计算机组成原理

1、计算机的性能指标
①、吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量
②、响应时间：用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得所需结果的等待时间
③、主频：机器内部主时钟的频率
④、CPU时钟周期：主频的倒数，CPU中最小的时间单位
⑤、CPI：执行一条指令所需的时钟周期数，某一条指令耗时 = CPI × CPU时钟周期
⑥、CPU执行时间：运行一个程序所花费的时间
CPU执行时间 = CPU时钟周期数 / 主频 = CPU时钟周期数 × CPU时钟周期 = 指令条数 × CPI / 主频
⑦、MIPS：每秒执行多少百万条指令，MIPS = 主频 / CPI

2、定点数 / 浮点数的加减法运算
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3、存储器的性能指标
①、存储容量 = 存储字数 × 字长
②、单位成本：每位价格 = 总成本 / 总容量
③、数据传输率 = 数据的宽度 / 存储周期

4、主存与CPU的连接



5、多体并行存储器——高位交叉编址
假设每个存储体的存储周期为T，则连续取n个存储字耗时nT

6、多体并行存储器——低位交叉编址
每经过r时间延迟后启动下一个模块，模块存取一个字的存取周期为T
则连续存取m个字所需的时间为：t1 = T+(m-1)r
例：有m个存储体，存储周期为T，字长为W，每隔r时间启动下一个存储体，连续存取m个字，求存储器的带宽（存取速率）？H = nw/[T+(m-1)r]

7、高速缓冲存储器Cache
Cache命中率：CPU欲访问的信息已在Cache中的比率
设一个程序执行期间，Cache的总命中次数为Nc，访问主存的总次数为Nm，
则命中率H = Nc/(Nc+Nm)
设tc为命中时的Cache访问时间，tm为未命中时的访问时间，1-H表示未命中率
则Cache-主存系统的平均访问时间Ta = Htc+(1-H)tm
主存系统效率e = 访问Cache时间/平均访问时间 * 100% = tc/[Htc+(1-H)tm] * 100%

8、扩展操作码
若地址长度为n，上一种留出m种状态，下一层可扩展出m×2^n种状态

9、流水线的性能指标
①、吞吐率：单位时间内流水线所完成的任务数量，或输出结果的数量
计算流水线吞吐率（TP）的最基本公式为：TP = n/Tk
其中n为任务数，Tk是处理完n个任务所用的时间
在输入流水线中的任务连续的理想情况下，一条k段线性流水线能够在k+n-1个时钟周期内完成n个任务
所以流水线的实际吞吐率为TP = n/(k+n-1)△t，其中△t为时钟周期
②、加速比：不使用流水线所用时间与使用流水线所用的时间之比
设T0表示不使用流水线时的执行时间，即顺序执行所用的时间；Tk表示使用流水线时的执行时间
则加速比S = T0/Tk = kn△t/(k+n-1)△t = kn/k+n-1
③、效率：流水线的设备利用率
计算流水线效率E的一般公式为E = n个任务占用的时空区有效面积/n个任务所用的时间与k个流水段所围成的时空区总面积 = T0/kTk

10、总线的性能指标
①、总线的传输周期：指一次总线操作所需的时间（申请阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段）。总线传输周期通常由若干总线时钟周期构成
②、总线时钟周期：即机器时钟周期
③、总线工作频率：总线周期的倒数，指1s内传送几次数据。
若总线周期 = N个时钟周期，则总线工作频率 = 时钟频率/N
④、总线时钟频率：即机器时钟频率
⑤、总线宽度：总线上同时能够传输的数据位数
⑥、总线带宽：总线的数据传输率，即单位时间内总线上可传输数据的位数
总线带宽 = 总线工作频率 × 总线宽度

计算机网络

1、计算机网络性能指标
①、带宽：表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是比特/秒（bit/s）
②、时延：指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的总时间
i.发送时延：即传输时延，结点将分组的所有比特推向链路所需的时间，即从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。
计算公式为：发送时延 = 分组长度/信道宽度（即信道带宽）
ii.传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间，即一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。
计算公式为：传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
iii.处理时延：数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间
iv.排队时延
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
③、时延带宽积：指发送端连续发送数据且发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出的比特数
时延带宽积 = 传播时延 × 信道带宽
时延带宽积表示该管道可以容纳的比特数量
④、往返时延：RTT，指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延
⑤、吞吐量：指单位时间内通过某网络（信道、接口）的数据量
⑥、速率：指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率，通常把最高数据率称为带宽

例题：若发送端连续发送n个分组，每个分组的发送间隔为t，假设第一个分组从源站到目的站花费的时间为T，且不考虑传播时延
则发送这n个分组所消耗的总时间 = T+(n-1)t

2、速率、波特、带宽
①、码元：指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号成为k进制码元，而该时长成为码元宽度
②、码元传输速率：表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输1个码元。这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关
③、信息传输速率：又称信息速率、比特率，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（bit/s）
若一个码元携带n比特的信息量，则M波特率的码元传输速率对应的信息传输速率为Mn比特/秒
④、带宽：单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”（单位时间内通过链路的比特数量），单位为bit/s

3、奈奎斯特定理和香农定理
①、奈奎斯特定理：指出在理想低通（没有噪声、带宽有限）的信道中，极限码元传输率为2W波特，其中W是理想低通信道的带宽，单位为Hz。若用V表示每个码元离散电平的数目（码元的离散电平数目是指有多少种不同的码元，比如有16种不同的码元则需要4位二进制位，因此数据传输率是码元传输率的四倍），则理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog2 V，单位为bit/s
奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但是未对信息传输速率给出限制，即未对一个码元可以对应多少个二进制位给出限制
②、香农定理：给出了在带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率
信道的极限数据传输率 = Wlog2 (1+S/N)，单位为bit/s
其中W为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。S/N为信噪比（无单位），即信号的平均功率与噪声的平均功率之比，信噪比 = 10log10 (S/N)，单位为dB

4、信道利用率、信道吞吐率
①、信道利用率：指发送方在一个发送周期内，有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率
信道利用率 = (L/C)/T
其中L为T时间内发送的比特量，C为发送方的数据发送速率，T为从开始发送数据、到接收到第一个确认帧为止的时间（包括RTT、发送端传输时延、确认端传输时延）
②、信道吞吐率 = 信道利用率 × 发送方的发送速率

5、CSMA/CD协议最短帧长
最短帧长 = 数据传输率 × RTT

6、IP组播地址映射组播MAC地址方法：
IP组播地址的低23位转换成XX-XX-XX的形式（第24位默认为0），然后在前面加上01-00-5E