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1、 网络工程师 http:/ 1 章 计算机硬件基础从历年的考试试题来看，本章的考点在综合知识考试中的平均分数为 4 分，约为总分的 5.33%.考试试题主要分数集中在计算机组成、数据运算、存储体系这 3 个知识点上。1.1 考点提炼根据考试大纲，结合历年考试真题，希赛教育的软考专家认为，考生必须要掌握以下几个方面的内容：1、计算机组成在计算机组成方面，涉及的考点有计算机基本组成（重点）、流水线与并行处理（重点）、RISC 和 CISC 指令体系、多处理机、总线和接口。【考点 1】计算机基本组成在一台计算机中，主要有 6 种部件，分别是控制器、运算器、内存储器、外存储器、输入和输出设备。它们之间
2、的合作关系如图 1-1 所示。 网络工程师 http:/ 1-1 计算机各功能部件之间的合作关系其中控制器和运算器共同构成中央处理器（CPU）。CPU 主要通过总线和其他设备进行联系。另外在嵌入式系统设计中，外部设备也常常直接连接到 CPU 的外部 I/O 脚的中断脚上。（1）运算器运算器的主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算、逻辑运算和其他操作。运算器主要包括算术逻辑单元（AU）、加法器/ 累加器、数据缓冲寄存器、程序状态寄存器四个子部件构成。算术逻辑单元（AU）主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。累加寄存器（AC）通常简称为累加器，是一
3、个通用寄存器。其功能是当运算器中的算术逻辑单元（AU）执行算术或逻辑运算是为 AU 提供一个工作区，用于传输和暂存用户 网络工程师 http:/ CPU 和内存、外部设备之间信息传送的中转站；补偿 CPU 和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；在单累加器结构的运算器 中，数据缓冲寄存器还可兼作操作数 寄存器。程序状态寄存器用来存放两类信息。一是体现当前指令执行结果的各种状态信息，如有无进位（CF）位、有无溢出（ OF 位）、结果正负（SF 位）、结果是否为零（ZF）位和就标志位（PF 位）等。二是控制信息，如允许中断（IF 位）和跟踪标志（TF 位）等。（2）控制器控制器是有程序计数器（PC
4、）、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，完成整个计算机系统的操作。程序计数器（PC）是专用寄存器，具有存储和计数两种功能，又称为指令计数器。在程序开始执行前将程序的起始地址送入 PC，在程序加载到内存时依此地址为基础，因此 网络工程师 http:/ 的初始内容为程序第一条指令的地址。执行指令时 CPU 将自动修改 PC 的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行，因此修改的过程通常只是简单的将 PC 加 1。当遇到转移指令时后继指令的地址与前指令的地址加上一个向前或向后转移的位偏移量得到，或则根据转移指令给出的直接转移的地址得到。指令寄存
5、器存储当前正在被 CPU 执行的指令。指令译码器将指令中的操作码解码，告诉 CPU 该做什么。可以说指令寄存器的输出是指令译码器的输入。时序产生器用以产生各种时序信号，以保证计算机能够准确、迅速、有条不紊地工作。（3）内存储器又称内存或主存：存储现场操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。（4）外存储器又称外存或辅助存储器（Secondary Storage 或 Permanent Storage），存储需要长期保存的各种信息。（5）输入设备（Input Devices）输入设备用以接收外界向计算机输入的信息。 网络工程师 http:/ devices）输出设备用以将计算机中的信息向外界输送
6、。【考点 2】流水线与并行处理流水线技术是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法，它其实是一种任务分解的技术，把一件任务分解为若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构来负责执行，而这些执行机构可以同时并行工作。在流水线这个知识点，主要考查流水线的概念、性能，以及有关参数的计算。（1）流水线执行计算假定有某种类型的任务，共可分成 n 个子任务，每个子任务需要时间 t，则完成该任务所需的时间即为 n*t。若以传统的方式，则完成 k 个任务所需的时间是 knt；而使用流水线技术执行，则花费的时间是（n+k-1）*t。也就是说，除了第一个任务需要完整的时间外，其他都通过并行，节省下了大量的时间
7、，只需一个子任务的单位时间就够了。另外要注意的是，如果每个子任务所需的时间不同，则其速度取决于其执行顺序中最慢的那个（也就是流水线周期值等于最慢的那个指令周期），要根据实际情况进行调整。例如：若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分，且三部分的时间分别是取指 2ns，分析 2ns，执行 1ns。那么，最长的是 2ns,因此 100 条指令全部执行完毕需要的时间就是：（2+2+1 ）+（100-1）*2 = 203ns.另外，还应该掌握几个关键的术语：流水线的吞吐率、加速比。流水线的吞吐率 网络工程师 http:/ Put Rate,TP）是指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结
8、果数量。完成同样一批任务，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（Speed-Up Ratio）。例如，在上述例子中，203ns 的时间内完成了 100 条指令，则从指令的角度来看，该流水线的吞吐率为：（100*109 ）/203=4.93*108/s （1s=109ns），加速比为500/203=2.46（如果不采用流水线，则执行 100 条指令需要 500ns）。（2）影响流水线的主要因素流水线的关键在于重叠执行，因此如果这个条件不能够满足，流水线就会被破坏。这种破坏主要来自 3 种情况。转移指令因为前面的转移指令还没有完成，流水线无法确定下一条指令的地址，因此
9、也就无法向流水线中添加这条指令。从这里的分析可以看出，无条件跳转指令是不会影响流水线的。共享资源访问的冲突也就是后一条指令需要使用的数据，与前一条指令发生的冲突，或者相邻的指令使用了相同的寄存器，这也会使流水线失败。为了避免冲突，就需要把相互有关的指令进行阻塞，这样就会引起流水线效率的下降。一般地，指令流水线级数越多，越容易导致数据相关，阻塞流水线。 网络工程师 http:/ 3】数据码制的表示本节主要掌握原码、反码、补码和移码的概念，以及各自的用途和优点（1）原码将最高位用作符号位（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。这种方式是最容易理解的。例如，假设用 8
10、 位表示 1 个数，则+11 的原码用二进制表示是 00001011， -11 的原码用二进制表示是 10001011。 网络工程师 http:/ 1+（-1 ）=0。如果直接使用二进制原码来执行1+（-1 ）的操作，则表达式为：00000001+10000001=10000010。这样计算的结果是-2，也就是说，使用原码直接参与计算可能会出现错误的结果。所以，原码的符号位不能直接参与计算，必须和其他位分开，这样会增加硬件的开销和复杂性。（2）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。例如，-11 的反码为 11110100。同样，对于1+（-1 ）
11、加法，使用反码的结果是：00000001+11111110=11111111。这样的结果是负 0，而在人们普遍的观念中，0 是不分正负的。反码的符号位可以直接参与计算，而且减法也可以转换为加法计算。（3）补码正数的补码与原码相同。负数的补码是该数的反码加 1,这个加 1 就是补。例如，-11 的补码为 11110100+1=11110101。对于1+ （-1 ）的加法，是这样的： 00000001+11111111=00000000。这说明，直接使用补码进行计算的结果是正确的。 网络工程师 http:/ 表示正数， 0 表示负数。也就是说，移码是在补码的基础上把首位取反得到的，这样使得移码非常
12、适合于阶码的运算，所以移码常用于表示阶码。通过四种码制的学习，我们已经学会了它们相互之间的转换。当要面临着取值范围时，请参照表 1-2 所示。表 1-1 各种码制取值范围3、存储体系和寻址方式在存储体系和寻址方式方面，涉及的考点有主存储器（重点）、高速缓存（重点）、寻址方式面。【考点 4】主存储器 网络工程师 http:/ BIOS 和微程序控制。PROM：可编程 ROM，只能够一次写入，需用特殊电子设备进行写入。EPROM：可擦除的 PROM，用紫外线照射 1520 分钟可擦去所有信息，可写入多次。E2PROM：电可擦除 EPROM，可以写入，但速度慢。闪速存储器：现在 U 盘使用的种类，可以快速写入。记忆时，抓住几个关键英文字母。A，即 Access，说明读写都行；O，即 Ony，说明只读；P，即 Programmabe，说明可通过特殊电子设备写入；E，即 Erasabe，说明可擦写；E 平方说明是两个 E，第二个 E 是指电子。（2）主存储器的组成。实
