第一章：计算机系统基础终极笔记

基于会话上下文与历年真题深度重构

CPU 指挥中心：那些长得很像的寄存器

“自动导航仪”：永远存着【下一条】指令的地址。执行完一条，它就变到下一条。

“工作台”：存放【当前正在执行】的指令。

“翻译官”：负责拆解指令，看看是让你“加法”还是“存数”。

真题重现

题目：在 CPU 的控制器中，用于存放当前正在执行指令的寄存器是（）。

A. 模型寄存器 B. 指令寄存器 C. 程序计数器 D. 状态寄存器

答案：B。解析：IR 是正在执行的，PC 是下一条要执行的。

口诀：第一条指令全做完，剩下每条只等一个“最慢环节”。

总时间 = (t₁ + t₂ + ... + tₘ) + (n - 1) * Δt

※ Δt (流水线周期) = 各工序中最长的那一段。

真题模拟

题目：某指令流水线分为“取指、分析、执行”三段，时间分别为 2ns, 3ns, 1ns。执行 100 条指令总时间是？

1. 找出周期 Δt：max(2, 3, 1) = 3ns。
2. 第一条指令耗时：2 + 3 + 1 = 6ns。
3. 总时间：6 + (100 - 1) * 3 = 303ns。

作用：解决 CPU “跑太快”和内存“走太慢”的速度不匹配问题。

时间局部性：刚用过的马上还用（循环）。

空间局部性：访问了 A，隔壁的 B 也要用（数组）。

计算题真题

题目：某磁盘转速 6000转/分，寻道时间 10ms，则其平均等待时间是？

1. 忽略寻道时间（那是干扰项）。
2. 计算一圈时间：60,000ms / 6000转 = 10ms/转。
3. 平均等待时间 = 转半圈时间 = 10 / 2 = 5ms。

可靠性 R = R₁ * R₂ * ...

一损俱损，整体可靠性低于任何一个零件。

可靠性 R = 1 - (1 - R₁)(1 - R₂)...

只要一个没坏就能跑，显著提高可靠性。

对称加密：打包大文件（AES/DES/IDEA）。

非对称加密：加密那把对称钥匙（RSA）。

2ᵏ ≥ n + k + 1

n 为原始数据位，k 为校验位。

考点填空