# 软件设计师

干巴爹哟～

# 进制的转化

进制转化	例子	技巧
十进制转二进制	20.25 = 10100.01	整数部分除于2、小数部分乘于2
二进制转十进制
十进制转十六进制	30.25 = 1E.4	整数部分除于16、小数部分乘于16
十六进制转十进制	1E.4 = + . = 30.25
十六进制转二进制	6E.3 = 01101110.0011	各自为营除于2、四位一组、前面补0
二进制转十六进制	01101110.0011 = + + + . + = 6E.3	四个为一组
八进制转二进制	216 = 10001110	各自为营除于2、三位一组、前面补0
二进制转八进制	10001110 = + = 216	三个为一组

# 原码、反码、补码

十进制 = 原码 = 反码 = 补码
1= [0000 0001] = [0000 0001] = [0000 0001]
-1 = [1000 0001] = [1111 1110] = [1111 1111]
3 - 5 = [0000 0011] - [1000 0101] = [0000 0011] + [1111 1011] = [1111 1110] = [1111 1101] = [1000 0010] = -2

# 浮点数运算(科学技术法)

操作说明	运算
M是尾数 R是基数 e是指数	N = M *
正常计算	1000 + 119
科学计算	1.0 * + 1.19 *
指数向大对齐 (对阶)	1.0 * + 0.119 *
尾数计算	1.119 *
保证小数点前不为零且只有一位 (结束格式化)	19.11 * ➡️ 1.911 *

# 计算机结构

Flynn 结构分类

体系结构类型	结构	关键特性	代表
单指令流单数据流 `SISD`	控制部分(一个)、处理器(一个)、主存模块(一个)		单片机
单指令流多数据流 `SIMD`	控制部分(一个)、处理器(多个)、主存模块(多个)	各处理器以异步的形式处理同一条指令	阵列处理机(二维数组)
多指令流单数据流 `MISD`	控制部分(多个)、处理器(一个)、主存模块(多个)	理论上存在
多指令流多数据流 `MIMD`	控制部分(多个)、处理器(多个)、主存模块(多个)	实现作业、任务、指令各级全面并行	多处理机系统

CISC 与 RISC

指令系统类型	指令	实现方式	其它
`CISC` (复杂)	数量多、使用频率差别大、可变长格式	微程序控制技术(微码)	研制周期长
`RISC` (精简)	单周期指令、操作寄存器、`Load` 和 `Store` 操作内存	通用寄存器、硬布线逻辑控制、流水式	优化编译

流水线计算

操作	说明
题目	已知流水线运行指令时取值 2 `ns` 、分析 2 `ns` 、执行 1 `ns`
求流水周期	以上面三个步骤消耗最久的周期为准所以是 2 `ns`
求100条消耗时间以理论公式优先	是指流水周期是指次数是指步骤
理论公式	`(2+2+1)+(100-1)*2 = 203`
实践公式	`(3+100-1)*2 = 204`

流水线吞吐率计算

操作说明

题目已知 100 条指令流水周期 2 ns 一百条指令总耗时 203 ns

吞吐率
$指令条数流水线执行时间$

最大吞吐率
流水加速比

操作说明

题目已知流水线运行指令时取值 2 ns 、分析 2 ns 、执行 1 ns

$条指令的加速比不使用流水线时间使用流水线执行时间$
流水线效率

操作说明

题目流水线运行指令时耗时分别是
、
、
、
总共运行 4 个指令

$个任务占用的时空区个流水段的总时空区理论公式流水线时间指令阶段数$

操作	说明
题目	已知 100 条指令流水周期 2 `ns` 一百条指令总耗时 203 `ns`
吞吐率 $指令条数流水线执行时间$
最大吞吐率

操作	说明
题目	流水线运行指令时耗时分别是、、、总共运行 4 个指令
$个任务占用的时空区个流水段的总时空区理论公式流水线时间指令阶段数$

# 层次化存储结构

Cache 和主存器的平均周期

操作说明

题目已知 Cache 的访问命中率为 0.95 周期时间为 1 ns 主存器周期为 1000 ns

操作	说明
题目	已知 `Cache` 的访问命中率为 0.95 周期时间为 1 `ns` 主存器周期为 1000 `ns`
求 `Cache` 和主存器的平均周期	`h` 表示 `Cache` 的访问命中率表示 `Cache` 的周期时间表示主存器的周期时间
	`0.95* 1 + (1-0.95)*1000 = 50.95ns`

求 Cache 和主存器的平均周期

h 表示 Cache 的访问命中率

表示 Cache 的周期时间

表示主存器的周期时间

0.95* 1 + (1-0.95)*1000 = 50.95ns

主存编址

操作	说明
题目	内存地址从 `AC000H` 到 `C7FFFH` 按 `16bit` 编址由 28 片芯片构成 `16K` 个存储单元
求地址单元	`C7FFFH` 自增为 `C8000H` 后减去 `AC000H` 为 `1C000H` 转为十进制为 114688 / 1024 = `112K`
求储存单元位数	`(112 * 16) / (28 * 16) = 4`

磁盘读取

 pie
 "R0" : 9.09
 "R1" : 9.09
 "R2" : 9.09
 "R3" : 9.09
 "R4" : 9.09
 "R5" : 9.09
 "R6" : 9.09
 "R7" : 9.09
 "R8" : 9.09
 "R9" : 9.09
 "R10" : 9.09

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

操作	说明
题目	如上图磁道分成 11 个物理块磁盘旋转周期为 `33ms` 单缓存区处理数据耗时 `3ms`
顺序处理磁盘耗时	读取物理块平均耗时 `3ms` 而单缓存区导致数据处理完毕后需要旋转一圈才能读到下一块物理块
计算	`(33+3)10+3+3 = 366` `(一圈读取耗时+处理耗时)剩余物理块数 + 第一块读取+ 第一块处理耗时`
优化后耗时	`33*2 = 66` 两圈读取可完成

系统可靠性分析

graph LR
start[开始];A[R];B[R];C[R];D[R];E[R];F[R];G[R];done(结束); 
start-->A;
A-->B;
A-->C;
A-->D;
B-->E;
C-->E;
D-->E;
E-->F;
E-->G;
F-->done;
G-->done;

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

操作	说明
已知上图每一步的可靠性为 `R` 求总体的可靠性

# 校验码

CRC 循环校验码

原始报文为 `11001010101` 其生成多项式为求 `CRC` 编码后的结果
按照二进制拆分变为 `11011`
原始报文按照上面格式位数减一后补零为 `110010101010000`
用 `110010101010000` 和 `11011` 做异或操作
`CRC` 编码后的结果为 `0011`

sequenceDiagram
Title: CRC编码计算

participant melon as 计算

melon ->> melon : 源报文 110010101010000
melon ->> melon : 11001 / 11011 = 10
melon ->> melon : 10010 / 11011 = 1001
melon ->> melon : 10011 / 11011 = 1000
melon ->> melon : 10000 / 11011 = 1011
melon ->> melon : 10111 / 11011 = 1100
melon ->> melon : 11000 / 11011 = 11
melon ->> melon : 11000 / 11011 = 0011