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计算机基础知识总结，包括高速缓冲存储器、主存、CPU、总线、用户接口、文件管理、设备管理、存储器管理等知识。
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计算机基础
计算机硬件
存储器
按照所处位置分类
内存（主存）：CPU当前使用的指令和数据
外村（辅存）：存放后背程序和数据
按照构成材料分类
半导体存储器
静态存储器：双稳态触发器
动态存储器：依靠电容上的电荷存储信息，主存
磁存储器：利用磁性材料两种 不同的状态长期保存信息，外存
硬盘存取时间=寻道时间+等待时间+读/写时间
存储容量=n*t*s*b（n: 保存数据的总记录面数，t: 每面磁道数，s: 每道的扇区数，b: 每个扇区存储的字节数）
光存储器：利用光斑、晶像的变化报表信息，外存
按照工作方式分类
读/写存储器：RAM
只读存储器
固定只读存储器ROM：用户不能写数据
可编程的只读存储器PROM：用户可写入一次
可擦除可编程的只读存储器EPROM：可多次擦除，紫外线擦除
电擦除可编程的只读存储器EEPROM：可多次擦除，电擦除
闪存：接近EEPROM，U盘
按照访问方式分类
按照地址访问的存储器
按照内容访问的存储器
按照寻址方式分类
随机存储器RAM：按地址访问存储器任一单元，主存
顺序存储器SAM：访问时按顺序查找目标地址，磁带
直接存储器DAM：按照数据块所在位置访问，磁盘
相联存储器：按照内容进行访问，Cache
磁盘阵列
RAID 0（无冗余和无校验的数据分块）
所有RAID级别中最高的存储性能
RAID 1（磁盘镜像阵列）
RAID 2（采用纠错海明码的磁盘阵列）
采用了海明码纠错技术
校验盘来提供单纠错和双验错功能
大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输
实际应用中很少使用
RAID 3（采用位交叉奇偶校验码的磁盘阵列）
适用于大型文件且I/O需求不频繁的应用
RAID 4（采用块交叉奇偶校验码的磁盘阵列）
适用于大型文件的读取
RAID 5（无独立校验盘的奇偶校验码的磁盘阵列）
无独立校验盘，校验信息分布在组内所有盘上
适用于I/O需求频繁的应用
当有N块阵列盘时，用户空间为N-1块盘容量
RAID 6（独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案）
是RAID 5的扩展
当有N块阵列盘时，用户空间为N-2块盘容量
RAID 7（最优化的异步高I/O速率和高数据传输率）
可理解为一个独立存储计算机，带有操作系统和管理工具，可独立运行
RAID 10（最可靠与高性能）
RAID 0和RAID 1的结合产物
高速缓冲存储器
局部性原理
时间局部性
空间局部性
映射方法
直接映射；速度快，灵活
全相联映射：速度慢，不灵活，块冲突率高
组相联映射：直接和全相联的结合
Cache的性能
cache的平均访问时间：ta=Hctc + (1-Hc)tm 【Hc为Cache的访问命中率，tc为cache的存取时间，tm是主存的访问时间】
写策略
写回法：先写cache，不立即写入内存，当被换出时才写回主存
写直达法：cache与主存同时写
标记法：数据只写主存，cache中标记主存是否被修改
替换算法
随机算法
先进先出（FIFO）
近期最少使用（LRU）
最不经常使用页置换（LFU）：计数器位数多，实现困难
主存
存储体
指令地址寄存器MAR
指令数据寄存器MDR
CPU
运算器
算术逻辑单元ALU：数据的算术运算和逻辑运算
累加寄存器ACC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用来暂存数据
状态寄存器PSW：用于记录溢出或者暂存中断状态
控制器
程序计数器PC：存储下一条指令在内存单元中的地址
指令寄存器IR
指令译码器ID
控制单元CU
架构分类
单指令流单数据流（SISD）
单指令流多数据流（SIMD）
多指令流单数据流（MISD）：很少见
多指令流多数据流（MIMD）
总线
相对CPU位置：内部总线和外部总线
按照功能分
地址总线
控制总线
数据总线
并行总线
多条双向数据线
有传输延迟，适合近距离连接
串行总线
一条双向数据线或两条单向数据线
速率不高，但适合长距离连接
工作方式：单工、半双工、双工
指令
指令周期：取指周期+分析周期+执行周
执行方式
顺序方式
重叠方式
流水方式
流水线建立时间：第一条指令执行完毕的时间
流水线周期t
流水线执行时间
理论公式：（t1+t2+...+tk）+ (n-1)*t
实践公式：（k+n-1）*t
流水线的吞吐率和最大吞吐率
吞吐率是指单位内流水线处理机流出的结果数。对指令而言，就是单位时间内执行的指令数。
TP=执行条数/流水线执行时间
TPmax = 1 / t
流水线加速比
S=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间
指令系统
复杂指令系统（CISC）
指令数量众多
指令使用频率相差悬殊
支持多种寻址方式
变长的指令
指令可以对主存单元中的数据直接进行处理
以微程序控制为主
精简指令系统（RISC）
指令的寻址方式少
指令长度固定，指令格式种类少
以硬布线逻辑控制为主
单周期指令执行，采用流水线技术
优化的编译器
CPU中的通用寄存器数量多
校验码
码距：一个编码系统中任意两个合法编码（码字）之间不同的二进数位（bit）数
奇偶校验码
海明码
奇偶校验、分组校验
校验位：2的N次方
分组方式：xx1的为第一组，x1x为第二组，1xx为第三组，以此类推
数据是n位，校验位是K位，则2的K次方>=n+k+1
CRC循环冗余校验码
化解多项式
信息码加0做模二除运算（不进位加法）
余数就是CRC校验码
操作系统
处理机管理
进程的状态
进程通常由程序、数据集合、进程控制块PCB组成。
三态模型：运行、就绪、阻塞
PCB是一种数据结构，是进程存在的唯一标识。
线性方式：把所有PCB组织在一张线性表中，每次查找都需要扫描全表
链接方式：把具有同一状态的PCB，用其中的链接字成一个队列，PCB存储在一个连续的区域
索引方式：同一状态的进程归入到一个索引表，多个状态对应多个不同的索引表
前驱图
前驱图是一个有向无循环图，由节点和有向边组成，用于描述多个程序或进程之间的执行顺序关系。
PV操作
互斥问题
进入临界区之前先执行P操作（可能阻塞当前进程）
离开临界区之后执行V操作（可能唤醒某个进程）
同步问题
运行条件不满足时，能让进程暂停（在关键操作之前执行P操作）
运行条件满足时，能让进程继续（在关键操作之后执行V操作）
存储器管理
地址
地址重定位是指将程序中的地址虚拟地址（逻辑地址）变成内存的真实地址（物理地址）的过程。
静态重定位：绝对地址=相对地址+程序存放的内存起始地址
程序运行前就确定映射关系
程序装入后不能移动
程序占用连续的内存空间
动态重定位：绝对地址=重定位寄存器的值（BR）+逻辑地址寄存器的值（VR）
程序占用的内存空间可动态变化
程序不要求连续的内存空间
便于多个进程共享代码
逻辑地址：相对地址，cpu所生成的地址，逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一
物理地址：绝对地址，加载到内存地址寄存器中的地址，内存单元的真正地址
存储管理
分区
固定分区
可变分区
首次适应算法
最佳适应算法
最差适应算法
分页
将一个进程的地址空间划分成若干大小相等的区域，称为页。对应的，将主存空间划分成与页相同大小的若干物理块，称为块或页框。
分段
相比分页，段长是不固定的
段页式
先将整个主存划分成大小相等的存储块（页框），将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段，再将每个段划分成若干页，以页框为单位离散分配。
地址结构：段号、段内页号、页内地址
虚拟
设备管理
输入输出控制方式
程序控制
中断
DMA（直接内存存取）：在主存和外设之间建立通路
文件管理
文件的索引
直接索引
一级间接索引
二级间接索引
用户接口
