软件设计师必备：计算机系统、存储器与中断解析

"软件设计师知识点汇总(软件设计师)" 在软件设计领域，理解计算机系统的组成是至关重要的。运算器是计算机核心部分，它包括算术/逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器组、多路转换器以及数据总线。控制器则由计数器PC、时序产生器、微操作信号发生器、指令寄存器和指令译码器构成，负责程序的执行流程。CPU的主要功能是程序控制、操作控制、时间控制和数据处理。 计算机的存储系统中，相联存储器按照内容而非地址进行访问，常用于高速缓冲存储器（CACHE）。CACHE的地址映像方法包括直接地址映像、全相联映像和组相联映像，而替换算法有随机、先进先出（FIFO）、近期最少用（LRU）和优化替换算法。CACHE的命中率H和访问时间直接影响性能，等效访问时间ta通过公式ta=Htc+(1-H)tm计算，其中tc是CACHE存取时间，tm是主存访问时间。 虚拟存储器由主存、辅存、存储管理单元和操作系统软件共同构建，允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。RISC（精简指令集计算机）设计简化了指令集，提高了处理器效率，通常具有固定长度的指令、少量寻址方式和大量的内部寄存器，适合流水线操作。 内存与接口的统一编址使得内存和I/O设备共用地址空间，优点是能直接用内存指令访问接口，但可能导致内存地址不连续，增加了程序读取的复杂性。RAID（冗余磁盘阵列）提供了不同的级别，如RAID 0提高传输速率，RAID 1实现镜像容错，RAID 2和3使用汉明码纠错，RAID 4有独立的校验盘，而RAID 5没有专门的检测盘，提供更高的数据安全性。 中断方式是处理外部事件的关键，包括多中断信号线法、中断软件查询法、菊花链法、总线仲裁法和中断向量表法。直接存储器存取（DMA）允许内存与I/O设备直接交换数据，减少了CPU干预。根据总线占用方式，DMA可分为CPU停止法、总线周期分时法和总线周期挪用法。 输入输出处理机用于大型机，数据传输方式包括字节多路、选择传送和数组多路。指令流水线技术通过将操作分解为多个阶段，提升了处理器的吞吐率。总线作为系统组件之间的通信路径，有内总线如ISA、EISA和PCI，以及外总线如RS-232、SCSI、USB和IEEE-1394等，它们各有特性，满足不同设备的连接需求。