软件设计师备考笔记：二进制、计算机结构与存储体系

本笔记主要围绕软件设计师备考的相关内容展开，涵盖了计算机组成与体系结构的基础知识点。首先，章节1.1介绍了数据的表示，包括二进制数的转换，如按权展开法和短除法的应用。比如，将十进制数94转换为二进制，以及二进制数与八进制、十六进制之间的相互转换。这一部分强调了进制之间的转换规则和方法。 在数值表示方面，1.2部分详细讨论了原码、反码、补码和移码的概念，特别指出负数的转换规则。这些编码形式对于计算机中的数值运算至关重要，因为它们决定了加减法的正确处理。此外，浮点数的运算也涉及数值表示范围的确定，如4位原码所能表示的范围。 接着，1.3部分深入到计算机结构内部，阐述了主存储器（内存）、运算器（如算术逻辑单元ALU、累加器AC、数据缓冲寄存器DR等）以及控制器的功能，包括程序计数器PC、指令寄存器IR和地址寄存器等组件的作用。此外，还介绍了指令的基本概念、寻址方式（立即寻址、直接寻址和间接寻址），以及CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）的区别。 1.4章节探讨了计算机体系结构分类，以Flynn冯·诺依曼模型为例，进一步说明了指令的概率、指令执行流程和流水线的工作原理。流水线是通过并行处理来提高指令执行效率的关键技术，包括流水线执行时间计算、吞吐率、加速比和效率等参数。 1.5部分深入到流水线的具体实现，例如超标量流水线，其中可能涉及指令的并发执行，以及流水线相关参数的计算。流水线的设计旨在优化各个部件的利用率，以提升整体性能。 最后，1.6章节讨论了层次化存储结构，如Cache的使用，它通过内容寻址减少数据访问延迟，包括直接相联映射和全相联映射两种不同的映射方式，以提高Cache的命中率，降低抖动现象。 这份备考笔记全面覆盖了软件设计师考试中关于计算机组成与体系结构的理论和实践内容，对理解计算机内部工作原理和提高编程技能具有重要意义。