【软考】流水线、存储系统、缓存、替换算法、地址映像、加密、可靠性

# 流水线
最长时间段，就是最大任务时间
操作周期：最长时间段
吞吐率：最长时间段的倒数
加速比 = 不采用流水线 / 采用流水线
连续输入 n 条指令的吞吐率：n / （执行一条指令的时间 + （n-1）x 最长时间段）

---
# 存储系统
内存（主存）、外存（辅存）
主存 DRAM 动态随机存储器
Cache SRAM 静态随机存储器

闪存，闪速存储器，介于 EPROM 和 EEPROM 之间
以块为单位

## 工作方式分类：
只读存储器 ROM
读写存储器 RAM

## 按访问方式分类：
可分为，按地址访问的存储器 和 按内容访问的存储器

## 按寻址方式分类：
- 随机存储器：可以对任何存储单元存入或读取数据，访问任何一个存储单元所需的时间都是相同的
- 顺序存储器：访问数据所需要的时间与数据所在的存储位置相关，磁带是典型的顺序存储器
- 直接存储器：介于随机读取和顺序存取之间的一种寻址方式。磁盘是一种直接存取存储器，它对磁道的寻址是随机的，而在一个磁道内则是顺序寻址。

相联存储器：按内容访问的存储器

虚拟存储器：由主存、辅存构成的

局部性
空间局部性

---
# 缓存 Cache
高速缓存用来存放当前最活跃的程序和数据，位于 CPU 和主存之间，容量一般在几千字节到几兆字节之间，速度一般比主存快 5-10 倍，对程序员来说是透明的
透明，意味着，他怎么工作的我不关心，因为我看不见他

## 高速缓存、主存、CPU 的关系：
![image](https://cdn-imagehost.xyzttt.xyz/image/2026/04/15/ipgr7f.webp)

Cache 用来存放 主存的部分拷贝（副本）信息，控制部分的功能是判断 CPU 要访问的信息是否在 Cache 存储器中，如果存在就是命中，如果不存在就是没有命中

命中时直接对 Cache 存储器寻址。未命中是，要按照替换原则决定主存的一块信息放到 Cache 存储器的哪一块里

---
# 替换算法
使 Cache 获得尽可能高的命中率

- 随机替换算法：用随机数发生器产生一个要替换的块号，将该块替换出去
- 先进先出算法：将最先进入 Cache 的信息块替换出去
近期最少使用算法：将近期最少使用的 Cache 中的信息快替换出去
- 优化替换算法：必须先执行一次程序，统计 Cache 的替换情况。有了这样的先验信息，在第二次执行该程序时便可用最有效的方式来替换

使 Cache 尽可能高提升命中率

![image](https://cdn-imagehost.xyzttt.xyz/image/2026/04/15/nma107.webp)

---
# 地址映像
在 CPU 工作时，送出的是 主存单元的地址，而应从 Cache 存储器中 读 / 写 信息。需要将主存地址转换成 Cache 存储器的地址，这种地址的转换成为 地址映像

## 直接映像：
![image](https://cdn-imagehost.xyzttt.xyz/image/2026/04/15/nyqp4q.webp)

主存分好区，每个区的 第 0 块，只能对应到 Cache 的第 0 块

## 全相连映像：
允许主存的任一块可以调入 Cache 的任何一个块，但是得保证 cache 这一块是未满的
![image](https://cdn-imagehost.xyzttt.xyz/image/2026/04/15/nzlfzu.webp)

## 组相连映像：
主存的 n 组，映射缓存的 n 组，组内确保全相连
组跟组映射，cache 的第 0 组，只能映射 cache 的第 0 组，组当中的可以随机映射任一块，但是得保证那一块是空的
这样的冲突是较小的

冲突少，从小到大：全相连  组相连 直接

---
牢记：
Cache 与主存地址的映射，是由 **硬件自动完成**

---
汇编语言
用汇编语言编写的程序必须经过汇编程序翻译成计算机所能识别的机器语言（即 目标程序），才能被计算机执行

---
# 加密技术

## 对称加密：
加密和解密是同一把钥匙，只有一把密钥

密钥分发有缺陷：
- 加密解密速度很快
- 适合加量大量明文数据

## 非对称加密：
加密和解密不是同一把钥匙，一共两把密钥：公钥、私钥

用公钥加密只能用私钥解密
用私钥加密只能用公钥解密

不能通过一把推出另一把

用 **接收方的公钥 加密** 明文，可以防止窃听的效果

- 密钥分发没有缺陷
- 加密和解密速度很慢

## 混合加密
两种加密方式都用了，

---
# 摘要技术：防止篡改
将发送的明文进行 Hash 算法后得到摘要，放在密文后一起发送过去，与接收方解密后的明文进行相同的 Hash 算法得到的只要进行对比。
如果一致，则没有篡改，否则有篡改

# 数字签名：是一种技术手段，防止假冒
发送方 用自己的 私钥 对摘要进行 签名（加密），得到 数字签名 放在 密文 后一起发送过去。
接收方 用 发送方 的公钥 对 数字签名进行 验证（解密）。
如果验证成功，则该消息没有被假冒且不能否认，否则该消息的真实性为 假冒发送

数字签名不会被篡改

---
# 认证技术
## CA：权威机构

## 数字证书：
用户向 CA 机构申请数字证书，将个人信息和公钥发给 CA 机构

CA 机构颁给用户数字证书，

数字证书用 CA 的私钥进行签名（加密）

用 CA 的公钥验证（解密）数字证书，得到用户的公钥

### 数字证书里包含：
- 持有者信息
- 公钥
- 有效期
- 颁发机构（CA）
- CA 的数字签名 <-- 用了数字签名技术

---
# 加密算法

## 对称密钥算法（私钥、私有密钥加密）算法：
- DES
- 3DES
- RC-5
- AES
- RC4

## 非对称加密（公钥、公开密钥加密）算法：
- RSA
- ECC
- DSA

---
# MD5 摘要算法：防止报文被篡改

Hash 函数
SHA-1 安全散列算法

---
# 可靠性
## 串联系统：
每个子系统是串起来的

## 并联系统：
很多子系统 并在一起

串联可靠性 R = R$_1$R$_2$...R$_N$

并联可靠性公式 R = 1-(1-R$_1$)(1-R$_2$)...(1-R$_N$)

---