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建模作业

作者其他创作

大纲/内容

南京工业大学江浦校区

交通及其附属

道路-线要素

计算机系统硬件基本组成

运算器

控制器

存储器

内部存储器

外部存储器

输入设备

输出设备

中央处理器CPU的重要组成部分

统称外设

CPU的功能与组成

功能

程序控制

通过执行指令来控制程序的执行顺序

重要功能

操作控制

一条指令功能的实现需要若干操作信号配合完成

CPU产生每条指令的操作信号并将信号发送不同的部件

控制相应的部件按指令的功能要求进行操作

时间控制

CPU对各种操作进行时间上的控制

即在指令执行过程中严格控制操作信号

出现时间

持续时间

出现的时间顺序

数据处理

对数据进行加工处理

逻辑运算

算数运算

CPU最根本任务

组成

执行所有算术运算

执行所有逻辑运算并进行逻辑测试

算术逻辑单元ALU

负责处理数据

算术运算和逻辑运算

累加寄存器AC

也称为累加器，是一个通用寄存器

为ALU提供工作区

数据缓冲寄存器DR

内存读写操作时，存放指令或数据字，将不同时间段数据隔离

CPU和内存、外设之间数据传输的中转站

CPU和内存、外设之间在操作速度上的缓冲

状态条件寄存器

由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容

主要分为

状态标志

控制标志

控制整个CPU的工作，决定了计算机运行过程的自动化

指令控制逻辑

操作

取指令

分析指令

执行指令

过程

指令译码

按指令操作码执行

形成下一条指令地址

。。。

指令寄存器-IR

程序计数器-PC

地址寄存器-AR

指令译码器-ID

时序控制逻辑

为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号

总线控制逻辑

为多个功能部件服务的信息通路的控制电路

中断控制逻辑

用于控制各种中断请求

并根据优先级高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理

不可屏蔽中断（无条件响应）

电源掉电。。。

软中断

可屏蔽中断

I/O设备提出的中断请求

寄存器组

专用寄存器

运算器和控制器中的寄存器

作用固定

通用寄存器

用途广泛

由程序员规定用途

内部总线

CPU内部各部分之间的连线称为内部总线

拓展~维基百科：南桥芯片与北桥芯片之间的连线？？？

多核CPU

核心又称内核，是CPU最重要组成部分

各种核心具有固定的逻辑结构

一级缓存

二级缓存

执行单元

指令级单元

总线接口

主要厂商

AMD

双芯

Intel

双核

数据表示

机器数

各种数值在计算机中表示的形式称为机器数

用二进制计数制，数的符号用 0 和 1表示

小数点则隐含，表示不占位置

机器数对应的实际数值称为数的真值

码制

原码

反码

补码

移码

校验码

作用

在计算机系统运行时，各部位之间要进行数据交换，为了确保数据在传送过程中正确无误

提高硬件电路的可靠性

提高代码的校验能力，包括查错和纠错

种类

奇偶校验码-Parity Code

水平奇偶校验码

垂直

水平垂直

海明码-Hamming Code

循环冗余校验码-Cyclic Redundancy Check，CRC

人行道-线要素

计算机系统结构的发展

计算机体系结构、计算机组织和计算机实现

计算机体系结构是指计算机的概念性结构和功能属性

计算机组织是指计算机体系结构的逻辑实现，包括机器内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等（常称为计算机组成原理）

计算机实现是指计算机组织的物理实现

计算机系统结构分类

宏观上按处理机的数量分类

单处理系统

并行处理与多处理系统

分布式处理系统

从微观上按并行程度分类

Flynn分类法

马泽云分类法

Handler分类法

Kuck分类法

指令集系统

结构分类

复杂指令集计算机（CISC）的主要弊端

指令系统的优化

面向高级语言的优化

是尽可能缩小高级语言与机器语言之间的语义差异

面向操作系统的优化

进一步缩小操作系统与体系架构之间的语义差异

精简指令集计算机（RISC）的关键技术

重叠寄存器窗口技术

优化编译技术

超流水及超标量技术

在微程序技术中结合硬布线逻辑与微程序

指令控制的方式

顺序

重叠

流水

流水线的种类

RISC采用的流水技术

超流水技术

超标量

超长指令字

阵列处理机、并行处理机和多处理机的区别

阵列处理机。将重复设置的多个处理单元（PU）按一定的方式连成阵列，在单个控制部件（CU）的控制下，对分配给自己的数据进行处理，并行地完成一条指令所规定的操作。

并行处理机。SIMD、MIMD 是典型的并行计算机，SIMD 有共享存储器和分布存储器两种形式

多处理机。由多台处理机组成的系统，每台处理机有属于自己的控制部件，可执行独立的程序，共享一个主存储器和所有外部设备

存储系统

存储器的层次结构

内存

CPU内部通用寄存器

Cache

主存储器

联机磁盘存储器

脱机光盘、磁盘存储器

分类

相联存储器

一种按内容访问的存储器

高速缓存（Cache）

虚拟存储器

管理方式

页式虚拟存储器

段式虚拟存储器

段页式虚拟存储器

外存储器

硬盘存储器

光盘存储器

磁盘阵列技术

由多台磁盘存储器组成的一个快速、大容量、高可靠的外存子系统，常见的磁盘阵列称为廉价冗余磁盘阵列（RAID）

输入/输出技术

常用内存与接口的编址方法

直接程序控制

指外设数据的输入/输出过程是在 CPU 执行程序的控制下完成的

无条件传送

程序查询方式

中断方式

中断处理方法

多中断信号线法

中断软件查询法

菊花链法

总线仲裁法

中断向量表法

进行中断优先级控制

直接存储器存储方式-DMA

输入输出处理机-IOP

字节多路方式

选择传送方式

数组多路方式

总线结构

定义

任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线

系统总线

外部总线

路灯-点要素

计算机安全概述

计算机资产

系统资源

信息资源

信息安全的基本要素

机密性

完整性

可用性

可控性

可审查性

计算机安全等级

安全威胁

授权侵犯

拒绝服务

窃听

信息泄露

截获/修改

假冒

否认

非法使用

人员疏忽

完整性破坏

媒体清理

物理入侵

资源耗尽

影响数据安全的因素

内部因素

外部因素

加密技术和认证技术

加密技术

对称加密

数据加密标准-DES

三重DES-3DES/TDES

RC-5

国际数据加密算法-IDEA

高级加密标准-AES

非对称加密

公钥和私钥是一对

公钥加密，需要对应私钥解密

私钥加密，需要对应公钥解密

认证模式

加密模式

认证技术

（关键绩效指标）KPI基本构成

认证机构-CA

数字证书库

密钥备份及恢复系统

证书作废系统

应用接口

数字签名

数字签名的主要过程

数字加密的主要过程

台阶-线要素

栈桥-线要素

建筑物

教学楼-面要素

低级语言

汇编

高级语言

Java

C++

PHP

Python

Delphi

翻译形式

解释

编译

程序设计语言的定义

语法

语义

语用

程序设计语言的分类

过程式（命令式和结构化）：FORTRAN、Pascal、C

面向对象：Simula、Smalltalk、C++、Objective C、Java、Python

函数式：lisp、Python、scala

逻辑型：prolog

脚本语言：shell、bat、js、Python

办公楼-面要素

数据

常量和变量

全局量和局部量

数据类型

运算

算式运算

关系运算

控制

选择

循环

传输

函数

声明

调用

值调用

引用调用

食堂-面要素

编译程序

词法分析

语法分析

语义分析

中间代码生成

代码优化

目标代码生成

文法

1型文法-上下文有关文法

2型文法-为上下文无关文法

3型文法-正规文法，使用最多

0型文法-短语文法

有限自动机-FA

确定有限自动机-DFA

直观表示方式

状态转换图

状态转换矩阵

非确定有限自动机-NFA

正规表达式

运算符

\"|\" （或）

\".\" （连接）

\"*\" （闭包）

正规式和相应的正规集

正规式的代数性质

正规式与有限自动机之间的转换

宿舍楼-面要素

运行用户程序时，直接执行源程序或源程序的内部形式

不产生源程序的目标程序（与编译程序的主要区别）

图书馆-面要素

健身房-面要素

综合体育馆-面要素

体育馆-面要素

校医院-面要素

大礼堂-面要素

水塔-点要素

露天设施

浦江操场-面要素

线性表

线性表常采用顺序存储和链式存储，主要的基本操作是插入、删除和查找等

线性表的存储结构

顺序存储

用一组地址连续的存储单元依次存储线性表中的数据元素

可以随机存取表中元素

插入与删除需要移动元素

链式存储

通过指针链接起来的结点来存储数据元素

插入与删除不需要移动元素

不能对数据元素进行随机访问

栈

后进先出

队列

先进先出

循环队列

空队列：Q.rear=Q.front

入队：修改队尾指针 Q.rear=(Q.rear+1)%MAXSIZE

出队：修改队头指针 Q.front=(Q.front+1)%MAXSIZE

队列满：队尾指针所指位置的下一个位置是队头指针

双端队列

元素进出队列必须在同一端口

串

是仅由字符构成的有限序列，是一种线性表

空串、空格串、子串

亚青操场-面要素

二维数组

特征

存储地址

行为主序：Loc(a ij )=Loc(a 11 )+((i-1)×n+(j-1))×L

列为主序：Loc(a ij )=Loc(a 11 )+((j-1)×m+(j-1))×L

三对角矩阵

树

基本概念

双亲、孩子和兄弟

结点的度

叶子结点

内部结点

结点的层次

树的深度

有序/无序树

二叉树

满二叉树

完全二叉树

非完全二叉树

性质

存储结构

二叉树的遍历

前序

根、左、右

中序

左、根、右

后序

左、右、根

层次遍历

左、右、下一层

最优二叉树（哈夫曼树）

带权路径长度最短的二叉树

图

有向图

无向图

邻接矩阵

邻接表

图的遍历

深度优先遍历-类似树的前序遍历

广度优先遍历-类似树的层次遍历

垒球场-面要素

查找

顺序查找

二分查找

哈希查找

哈希函数

哈希地址

冲突

排序

直接插入排序，O(n)~O(n^2)

冒泡排序，O(n^2)

简单选择排序，O(n^2)

希尔排序，O(n^1.3)

快速排序，O(nlog2n)~O(n^2)

堆排序，O(nlog2n)

归并排序，O(nlog2n)

停车场-面要素

音悦台-面要素

公共设施

ATM取款机-点要素

两大作用

通过资源管理提高计算机系统的效率

改善人机界面，向用户提供良好的工作环境

并发性、共享性、虚拟性、不确定性

进程管理

文件管理

存储管理

设备管理

作业管理

批处理

分时

实时

网络（集中、C/S、对等）

分布式

微型

嵌入式

公共厕所-点要素

进程间通讯

同步于互斥

信号量

PV操作

进程的状态

三态模型

五态模型

进程调度

三级调度

调度算法

先来先服务

时间片轮转（固定、可变）

优先级调度

多级反馈调度

进程优先级确定

死锁

必要条件

互斥

请求保持

不可剥夺

环路

处理

预防

避免（银行家算法）

检测

解除

消防栓-点要素

寄存器-cache-主存-外存

虚拟地址：又称相对地址、程序地址、逻辑地址等

地址空间

存储空间

存储管理方案

固定分区

可变分区

最佳适应

最差适应

首次适应

循环首次适应

分页存储

分页存储管理

分页原理

地址结构

地址映射

快表

两级页表机制

分段存储

段页式存储

虚拟存储

程序局部性原理

时间局部性

空间局部性

虚拟存储器的实现

分页

分段

段页

页面置换算法

最佳置换

FIFO

LRU

NRU

校车站台-点要素

I/O软件的I/O请求应答操作过程

用户进程

进行I/O调用、格式化I/O、Spooling

设备无关软件

命令、保护、阻塞、缓冲、分配

设备驱动程序

设置设备寄存器，检查状态

中断处理程序

当I/O结束时，唤醒驱动程序

硬件

执行I/O操作