软件设计师培训(一)

软件设计师培训软件设计师培训 一一 培 训 课 程 1 计算机基本原理 存储系统 2 输入输出系统 总线系统 3 计算机体系结构 4 系统性能评测和可靠性基础 5 信息安全和病毒防护 学 习 内 容 1 1 计算机基本原理 存储系统计算机基本原理 存储系统 计算机硬件系统包括运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 运算器控制器组成中央处理器 CPU 运算器通常由 ALU 算术 逻辑单元 寄存器 多路转换器 数据总线组成 控制器由程序计数器 PC 指令寄存器 指令译码器 状态 条寄存器 时序发生器 位操 作系统发生器组成 CPU 特征 指令周期 取出并执行一条指令所需的时间 也称为机器周期 总线周期 CPU 从存储器或 I O 端口存取一字节所需的时间 也称为主振周期 时钟周期 CPU 处理动作的最小单位 例如赛扬 1 8GHz 就是每秒有 1 8G 个时钟周期 一个指令周期可以划分为一个或多个总线周期 一个总线周期又可以划分为几个时钟周期 一个指令周期可以划分为一个或多个总线周期 一个总线周期又可以划分为几个时钟周期 计算总线传输速率 总线数据传输率 时钟频率 每个总线包含的时钟周期数 每个总线周期传送的字节数 每秒指令数 时钟频率 每个总线包含的时钟周期数 指令平均占用总线周期数 指令系统基础 在计算机中 CPU 都会定义出自己特定的指令系统 不过都要遵循着统一的标准格式 指令的基本格式是由操作码和地址码两个部分组成的 操作码指出指令要完成什么操作 地址码则提供原始的数据 在指令系统中用来确定如何提供操作数或提供操作数地址的方式称为寻址方式和编址方式 重 点 难 点 思 考 题 1 计算机硬件组成重点在于记忆五个部件名称 以及她们的子组成部分的名称 能够正确的 做出选择 2 CUP 特征的重点在于理解指令周期 总线周期 时间周期等概念 能够根据它们来计算执 行时间 传输速率等 软件设计师培训软件设计师培训 一一 培 训 课 程 1 计算机基本原理 存储系统 2 输入输出系统 总线系统 3 计算机体系结构 4 系统性能评测和可靠性基础 5 信息安全和病毒防护 学 习 内 容 指令系统操作码定义分类方法比较表 编址方式编码方式平均码长 定长编码 采用相等码长 每个操作码的长 度相等 码长 log2 操作数 如 14 个操作码 就应该是 4 位 2 3 8 不够 2 4 16 多 2 个 变长编码 根据使用频度不同选择不同长度 的编码 将码分为几类 然后再对每类进行编码 平均码长为 每个码长乘以频度 在累加其每个码长乘以频度 在累加其 和和 操作数寻址方式 立即寻址 直接给出操作数 而非地址 直接寻址 直接给出操作数地址或所在寄存器号 寄存器寻址 间接寻址 给出的是指向操作数地址的地址 成之为间接寻址 变址寻址 给出的地址与特定的地址值累加从而得出操作数地址 称之为变址寻址 存储系统 主存储器的种类 RAM 随即存储器 可读写 断电后数据无法保存 只能暂存数据 SARM 静态随机存储器 在不断电时信息能够一直保存 DRAM 动态随机存储器 需要定时刷新一位置信息不丢失 ROM 只读存储器 PROM 可编程 ROM 只能够一次写入 需用特殊电子设备进行写入 EPROM 可擦除的 PROM 用紫外线照射 15 20 分钟可擦去所有信息 可写入多次 E2PROM 电可擦除 ERPOM 可以写入 但速度慢 闪速存储器 现在 U 盘实用的种类 可以快速写入 cache 在 CPU 与存储系统间存在着数据传送带宽限制 因此设置高速缓存 以提高整体效率 重 点 难 点 思 考 题 1 指令系基础 重点在于掌握定长编码和变长编码的含义和马上的计算 以及指令的几种常 见的寻址方式的特点 2 主存储器 重点在于正确区别各种不同的主存储器类型 能够计算出特定容量的主存储器 需要多少块某种特定规格的存储芯片 并且正确的认识与理解主存储器编码的规则 软件设计师培训软件设计师培训 一一 培 训 课 程 1 计算机基本原理 存储系统 2 输入输出系统 总线系统 3 计算机体系结构 4 系统性能评测和可靠性基础 5 信息安全和病毒防护 学 习 内 容 2 2 输入输出系统 总线系统输入输出系统 总线系统 程序控制工作方式 这种工作模式下 输入输出完全由 CPU 控制 在整个 I O 过程中 CPU 必须等待其完成 限制了 CPU 的告诉能力 程序中断工作方式 采用该机制 它将无须定期查询 I O 系统状态 而可以抽身处理其他途 径 当 I O 系统完成后 则以中断信号通知 CPU 之后 CPU 保存正在执行程序的现场 然后转入 I O 中断服务程序完成数据交换 DMA 工作方式 使用 DMA 控制器来控制和管理数据传输 I O 通道技术 通道技术是一种通过执行通道程序管理 I O 操作的控制器 它使 CPU 与 I O 操作达到了更搞的并行度 通道的功能 从主存中读出相应的通道指令 按指令要求与指令的外围设备进行通信 组织外设和主存进行数据传送 获得外设的状态信息 存入内存供 CPU 实用 将外设的中断请求和通道本身的中断请求按顺序报告 CPU 通道的类型 通常分为选择通道 连接多台快速 I O 设备 但一次只能使用一台 字节多 路通道 连接多台慢速 I O 设备 以交叉方式传送数据 数据多路通道 综合前两者优点 设备总线及系统总线 常见 I O 总线类型 IDE 最常用的磁盘接口 SCSI 用雏菊链的方式连接多个 I O 设备 PCMCIA 是一种笔记本电脑上常见的接口 用语连接外存 Modem 网卡等 SUB USB2 0 速度达到 480Mb s 1394 接口 一种串行接口新标准可达 800Mb s 重 点 难 点 思 考 题 1 程序控制工作方式 重点在于理解 I O 设备的编码方式及其特点 2 程序中断工作方式 重点在于理解引入中断的好处 以及发生中断后的关键处理过程 多 中断源的解决方法三个方面的知识 3 I O 总线技术 重点在于了解通道的功能 有点与类型 4 设备总线及系统总线 掌握各种常见 I O 总线的名次 以及系统总线的分类及用途 软件设计师培训软件设计师培训 一一 培 训 课 程 1 计算机基本原理 存储系统 2 输入输出系统 总线系统 3 计算机体系结构 4 系统性能评测和可靠性基础 5 信息安全和病毒防护 学 习 内 容 3 3 计算机体系结构计算机体系结构 1 计算机体系结构分类 Flynn 分类法 根据指令流 数据流和多倍性三方面来进行分类 单指令流单数据流 SISD 一个控制部分 一个处理器 一个主存模块 代表有单处理 器系统 单指令流多数据流 SIMD 一个控制部分 多个处理器 多个主存模块 代表有并行处 理机 阵列处理机 超级向量处理机 关键特性是 各处理器以异步的形式执行同一条指令 多指令流单数据流 MISD 多个控制部分 多个处理器 多个主存模块 代表目前没有 有文献称流水线计算机为此类 关键特性是 被证明是不可能的 至少是不实际的 多指令流多数据流 MIMD 多个控制部分 多个处理器 多个主存模块 代表有多处理 机系统 多计算机 关键特性是 能够实现作业 任务 指令等各级全面并行 冯氏分类法 以计算机系统在单位时间内所能够处理的最大二进制位数分类 分为字串位 串 字并位串 字串并位 字并位并四种 4 4 系统性能评测和可靠性基础系统性能评测和可靠性基础 通常使用 RAS 来衡量一个计算机系统 即可靠性 R 可用性 A 和可维护性 S 基本定义 系统的可靠性 是指从系统开始运行 t 0 到某时刻 t 期间能够正常运行的概率 通常是 R t 表示 失效率 是指单位时间内失效的元件总数的比例 平均无故障时间 MTBF 是指两次故障间系统能够正常工作的时间平均值 平均修复时间 MTRF 是指从故障发生到机器修复平均所需的时间 用语表示计算机的可维 修性 可用性 A 是指计算机的使用效率 它以系统在执行任务的任意时刻能够正常工作的概率 来表示 A MTBF MTBF MTRF 重 点 难 点 思 考 题 1 计算机体系结构分类每种 Flynn 分类的结构特点 代表性系统及其关键特性 主要是记忆 型题目 2 安全性与可靠性基础 重点在于掌握可靠性 失效率 平均无故障时间 平均修复时间 可用性的概念 以及串联 并联 模冗余三种系统的可靠性模型 还包括可靠性 失效率 的计算 软件设计师培训软件设计师培训 一一 培 训 课 程 1 计算机基本原理 存储系统 2 输入输出系统 总线系统 3 计算机体系结构 4 系统性能评测和可靠性基础 5 信息安全和病毒防护 学 习 内 容 系统可靠性模型 并联系统 加入一个系统由 n 个子系统构成 只要有一个子系统能够正常工作 系统就能正 常工作 模冗余系统 m 模冗余系统由 m 个 m 2n 1 为奇数 相同的子系统和一个表决器组成 经过表 决器表决后 m 个子系统中占多数相同结果的输出作为系统的输出 系统性能评测 时钟频率 即主频 通常主频越高速度越快 指令执行速度 每秒执行的加法指令总数 单位 KIPS 每秒千条指令 MIPS 每秒百万条指 令 等效指令发 通过统计各类指令在程序中所占的比例进行折算 数据处理速率法 采用固定的比例法来计算数据处理的速度 而且还仅对 CPU 和主存的速度 进行度量 因此有很大局限性 核心程序法 把应用程序中用得最频繁的那部分核心程序作为评价计算机性能的标准程序 在不同机器上运行 测试其执行时间 作为性能评价依