计算机系统知识

计算机系统知识，包括硬件知识、计算机体系机构、存储系统、安全性、可靠性等内容，适用于考前复习，也可以综合其他资料使用。

1.0计算机系统知识

• 1.1硬件知识
  • 1.1.1中央处理CPU
    • 功能
      • 程序控制
      • 操作控制
      • 时间控制
      • 数据处理
    • 组成
      • 运算器
        • 算术逻辑单元ALU
        • 累加寄存器AC
        • 数据缓冲寄存器DR
        • 状态条件寄存器PSW
      • 控制器
        • 控制CPU工作，决定计算机运行过程的自动化
        • 指令寄存器IR
        • 程序计数器PC
        • 地址寄存器AR
        • 指令译码器ID
      • 寄存器
      • 内部总线
  • 1.1.2存储器
    • 分类
      • 5种分类
      • 子主题
    • 随机访问存储器RAM
      • 静态SRAM
      • 动态DRAM
    • 外存储器
      • 磁盘存储器
      • 光盘存储器
  • 1.1.3总线
    • 类型
      • 数据总线DB
      • 控制总线CB
      • 地址总线AB
    • 结构
      • 南北桥总线
        • 北桥芯片
          • 直接与CPU、内存、显卡、南桥
        • 南桥芯片
          • 负责外部接口与内部CPU的联系（USB、ATA\SATA\PCI接口）
      • 单芯片机构
        • 单芯片取消了北桥，可以提高控制器频率，减少延迟
    • 常见总线
      • ISA总线
        • 只支持16位IO设备，16MB/S
      • EISA总线
        • 32位，33MB/S
      • PCI总线
        • 32位，133MB/S , 64位 266MB/s
      • PCI Express
        • PCI-E,点对点串行连接 ，X1 250MB/s
      • 前端总线FSB
        • CPU与北桥芯片连接的总线
      • RS-232C
        • 串行外总线
      • SCSI总线
        • 冰箱外总线，用于光盘，硬盘，扫描仪等
      • SATA总线
        • 串行总线
      • USB
      • IEEE-1394
        • 高速串行外总线，理论可以接63设备，400MB/s~3.2GB/s不等
      • IEEE-488
        • 并行总线，500kb/s~1Mb/s不等
  • 1.1.4输入输出控制
    • 概述：输入/输出 IO 设备上电子芯片、导线、电源、电子控制设备电机组成的物理设备
    • 方式
      • 程序控制方式IO
        • 是指外设数据的输入输出过程是在CPU执行程序的控制下完成。
      • 中断方式
        • CPU无需等待，提高效率
      • DMA方式
        • 直接内存存取DMA，内存与IO设备传送数据块的过程不需要CPU干预
      • 通道
        • 又称为输入输出处理器IOP，分担CPU一部分功能，实现对外围设备的管理
• 1.2计算机体系机构
  • 1.2.1指令集体系结构ISA
    • CISC
      • x86属于CISC类型
      • 弊病
        • 指令集过分庞杂
        • 需要多个CPU周期，降低处理速度
        • 子主题
    • RISC
      • 通过减少指令总数和简化指令，降低硬件设计的复杂度。ARM处理器属于RISC
  • 1.2.2流水线技术
    • 指令控制方式
      • 顺序方式
        • 顺序串行的执行，优点是控制简单，缺点是速度慢，部件利用率低。
      • 重叠方式
        • 分析指令K | 执行指令K ，在执行指令完成之前就开始分析K+1条指令。
      • 流水方式
        • 重叠方式的延伸，把重复的顺序处理过程分解为若干个子过程，进行并发工作。
  • 1.2.3阵列处理机
• 1.3存储系统
  • 存储器的层次结构：寄存器》L1高速缓存》L2高速缓存》主存储器》磁盘存储器》磁带光盘存储器
  • 1.3.1高速缓存
    • 高速缓存Cache的地址映像
      • 直接映像
      • 全相联映像
      • 组相联映像
    • 高速缓存的替换算法
      • 随机替换算法
      • 先进先出算法
      • 近期最少使用算法
      • 优化替换算法
    • 高速缓存的性能分析
      • 设Hc为Cache的命中率，Tc为Cache的存取时间，Tm为主存的访问时间
      • 则Cache存储器的等效加权时间Ta=HcTc+(1-Hc)Tm=Tc+(1-Hc)(Tm-Tc)
  • 1.3.2虚拟存储器virtual memory
  • 1.3.3相联存储器
  • 1.3.4磁盘阵列技术RAID
  • 1.3.5存储域网络SAN
• 1.4安全性、可靠性
  • 1.4.1安全概述
    • 子主题
  • 1.4.2加密技术和认证技术
    • 加密技术
      • 对称加密技术
        • DES算法
        • 三重DES （TDEA）
        • RC-5
        • 国际数据加密算法（IDEA)
        • 高级加密标准（AES）算法
      • 非对称加密技术
        • RSA算法
          • 公钥私钥加密的算法
    • 密钥管理
      • 密钥产生
      • 密钥备份恢复
      • 密钥更新
      • 多密钥管理
    • 认证技术
      • PKI
        • 一种遵循既定标准的密钥管理平台
        • Hash函数 （MD2\MD4\MD5)
        • 数字签名
        • SSL协议
        • 数字时间戳技术DTS
  • 1.4.3计算机可靠性
    • 概述
      • 可靠性是指从他开始运行t=0 到 t 的某段时间内能正常运行的概率R(t)
      • R(t)=e -rt
      • 平均无故障时间MTBF
      • 平均修复时间MTRF
      • 计算机的RAS 是指可靠性R,可用性A，维修性S 三个指标衡量
    • 计算机可靠模型
      • 串联系统
        • R=R1*R2*R3...Rn
      • 并联系统
        • R=1-(1-R1)(1-R2)...(1-Rn)
  • 1.4.4计算机系统的性能评价
    • 性能评价方法
      • 时钟频率
      • 指令执行速度
      • 等效指令速度法
      • 数据处理速率法PDR
      • 核心程序法
    • 基准测试程序