软考教材分享：程序员考试考前串讲

程序员 http://www.educity.cn/jiaocheng/zg14.html

提高计算机可靠性的技术可以分为避错技术和容错技术。避错是预防和避免系统在运行中出错。容错是指系统在其某一组件故障存在的情况下不失效，仍然能够正常工作的特性。简单地说，容错就是当计算机由于种种原因在系统中出现了数据、文件损坏或丢失时，系统能够自动将这些损坏或丢失的文件和数据恢复到发生事故以前的状态，使系统能够连续正常运行。容错功能一般通过冗余组件设计来实现。计算机系统的容错性通常可以从系统的可靠性、可用性和可测性等方面来衡量。

冗余技术是计算机容错技术的基础，一般可分为下列几种类型。 （1）硬件冗余：以检测或屏蔽故障为目的而增加一定硬件设备的方法。

（2）软件冗余：为了检测或屏蔽软件中的差错而增加一些在正常运行时所不需要的软件方法。

（3）信息冗余：在实现正常功能所需要的信息外，再添加一些信息，以保证运行结果正确性的方法：纠错码就是信息冗余例子。

（4）时间冗余：使用附加一定时间的方法来完成系统功能。这些附加的时间主要用在故障检测、复执或故障屏蔽上。

在20世纪60年代主要利用双处理机或双机的方法来达到容错的目的。例如把关键的元件（处理机、存储器等）或整个计算机设置两套：一是系统运行时使用，另一份用于备份。根据系统的工作情况又可分为：热备份和冷备份两种。

（1）热备份（双重系统）：两套系统同时同步运行，当联机子系统检测到错误时，退出服务进行检修，而由热备份子系统接替工作。

（2）冷备份（双工系统）：处于冷备份的子系统平时停机或者运行与联机系统无关的运算，当联机子系统产生故障时，人工或自动进行切换，使冷备份系统成为联机系统。在冷

程序员 http://www.educity.cn/jiaocheng/zg14.html

备份时，不能保证从程序端点处精确地连续工作，因为备份机不能取得原来的机器上当前运行的全部数据。

20世纪在70年代中期出现了软件和硬件结构的容错方法。该方法在操作系统的层次上，支持联机维修，即故障部分退出后运行、进行维修并重新投入运行都不影响正在运行的应用程序。该结构特点是系统内包括双处理器、双存储器、双输入输出控制器、不间断工作的电源以及与之适应的操作系统等。因此上述硬件的任何一部分发生故障都不会影响系统的继续工作。系统容错是在操作系统控制下进行的，在每个处理机上都保持了反映所有系统资源状态的表格以及本机和它机的工作进程。

2.7.4 指令周期

在这个考点中，我们主要掌握几个基本概念：时钟频率、时钟周期、机器周期、指令周期、指令执行速度。

时钟频率（时钟脉冲，主频）是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏。因此，计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度。显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟频率范围也不一定相同。相同频率、不同体系结构的机器，其速度和性能可能会相差很多倍。

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期

程序员 http://www.educity.cn/jiaocheng/zg14.html

组成。

指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其他的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。

为了帮助读者搞清楚这些概念之间的关系，下面，我们通过一个例子来说明。假设微机A和微机B采用同样的CPU,微机A的主频为20MHz,微机B为60 MHz.如果两个时钟周期组成一个机器周期，平均三个机器周期可完成一条指令，则：

（1）微机A的时钟周期为1/（20M）=50 ns.因为\两个时钟周期组成一个机器周期\则一个机器周期为2×50 ns=100 ns.\平均三个机器周期可完成一条指令\则平均指令周期为3×100 ns=300 ns.也就是说，指令平均执行速度为1/（300 ns）≈3.33 MIPS.其中MIPS的含义为\百万条指令/每秒\

（2）因为微机B的主频为60 MHz,是微机A主频的60/20=3倍，所以，微机B的平均指令执行速度应该比微机A的快3倍，即微机B的指令平均执行速度为3.33×3≈10 MIPS.