计算机组成与体系结构
- 计算机组成与体系结构
- 数据传输控制方式 ★
- 程序控制（查询）方式
- 程序中断方式
- DMA 方式
- 总线 ★★
- CISC 与 RISC ★★
- RISC 和 CISC 的比较
- 流水线 ★★
- 校验码 ★
大家好呀！我是小笙，本章我主要分享系统架构设计师 - 计算机组成与体系结构(2)知识，希望内容对你有所帮助！！
计算机组成与体系结构
数据传输控制方式 ★
程序控制（查询）方式
分为无条件传送（一直查询并等待反馈）和程序查询方式两种
优缺点：软件实现简单，但 I/O 能力不强，导致 CPU 利用率不高
程序中断方式
中断方式无需 CPU 等待而提高了利用率 如：鼠标
DMA 方式
DMA方式是为了在主存与处设之间实现高速、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)
还有通道方式、I/O 处理机等方式
例题
嵌入式系统中采用中断方式实现输入输出的主要原因是 能对突发事件做出快速响应。在中断时，CPU断点信息一般保存到 栈 中
总线 ★★
一组能为多个部件分时共享的公共信息传输线路（分时：同一时间仅允许一个部件向总线发送信息，但允许多个部件同事从总线读取数据）
系统总线
- 数据总线 DB：传输存储数据
- 地址总线 AB：传输存储数据地址
- 控制总线 CB：将微处理器控制单元传送到周边设备
并行与串行
- 串行总线：适合长距离（传输波特率是可以在传输过程改变的；按位传输需要依赖于校验码纠正）
- 并行总线：近距离传输
数据传输模式
- 单工：单向传输
- 双工：双向同时传输
- 半双工：需要切换传输方向的转换
扩展（了解）
- 总线宽度：总线的线数
- 总线带宽：总线宽度 * 总线频率
例题
1、挂接在总线上的多个部件，只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据
- 只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据
- 只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据
- 可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据
- 可同时向总线发送数据，但只能分时从总线接收数据
2、下列说法中正确的是 半双工总线可在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可在两个方向上同时传输信息
- 半双工总线只在一个方向上传输信息，全双工总线可在两个方向上轮流传输信息
- 半双工总线只在一个方向上传输信息，全双工总线可在两个方向上同时传输信息
- 半双工总线可在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可在两个方向上同时传输信息
- 半双工总线可在两个方向上同时传输信息，全双工总线可在两个方向上轮流传输信息
3、以下关于串行总线的说法中，正确的是 串行总线是按位(bt)传输数据的，其数据的正确性依赖于校验码纠正
- 串行总线一般都是全双工总线，适宜于长距离传输数据（非全双工）
- 串行总线传输的波特率是总线初始化时预先定义好的，使用中不可改变（可以更改）
- 串行总线是按位(bit)传输数据的，其数据的正确性依赖于校验码纠正
- 串行总线的数据发送和接收是以软件查询方式工作（还可以以中断查询方式工作）
CISC 与 RISC ★★
RISC 和 CISC 的比较
CISC（X86） | RISC（ARM） | |
指令系统 | 复杂，庞大 | 简单，精简 |
指令数目 | 大于200条 | 小于100条 |
指令字长 | 不固定 | 定长 |
可访存指令 | 不加限制 | 只有Load/Store指令 |
控制方式 | 绝大多数为微程序 | 增加了通用寄存器；硬布线逻辑控制为主 |
通用寄存器数量 | 较少 | 多 |
例题
1、RISC(精简指令系统计算机)的特点不包括：寻址方式尽量丰富，指令功能尽可能强
- 指令长度固定，指令种类尽量少
- 寻址方式尽量丰富，指令功能尽可能强
- 增加寄存器数目，以减少访存次数
- 用硬布线电路实现指令解码，以尽快完成指令译码
流水线 ★★
概述：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
- 流水线周期：执行时间最长的一段（短板效应）
- 流水线时长计算公式 ： 第一条指令的执行时间 + （指令条数 - 1）* 流水线周期
- 流水线的吞吐率：Tp = 指令条数 / 流水线执行时间 （单位时间内流水线所完成的任务数量）
- 流水线加速度比：S = 不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间 > 1
例题
1、某计算机系统采用5级流水线结构执行指令，设每条指令的执行由取指令(2△t)、分析指令(1△t)广、取操作数(3△t)、运算(1△t)和写回结果(2△t)组成，并分别用5个子部件完成，该流水线的最大吞吐率为 1/3△t ；若连续向流水线输入10条指令，则该流水线的加速比为 5:2
校验码 ★
检验码种类
- 奇偶校验码：整个校验码（有效信息位 + 校验位） 中 “1” 的个数为 奇数/偶数（注意：只给检查一位错，不可纠错）
- **CRC（循环冗余校验）**是一种错误检测码，常用于数据传输和存储中，以检测数据是否在传输过程中发生了错误或损坏
循环冗余校验码编码规律如下
- 把待编码的N位有效信息表示为多项式M(X)
- 把M(X)左移K位，得到M(X) × X^k,这样空出了K位，以便拼装K位余数（即校验位）
- 选取一个K+1位的产生多项式G(X),对M(X) × XK做模2除
- 把左移K位以后的有效信息与余数R(X)做模2加减，拼接为CRC码，此时的CRC码共有N+K位
例：原始报文为“10111”，其生成多项式为：“G(X)=x4+x+1”。对其进行CRC编码后的结果为 1100
- 海明校验
码距：又叫海明距离，是在信息编码中，两个编码之间对应位上编码不同的位数。例如编码100110和010101，第1、2、5、6位都不相同，所以这两个编码的码距就是4，并且可以通过异或的方式求出（异或后计算零的个数）
两个合法编码（码字）
工作流程
- 确定校验码位数 r
- 数据/信息位数为 m
- 校验码位数为 r
- 2 ^ r >= m + r + 1 (已知 m + r 的和，可以通过整个公式分别求出 m、r)
- 确定校验码和数据的位置
假设需要校验数据为 1100，意味着 m = 4,可以通过公式求得，r 的最小值为 3 - 求出校验码的值
根据偶校验可以得出如下（分三组，分别是：xx1、x1x、1xx）
7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
1 | 1 | 0 | x4 | 0 | x2 | x1 |
0 | 0 | 1 |
海明码就是 1100001
- 检错并纠错
假设最后传入的参数为 1100000
计算该海明码的三组校验是否正确
x1 0 0 0 1
x2 0 0 1 1 => 可知 x1 校验错误 0 0 1 说明最小位出错了，但是恰好是校验码出错，可以不用纠错
x4 0 0 1 1
