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数据库系统工程师考试考前串讲 第 2 章 计算机硬件基础 2.1   考点分析 从历次考试试题来看，计算机硬件知识是数据库系统工程师考试的一个重点。根据考试大纲，计算机硬件基础的考查知识包括以下几个方面： （1）计算机体系结构和主要部件的基本工作原理。 （2）存储系统。 （3）安全性、可靠性与系统性能评测基础知识。 本节把历次考试中计算机硬件基础方面的试题进行汇总，得出本章的考点，如表2-1所示。 表2-1  计算机硬件基础试题知识点分布 根据表2-1，我们可以得出计算机硬件基础的考点主要有以下几个方面： （1）计算机组成：包括计算机的基本组成、Flynn分类、RISC和CISC计算机的特点、多处理机、总线和接口等。 （2）数据运算：包括数据的表示（含浮点数的表示）、逻辑运算。 （3）寻址方式：包括指令的各种寻址方式。 （4）中断：主要考查中断的概念，以及中断响应的过程。 （5）存储体系：包括内存编址、内存容量的计算、Cache（高速缓冲存储器）、磁盘参数的计算。 （6）流水线：主要考查流水线的概念、性能，以及有关参数的计算。 （7）性能评估：主要考查系统可靠性的计算、时钟频率等。 对这些知识点进行归类，按照重要程度进行排列，如表2-2所示。其中的星号（★）代表知识点的重要程度，星号越多，表示越重要。 表2-2  计算机硬件基础各知识点重要程度 在本章的后续内容中，我们将对这些知识点进行逐个讲解。 2.2   计算机组成 对于本知识点的考查，主要掌握计算机的基本组成、Flynn分类、RISC和CISC计算机的特点、多处理机的关键特性等。 2.2.1   计算机的基本组成 在一台计算机中，主要有6种部件，分别是控制器、运算器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备，它们之间的合作关系如图2-1所示。 图2-1  计算机各功能部件之间的合作关系 （1）控制器（Control unit）：是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件，所依据的是机器指令。控制器的组成包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序部件、微操作控制信号形成部件（PSW）和中断机构。 （2）运算器：也叫做算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU），对数据进行算术运算和逻辑运算。通常由ALU（算术/逻辑单元，包括累加器、加法器等）、通用寄存器（不包含地址寄存器）、多路转换器、数据总线组成。 （3）内存储器（Memory或Primary storage，简称内存或主存）：存储现场操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。 （4）外存储器（Secondary storage或Permanent storage，简称外存或辅存）：存储需要长期保存的各种信息。 （5）输入设备（Input devices）：接收外界向计算机输入的信息。 （6）输出设备（Output devices）：将计算机中的信息向外界输送。 现在的控制器和运算器是被制造在同一块超大规模集成电路中，统称为中央处理器，即CPU（Central Processing Unit）。 2.2.2   Flynn的分类 1966年，Michael．J．Flynn提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行了分类（通常称为Flynn分类法），有关概念的定义如下： （1）指令流：指机器执行的指令序列。 （2）数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据。 （3）多倍性：指在系统性能瓶颈部件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。 Flynn根据不同的指令流和数据流组织方式，把计算机系统分成如下4类：  （1）单指令流单数据流（Single Instruction stream and Single Data stream，SISD）。SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据。流水线方式的单处理机有时也被当作SISD。 （2）单指令流多数据流（Single Instruction stream and Multiple Data stream，SIMD）。SIMD以并行处理机（阵列处理机）为代表，并行处理机包括多个重复的处理单元，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同数据。相联处理机也属于这一类。 （3）多指令流单数据流（Multiple Instruction stream and Single Data stream，MISD）。MISD具有n个处理单元，按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。这类系统实际上很少见到。有文献把流水线