【软考一】计算机系统基础知识(要多做题)

软设之计算机网络概论

一、计算机的基本组成
- 1、计算机组成逻辑图
- 2、计算机部件作用
- - （1）一级部件作用
  - （2）二级部件作用
- 二、CPU
- - 1、CPU组成
  - 2、CPU作用
三、计算机的基本单位与进制
- 1、计算机的基本单位（空间大小由小到大）
- 2、进制与进制转换
- - （1）进制表示
  - （2）进制转化
  - - 十进制转R进制
    - R进制转十进制
    - 二进制转八进制
    - 八进制转二进制
    - 二进制转十六进制
    - 十六进制转二进制
    - 其他进制与二进制的计算
四、原码反码补码移码
- 1、原码
- 2、反码
- 3、补码
- 4、移码
五、浮点数
- 1、产生的原因
- 2、性质
- 3、规格化浮点数
六、寻址
七、校验码
- 1、作用
- 2、特性
- 3、奇偶校验码
- 4、海明码
- 5、循环冗余校验码
八、RISC与CISC
九、流水线
- 1、常用概念
- 2、性质
十、存储器
- 1、存储器的分类
- 2、知识点
十一、高速缓存
- 1、现世原因
- 2、CPU/cache/内存
- 3、替换算法
- 4、地址映像方法
十二、中断
- 1、知识点
十三、输入输出（I/O）控制方式
- 1、程序查询方式
- 2、中断驱动方式
- 3、直接存储方式DMA
- 4、只限了解的知识点
十四、总线（题偏、杂，分低）
- 1、分类
- 2、常见总线
十五、加密技术与认证技术
- 1、加密技术
- - （1）常见的加密技术
  - - 对称加密（共享密钥加密）
    - 非对称加密（公钥体系、公开密钥体系）
- 2、认证技术
- - （1）常见的认证技术
  - - 摘要
    - 数字签名
    - 数字证书
十六、加密算法
- 1、常见对称加密算法
- 2、常见非对称加密算法
- 3、MD5
十七、可靠性技术
1、逻辑与、或、同或、异或
- （1）逻辑与&
- （2）逻辑或 ||
- （3）逻辑同或
- （4）逻辑异或
十八、杂知识点

一、计算机的基本组成

1、计算机组成逻辑图

2、计算机部件作用

（1）一级部件作用

运算器：计算机的执行部件，受控制器控制，执行算术运算或逻辑运算
控制器：决定计算机运行过程的自动化。不仅能保证程序指令的正确执行，还能处理异常事件。
存储器：记忆设备，分为内存和外存
输入设备、输出设备：称为外设

（2）二级部件作用

算术逻辑单元(ALU)：执行算术运算或逻辑运算，包含加减乘除、与或非
累加寄存器(AC)：当算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供工作区。提供运算数据或暂存运算结果。
状态条件寄存器(PSW)：保存算术指令和逻辑指令运算或测试的各种结果状态码。如：运算结果进位标志、运算结果为0标志等
数据缓冲寄存器(DR)：数据、指令在cpu、内存和外设之间的中转站、缓冲区。对内存执行读写操作时，保存一条指令或一个数据字
指令寄存器(IR)：cpu执行指令时，从内存中取出放在缓冲寄存器中，然后放入指令寄存器暂存，指令译码器根据其中的内容生成指令，控制其他部件工作。不可被访问到
指令译码器(ID)：指令由操作码和地址码组成。指令译码器对操作码进行分析，生成对应指令，控制其它部件工作
地址寄存器(AR)：执行指令时，因内存和cpu执行速度差异，需保存地址信息，直到指令完成
程序计数器(PC)：具有寄存信息和计数两个功能。执行方式分为顺序执行和转移执行。程序执行时，将指令的地址保存在PC中，直到加载到内存时，才能确定，因此pc的内容是第一条指令的地址，执行过程中，cpu修改pc的内容以保证pc内保存的是执行的指令的地址，此为顺序执行。转移执行，是cpu直接将转移指令给出的转移地址修改进去，或者根据位移量进行修改

二、CPU

1、CPU组成

2、CPU作用

程序控制
时间控制
操作控制：CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号传给相应的操作部件，控制相应部件根据指令的要求进行操作。
数据处理

三、计算机的基本单位与进制

1、计算机的基本单位（空间大小由小到大）

位 b bit
字节 B Byte 1B = 8b
千字节 KB 1KB = 1024B
兆字节 MB 1MB = 1024KB
吉字节 GB 1GB = 1024MB
太字节 TB 1TB = 1024GB
最小的数据单位：b
最小的存储单位：B

2、进制与进制转换

（1）进制表示

二进制（B）数值由0和1组成，逢二进一
八进制（O）数值由0到7组成，逢八进一
十进制（D）平常使用的表示方式。数值由0到9组成，逢十进一
十六进制（H）数值由0~9和A/B/C/D/E/F表示，字母分别表示10/11/12/13/14/15，逢十六进一

（2）进制转化

十进制转R进制

除R取余法
D数做被除数，R做除数。一直除，直到商为0，将余数由下向上取出排列

R进制转十进制

按权展开求和法
R进制数从左到右，每位数乘R的index-1

二进制转八进制

三位二进制数可表示一位八进制数，因2的3次方为8，八进制的表示是由0~7组成的

八进制转二进制

二进制转十六进制

四位二进制数可表示一位十六进制数，因2的4次方为16，十六进制最大为15

十六进制转二进制

其他进制与二进制的计算

当其他进制数与二进制不好对应时，可将2的次方值写在一旁，用加法计算。

四、原码反码补码移码

各种数值在计算机中的表示形式称为机器数，采用二进制计数制，符号使用0和1表示，0代表正数，1代表负数。
机器数有无符号数和有符号数之分，无符号数即为正数，有符号数为负数。机器数的最高位代表正负

1、原码

原码表示法中，最高位为符号位，符号位后的值称为数值的绝对值。
0在原码中有两种形式：+0 = 0000 0000 ，-0 = 1000 0000

2、反码

无符号数的反码：与原码相同，无改变
有符号数的反码：符号位不变，绝对值按位求反

3、补码

无符号数的反码：与原码相同，无改变
有符号数的反码：反码末位加1。
补码特性： 补码再取补码= 原码

在补码表示中，0有唯一的表示形式：+0补 = 0000 0000 ，-0补 = 0000 0000

4、移码

无论有符号数还是无符号数，将补码的符号位取反

五、浮点数

1、产生的原因

当机器字长为n时，定点数的补码和移码可表示2ⁿ个数，原码和反码只能表示2ⁿ-1个数。表示范围较小，所以产生了浮点数。浮点数是小数点位置不固定的数，可表示更大范围

2、性质

在十进制的世界，2782.3527 = 0.2782352710⁴
同样的，在二进制的世界，11001010.01 = 1100.1010012⁴
浮点数定义：二进制数N,也可表示为N=2^E*F,其中E称为阶码，F称为尾数。由阶码和尾数表示的数为浮点数。这种表示数的方法称为浮点表示法。

浮点表示法表示的数，阶码为带符号的整数，尾数为带符号的纯小数（纯小数指整数位为0的小数）
表示格式如下：阶符 | 阶码 | 数符 | 数码
浮点数的表示范围大小由阶码决定，表示的数值精度由尾数决定
如果浮点数的阶码（包含一位阶符）用R位的移码表示，尾数（包含一位数符）用M位的补码表示，则这种浮点数所能表示的数值范围为：
最大的正数：

最小的负数：

3、规格化浮点数

规格化就是将浮点数的尾数绝对值限定在【0.5，1】之间

六、寻址

重要寻址方式按计算速度排列（CPU内部通用寄存器的访问速度比内存中要快）

立即寻址，操作数就在指令中
寄存器寻址，操作数保存在寄存器中，指令中给出操作数所在的寄存器名
直接寻址，从内存中获取操作数的内存地址，指令中为操作数的地址
寄存器间接寻址，操作数保存在某个内存单元中，内存地址保存在某寄存器中
间接寻址，指令中给出操作数地址的地址。
相对寻址
变址寻址

工业标准IEEEE754浮点数格式中解码用移码、尾数用原码表示

七、校验码

1、作用

检测数据传输过程中是否发生了错误

2、特性

码距位为2，可检错
码距大于等于3，可检错，有可能可以纠错

3、奇偶校验码

通过在编码中增加一位来使1的个数为奇数（奇校验）或者偶数（偶校验）

码距为2，可检错
分为奇校验和偶校验
对于奇校验，只能检测出奇数个数据位出错的情况
常用的奇偶校验码有三种：水平奇偶校验码、垂直奇偶校验码、水平垂直校验码

4、海明码

在数据位之间特定位置插入k个校验码，通过扩大码距来实现检错和纠错
18. 码距至少为3，可检错，有可能可纠错
19. n表示数据位个数，k表示校验位个数。海明码的格式要保证：2^k-1 >= n+k

5、循环冗余校验码

利用生成多项式为k个数据位产生r个校验位进行编码，编码长度为k+r
20. 码距为2，可检错
21. 代码格式为k个数据位后排列r个校验位
22. 在求循环冗余校验码编码时，采用的是模2运算

八、RISC与CISC

九、流水线

即指令的流水处理。假设指令处理经过三步取指令、计算、输出结果，三步分别记为F/C/O,花费时间分别为0.2s、0.4s、0.1s。
有时间T1、T2、T3、T4、T5…Tn
T1：F1(取出第一条指令)
T2：F2（取出第二条指令）、C1（计算第一条指令）
T3：F3、C2、O1（输出第一条指令的结果）
T4：F4、C3、O2
…

1、常用概念

流水线执行n条指令时间计算公式：第一条指令的执行时间+（n-1）*指令执行过程中时间最长的时间段
吞吐率：最长时间段的倒数。若是n条指令的吞吐率，则为n/执行时间
加速比 = 采用流水线执行的时间/顺序执行的时间
操作周期：最长时间段

2、性质

要使加速比与效率最大化，应对流水线各级采用相同的时间
流水线采用异步处理不会提高性能

十、存储器

cache:SRAM
主存：DRAM，周期性刷新，保证数据

1、存储器的分类

按所处位置分类：

内存：速度快、容量小
外存：速度慢、容量大

按构成材料分类：

磁存储器
半导体存储器：静态存储器（SRAM）、动态存储器（DRAM）
光存储器

按工作方式分类：

读/写存储器RAM
只读存储器ROM
固定只读存储器
可编程的只读存储器PROM
可擦除可编程的只读存储器EPROM
电擦出可编程的只读存储器EEPROM
闪速存储器flash 是按块存储，按块删除。U盘。在断电后，不会丢失数据。可代替ROM，不可代替主存

按访问方式分类：

按地址访问
按内容访问

按寻址方式分类：

随机存储器RAM
顺序存储器SAM
直接存储器DAM

2、知识点

相联存储器：是一种按内容访问的存储器
虚拟存储器：由主存和辅存组成
空间局部性：CPU在访问了x02之后，可能会访问x01或x03，空间上的
时间局部性：CPU在访问了x02之后，在短时间内，可能会再次访问x02

十一、高速缓存

1、现世原因

作为CPU与内存的中转。由于CPU速度超快，内存速度只是快，在存取数据时就会出现CPU能源耗损，所以出现了速度比内存快5~10倍的cache。但cache对于程序员来说是透明的（此处说的透明是说根本看不到）

2、CPU/cache/内存

cache用来存放当前最活跃的程序和数据。如果cache中没有保存，就将从内存中取出的数据，备份一份到cache中；如果cache中已有了，就直接取cache中的数据。

3、替换算法

当cache无足够的存储空间存放新的活跃的程序或数据时，就需要使用替换算法替换掉已有的数据。其目标就是使cache可获得尽可能高的命中率。
cache的容量大小决定的命中率的高低，
容量越高，命中率越大，此处要注意不是一直都是线性提高；
但是容量高、命中率大，命中时间就长，成正比。

常见替换算法：

随机替换算法
先进先出算法
近期最少使用算法
优化替换算法

4、地址映像方法

说到了替换算法，就要说下cache怎样保存内存中的数据。
CPU工作时，送出的是主存单元的地址，而应从cache存储器中读写信息，这时就需要将内存地址转成cache存储器地址，这种地址的转换称为地址映像。

直接映像：主存的块与cache的块对应关系是固定的（冲突大）
内存先分“区”，区内含“块”
cache分“块”
内存的n区中的第0块，一定会放在cache的第0块
全相联映像：内存与cache存储器均分成相同大小的块，允许内存的任一块可以调入cache的任一块中（冲突小）
组相联映像：（冲突较小）
cache 先分“组”，再分“块”
内存先分“区”，后分“组”，再分“块”
内存的n区中的第0 组一定会对应到cache的第0组，内存组中的块对于cache中的块又是“全相联映像”，既可对应的第0块，也能对应到第1块

cache与主存地址的映射是由硬件自动完成

十二、中断

计算机执行程序过程中，遇到急需处理的事件时，暂停当前正在执行的程序，转去执行有关服务程序，处理完后自动返回源程序，这个过程称为中断

1、知识点

中断向量：每一个中断向量对应一个中断服务程序入口地址，当中断程序较多时，为提高中断响应的反应速度，将中断向量汇集成中断向量表
中断响应时间：从发出中断响应到进入中断服务程序
保存现场：即日程生活中被打断时的ctrl+s。目的是可正确返回被中断的程序继续执行
为便于实现多级中断嵌套，用堆栈保护断点和现场最有效（先入后出）
I/O设备发出的中断请求是可屏蔽中断，电源掉电是不可屏蔽中断
异常是指令执行过程中处理器内部出现的特殊事件，比如“除运算除数为0”；中断是来自处理器外部的请求，比如“DMA传送结束”

十三、输入输出（I/O）控制方式

1、程序查询方式

CPU和I/O设备串行工作，这就导致CPU的利用率低
需要由CPU将数据保存在内存中
一次只能读/写一个字

2、中断驱动方式

CPU和I/O设备可并行工作
需要CPU将数据保存在内存中
I/O设备通过中断主动向CPU报告执行完成

3、直接存储方式DMA

CPU和I/O设备并行工作
数据传输工作过程中无需CPU参与
由外设直接将数据保存在内存
一次读写的单位为块，不是字

4、只限了解的知识点

DMA操作占用的资源是系统总线，CPU是在一个总线周期结束响应DMA请求的
采用DMA传送数据时，每传送一个数据都需要占用一个存储周期

十四、总线（题偏、杂，分低）

计算机系统中，采用总线结构，便于实现系统的积木化构造，也可减少信息传输线的数量。

1、分类

数据总线
地址总线
控制总线

2、常见总线

ISA总线
EISA总线
PCI总线：并行传输的内总线
PCI Express总线
前端总线
RS-232C
SCSI总线：并行传输外总线
SATA
USB
IEEE-1394
IEEE-488总线

十五、加密技术与认证技术

常见的计算机网络安全威胁有窃听、篡改、假冒、否认

1、加密技术

窃听对应的解决技术就是加密技术。加密可阻止对手的被动攻击

（1）常见的加密技术

对称加密（共享密钥加密）

人员A与人员B在数据传输过程中，A用对称加密密钥加密要传输的内容，B需要得到同一个密钥解密传输内容。
只存在一个密钥
缺点：密钥分发有问题。在密文传输给B之后，密钥传输给B的方式需要明文
优点：解密加密速度快；适合加密大量明文数据

非对称加密（公钥体系、公开密钥体系）

人员A与人员B各自有一把公钥、一把私钥，其中公钥人人都知。A给B传输数据时，先用B的公钥加密，B获取密文之后，用自己的私钥解密，反之亦然。
公钥与私钥之间无联系，不可通过推断得知对应的公钥或私钥
优点：密钥分发无问题
缺点：解密加密速度慢；不适合加密大量明文数据

2、认证技术

篡改对应的解决技术是摘要；假冒和否认对应的解决技术是数字签名。认证可以阻止对手的主动攻击

（1）常见的认证技术

摘要

人员A在给B发送信息时，在密文中携带着使用哈希算法明文 AH 生成的摘要，
B在接收到后，解密密文生成明文，再次使用哈希算法对明文 BH 进行处理。两次的摘要进行对比，若对比相同，咋未被篡改；否则被篡改了。

数字签名

A在密文中增加对摘要用自己的私钥进行加密的密文，
B获取后先对整个密文解密，再次使用A的公钥对摘要密文进行解密（此处就可以确定是不是A发送的消息），再对内容密文进行解密。
对内容明文进行哈希算法处理后，对比。就可以确定内容是否被篡改。
用发送方的私钥进行签名（加密），用发送方的公钥解密

数字证书

目的是防止别有用心之人C在人员A和人员B公钥信息传输过程中，将A给B的自己的公钥替换成C的公钥，这样即使使用了摘要和数字签名技术，也无法避免“假冒”的情况，所以引入了第三方机构的参与–数字证书。
该技术只针对非对称加密，CA机构有自己的私钥和公钥。人员A向CA机构申请数字证书，将人员A的基本信息、A的公钥发送给CA机构，CA机构使用自己的私钥进行加密（签名）。人员B在得到密文之后，从CA机构那里获取A的数字证书，使用CA机构的公钥解密获取A的公钥，以此来解密A的密文。这样即使C篡改了A发给B的A的公钥，也没关系，B根本不会使用A发过来的公钥。

十六、加密算法

1、常见对称加密算法

DES
3DES
IDEA
RC-5
AES：分组加密算法
RC4

2、常见非对称加密算法

3、MD5

是一种摘要算法
对任意长度的输入计算得到的结果长度为128位

十七、可靠性技术

R1、R2、R3…表示部件的可靠性
串联系统可靠性计算公式：R= R1R2R3*…Rn
**并联系统（冗余系统）**可靠性计算公式：R= 1-（1-R1）（1-R2）（1-R3）…（1-Rn）

1、逻辑与、或、同或、异或

true为1，false为0

（1）逻辑与&

0&0 = 0
1&0 = 0
0&1 = 0
1&1 = 1

（2）逻辑或 ||

0 || 0 = 0
1 || 0 = 1
0 || 1 = 1
1 || 1 = 1

（3）逻辑同或

相同为 1 ，不同为 0

（4）逻辑异或

相同为 0 ，不同为 1

十八、杂知识点

主动攻击：重放、IP地址欺骗、拒绝服务、系统干涉、修改数据命令
被动攻击：流量分析、会话拦截
算数左移相当于给操作数执行乘2操作

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