【指令操作數(shù)的尋址方式】

1. 立即尋址方式：指令的地址碼字段指出的不是地址，而是操作數(shù)本身；
2. 直接尋址方式：在指令的地址字段中直接指出操作數(shù)在主存中的地址；
3. 間接尋址方式：指令地址碼字段所指向的存儲單元中存儲的是操作數(shù)的地址；
4. 寄存器尋址方式：指令中的地址碼是寄存器的編號；
5. 基址尋址方式：將基址寄存器的內(nèi)容加上指令中的形式地址而形成操作數(shù)的有效地址，其優(yōu)點是可以擴大尋址能力；
6. 變址尋址方式：變址尋址方式計算有效地址的方法與基址尋址方式很相似，它是將變址寄存器的內(nèi)容加上指令中的形式地址而形成操作數(shù)的有效地址。

?【復(fù)雜指令系統(tǒng)和精簡指令系統(tǒng)】
CISC是復(fù)雜指令系統(tǒng)兼容性強，指令繁多、長度可變，由微程序?qū)崿F(xiàn)；
RISC是精簡指令系統(tǒng)，指令少，使用頻率接近，主要依靠硬件實現(xiàn)(通用寄存器，硬布線邏輯控制)?

【指令系統(tǒng)-流水線】

指令流水線原理: 將指令分成不同段，每段由不同的部分去處理，因此可以產(chǎn)生疊加的效果，所有的部件去處理指令的不同段。

RISC中的流水線技術(shù)
（1）超流水線 (Super Pipe Line) 技術(shù)。它通過細化流水、增加級數(shù)和提高主頻，使得在每個機器周期內(nèi)能完成一個甚至兩個浮點操作。其實質(zhì)是以時間換取空間
（2） 超標(biāo)量 (Super Scalar) 技術(shù)。它通過內(nèi)裝多條流水線來同時執(zhí)行多個處理，其時鐘頻率雖然與一股流水接dw更小的CPI。其實質(zhì)是以空間換取時間
（3）超長指令字 (Very Long Instruction Word，VLIW) 技術(shù)VLIW和超標(biāo)量都是20世紀(jì)8年代出現(xiàn)的概念，其共同點是要同時執(zhí)行多條指令，其不同在于超標(biāo)量依靠硬件來實現(xiàn)并行處理的調(diào)度，VLIW 則充分發(fā)揮軟件的作用，而使硬件簡化性能提高。

【流水線時間計算】
流水線周期：指令分成不同執(zhí)行段，其中執(zhí)行時間最長的段為流水線周期。
流水線執(zhí)行時間：1條指令總執(zhí)行時間+ (總指令條數(shù)-1)*流水線周期。
流水線吞吐率計算：吞吐率即單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令條數(shù)公式：指令條數(shù)/流水線執(zhí)行時間。
流水線的加速比計算：加速比即使用流水線后的效率提升度，即比不使用流水線快了多少倍，越高表明流水線效率越高，公式:不使用流水線執(zhí)行時間/使用流水線執(zhí)行時間?

1.2.3?儲系系統(tǒng)

• 計算機采用分級存儲體系的主要目的是為了解決存儲容量、成本和速度之間的矛盾問題。
• 兩級存儲:Cache-主存、主存-輔存(虛擬存儲體系)。
• 局部性原理:總的來說，在CPU運行時，所訪問的數(shù)據(jù)會趨向于一個較小的局部空間地址內(nèi)，包括下面兩個方面：
  （1）時間局部性原理:如果一個數(shù)據(jù)項正在被訪問，那么在近期它很可能會被再次訪問，即在相鄰的時間里會訪問同一個數(shù)據(jù)項。
  （2）空間局部性原理:在最近的將來會用到的數(shù)據(jù)的地址和現(xiàn)在正在訪問的數(shù)據(jù)地址很可能是相近的，即相鄰的空間地址會被連續(xù)訪問。

• 高速緩存Cache用來存儲當(dāng)前最活躍的程序和數(shù)據(jù)，直接與CPU交互，位于CPU由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。其內(nèi)容是主存和主存之間，容量小，速度為內(nèi)存的5-10倍內(nèi)存的副本拷貝，對于程序員來說是透明的。
• Cache由控制部分和存儲器組成，存儲器存儲數(shù)據(jù)，控制部分判斷CPU要訪問的數(shù)據(jù)是否在cache中，在則命中，不在則依據(jù)一定的算法從主存中替換。
• 地址映射: 在CPU工作時，送出的是主存單元的地址，而應(yīng)從Cache存儲器中讀/寫信息。這就需要將主存地址轉(zhuǎn)換為Cache存儲器地址，這種地址的轉(zhuǎn)換稱為地址映像，由硬件自動完成映射，分為下列三種方法:?
  （1）直接映像：將Cache存儲器等分成塊，主存也等分成塊并編號。主存中的塊與Cache中的塊的對應(yīng)關(guān)系是固定的，也即二者塊號相同才能命中。地址變換簡單但不靈活，容易造成資源浪費。
  （2）全相聯(lián)映像：同樣都等分成塊并編號。主存中任意一塊都與Cache中任意一塊對應(yīng)。因此可以隨意調(diào)入Cache任意位置，但地址變換復(fù)雜，速度較慢。因為主存可以隨意調(diào)入Cache任意塊，只有當(dāng)Cache滿了才會發(fā)生塊沖突，是最不容易發(fā)生塊沖突的映像方式。
  （3）組組相連映像：前面兩種方式的結(jié)合，將Cache存儲器先分塊再分組，主存也同樣先分塊再分組，組間采用直接映像，即主存中組號與Cache中組號相同的組才能命中，但是組內(nèi)全相聯(lián)映像，也即組號相同的兩個組內(nèi)的所有塊可以任意調(diào)換。

【磁盤結(jié)構(gòu)和參數(shù)】

• 磁盤有正反兩個盤面，每個盤面有多個同心圓每個同心圓是一個磁道，每個同心圓又被劃分為多個扇區(qū)，數(shù)據(jù)就被存放在一個個扇區(qū)中。
• 磁頭首先要尋找到對應(yīng)的磁道，然后等待磁盤進行周期旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到指定的扇區(qū)，才能讀取到對應(yīng)的數(shù)據(jù)，因此，會產(chǎn)生尋道時間和等待時間。公式為:存取時間=尋道時間+等待時間(平均定位時間+轉(zhuǎn)動延遲)。
• 注意:尋道時間是指磁頭移動到磁道所需的時間，等待時間為等待讀寫的扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下方所用的時間。

1.2.4?輸入/輸出技術(shù)

計算機系統(tǒng)中存在多種內(nèi)存與接口地址的編址方法，常見的是下面兩種：
（1）內(nèi)存與接口地址獨立編址方法內(nèi)存地址和接口地址是完全獨立的兩個地址空間。訪問數(shù)據(jù)時所使用的指令也完全不同，用于接口的指令只用于接口的讀/寫，其余的指令全都是用于內(nèi)存的因此，在編程序或讀程序時很易使用和辨認。這種編址方法的缺點是用于接口的指令太少、功能太弱。
（2）內(nèi)存與接口地址統(tǒng)一編址方法內(nèi)存地址和接口地址統(tǒng)一在一個公共的地址空間里，即內(nèi)存單元和接口共用地址空間。優(yōu)點是原則上用于內(nèi)存的指令全都可以用于接口，這就大大地增強了對接口的操作功能，而且在指令上也不再區(qū)分內(nèi)存或接口指令。該編址方法的缺點就在于整個地址空間被分成兩部分，其中一部分分配給接口使用，剩余的為內(nèi)存所用，這經(jīng)常會導(dǎo)致內(nèi)存地址不連續(xù)。

計算機和外設(shè)間的數(shù)據(jù)交互方式：
（1）程序控制(查詢)方式：CPU主動查詢外設(shè)是否完成數(shù)據(jù)傳輸，效率極低。
（2）程序中斷方式：外設(shè)完成數(shù)據(jù)傳輸后，向CPU發(fā)送中斷，等待CPU處理數(shù)據(jù)效率相對較高。中斷響應(yīng)時間指的是從發(fā)出中斷請求到開始進入中斷處理程序中斷處理時間指的是從中斷處理開始到中斷處理結(jié)束。中斷向量提供中斷服務(wù)程序的入口地址。多級中斷嵌套，使用堆棧來保護斷點和現(xiàn)場。
（3）DMA方式(直接主存存取)：CPU只需完成必要的初始化等操作，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程都由DMA控制器來完成，在主存和外設(shè)之間建立直接的數(shù)據(jù)通路效率很高。

• 在一個總線周期結(jié)束后，CPU會響應(yīng)DMA請求開始讀取數(shù)據(jù);CPU響應(yīng)程序中斷方式請求是在一條指令執(zhí)行結(jié)束時。

1.2.5?總線結(jié)構(gòu)

• 總線(Bus)是指計算機設(shè)備和設(shè)備之間傳輸信息的公共數(shù)據(jù)通道?？偩€是連接計算機硬件系統(tǒng)內(nèi)多種設(shè)備的通信線路，它的一個重要特征是由總線上的所有設(shè)備共享，因此可以將計算機系統(tǒng)內(nèi)的多種設(shè)備連接到總線上。
• 從廣義上講，任何連接兩個以上電子元器件的導(dǎo)線都可以稱為總線，通常分為以下三類：
  （1）內(nèi)部總線：內(nèi)部芯片級別的總線，芯片與處理器之間通信的總線。
  （2）系統(tǒng)總線：是板級總線，用于計算機內(nèi)各部分之間的連接，具體分為數(shù)據(jù)總線(并行數(shù)據(jù)傳輸位數(shù))、地址總線 (系統(tǒng)可管理的內(nèi)存空間的大小) 、控制總線(傳送控制命令)。代表的有ISA總線、EISA總線、PCI總線。
  （3）外部總線：設(shè)備一級的總線，微機和外部設(shè)備的總線。代表的有RS232(串行總線)、SCSI(并行總線)、USB (通用串行總線，即插即用，支持熱插拔)。

1.3 可靠性、性能、安全

1.3.1 計算機可靠性

【串并聯(lián)系統(tǒng)可靠性】
無論什么系統(tǒng)，都是由多個設(shè)備組成的協(xié)同工作，而這多個設(shè)備的組合方式可以是串聯(lián)、并聯(lián)，也可以是混合模式，假設(shè)每個設(shè)備的可靠性為R1，R2......Rn則不同的系統(tǒng)的可靠性公式如下：
（1）串聯(lián)系統(tǒng)，一個設(shè)備不可靠，整個系統(tǒng)崩潰，整個系統(tǒng)可靠性R=R1*R2*...* Rn。

?（2）并聯(lián)系統(tǒng)，所有設(shè)備都不可靠，整個系統(tǒng)才崩潰，整個系統(tǒng)可靠性R=1-(1-R1)
*(1-R2) * ...*(1-Rn)。

1.3.2?計算機系統(tǒng)的性能評價

• 【性能評測的常用方法】
  （1）時鐘頻率。一般來講，主頻越高，速度越快。
  （2）指令執(zhí)行速度。計量單位KIPS、MIPS。
  （3）等效指令速度法。統(tǒng)計各類指令在程序中所占比例，并進行折算，是一種固定比例法。
  （4）數(shù)據(jù)處理速率 (Processing Data Rate，PDR)法。采用計算PDR 值的方法來衡量機器性能，PDR值越大，機器性能越好。PDR與每條指令和每個操作數(shù)的平均位數(shù)以及每條指令的平均運算速度有關(guān)。
  （5）核心程序法。把應(yīng)用程序中用得最頻繁的那部分核心程序作為評價計算機性能的標(biāo)準(zhǔn)程序，在不同的機器上運行，測得其執(zhí)行時間，作為各類機器性能評價的依據(jù)。?
• 【基準(zhǔn)程序法】
  基準(zhǔn)程序法是目前被用戶一致承認的測試性能的較好方法，有(Benchmark)多種多樣的基準(zhǔn)程序，包括：
  （1）整數(shù)測試程序。同一廠家的機器，采用相同的體系結(jié)構(gòu)，用相同的基準(zhǔn)程序測試，得到的MIPS 值越大，一般說明機器速度越快。
  （2）浮點測試程序。指標(biāo)MFLOPS(理論峰值浮點速度)。
  （3）SPEC基準(zhǔn)程序(SPEC Benchmark)。重點面向處理器性能的基準(zhǔn)程序集將被測計算機的執(zhí)行時間標(biāo)準(zhǔn)化，即將被測計算機的執(zhí)行時間除以一個參考處理器的執(zhí)行時間。
  （4）TPC基準(zhǔn)程序。用于評測計算機在事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫處理、企業(yè)管理與決策支持系統(tǒng)等方面的性能。其中，TPC-C是在線事務(wù)處理(On-lineTransactionProcessing，OLTP)的基準(zhǔn)程序，TPC-D是決策支持的基準(zhǔn)程序。TPC-E作為大型企業(yè)信息服務(wù)的基準(zhǔn)程序。?

1.3.3?信息安全

• 信息安全含義及屬性：保護信息的保密性、完整性、可用性，另外也包括其他屬性，如：真實性、可核查性、不可抵賴性和可靠性。
• 保密性:信息不被泄漏給未授權(quán)的個人、實體和過程或不被其使用的特性包括：
  （1）最小授權(quán)原則
  （2）防暴露
  （3）信息加密
  （4）物理保密
• 完整性:信息未經(jīng)授權(quán)不能改變的特性。影響完整性的主要因素有設(shè)備故障誤碼、人為攻擊和計算機病毒等。保證完整性的方法包括：
  （1）協(xié)議：通過安全協(xié)議檢測出被刪除、失效、被修改的字段。
  （2）糾錯編碼方法：利用校驗碼完成檢錯和糾錯功能。
  （3）密碼校驗和方法。
  （4）數(shù)字簽名：能識別出發(fā)送方來源。
  （5）公證：請求系統(tǒng)管理或中介機構(gòu)證明信息的真實性。
• 可用性:需要時，授權(quán)實體可以訪問和使用的特性。一般用系統(tǒng)正常使用時間和整個工作時間之比來度量。
• 其他屬性：
  • 真實性：指對信息的來源進行判斷，能對偽造來源的信息予以鑒別。
  • 可核查性：系統(tǒng)實體的行為可以被獨一無二的追溯到該實體的特性，這個特性就是要求該實體對其行為負責(zé)，為探測和調(diào)查安全違規(guī)事件提供了可能性。
  • 不可抵賴性：是指建立有效的責(zé)任機制，防止用戶否認其行為，這一點在電子商務(wù)中是極其重要的。
  • 可靠性：系統(tǒng)在規(guī)定的時間和給定的條件下，無故障地完成規(guī)定功能的概率
• 【安全需求】
  可劃分為物理線路安全、網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全和應(yīng)用安全；從各級安全需求字面上也可以理解：
  （1）物理線路就是物理設(shè)備如理環(huán)境；
  （2）網(wǎng)絡(luò)安全指網(wǎng)絡(luò)上的攻擊、入侵；
  （3）系統(tǒng)安全指的是操作系統(tǒng)漏洞、補丁等；
  （4）應(yīng)用安全就是上層的應(yīng)用軟件，包括數(shù)據(jù)庫軟件。

【對稱加密技術(shù)】
數(shù)據(jù)的加密和解密的密鑰 (密碼) 是相同的，屬于不公開密鑰加密算法。其缺點是加密強度不高 (因為密鑰位數(shù)少)且密鑰分發(fā)困難 (因為密鑰還需要傳輸給接收方，也要考慮保密性等問題)。優(yōu)點是加密速度快，適合加密大數(shù)據(jù)。

• 常見的對稱密鑰加密算法如下：
  （1）DES：替換+移位、56位密鑰、64位數(shù)據(jù)塊、速度快，密鑰易產(chǎn)生；
  （2）3DES:三重DES，兩個56位密鑰K1、K2。加密：K1加密->K2解密->K1加密，解密:K1解密->K2加密->K1解密；
  （3）AES:是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES.對其的要求是“至少像3DES一樣安全”；
  （4）RC-5：RSA數(shù)據(jù)安全公司的很多產(chǎn)品都使用了RC-5；
  （5）IDEA:128位密鑰，64位數(shù)據(jù)塊，比DES的加密性好，對計算機功能要求相對低。

【非對稱加密技術(shù)】
數(shù)據(jù)的加密和解密的密鑰是不同的，分為公鑰和私鑰是公開密鑰加密算法其缺點是加密速度慢。優(yōu)點是安全性高，不容易破解。
非對稱技術(shù)的原理是:發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用接收者的公鑰作加密密鑰私鑰作解密密鑰，這樣只有接收者才能解密密文得到明文。安全性更高，因為無需傳輸密鑰。但無法保證完整性。如下：

• 常見的非對稱加密算法如下RSA：512位(或1024位)密鑰，計算機量極大，難破解，Elgamal、ECC(圓曲線算法)、背包算法、Rabin、D-H等。

【對稱密鑰和非對稱密鑰的比較】
相比較可知，對稱加密算法密鑰一般只有56位，因此加密過程簡單，適合加密大數(shù)據(jù)，也因此加密強度不高，而非對稱加密算法密鑰有1024位，相應(yīng)的解密計算量龐大，難以破解，卻不適合加密大數(shù)據(jù)，一般用來加密對稱算法的密鑰，這樣，就將兩個技術(shù)組合使用了，這也是數(shù)字信封的原理。

【數(shù)字信封原理】
信是對稱加密的密鑰，數(shù)字信封就是對此密鑰進行非對稱加密，具體過程：發(fā)送方將數(shù)據(jù)用對稱密鑰加密傳輸，而將對稱密鑰用接收方公鑰加密發(fā)送給對方。接收方收到數(shù)字信封，用自己的私鑰解密信封，取出對稱密鑰解密得原文。
數(shù)字信封運用了對稱加密技術(shù)和非對稱加密技術(shù)，本質(zhì)是使用對稱密鑰加密數(shù)據(jù)，非對稱密鑰加密對稱密鑰，解決了對稱密鑰的傳輸問題。?

【信息摘要】
所謂信息摘要，就是一段數(shù)據(jù)的特征信息，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生了改變，信息摘要也會發(fā)生改變，發(fā)送方會將數(shù)據(jù)和信息摘要一起傳給接收方，接收方會根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)重新生成一個信息摘要，若此摘要和接收到的摘要相同，則說明數(shù)據(jù)正確。信息摘要是由哈希函數(shù)生成的。
信息摘要的特點：不算數(shù)據(jù)多長，都會產(chǎn)生固定長度的信息摘要，任何不同的輸入數(shù)據(jù)，都會產(chǎn)生不同的信息摘要，單向性，即只能由數(shù)據(jù)生成信息摘要不能由信息摘要還原數(shù)據(jù)。
信息摘要算法：MD5(產(chǎn)生128位的輸出)、SHA-1(安全散列算法，產(chǎn)生160位的輸出，安全性更高)

【數(shù)字簽名】
唯一標(biāo)識一個發(fā)送方發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用發(fā)送者的私鑰進行加密，接收者收到數(shù)據(jù)后，只能使用發(fā)送者的公鑰進行解密這樣就能唯一確定發(fā)送方，這也是數(shù)字簽名的過程但無法保證機密性。如下：

【公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI】
是以不對稱密鑰加密技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)機密性、完整性身份認證和行為不可抵賴性為安全目的，來實施和提供安全服務(wù)的具有普適性的安全基礎(chǔ)設(shè)施。
（1）數(shù)字證書：一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種由一個可信任的權(quán)威機構(gòu)簽署的信息集合。在不同的應(yīng)用中有不同的證書。如X.509證書必須包含下列信息：（1）版本號息；（2）序列號；（3）簽名算法標(biāo)識符； （4）認證機構(gòu)；（5）有效期限；（6）主題信；（7）認證機構(gòu)的數(shù)字簽名；（8）公鑰信息。
公鑰證書主要用于確保公鑰及其與用戶綁定關(guān)系的安全。這個公鑰就是證書所標(biāo)識的那個主體的合法的公鑰。任何一個用戶只要知道簽證機構(gòu)的公鑰，就能檢查對證書的簽名的合法性。如果檢查正確，那么用戶就可以相信那個證書所攜帶的公鑰是真實的，而且這個公鑰就是證書所標(biāo)識的那個主體的合法的公鑰例如駕照
（2）簽證機構(gòu)CA：負責(zé)簽發(fā)證書、管理和撤銷證書。是所有注冊用戶所信賴的權(quán)威機構(gòu)，CA在給用戶簽發(fā)證書時要加上自己的數(shù)字簽名，以保證證書信息的真實性。任何機構(gòu)可以用CA的公鑰來驗證該證書的合法性。?

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