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第一章 计算机系统知识，汇总了数码转换、数据的表示、计算机的组成、流水线、存储、I/O控制方式、可靠性、检验码的知识电脑，快来看。
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第一章 计算机系统知识
数码转换
R进制转十进制
按权展开法
十进制转R进制
短除法
二进制与八进制互转
二进制与十六进制互转
数据的表示
机器码
码制
反码：正数的反码与原码相同，负数反码为原码按位取反（符号位不变）。
补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为反码末位加1（即除去符号位按位取反末位加1）
移码（增码）：将补码的符号位求反
［X ＋ Y ］补＝ ［X］补＋ ［Y ］补
［X － Y ］补＝ ［X］补－ ［Y ］补
［ － Y ］补＝ － ［Y ］补
定点数
定点整数
约定小数点的位置在机器码的最低位之后
定点小数
约定小数点的位置在机器码的最高数值位之前
浮点数
N=R^e*M
M称为尾数，e为指数,R为基数
阶码决定数值表示的范围
尾数决定数值表示的精度
计算机的组成
五大部件
输入设备
键盘、鼠标等
输出设备
显示器、打印机等
存储器
辅助存储器
主存储器
运算器
算术逻辑元
数据的算术运算和逻辑运算
累加器
专门存放算数或逻辑运算的一个操作数和运算结果的寄存器
数据寄存器
保存操作数和运算结果等信息
状态条件寄存器(PSW)
存储状态标志与控制标志
控制器
程序计数器（PC）
程序计数器自动增加一个值，指向下一条要执行的指令，当程序转移时将转移地址送入程序计数器
指令寄存器（IR）
用于存放当前要执行的指令
指令译码器（ID）
对现行的指令进行分析，确定指令类型、指令要完成的操作和寻址方式
性能指标
主频
CPU的工作频率，单位是Hz(赫兹)
字长
CPU的数据总线一次能同时处理数据的位数
CPU缓存
位于CPU与内存之间的临时存储器
核心数量
在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）
带宽
单位时间内可以传输的数据总量 位宽*工作频率
位宽
CPU中运算器与存储器之间进行互连得内部总线
工作频率
数字脉冲信号在单位时间内震荡的次数
单位 ：若干次周期每秒
表示 ：频率用f表示
CPU的基本功能
程序控制
操作控制
时间控制
数据处理——CPU的根本任务
总线
数据总线
在CPU与RAM之间来回传送需要处理或需要储存的数据
地址总线
用来指定在RAM之中的储存的数据的地址
控制总线
将微处理器控制单元的信号传送到周边设备
流水线
两个重要技术指标
吞吐率
吞吐率是指单位时间内流水线处理机流出的结果数
建立时间
若m个子过程所用的时间都是t0则建立时间是 m*t0，否则t0取子过程中的最长时间。那么n条指令执行完成需要的时间为第一条完全执行的时间加上后n-1条所用的时间（n-1）*m*t0。
最大的吞吐率
流水线开始工作经过一段时间（建立时间）才能到达最大的吞吐率
存储
多级存储结构
寄存器
高数缓存
平均系统周期时间
t3=h *t1+(1-h)*t2
地址映像和变换
直接映像和变换
主存储器中一块只能映像带cache的一个特定的块中
全相联地址映像和变换
主存的任意一块可以映像到cache中的任意一块的位置上
组相联地址映像和变换
cache分为若干组，主存按cache组数分区
每个组采用直接映像
组内的块则采用全相联方式
外存储器
存储相关计算问题
计算磁道数
磁道数 ＝ （外半径－内半径）×道密度×记录面数
硬盘的第一面和最后一面是保护用的要减掉，即有n个双面的盘片记录面数为n×2－2
磁盘容量
非格式化
容量＝位密度×π×最内圈直径×总磁道数
每道位密度是不通的，但是容量是相同的，其中0道是最外面的磁道位密度最小
格式化
容量＝每道扇区数×扇区容量×总磁道数
平均数据传输率
均数据传输率：传输率＝最内直径×π（3.14）×位密度×盘片转速
一般采用非格式化
平均数据传输率：传输率＝每道扇区数×扇区容量×盘片转速
存取时间＝寻道时间﹢等待时间
寻道时间是指磁头移动所需的时间；等待时间为等待读写的扇区转到磁头下方所需的时间
内存容量=末地址-首地址+1
I/O控制方式
直接程序控制
无条件传送
在此情况下，外设总是准备好的，它可以无条件地随时接受CPU发来的输出数据，也能够无条件地随时向CPU提供需要输入的数据
程序查询方式
中断方式
由程序控制I/O的方法
DMA方式
是指数据在内存与I/O设备间的直接成块传送
即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉
可靠性、检验码
奇偶校验
通过在编码中增加一位校验位来使编码中的1的个数为奇数（奇校验）或者为偶数（偶校验）
CRC
利用生成多项式为K个数据位产生r个校验位来进行编码
海明码
在数据之前插入k个校验位，通过扩大码距来实现检查和纠错
2^k-1>=n+k
其他
计算机软件=程序+数据+相关文档
操作数包含在指令中是立即寻址，操作数的地址包含在指令中是直接寻址
计算机硬件的典型结构
单总线结构
优
易于扩充新的I/O 设备，并且各种I/O设备的寄存器和主存储器可以统一编址
缺
只能分时使用总线，这限制了信息传送的吞吐量
适用范围
一般用在小型和微型计算机中
双总线结构
以CPU为中心的双总线结构
控制线路简单，对I/O总线的传送速率要求很低
CPU的工作效率很低
以存储器为中心的双总线结构
优点：信息传送速率高
缺点：需要增加新的硬件投资。
采用通道的大型系统结构
具有较大的扩展余地，减轻了CPU的负担，提高了整个系统的效率
计算机体系结构和计算机组成的区别
体系结构要解决的问题是计算机系统在总体上、功能上需要解决的问题
计算机组成要解决的是逻辑上如何具体实现的问题
计算机体系结构分类（指令流、数据流、多倍性）
虚拟存储器
页式
页表硬件少，查表速度快，主存零头少；分页无逻辑性，不利于存储保护
段式
段页式
地址变换速度比较慢
RISC（精简指令集计算机）
只有20%的指令经常应用，频率达80%
简化了CPU的控制器，提高了处理速度，特点有：
信息安全的基本要素
计算机安全等级（技术安全性、管理安全性、政策法律安全性）
组 安全级别
1 A1
2 B3
B2
B1
3 C2
C1
4 D（最低级）
计算机病毒
特点
寄生性
隐蔽性
非法性
传染性
破坏性
类型
系统引导型病毒————BOOT型病毒
文件外壳型病毒————攻击command.com文件
混合型病毒————Flip病毒、One Half病毒（幽灵）
目录型病毒————改变目录项不敢变相关文件
宏病毒————用宏的word或是excel文件
计算机可靠性
可靠模型
串联系统
失效率λ=λ1+λ2+…+λN
可靠性等于R=R1R2…RN
并联系统
可靠性等于R=1-(1-R1)(1-R2)…(1-RN)
失效率
m模冗余系统
可靠性
平均无故障时间（MATBF=1/λ）
计算机正常工作的概率（可用/靠性）（MTRF平均修复时间）
A=
失效率：单位时间内失效的元件数与元件总数的比例，用λ表示
可靠性和失效率的关系是：R(t)=e-λt（指数）
加密
对称加密技术
加密密钥和解密密钥相同
DES（数据加密标准算法）
采用替换和移位方法加密，用56位进行对64位数据加密（也就是说只有56是有效的），每次加密对64位数据进行16次的编码，密钥长度为64位
它加密速度快，密钥容易产生。由于DES的密钥较短，不能抵抗对密钥的穷举搜索攻击
RC-5算法
IDEA算法
明文和密文的长度都为64位，密钥为128位
非对称加密技术
运用公钥加密和私钥解密
RSA算法
RAS技术是指可靠性（R）、可用性（A）、可维性（S）
信息摘要
是一个单向散列函数，经过散列函数得到一个固定的散列值，常用的信息摘要算法有MD5、SHA算法，散列值分别为128和160位
数字签名
用私钥进行加密用公钥解密
数字时间戳技术
电子商务安全服务项目之一，能提供电子文件的日期和时间信息的安全保护。它是在数据加密上加上了时间，有摘要、文件的日期和时间及数据签名组成
信息传输加密
链路加密：对传输途径进行加密；
节点加密
端到端加密
SSL安全协议
主要应用于提高应用程序之间数据的安全系数。提供的服务有
用户和服务器的合法性认证。
加密数据以隐藏被传送的数据。
保护数据的完整性
计算机故障诊断技术
永久性故障
间隙性故障
瞬时性故障
数制运算
