软件设计师教程——第一章 计算机系统知识（下）
前言
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一、指令系统
定义
指计算机所能执行全部指令的集合，它描述了计算机全部的控制信息和“逻辑判断”能力
一条指令包括：操作码、地址码
分类
根据地址码代表的地址类型，指令系统可以分为：
1.立即寻址
立即寻址是指指令中直接包含操作数（立即数），处理器执行指令时直接使用该立即数，无需访问
内存获取操作数
2.直接寻址
直接寻址是指令中直接给出操作数在内存中的地址，CPU依据此地址直接对内存进行读写操作
3.间接寻址
间接寻址是指指令中给出的是操作数地址的地址，CPU需先获取该中间地址中的值，再据此访问内
存得到操作数
4.寄存器寻址
寄存器寻址是指令直接指定寄存器来进行操作数或结果的存取，因寄存器在CPU内，访问快，能提
升数据处理效率
5.寄存器间接寻址
寄存器间接寻址是指指令指定的寄存器存放操作数地址，CPU依此地址访问内存取操作数，常用于
处理数组等数据结构
CISC与RISC
CISC(复杂指令集计算机)
定义
为提高操作系统的效率，人们最初选择向指令系统中添加更多、更复杂的指令来实现，导致指令集
越来越大。这种类型的计算机，称为CISC(复杂指令集计算机)
主要特点
（1）指令数量多：
指令系统拥有大量的指令，有100-250条
（2）指令使用频率相差悬殊：
最常使用的是一些比较简单的指令，80%的时候使用的是20%指令
（3）支持很多种寻址方式：
通常为5-20种
（4）变长的指令：
指令长度不是固定的，变长的指令增加指令译码电路的复杂性
（5）指令可以对存储器单元中数据直接进行处理：
典型的CISC处理器通常都有指令能够直接对内存单元中的数据进行处理，其执行速度较慢
RISC(精简指令集计算机)
定义
对指令数目和寻址方式做精简，指令的指令周期相同，采用流水线技术，指令并行执行程度更好。这类是RISC(精简指令集计算机)
主要特点
（1）指令数量少：
优先选取使用频率最高的一些简单指令以及一些常用指令，避免使用复杂指令
（2）指令的寻址方式少：
通常只支持寄存器寻址方式、立即数寻址方式以及相对寻址方式
（3）指令长度固定，指令格式种类少：
因为RISC指令数量少，格式相对简单，其指令长度固定，指令之间各字段的划分比较一致，译码相对容易
（4）只提供了Load/Store指令访问存储器：
只提供了从存储器读数Load和把数据写入存储器Store两条指令，其余所有的操作都在CPU的寄存器间进行
（5）以硬布线逻辑控制为主：
为了提高操作的执行速度，通常采用硬布线逻辑来构建控制器
（6）单周期指令执行：
因为简化了指令系统，很容易利用流水线技术使得大部分指令在一个机器周期内完成
（7）优化的编译器：
RISC精简指令集使编译工作简单化
对比图：
二、存储系统
定义
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据、计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中
分类
（容量：由低到高；速度：由快到慢）
寄存器
Cache（高速缓冲存储器）
主存储器
辅存储器
1.存储器的存取方式
2.存储器的性能
存取时间：
对于随机存取而言，就是完成一次读/写所花的时间
对非随机存取，就是将读/写装置移动到目的位置所花的时间
存储器带宽：
每秒能访问的位数。通常存储器周期是纳秒级(ns)
计算公式是：
1/存储器周期×每周期可访问的字节数
例如：
存储器周期是200ns，每个周期可访问4B，则带宽=1s/200ns×(4Bx8)=160Mbps
3.数据传输率
每秒输入/输出的数据位数
对于随机存取而言，传输率R=1/存储器周期
三、主存储器
主存储器的种类
1.RAM:
随机存储器，可读/写，只能暂存数据，断电后数据丢失
SRAM:
静态随机存储器，在不断电时信息能够一直保持，读写速度快，生产成本高，多用于容量
较小的高速缓冲存储器
DRAM:
动态随机存储器，需要定时刷新以维持信息不丢失，读写速度较慢，集成度高，生产成本
低，多用于容量较大的主存储器
2.ROM:
只读存储器，出厂前用掩膜技术写入，常用于存放BIOS和微程序控制
四、Cache
高速缓冲存储器是位于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。但其成本更高，因此Cache的容量要比内存小得多。
Cache存储了频繁访问内存的数据
原理
使用Cache改善系统性能的主要依据是程序的局部性原理。
命中率、失效率
Cache的访问命中率为h（通常1-h就是Cache的失效率），Cache的访问周期时间是t1，主存储器的访问周期时间是t2，则整个系统的平均访存时间就是：t3 = h x t1+（1-h ) x t2
五、总结
软考对职业发展意义重大。本教程面向自学能力较强者，非完整知识体系。旨在通过核心要点梳理构建知识框架，以考促学提升技能。