=1/入，入为失效率
• 平均故障修复时间 →(MTTR)MTTR=1/μ，μ为修复率
• 平均故障间隔时间→(MTBF)MTBF=MTTR+MTTF
• 系统可用性→MTTF/(MTTR+MTTF)x100%
  
  在实际应用中，一般MTTR很小，所以通常认为MTBF≈MTTF。
  可靠性可以用可以用MTTF/(1+MTTF))来度量。

串联系统与并联系统

R1：员工
R2：电脑
Rn：打印机
串联

并联

N模混合系统

Rx(1-(1-R)(1-R)(1-R))(1-(1-R)(1-R))

列题

1.软件可靠性是指系统在给定的时间间隔内、在给定条件下无失效运行的概率。若MTTF和MTTR分别表示平均无故障时间和平均修复时间，则公式(A)可用于计算软件可靠性。
A、 MTTF/(1+MTTF)
B、1/(1+MTTF)
C、MTTR/(1+MTTR)
D、1/(1+MTTR)

2.某系统由3个部件构成，每个部件的千小时可靠度都为R，该系统的千小时可靠度为(1-(1-R)(1-R))R,则该系统的构成方式是 ( C )。
A、3个部件串联 ---- RRR
B、3个部件并联 ---- 1-(1-R)(1-R)(1-R)
C、前两个部件并联后与第三个部件串联 ----(1-(1-R)(1-R))R
D、第一个部件与后两个部件并联构成的子系统串联----R(1-(1-R)*(1-R))

考虑结构和先后顺序

系统性能设计

性能指标

• 字长和数据通路宽度
• 主存容量和存取速度
• 运算速度
• 吞吐量与吞吐率
• 响应时间(RT)与完成时间(TAT)
• 兼容性
• 主频与CPU时钟周期
• CPI与IPC
• MIPS与MFLOPS

MIPS=指令条数/(执行时间x10的6次方)=主频/CPI=主频*IPC
MFLOPS=浮点操作次数/(执行时间x10的6次方)

平均每条指令的平均时钟周期个数(CPl)
每(时钟)周期运行指令条数(IPC)
百万条指令每秒(MIPS)
每秒百万个浮点操作(MFLOPS)
响应时间(RT，Response Time)

列题

软件质量属性中，(B)是指软件每分钟可以处理多少个请求。
A、响应时间
B、吞吐量
C、负载
D、容量

负载：电脑能够同时处理的请求数

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