2-2数据的机器层次表示
-2678
0010 0110
• 用于直接的十进制运算
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校验技术（1）
• 常用的校验技术
–奇偶校验码 –海明校验码 –循环冗余校验码（CRC）
2012-6-19பைடு நூலகம்
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校验技术（2）
• 奇偶校验码
–奇校验：使整个校验码中“1”的个数为奇数
计算机组成原理
—— 运算方法和运算器
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本篇主要内容
• 非数值数据的表示
– 字符和字符串的表示
– 汉字的表示
• •
十进制数和数串的表示 校验技术
– 奇偶校验
– 海明校验码
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非数值数据的表示（1）
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D5 + D7 = 1 D6 + D7 = 1 D8 = 1
D8 = 0
d. 得到海明码: 101001101011
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校验技术（3-4）
• 海明校验码 (检一纠一)
S1 = P1 + D1 + D2 + D4 + S2 = P2 + D1 + D3 + D4 + S3 = P3 + D2 + D3 + D4 + S4 = P4 + D5 + D6 + D7 + D5 + D7 D6 + D7 D8 D8
• 海明校验码 (检二纠一)
例：8位信息位10101100，求海明编码的生成
b. H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 P5 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1 c. P1 = D1 + P2 = D1 + P3 = D2 + P4 = D5 + P5 = D1 +
校验技术（3-8）
• 海明校验码 (检二纠一)
–校验：1、SKSK-1…S2S1 = 全 0，则无错
2、 SKSK-1…S2S1 有一位 = 0，则该Si对应的Pi出错 3、 SKSK-1…S2S1 有两位 = 0，则两位出错 4、 SKSK-1…S2S1 有三位 = 0，则该Sk-1 ~ S1代码对应
a. N = 8, K = 5, m = n + k = 13 b. H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 P5 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1
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校验技术（3-7）
部分是美国信息交换标准
码 ASCII，现代的 ASCII 是一个七位的编码标准， 包括可打印符号、控制符 号等。
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字符串的存放
• 向量法存储：字符串的所有字符在物理上是 邻接的，在存储器中占用一片连续的空间。 特点：存储方式简单，可节约存储空间，但 删除和插入操作需花费大量时间。 • 串表法存储：以指针的方式，在每个字符代 码后有一个链接字，用以指出下一个字符的 存储单元地址。 特点：易于进行删除和插入操作，但链接字 占有太多的空间，使主存的有效利用率下降。
–校验：SKSK-1…S2S1 = 全 0，则无错
SKSK-1…S2S1 ≠ 全 0，则有错，代码对应 十进制值为出错位的位号，将该位取反即得纠正
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校验技术（3-5）
例：带8位信息位的海明码在传送后为111001101011， 其中有一位发生错误，请检错并纠正 a. S1 = P1 + D1 + D2 + D4 + D5 + D7 = 1 S2 = P2 + D1 + D3 + D4 + D6 + D7 = 1 S3 = P3 + D2 + D3 + D4 + D8 = 0 S4 = P4 + D5 + D6 + D7 + D8 = 1 b. S4S3S2S1 = 1011 => H11出错 => 101001101011
–偶校验：使整个校验码中“1”的个数为偶数
D7D6D5D4D3D2D1D0 Peven Podd 偶校验码
10110010 01110110
0 1
1 0
奇校验码 101100100 101100101 011101101 011101100
D7 + D6 + D5 + D4 +D3 +D2 +D1 + D0 + Peven = 1 = 偶校验错 D7 + D6 + D5 + D4 +D3 +D2 +D1 + D0 + Podd = 1 = 奇校验错
a. N = 8, K = 4, m = n + k = 12 b. H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1
< < <
<
<
< <
P4, P2, P1 P4, P1 P3, P2, P1 P3, P1 P4, P2 P3, P2 P4, P3
• 西文字符的编码
– ASC‖码
• 选用了128个常用字符 • 只用了7位二进制编码 + 最高位“0”/奇偶 校验位
– UNICODE编码
• 16位长，65536个码点
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ASCII码
A 65 a 97 01000001 01100001
字符是计算机表达信息 的主要方式，字符的主体
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校验技术（3-9）
• [例2-1]设有16个信息位，如果采用海明 检验，至少需要设置多少个校验位？应放 在哪些位置。 • 2k >= N+K+1，N=16，则k=5
• 分别放在Pi=2i-1位置上 • H21 H20H19H18 H17H16H15 H14H13H12H11H10 H9 D16D15 D14D13 D12 P5 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 H8H7H6H5H4H3H2H1 P4D4D3D2 P3 D1 P2 P1
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9
1001
1111
1100
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十进制数和数串的表示（2-1）
• 十进制数串
– 非压缩的十进制数串
• 一个字节存放一个十进制数位或符号的ASCII码 • 前分隔数字串
+135 -2678 2B 31 2D 32 33 36 35 37 38
• 用于非数值处理
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非数值数据的表示（2）
• 汉字的编码
– 汉字输入码
• 拼音码、字形码、音形结合……
– 汉字交换码（国标码）
• 主要用于汉字信息处理系统之间或通信系统之 间交换信息 • GB2312，由两个字节构成一个汉字字符编码
– 汉字内部码（机内码）
• 双字节编码方式 • 汉字机内码＝汉字国标码＋8080H（每个字节 最高位加1）
十进制值为出错位的位号，将该位取反即得纠正 5、 SKSK-1…S2S1 有四位以上 = 0，则出错严重
例：带8位信息位的海明码在传送后为1111001101011， 其中有一位发生错误，请检错并纠正 a. S1 = 1， S2 = 1， S3 = 0， S4 = 1， S5 = 0， b. S4S3S2S1 = 1011 => H11出错 => 101001101011
– 2421码（有权码）
•D = 2b3 + 4b2 + 2b1 + 1b0 •对9的自补码 •非法码： 0101 ~ 1010
6
7 8
0110
0111 1000
1100
1101 1110
1001
1010 1011
– 余3码（无权码）
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•对9的自补码 •非法码： 0000 ~ 0010、1101 ~ 1111 计算机组成原理
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十进制数和数串的表示（2-2）
• 十进制数的编码
– 压缩的十进制数串— BCD码
• 半个字节存放一个十进制数位或符号 • 1100表示正号，1101表示负号，放最低位之后 • 所有位数之和必须是偶数，否则最高位补0
+135 0001 0011 0000 0101 1100 0111 1000 1101
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<
P2, P1
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校验技术（3-2）
P1 = D1 + D2 + D4 + D5 + D7 (偶校验) P2 = D1 + D3 + D4 + D6 + D7 P3 = D2 + D3 + D4 + D8 P4 = D5 + D6 + D7 + D8
北京理工大学考研813计算机专业基础
813计算机专业基础数据结构考查内容：数据结构主要考查考生以下几个方面：1.理解数据结构的基本概念；掌握数据的逻辑结构、存储结构及其差异，以及各种基本操作的实现。
2.掌握基本的数据处理原理和方法的基础上，能够对算法进行设计与分析。
3.能够选择合适的数据结构和方法进行问题求解。
应掌握的具体内容为：一、线性表（一）线性表的定义和基本操作（二）线性表的实现1.顺序存储结构2.链式存储结构3.线性表的应用二、栈、队列和数组（一）栈和队列的基本概念（二）栈和队列的顺序存储结构（三）栈和队列的链式存储结构（四）栈和队列的应用（五）特殊矩阵的压缩存储三、树与二叉树（一）树的概念（二）二叉树1.二叉树的定义及其主要特征2.二叉树的顺序存储结构和链式存储结构3.二叉树的遍历4.线索二叉树的基本概念和构造5.二叉排序树6.平衡二叉树（三）树、森林1.书的存储结构2.森林与二叉树的转换3.树和森林的遍历（四）树的应用1.等价类问题2.哈夫曼（Huffman）树和哈夫曼编码四、图（一）图的概念（二）图的存储及基本操作1.邻接矩阵法2.邻接表法（三）图的遍历1.深度优先搜索2.广度优先搜索（四）图的基本应用及其复杂度分析1.最小（代价）生成树2.最短路径3.拓扑排序4.关键路径五、查找（一）查找的基本概念（二）顺序查找法（三）折半查找法（四）B-树（五）散列（Hash）表及其查找（六）查找算法的分析及应用六、内部排序（一）排序的基本概念（二）插入排序1.直接插入排序2.折半插入排序（三）起泡排序（bubble sort）（四）简单选择排序（五）希尔排序（shell sort）（六）快速排序（七）堆排序（八）二路归并排序（merge sort）（九）基数排序（十）各种内部排序算法的比较（十一）内部排序算法的应用题型和分值填空题15%、选择题20%、问答题40%、算法题25%参考书目数据结构（C语言版）严蔚敏吴伟民清华大学出版社计算机组成原理考查目标1.理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。
计算机中数的表示
我们日常使用的数据分成数值型数据和非数值型数据两大类，数值型数据采用十进制数制表示，如26.77、-19、470等，而非数值型数据一般是一些图型符号表示，如“ABC”、“语言”、“@&%☆⊕”等。
而现代电子计算机的数字电路只能表示开/关（或高/低）两个稳定的基本状态，所以在计算机世界中，任何数据都只能用两个基本状态来表示，用两个基本状态来表示数据的方法称为数的二进制表示。
数值型数据可以直接用二进制数表示，而非数值型数据需经过编码后转换成二进制数据表示。
在查看CPU寄存器中的数据或内容中的数据与指令时常以十六进制数制形式显示。
一、数值数据的表示1．数制数制（数的进制）也称为数字系统，每种数制都有一个基数，也就是单个数字能表示的在数字系统中一个数就是由某种进制可用数字符号组成的数字串，一个n位的数其一般格式为：D n-1D n-2…2D1D0，其中D是某一进制中的可用数字，脚标是该数字在数据中的数位序号，数位序号从一个数的整数部分的最低位以0开始编号，向左依次为0、1、2、…直到整数的最高位，向右为-1、-2、-3、…直到小数的最低位。
一个数字位于数据的不同位置其表示的大小是不同的，这种不同称为数位的权，数位的权等于基数的数位序号次方，记作b i，b是进制的基，i是数位序号。
一个数可以展开为位权表示法，或称按权展开求和式，如下所示。
D n-1D n-2…2D1D0= D n-1×b n-1+D n-2×b n-2+…+D1×b1+D0×b0。
（1）二进制数二进制数字系统中记数采用0和1两个符号来表示数据，基本运算规则是“逢二进一”。
一个二进制形式的数据就由0和1两个符号组成的位串，如10011011、-1101.101。
组成地进制数的每一个数位称为一个比特（bit）。
（2）十进制数十进制数字系统中记数采用0~9十个数字符号来表示数据，基本运算规则是“逢十进一”。
2020北京科技大学硕士研究生自命题考试大纲之871计算机综合（组成原理+数..
871计算机综合一考试大纲一、考试性质与范围本考试科目是计算机科学与技术学科硕士研究生入学的专业基础课程考试，旨在考察考生对计算机组成原理与数据结构基本原理和方法的掌握程度以及运用基本原理和方法分析、解决问题的能力。
考试范围包括计算机组成原理和数据结构。
二、考试基本要求计算机组成原理要求考生掌握：1.掌握计算机硬件系统的基本组成及工作机理，包括运算器的构成及工作原理；控制器的设计与实现方法；存储器及层次存储体系的概念及工作原理；输入/输出系统及工作方式。
并建立整机概念，各基本部件如何协调工作完成指定任务；2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；3.能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
数据结构要求考生掌握：1.数据结构的基本概念、基本原理和基本方法；2.数据的逻辑结构、存储结构及基本操作的实现，能够对算法进行基本的时间复杂度与空间复杂度分析；能够运用数据结构基本原理和方法进行问题分析与求解，具备采用C或C++语言设计与实现算法的能力。
三、考试形式与分值答题方式为闭卷、笔试。
考试时间为180分钟，试卷满分为150分，其中：计算机组成原理75分数据结构75分四、考试内容I计算机组成原理1.计算机系统概述1）电子计算机与存储程序控制。
了解计算机的发展历史，掌握数字化概念、存储程序工作方式和冯诺依曼体制。
2）计算机系统层次结构计算机硬件的基本组成、计算机软件的分类、计算机的工作过程（1）计算机系统。
熟悉计算机硬件系统的组织、硬件与软件间的关系、计算机系统软硬件的逻辑等效性。
（2）掌握计算机系统的层次结构概念，了解系列机和软件兼容。
3）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS。
2.数据的机器层次表示1）数值数据的表示。
数据结构设计
数据结构设计数据结构是计算机科学中非常重要的概念之一，它为存储和组织数据提供了一种框架。
在软件开发中，正确选择和设计适当的数据结构是实现高效算法和优化性能的关键步骤。
本文将讨论数据结构设计的基本原则和常见的数据结构类型。
一、数据结构设计的基本原则1. 存储和访问效率：数据结构的设计应考虑到存储和访问数据的效率。
这包括选择适当的数据结构类型以及优化存储和访问操作。
2. 数据一致性：数据结构的设计应确保数据的一致性。
这意味着对数据的增删改查操作要保持数据的正确性和完整性。
3. 简洁性和易用性：数据结构的设计应简洁明了，并易于使用和理解。
不同的数据结构类型在不同的应用场景中有其优势和劣势，应根据具体需求选择合适的数据结构。
二、常见的数据结构类型1. 数组(Array)：数组是最基本的数据结构类型之一，它可以连续存储多个相同类型的元素。
数组的访问时间复杂度为O(1)，但插入和删除操作的时间复杂度较高。
2. 链表(Linked List)：链表通过节点与节点之间的指针连接来实现数据的存储和访问。
链表的插入和删除操作时间复杂度为O(1)，但访问操作的时间复杂度较高。
3. 栈(Stack)：栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构类型，它可以存储和访问元素。
栈的插入和删除操作时间复杂度为O(1)，但访问操作的时间复杂度较高。
4. 队列(Queue)：队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构类型，它可以存储和访问元素。
队列的插入和删除操作时间复杂度为O(1)，但访问操作的时间复杂度较高。
5. 树(Tree)：树是一种具有层次结构的数据结构类型，它由节点和指向其它节点的链接组成。
树的插入、删除和访问操作时间复杂度取决于树的类型。
6. 图(Graph)：图是由节点和节点之间的连接关系组成的数据结构类型。
图中的节点称为顶点，连接关系称为边。
图的插入、删除和访问操作时间复杂度取决于图的类型。
三、数据结构设计的实际应用1. 数据库系统：数据库系统是大型软件系统中常见的应用之一。
南京航空航天大学计算机考研829大纲
一、计算机组成原理部分【目标】1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。
2. 理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,并能对一些基本部件进行简单设计。
【大纲】1.计算机系统概述(1). 了解计算机的发展历程;(2). 掌握冯?诺依曼计算机结构的特点,计算机硬件的基本组成与功能,计算机系统的组成(硬件+软件)及其层次结构,计算机的工作原理;(3). 掌握计算机的性能指标,具体包括CPU执行时间、CPI、时钟周期、主频、MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS等;2.数据的机器级表示(1).掌握数制与编码:包括进位计数制及其相互转换,真值和机器数,BCD编码,字符与字符串,校验码;(2). 熟练掌握定点数的表示与运算:包括无符号数的表示和有符号整数的表示,定点数的移位运算;原码定点数加减运算;补码定点数加减法运算;定点数乘除运算;识记溢出概念和判别方法;(3). 掌握浮点数的表示与运算:包括浮点数的表示,IEEE754标准,浮点数的加减运算及其规格化;(4).理解算术逻辑单元ALU:包括串行加法器和并行加法器,算术逻辑单元ALU 的功能与结构;3.运算方法与运算部件(1).掌握不同层次程序员看到的运算:高级语言以C语言为例,ISA层面则以MIPS为例;(2). 了解串行加法器、并行加法器及先行进位部件,掌握算术逻辑部件ALU 的设计;(3). 掌握定点数运算及运算部件:补码加减运算,无符号数乘法运算,无符号除法运算;掌握补码加减运算器如何实现;(4). 掌握浮点数加减运算及浮点数运算的精度问题;了解相应的运算部件实现思想; 4.存储器分层体系结构(1).了解存储器的分类及其分层结构,半导体存储器随机访问存储器的组织,只读存储器及主存的主要技术指标等;掌握存储器芯片与CPU的连接,多模块存储器的交叉存储;(2).掌握高速缓冲存储器的CPU的基本访存过程,Cache和主存之间的映射方式,程序访问的局部性原理对编程的影响及Cache-friendly的程序,了解Cache替换算法和Cache写策略;(3).掌握虚拟存储器的基本概念,三种实现方案,缺页的处理以及快表的工作原理,注意虚拟地址和物理地址的转换问题,如何查段表和页表;TLB的原理和作用;平均访问时间的计算等。
自考-计算机系统结构--复习资料大全
1计算机系统的多级层次结构， , 1：M0微程序（微指令）机器、2：M1传统(机器指令）机器、3：M2操作系统(作业控制）机器、4：M3汇编语言机器、5：M4高级语言机器、6：M5应用语言机器；1—2为实际机器,3—6为虚拟机器2，各个机器级的实现的依靠, , 翻译和解释3, 翻译, translation, 是先用转换程序将高一级机器级上实现的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后再在低一级机器上实现的技术。
4，解释, interpretation, 在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术.5, M0—M5各级的实现方式，, M0用硬件实现,M1用微程序(固件实现）,M2到M5大多采用软件实现.6, 虚拟机器的定义, , 以软件为主实现的机器7, 实际机器的定义, ，以硬件或固件实现的实际机器8 透明的定义,，客观存在的事物或属性从某个角度看不到，称之为透明9 计算机系统结构的定义， , 是系统结构的一部分,指的是传统机器级的系统结构，其界面之上包括操作系统、汇编语言、高级语言和应用语言级中所有的软件功能，界面之下包括所有硬件和固件的功能。
它是软件和硬件/固件的交界面，是机器语言、汇编语言、程序设计者，或者编译程序设计者看到的机器物理系统的抽象。
是研究软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定,提供机器语言、汇编语言设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到或遵循的计算机属性.10计算机系统结构的属性（需了解一部分）， , 1、数据表示;2、寻址方式；3、寄存器组织；4、指令系统；5、存储系统组织；6、中断机构;7、系统机器级的管态和用户态的定义与切换;8、I/O结构；9、信息保护方式和保护机构等等.11计算机系统结构不包含的内容,, 不包含“机器级内部”的数据流和控制流的组成，逻辑设计和器件设计等.12 计算机组成的定义,, 指的是计算机系统结构的“逻辑实现”，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机组成原理考点总结终结版
内部资料,转载请注明出处,谢谢合作;一、计算机系统概述（一）计算机发展历程了解知识点一：第一台计算机 ENIAC知识点二：冯诺依曼VanNeumann首次提出存储程序的概念,将数据和程序一起放在存储器中,使得编程更加方便;50多年来,虽然对冯诺依曼机进行了很多改革,但结构变化不大,仍然称为冯诺依曼机;知识点三：一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代1946-50‘s后期：电子管计算机时代；第二代50‘s中期-60’s后期：晶体管计算机时代；第三代60‘s中期-70’s前期：集成电路计算机时代；第四代70‘s初-：大规模集成电路计算机时代;知识点四：冯·诺依曼计算机的特点冯·诺依曼体系计算机的核心思想是“存储程序”的概念;它的特点如下：1 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成；2 指令和数据都用二进制代码表示；3 指令和数据都以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访；4 指令是由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数所在存储器中的位置；5 指令在存储器内是顺序存放的；6 机器以运算器为核心,输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器;（二）计算机系统层次结构了解计算机系统的层次结构,通常可有五个以上的层次,在每一个层次上都能进行程序设计;由下自上可排序为：第一级微程序机器级,微指令由机器直接执行,第二级传统机器级,用微程序解释机器指令,第三级操作系统级,一般用机器语言程序解释作业控制语句,第四级汇编语言机器级,这一级由汇编程序支持和执行,第五级高级语言机器级,采用高级语言,由各种高级语言编译程序支持和执行;还可以有第六级应用语言机器级,采用各种面向问题的应用语言;1.计算机硬件的基本组成图中实线为控制线,虚线为反馈线,双线为数据线;图中各部件的功能是：1 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内；2 存储器用来存放数据和程序；3 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果；4 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等；5 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式如打印机输出、显示器输出等;计算机的五大部件在控制器的统一指挥下,有条不紊地自动工作;由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密,尤其在大规模集成电路制作工艺出现后,这两大部件往往制作在同一芯片上,因此,通常将他们合起来统称为中央处理器,简称CPU;把输入设备与输出设备简称为I/O 设备;因此,现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器MM;CPU与MM合起来称为主机,I/O设备叫作外设;存储器分为主存储器MM和辅助存储器;主存可直接与CPU交换信息,辅存又叫外存;2.计算机软件的分类计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件;系统软件又称为系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,确保高效运行;它包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等等;应用软件又称为应用程序,它是用户根据任务所编制的各种程序;3.计算机的工作过程1．运算器运算器包括三个寄存器和一个算逻单元ALU;其中ACC为累加器,MQ为乘商寄存器,X为操作数寄存器;这三个寄存器在完成不同运算时,所存放在操作数类别也各不相同;2．存储器主存储器包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等;主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存写入、取读出;这种存取方式叫做按地址存取,也即按地址访问存储器简称访存;为了能实现按地址访问的方式,主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR;MAR是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数;MDR是存储器数据寄存器,用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等;要想完整地完成一个取或存操作;3．控制器控制器是计算机组成的神经中枢,由它指挥全机各部件自动、协调地工作;具体而言,它首先要命令存储器读出一条指令,这叫取指过程;接着对这条指令进行分析,指出该指令要完成什么样的操作,并按寻址特征指明操作数的地址,这叫分析指令过程;最后根据操作数所在的地址,取出操作数并完成某种操作,这叫作执行过程;以上就是通常所说的完成一条指令操作的取指、分析和执行三阶段; 控制器由程序计数器PC,指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成;PC 用来存放当前欲执行指令的地址, 它与主存的MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能, 即可自动形成下一条指令的地址;IR用来存放当前的指令, IR 的内容来自主存的MDR;IR中的操作码送到CU,用来分析指令；其地址码作为操作数的地址送至存储器的MAR; CU用来分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象;4．I/OI/O子系统包括各种外部设备及相应的接口;每一种设备都是由I/O接口与主机联系的,它接受CU发出的各种控制命令完成相应的操作;计算机的解题过程如下：首先把构成程序的有序指令和数据,通过键盘输入到主存单元中,并置PC的初值为0即令程序的首地址为0;启动机器后,计算机便自动按存储器中所存放的指令顺序,有序地逐条完成取指令、分析指令和执行指令,直至执行到程序的最后一条指令为止;（三）计算机性能指标1. 吞吐量、响应时间1 吞吐量：单位时间内的数据输出数量;2 响应时间：从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间;2. CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间1 CPU时钟周期：机器主频的倒数,Tc2主频：CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc3CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期4CPU执行时间：T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS、MFLOPS1MIPS：MIPSMillion Instructions Per SecondMIPS = In/Te×106= In/In×CPI×Tc×106= Rc/CPI×106Te：执行该程序的总时间In：执行该程序的总指令数Rc：时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机;标量机执行一条指令,得到一个运行结果;而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果;2 MFLOPS：MFLOPSMillion Floating Point Operations Per SecondMFLOPS=Ifn/Te×106Ifn：程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能;一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的;二、数据的表示和运算（一）数制与编码1.进位计数制及其相互转换2.真值和机器数3.BCD码4.字符与字符串5.校验码（二）定点数的表示和运算1.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;2.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（三）浮点数的表示和运算1.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准2.浮点数的加/减运算（四）算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器2.算术逻辑单元ALU的功能和机构三、存储器层次机构cache-主存-外存的层次结构、cache的三种不同映象方式、主存芯片的子扩展和位扩展方案设计以及续存相关地址转换的内容是重点（一）存储器的分类1．按存储介质分1半导体存储器;存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器;其优点是体积小、功耗低、存取时间短;其缺点是当电源消失时,所存信息也随即丢失,是一种易失性存储器;2磁表面存储器;按载磁体形状的不同,可分为磁盘、磁带和磁鼓;现代计算机已很少采用磁鼓;由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质,它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”,而且剩磁状态不会轻易丢失,故这类存储器具有非易失性的特点;3 磁芯存储器不用了4光盘存储器;光盘存储器是应用激光在记录介质磁光材料上进行读写的存储器,具有非易失性的特点;光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等; 2．按存取方式分类按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类;1随机存储器RAMRandom Access Memory;RAM是一种可读写存储器, 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理位置无关;计算机系统中的主存都采用这种随机存储器;由于存储信息原理的不同, RAM又分为静态RAM 以触发器原理寄存信息和动态RAM以电容充放电原理寄存信息;2只读存储器ROMRead only Memory;只读存储器是能对其存储的内容读出,而不能对其重新写入的存储器;这种存储器一旦存入了原始信息后,在程序执行过程中,只能将内部信息读出,而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息;因此,通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库,甚至用于操作系统的固化;它与随机存储器可共同作为主存的一部分,统一构成主存的地址域;只读存储器分为掩膜型只读存储器MROMMasked ROM、可编程只读存储器PROMProgrammable ROM、可擦除可编程只读存储器EPROMErasable Programmable ROM、用电可擦除可编程的只读存储器EEPROMElectrically Erasable Programmable ROM;以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory,它具有EEPROM的特点,而速度比EEPROM快得多;3串行访问存储器;如果对存储单元进行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则这种存储器叫做串行访问存储器;显然这种存储器由于信息所在位置不同,使得读写时间均不相同;如磁带存储器,不论信息处在哪个位置,读写时必须从其介质的始端开始按顺序寻找,故这类串行访问的存储器又叫顺序存取存储器;还有一种属于部分串行访问的存储器,如磁盘;在对磁盘读写时,首先直接指出该存储器中的某个小区域磁道,然后再顺序寻访,直至找到位置;故其前段是直接访问,后段是串行访问,叫直接存取存储器;3．按在计算机中的作用分类按在计算机系统中的作用不同,存储器又可分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器;（二）存储器的层次化结构主要是为了解决速度匹配问题存储器有3个重要的指标：速度、容量和每位价格,一般来说,速度越快,位价越高；容量越大,位价越低,容量大,速度就越低;上述三者的关系用下图表示：寄存器缓存主存磁盘磁带存储系统层次结构主要体现在缓存-主存-辅存这两个存储层次上,如下图所示：（三）半导体随机存取存储器1.SRAM存储器的工作原理静态RAM由于静态RAM是触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态,不需要再生;但电源掉电时,原存信息丢失,故它属易失性半导体存储器2.DRAM存储器的工作原理（四）只读存储器（五）主存储器与CPU的连接（六）双口RAM和多模块存储器（七）高速缓冲存储器Cache1.程序访问的局部2.Cache的基本工作原理3.Cache和主存之间的映射方式4.Cache中主存块的替换算法5.Cache写策略（八）虚拟存储器1.虚拟存储器的基本概念2.页式虚拟存储器3.段式虚拟存储器4.段页式虚拟存储器5.TLB快表四、指令系统（一）指令格式1.指令的基本格式2.定长操作码指令格式3.扩展操作码指令格式（二）指令的寻址方式1.有效地址的概念2.数据寻址和指令寻址3.常见寻址方式（三）CISC和RISC的基本概念五、中央处理器CPU（一）CPU的功能和基本结构（二）指令执行过程（三）数据通路的功能和基本结构（四）控制器的功能和工作原理1.硬布线控制器2.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式; （五）指令流水线1.指令流水线的基本概念2.超标量和动态流水线的基本概念（一）总线（二）总线概述（三）总线的基本概念总线是连接计算机内部多个部件之间的信息传输线,是各部件共享的传输介质;多个部件和总线相连,在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信号,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息;总线是由许多传输线或通路组成,每条线可传输一位二进制代码,如16条传输线组成的总线,可同时传输16位二进制代码;（四）总线的分类按数据传送方式：并行传输总线和串行传输总线按总线的适用范围：计算机总线,测控总线,网络通信总线按连接部件不同：重点片内总线：片内总线是指芯片内部的总线,如在CPU芯片内部, 寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑单元之间都有总线连接;系统总线：系统总线是指CPU、主存、I/O各大部件之间的信息传输线;按传输信息的不同,可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线;数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关;数据总线的条数称为数据总线宽度,它是衡量系统性能的一个重要参数;例子：总线宽8位,指令字长16位,CPU需要两次访主存地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或在I/O设备上的地址;它是单向传输的;地址线的位数与存储单元的个数有关,如地址线为20根,则对应的存储单元个数为220;控制总线是用来发出各种控制信号的传输线;对单一控制线来说,传输单向；对控制总线,是双向的;对CPU而言,控制信号既有输入又有输出;通信总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统如控制仪表、移动通讯等之间的通信;（五）总线的组成及性能指标总线的组成：总线组成包括信号线、总线控制器、附属电路;信号线包括数据线、地址线和控制线总线性能指标：1总线宽度：它是指数据总线的根数, 用bit位表示,如8位、16位、32位、64位;2总线带宽：总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数,通常用每秒传输信息的字节数来衡量,单位为MBps兆每秒;例如,总线频率33MHZ,总线宽度32位4B,则总线带宽334=132MBps;3时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线;4总线复用：通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线;地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息;为了提高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一条物理线路,只是某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号或命令信号;这叫总线的多路复用;5信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和;6总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等;7 其他指标：如负载能力问题等;总线结构的三种形式：以CPU为中心的双总线结构：这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU,因此会影响CPU的工作效率;单总线结构：它是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息;因为只有一组总线,当某一时刻各部件都要占用时,就会出现争夺现象;双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构;三总线结构中, 主存总线用于CPU与主存之间的传输；I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息；DMA总线用于高速外设磁盘、磁带等与主存之间直接交换信息;在三总线结构中,任一时刻只能使用一种总线;（六）总线仲裁总线控制总线控制主要包括判优控制和通信控制;总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处如在CPU中,后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上;集中仲裁方式常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：1．链式查询菊花链图中控制总线中有三根线用于总线控制BS总线忙；BR总线请求、BG总线同意,其中总线同意信号BG是串行地从一个I/O接口送到下一个I/O接口;如果BG到达的接口有总线请求,BG信号就不再往下传;意味着该接口获得了总线使用权,并建立总线忙BS信号,表示它占用了总线;这种方式的特点是：只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障很敏感;2．计数器定时查询计数器定时查询方式如下图所示;它与链式查询方式相比,多了一组设备地址线,少了一根总线同意线BG;总线控制部件接到由BR 送来的总线请求信号后,在总线未被使用BS＝0的情况下,由计数器开始计数,向各设备发出一组地址信号;当某个有总线请求的设备地址与计数值一致时,便获得总线使用权,此时终止计数查询;这种方式的特点是：计数可以从“0”开始,此时设备的优先次序是固定的；计数也可以从终止点开始,即是一种循环方法,此外,对电路故障不如链式查询方式敏感,但增加了主控制线设备地址数,控制也较复杂;3．独立请求方式独立请求方式如下图所示;由图可见,每一设备均有一对总线请求线BRi和总线同意线BGi;当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号;总线控制部件中有一排队电路,可根据优先次序确定响应哪一设备的请求;这种方式的特点是：响应速度快,优先次序控制灵活通过程序改变,但控制线数量多,总线控制更复杂;总线通信控制没要求分布仲裁方式同集中式仲裁相比,分布式仲裁不需要中央仲裁器,而是让各个主设备功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路;需要使用总线时,各个设备的功能模块将自己唯一的仲裁号发送到共享的总线上,各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相对比,获胜的仲裁号将保留在仲裁总线上,相应设备的总线请求获得响应;分布式仲裁不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器;当它们有总线请求时,把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上,每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较;如果仲裁总线上的号大,则它的总线请求不予响应,并撤消它的仲裁号;最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上;显然,分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础（七）总线操作和定时总线操作目前在总线上的操作主要有以下几种：1读和写读是将从设备如存储器中的数据读出并经总线传输到主设备如CPU；写是主设备到从设备的数据传输过程;2块传送主设备给出要传输的数据块的起始地址后,就可以利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入;3写后读或读后写主设备给出地址一次,就可以进行先写后读或者先读后写操作,先读后写往往用于校验数据的正确性,先写后读往往用于多道程序的对共享存储资源的保护;4广播和广集主设备同时向多个从设备传输数据的操作模式称为广播;广集操作和广播操作正好相反,它将从多个从设备的数据在总线上完成AND或OR操作,常用于检测多个中断源;定时：事件出现在总线上的时序关系;1、同步定时在同步定时协议中,事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;所以包含始终信号线由于采用了公共时钟,每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定,因此,同步定时具有较高的传输频率;同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况;2．异步定时在异步定时协议中,后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;在这种系统中,不需要统一的共公时钟信号;总线周期的长度是可变的;（八）总线标准六、输入输出I/O系统（一）I/O系统基本概念（二）外部设备1.输入设备：键盘、鼠标2.输出设备：显示器、打印机3.外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三）I/O接口I/O控制器1.I/O接口的功能和基本结构2.I/O端口及其编址（四）I/O方式1.程序查询方式2.程序中断方式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念;3.DMA方式DMA控制器的组成；DMA传送过程;4.通道方式七、计算机系统概述（四）计算机发展历程（五）计算机系统层次结构4.计算机硬件的基本组成5.计算机软件的分类6.计算机的工作过程（六）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS;八、数据的表示和运算（五）数制与编码6.进位计数制及其相互转换7.真值和机器数8.BCD码9.字符与字符串10.校验码（六）定点数的表示和运算3.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;4.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（七）浮点数的表示和运算3.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准4.浮点数的加/减运算（八）算术逻辑单元ALU3.串行加法器和并行加法器4.算术逻辑单元ALU的功能和机构九、存储器层次机构（九）存储器的分类（十）存储器的层次化结构（十一）半导体随机存取存储器3.SRAM存储器的工作原理4.DRAM存储器的工作原理（十二）只读存储器（十三）主存储器与CPU的连接（十四）双口RAM和多模块存储器（十五）高速缓冲存储器Cache6.程序访问的局部7.Cache的基本工作原理8.Cache和主存之间的映射方式9.Cache中主存块的替换算法10.Cache写策略（十六）虚拟存储器6.虚拟存储器的基本概念7.页式虚拟存储器8.段式虚拟存储器9.段页式虚拟存储器10.TLB快表十、指令系统（四）指令格式4.指令的基本格式5.定长操作码指令格式6.扩展操作码指令格式（五）指令的寻址方式4.有效地址的概念5.数据寻址和指令寻址6.常见寻址方式（六）CISC和RISC的基本概念十一、中央处理器CPU（六）CPU的功能和基本结构（七）指令执行过程（八）数据通路的功能和基本结构（九）控制器的功能和工作原理3.硬布线控制器4.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式;（十）指令流水线3.指令流水线的基本概念4.超标量和动态流水线的基本概念十二、总线（九）总线概述1.总线的基本概念2.总线的分类3.总线的组成及性能指标（十）总线仲裁1.集中仲裁方式2.分布仲裁方式（十一）总线操作和定时1.同步定时方式。
网络安全协议基础(第2章)
6、表示层（Presentation Layer）
表示层完成某些特定的功能，这些功能不必由每个用 户自己来实现。 值得一提的是，表示层以下各层只关心从源端机到目 标机可靠地传送比特，而表示层关心的是所传送的信 息的语法和语义。 表示层服务的一个典型例子是用一种一致选定的标准 方法对数据进行编码。 大多数用户程序之间并非交换随机的比特，而是交换 诸如人名、日期、货币数量和发票之类的信息。这些 对象是用字符串、整型数、浮点数的形式，以及由几 种简单类型组成的数据结构来表示。
TCP/IP协议逐层介绍
（2）ICMP（Internet Control Message Protocol）控制报文协议，IP协议提供了无连接 的数据包传送服务。在传送过程中，如果发生差 错或意外情况（如数据包目的地址不可达、数据 包在网络中的滞留时间超过其生存期，中转节点 或目的节点主机因缓冲区不足而无法处理数据包 等），总要通过一种通信机制，向源站点报告差 错情况，以便源节点对差错进行相应的处理。 ICMP正是提供这类差错报告服务的协议。它在IP 层加入一类特殊用途的报文机制，以满足IP协议 报告差错的需求。该协议典型的应用有：测试目 的地的可达性（ping）、测试到达目的地的路径 （tracert）等。
2、数据链路层（Data Link Layer）
OSI参考模型的第二层称为数据链路层。与 其他层一样，它肩负两个责任：发送和接收 数据。 还要提供数据有效传输的端到端连接。在发 送方，数据链路层负责将指令、数据等包装 到帧中，帧是该层的基本结构。 帧中包含足够的信息，确保数据可以安全地 通过本地局域网到达目的地。
完整的OSI数据传递与流动过程
OSI参考模型
数据模型的分类
数据模型的分类
1.关系型数据模型：关系型数据模型是由一个或者多个二维表组成的
数据结构，表的每行都代表一个实体集，表中的每一列代表实体的一种属
性值，通过主键以及外键关联表实现数据关联。
关系型数据库可以存储大
量数据、支持事务处理，可以使用SQL语句来实现数据查询、更新、插入、删除等操作。
2.非关系型数据模型：非关系型数据模型是一种非结构化数据模型，
它可以在大规模数据中提供快速读写能力，使用简单的key/value键值对
存储数据，避免了因数据结构固定性而带来的SQL开发的繁琐。
非关系型
数据模型常用于消息队列、缓存和NoSQL数据库等场景中。
3.网状数据模型：网状数据模型是一种可以表示实体之间多重关系的
数据模型，使用节点与关系组合的方式存储数据，网状数据模型可以用来
表示复杂的关系，如社交网络中的用户关系、可视化搜索，甚至可以用来
表示机器学习中的数据关系。
4.层次数据模型：层次数据模型是一种将数据结构化的一种方式，它
使用树状结构来表示数据之间的父子关系，层次数据模型有利于描述继承
类型的关系，常用于表示菜单结构和文件目录结构等。
计算机组成数据的机器层次表示练习题
计算机组成数据的机器层次表示练习题单项选择题1 下列不同进位计数制得数中，最大的数是____。
A (0.101)2B (0.62)10C (0.52)8D (0.75)162 在____进位计数制下，有53+247=211。
A 十进制B 八进制C 九进制D十一进制3 若十进制数据为137.5，则其八进制为____。
A 89.8B 211.4C 211.5D 1011111.1014 下列说法有误差的是____。
A 任何二进制整数都可以用十进制表示B任何二进制小数都可以用十进制表示C任何十进制整数都可以用二进制表示D任何十进制小数都可以用二进制表示5 一个16位无符号二进制数的表示范围是____。
A 0～5536B 0～66535C —32768～32767D —32768～3276866 BCD码中8421码100101010100表示十进制数是____。
A 954B 864C 362D 有错误7 下列关于ASCII编码，正确的描述是____。
A 使用8位二进制代码，最右边一位为1B使用8位二进制代码，最左边一位为0C使用8位二进制代码，最右边一位为0D使用8位二进制代码，最左边一位为18 已知大写英文字母“A”的ASCII码值为41H，现字母“F”被存放在某个存储单元中，若采用偶校验（假设最高为作为校验位），则该存储单元中存放的十六进制数是____。
A 46HB C6HC 47HD C7H9 用1位奇偶校验能检测出1位主存错误的百分比为____。
A 0%B 100%C 50%D 无法计算10 用海明码来发现并纠正1位错，信息位为8位，则检验位的位数为____。
A 1B 3C 4D 811 8位原码能表示的不同数据有____。
A 15B 16C 255D 25612 对真值0表示形式唯一的机器数是____。
A 原码B 补码和移码C 反码D 以上都不对13 设寄存器嫩荣为11111111，若它等于+127，则为____。