20232022年408真题易错知识点整理

浮点数

考察了非规格化数:
IEEE 754标准中，浮点数的表示取决于阶码 (Exponent) 和尾数 (Mantissa) 的组合。下表清晰地展示了各种情况下的区别。

类型	阶码 (E)	尾数 (M)	隐藏位/处理方式	实际指数计算	表示的值/含义
有符号零	全0	全0	无	$E_{\text{实际}}=1-\text{Bias}$	$\pm 0.0$ (符号位决定正负)
非规格化数 (Denormalized)	全0	非全0	**0.**M (隐藏位为0)	$E_{\text{实际}}=1-\text{Bias}$ (单精度: -126, 双精度: -1022)	$(-1{)}^S\times 0.M\times 2^{E_{\text{实际}}}$ 用于表示非常接近0的数
规格化数 (Normalized)	非全0 且非全1	任意	**1.**M (隐藏位为1)	$E_{\text{实际}}=E-\text{Bias}$ (Bias单精度为127, 双精度为1023)	$(-1{)}^S\times 1.M\times 2^{E_{\text{实际}}}$ 绝大多数常规浮点数
无穷大 (Infinity)	全1	全0	无	不适用	$\pm \infty$ (符号位决定正负)
非数 (NaN)	全1	非全0	无	不适用	NaN (Not a Number)，表示无效操作结果（如$\sqrt{-1}$、$0/0$)

🧠 重要说明：

• Bias（偏移值）：单精度下为127（阶码8位），双精度下为1023（阶码11位）。
• 非规格化数的意义：它填补了0与最小规格化正数之间的空白，实现了逐渐下溢 (Gradual Underflow)，避免了突然下溢归零带来的精度损失。
• 特殊值的操作：对无穷大和NaN进行操作会产生特定结果（如有限数除以0得无穷大）或传递NaN。

中断响应

中断隐指令负责的是硬件自动执行的“基础保障”工作，而操作系统则负责后续更复杂的“具体处理”任务

中断处理阶段	主要负责方	核心任务与说明
1. 中断响应与关中断	中断隐指令 (硬件自动完成)	CPU检测到中断请求后，自动将中断标志位（IF）清零，禁止响应新的可屏蔽中断，为后续处理提供一个稳定的初始环境。
2. 保存断点与关键状态	中断隐指令 (硬件自动完成)	CPU自动将程序计数器（PC）和处理机状态字（PSW）等关键寄存器的内容压入堆栈，确保事后能准确返回被中断的程序。
3. 识别中断源并转入处理程序	中断隐指令 (硬件自动完成)	硬件通过查询中断向量表，自动找到对应中断服务程序（ISR）的入口地址，并加载到程序计数器中，使CPU开始执行ISR。
4. 保存与恢复完整现场	操作系统 (通过中断服务程序)	中断服务程序（属于操作系统内核）负责保存和恢复通用寄存器等硬件自动保存之外的所有现场信息。
5. 开中断与允许嵌套	操作系统 (通过中断服务程序)	在完成必要现场保护后，操作系统通过指令重新开启中断（将IF置1），允许更高优先级的中断嵌套发生。
6. 执行具体中断处理	操作系统 (通过中断服务程序)	这是中断处理的实质阶段，由操作系统执行与中断事件相关的具体代码，如处理键盘输入、完成磁盘I/O或处理异常。
7. 中断返回	操作系统与硬件协作	中断服务程序最后执行一条中断返回指令（如IRET），该指令会触发硬件自动将之前保存的PSW和PC值从栈中弹出，从而恢复被中断程序的执行环境。

💡 理解协作的关键点

这种分工体现了计算机系统设计的重要思想：

• 效率与安全的平衡：中断隐指令用硬件实现最紧急、最基础的操作，速度极快，为后续软件处理打下安全基础。
• 软硬件协同：操作系统在硬件提供的基础保障之上，利用其灵活性和强大的功能，完成复杂多样的具体任务。

组成原理

1. 地址译码器是:比如你的输入是三条线,输出是8条线
2. 多路选择器是: 8根输入,和3个输入.一个输出
3. ​地址译码器的工作就像打固定电话。当你拨打一个完整的电话号码（地址信号）时，电话交换系统（地址译码器）会进行译码，最终只让唯一对应的那部分机（输出信号）响铃，从而建立连接
4. 多路选择器的工作则像看电视选台。电视机内部有多个频道（输入数据）的信号同时存在，你通过遥控器按下“1”、“2”等数字（选择信号），来选择让哪一个频道的节目出现在屏幕上（输出端）
   ​
5. 磁盘地址包含: 磁道号(柱面),磁头号,扇区号

DMA周期挪用是一种平衡CPU和I/O设备访问内存需求的技术，下面这个表格能帮你快速抓住核心要点。

特性维度	停止CPU访存	周期挪用（周期窃取）	DMA与CPU交替访问
核心原理	DMA期间CPU完全让出总线控制权	I/O设备在需要时“窃取”本属于CPU的内存访问周期	将CPU工作周期分割，固定时间段分给CPU和DMA
CPU活动	基本停止工作，保持状态	仅在需要访存时才被短暂延迟，多数时间继续执行指令	几乎不受影响，无缝交替
总线控制权转移	成组传送前交接，结束后归还	每次传送一个字都需要申请、建立和归还	无需申请，按固定时间片切换
内存利用率	较低（I/O设备准备数据时内存空闲）	较高	很高
控制复杂度	简单	中等	复杂
适用场景	传输率极高的I/O设备成组传送	I/O设备读写周期 > 内存存储周期	CPU工作周期 >> 内存存取周期

💡 深入理解周期挪用

了解了基本概念后，我们来看看它是如何具体工作的，以及有哪些优缺点。

🔍 工作原理与场景
当I/O设备发出DMA请求时，会根据CPU的状态进入不同的处理流程：

• CPU未访存：如果CPU正在执行不需要访问内存的指令（例如复杂的算术运算），I/O设备可以立即使用总线，不会对CPU造成任何影响。
• CPU正在访存：如果CPU正在访问内存，I/O设备需要等待当前的存取周期结束后，才能挪用总线。
• CPU与DMA同时请求访存：当两者冲突时，I/O设备的访存请求通常具有更高优先级。这是因为I/O数据流（如来自网络或磁盘的数据）可能有实时性要求，不及时处理可能导致数据丢失。因此，DMA控制器会“窃取”1-2个内存周期，导致CPU的访存操作被轻微延迟。

⚖️ 优势与代价
周期挪用的主要优势在于其平衡性：它既满足了I/O设备的数据传输需求，又最大限度地保证了CPU能够持续工作，从而提高了整个系统的效率。

然而，这种灵活性也有代价：每次挪用周期都涉及总线控制权的申请、建立和归还，这个过程本身会消耗时间。因此，尽管对主存而言只占用一个周期，但对DMA控制器来说，实际可能消耗2-5个主存周期。这也导致了数据传送过程是不连续和不规则的。此外，实现精密的时序控制需要相对复杂的硬件电路。

DHCP运作流程

发现阶段 (DHCP Discover)

当一台设备（DHCP客户端）首次接入网络或需要获取IP地址时，由于不知道DHCP服务器的地址，它会向整个网络发送一个DHCP Discover广播报文。这个报文的源地址是0.0.0.0，目标地址是255.255.255.255，其中包含了客户端的MAC地址，用于唯一标识自己。这个步骤的目的是寻找网络中的DHCP服务器。

提供阶段 (DHCP Offer)

网络中的DHCP服务器收到Discover广播后，会从自己管理的IP地址池中挑选一个可用的IP地址，然后向客户端回复一个DHCP Offer报文。这个报文通常也以广播形式发送（因为客户端此时尚未有正式IP地址），其中包含了为客户端准备的IP地址、子网掩码、租约期限等信息。

请求阶段 (DHCP Request)

客户端可能会收到多个DHCP服务器发来的Offer报文。通常情况下，它会选择第一个到达的Offer，然后以广播形式发送一个DHCP Request报文。这个报文有两个作用：一是告知选中的服务器“我接受你提供的IP”；二是告知其他未被选中的服务器“我将不使用你们提供的地址”，以便它们收回预留的IP。

确认阶段 (DHCP ACK)

被选中的DHCP服务器收到Request报文后，会向客户端发送一个DHCP ACK报文作为最终确认。此报文中包含了客户端可以正式使用的完整网络配置信息，如IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器地址等。客户端收到ACK后，会将此IP地址与网卡绑定，完成TCP/IP协议的初始化，从而可以开始网络通信。

地址续租与释放

IP地址的分配是有时间限制的，这个时间称为租约期限。为了能继续使用该IP地址，客户端需要进行续约。

• 租约更新：当租期到达50% 时，客户端会直接向原DHCP服务器发送一个单播的Request报文请求续约。如果服务器同意（回复DHCP ACK），租约会从零开始重新计算。如果此时服务器没有响应，客户端会在租期到达87.5% 时再次广播发送Request报文，寻找任何可以响应的DHCP服务器进行续约。
• 地址释放：当客户端主动断开网络连接（如执行ipconfig /release命令）时，会向DHCP服务器发送一个DHCP Release报文，告知服务器其不再需要当前使用的IP地址，服务器随后会将该地址回收并放回地址池以备重新分配。