第一章：计算机系统知识

1.1 计算机系统基础知识

1.1.1 计算机系统硬件基本组成

计算机的基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。

1.1.2 中央处理单元CPU

CPU的功能：

程序控制
操作控制
时间控制
数据处理

CPU的组成：CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。
多核CPU

1.1.3 数据表示

原码、反码、补码和移码
定点数和浮点数

1.1.4 校验码

奇偶校验码
- 奇校验：在奇校验中，校验位被设置为使得数据中所有 ‘1’ 的总数为奇数。如果数据中 ‘1’ 的总数已经是奇数，则校验位为 ‘0’；如果 ‘1’ 的总数为偶数，则校验位为 ‘1’。

例子：假设你要传输的数据是 ‘1011001’，这个数据中 ‘1’ 的数量为 4（偶数）。因此，奇校验位为 ‘1’，校验后的数据就是 ‘10110011’。

偶校验：在偶校验中，校验位被设置为使得数据中所有 ‘1’ 的总数为偶数。如果数据中 ‘1’ 的总数已经是偶数，则校验位为 ‘0’；如果 ‘1’ 的总数为奇数，则校验位为 ‘1’。

例子：假设你要传输的数据是 ‘1011001’，这个数据中 ‘1’ 的数量为 4（偶数）。因此，偶校验位为 ‘0’，校验后的数据就是 ‘10110010’。

奇偶校验可以有效检测单比特错误，但它无法检测出所有类型的错误，例如双比特错误（两个比特位同时发生错误）。

海明码
CRC循环冗余校验码

1.2 计算机体系结构

1.2.1 计算机系统结构的发展

计算机体系结构概述
计算机体系结构分类
指令系统
阵列处理机、并行处理机和多处理机

1.2.2 存储系统

存储器的层次结构
存储器的分类
1. 按存储器所处的位置分类
- 内存：也称为主存。相对于外存特点是容量小、速度快。
- 外存：也称为辅存。
1. 按存储器的构成材料分类
- 磁存储器：磁存储器是用磁性介质做成的
- 半导体存储器：根据所用元件可分为双极型和MOS型；根据数据是否需要刷新又可分为静态(Static Memory)和动态（Dynamic Memory）两类。
1. 按存储器的工作方式分类
- 读/写存储器（Random Access Memory, RAM）：既能读取数据也能存入数据的存储器。
- 只读存储器：仅能读取的存储器。根据数据的写入方式，可细分为ROM、PROM、EPROM、EEPROM等。
  1. 固定只读存储器（Read Only Memory, ROM）：这种存储器是在厂家生产时就写好数据的，其内容只能读出不能改变。一般用于存放系统程序BIOS和用于微程序控制。
  2. 可编程的只读存储器（Programmable Read Only Memory, PROM）：其中的内容可以由用户一次性的写入，写入后不能再修改。
  3. 可擦除可编程的只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM）：其中的内容既可以读出，也可以由用户写入，写入后还可以修改。改写的方法是写入之前先用紫外线照射15~20分钟以擦去所有信息，然后再用特殊的电子设备写入信息。
  4. 电擦除可编程的只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM）：与EPROM相似，只不过这种存储器是用电擦除的方法进行数据的改写。
  5. 闪速存储器（Flash Memory）：简称闪存，闪存的特性介于EPROM和EEPROM之间，类似于EEPROM，也可以使用电信号进行信息的擦除操作。整块闪存可以在数秒内删除，速度远快于EPROM。
1. 按访问方式分类
  按访问方式可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。
2. 按寻址方式分类
- 随机存储器（Random Access Memory, RAM）：可以对任何存储单元存入或读取数据吗，访问任何一个存储单元所需的时间是相同的。
- 顺序存储器（Sequentially Addressed Memory, SAM）：访问数据所需要的时间与数据所在的存储位置相关，磁带是典型的顺序存储器。
- 直接存储器（Direct Addressed Memory, DAM）：介于随机存储器和顺序存取之间的一中寻址方式。磁盘是一种直接存取存储器，它对磁道的寻址是随机的，而在一个磁道内则是顺序寻址。
相联存储器
高速缓存
虚拟存储器
外存储器
磁盘阵列技术
存储域网络

1.2.3 输入/输出技术

微型计算机中最常用的内存与接口的编址方法
直接程序控制
中断方式
直接存储器存取方式
输入/输出处理机(IOP)

1.2.4 总线结构

所谓总线，是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。

总线的分类

数据总线（Data Bus, DB）：用来传送信息，是双向的。
地址总线（Address Bus, AB）：用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。
控制总线(Control Bus, CB)：用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。