根据提供的文件内容,我们可以归纳总结出以下关键知识点: ### 一、码制的表示 - **定点整数**: 表示方法包括原码、反码、补码和移码。 - **原码**: 范围从 \(-2^{n-1}+1\) 到 \(+2^{n-1}-1\)。 - **反码**: 范围同原码。 - **补码**: 负数范围从 \(-2^{n-1}\) 到正数 \(2^{n-1}-1\)。 - **移码**: 和补码相同。 - **定点小数**: 同样采用上述四种码制进行表示。 - **原码**: 范围从 \(-(1-2^{-n+1})\) 到 \(+(1-2^{-n+1})\)。 - **反码**: 范围同原码。 - **补码**: 负数范围从 \(-1\) 到正数 \(1-2^{-n+1}\)。 - **移码**: 和补码相同。 ### 二、浮点数的表示 - **格式**: 阶码决定了浮点数的范围,尾数决定了浮点数的精度。 - **阶码越长**: 范围越大。 - **尾数越长**: 精度越高。 - **运算过程**: 包括对阶、尾数计算和格式化三个步骤。 - **对阶**: 小数向大数看齐,尾数向右移动。 ### 三、校验码 - **校验码的作用**: 检测错误和纠正错误。 - **种类**: - **奇偶校验**: 仅能检测奇数位错误,不能纠正错误。 - **奇校验**: 最终1的个数为奇数个。 - **偶校验**: 最终1的个数为偶数个。 - **CRC循环冗余校验**: 可以检测错误但不能纠正错误,通过模二除法求余数来实现。 - **海明校验**: 可以检测并纠正错误,满足\(2^r \ge m+r+1\)的条件。 - **分组奇偶校验**: 在数据的不同部分应用奇偶校验。 ### 四、CPU组成 - **主要组成部分**: 运算器和控制器。 - **运算器**: - **算术逻辑单元(ALU)**: 执行算术运算和逻辑运算。 - **累加寄存器(AC)**: 用于暂存数据。 - **数据缓冲寄存器(DR)**: 用于暂存数据。 - **状态条件寄存器(PSW)**: 存储运算状态。 - **控制器**: - **指令计数器(PC)**: 存储下一条指令的地址。 - **指令寄存器(IR)**: 存储当前指令。 - **指令译码器(ID)**: 解析指令。 - **时序部件**: 控制指令执行的时序。 ### 五、CISC与RISC - **CISC(复杂指令集)**: - 特点: 大量指令、频率差异大、指令长度不定、多种寻址方式。 - 实现: 使用微码或微程序。 - **RISC(精简指令集)**: - 特点: 指令数量少、频率接近、固定长度、单周期执行、多寄存器寻址。 - 优点: 支持高级语言、优化编译、硬布线控制。 ### 六、流水线技术 - **概念**: 通过将指令分解成多个阶段来提高处理器的执行效率。 - **指标**: - **流水线建立时间**: 第一条指令的执行时间。 - **流水线周期**: 最长的指令阶段所需的时间。 - **执行时间**: 由流水线建立时间和指令的数量决定。 - **吞吐率**: 单位时间内完成的指令数量。 - **最大吞吐率**: 流水线周期的倒数。 ### 七、局部性原理 - **时间局部性**: 如果一个指令被执行,则在不久之后可能会再次被执行。 - **空间局部性**: 如果一个存储单元被访问,则在不久之后其附近的存储单元也可能会被访问。 ### 八、常见存储器 - **分类**: - **按内容存取**: 如Cache。 - **按地址存取**: 如RAM。 - **顺序存取**: 如磁带。 - **直接存取**: 如磁盘。 - **工作方式**: - **随机存取**: 如RAM。 - **只读**: 如ROM。 ### 九、Cache - **作用**: 缓解CPU与主存之间的速度差距。 - **映射方式**: - **直接映射**: 冲突率较高,电路简单。 - **全相联映射**: 冲突率较低,电路复杂。 - **组相联映射**: 冲突率适中,电路复杂度适中。 ### 十、主存编址计算 - **计算方法**: - **内存单元数**: 最大地址与最小地址之差加一。 - **按字编址**或**按字节编址**。 - **总容量**: 内存单元数乘以编址内容。 - **总片数**: 总容量除以单位芯片容量。 ### 十一、输入输出技术 - **程序控制方式**: 方法简单,硬件开销小,但I/O能力不高。 - **程序中断方式**: 提高了传输请求的响应速度。 - **DMA方式**: 实现主存与外设之间的高速数据交换。 ### 十二、中断 - **处理流程**: - I/O系统准备就绪后发出中断请求。 - CPU保存当前程序的状态,并转向中断服务程序执行。 - 完成数据交换后返回原程序。 ### 十三、可靠性 - **串联系统计算**: 整体可靠性等于各组件可靠性的乘积。 以上是对软件设计师考试中涉及到的部分核心知识点的总结和解释,涵盖了码制表示、浮点数表示、校验码、CPU组成、指令集架构、流水线技术、局部性原理、存储器分类与管理、主存编址、输入输出技术以及中断和可靠性等多个方面。这些知识点对于理解和掌握软件设计的基础理论至关重要。
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