筆記來源于王道考研視訊
第一章
通過電信号傳遞資訊(低電平代表0,高電平代表1)
計算機系統
計算機系統=硬體+軟體
軟體
系統軟體 | 應用軟體 |
作業系統,資料庫管理系統(DBMS),标準程式庫(程式設計時使用的庫函數),網絡軟體(實作比如TCP/IP協定的),語言處理程式(将進階語言轉化成低級語言),服務程式(調試程式) | 微信,QQ |
用來管理整個計算機系統 | 按任務需要編制而成的各種程式 |
硬體的發展(邏輯元件)
- 第一台數字計算機:ENIAC(1946)–電子管
- 半導體(有作業系統的雛形)
- 中小規模內建電路
- 大規模,超大規模內建電路(有作業系統出現)
- 1947年,貝爾實驗室,發明了“半導體”(肖克利)
- 1959年,仙童半導體公司發明“內建電路”(八叛徒)
- 摩爾,建立Intel(摩爾定律:內建電路上可容納的半導體數目,每隔18個月便會增加一倍,揭示了資訊技術進步的速度)
軟體的發展
機器語言–>彙編語言–>進階程式設計語言
目前的發展趨勢
計算機硬體的基本組成
早期 馮·諾依曼機
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 馮·諾依曼機的特點
- 計算機由五大部件組成
- 指令和資料以同等地位存于存儲器,可按位址尋訪
- 指令和資料用二進制表示
- 指令由操作碼和位址碼組成
- 存儲程式
- 以運算器為中心
現代計算機結構
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 - 因為運算器和控制器的關系比較密切,是以我們把它整合成為一個整體CPU
- 輸入裝置和輸出裝置統一叫做I/O裝置
- 是以現代計算機結構又可以劃分為:
- CPU
- 主存儲器(CPU和主存儲器又稱為主機)
- I/O裝置
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 主存:比如手機運作記憶體8GB
輔存:比如機身記憶體128GB
主存儲器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 存儲器 > 存儲單元 > 存儲元
運算器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 控制器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 計算機的工作過程(例)
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 計算機系統的層次結構
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 将進階語言翻譯成機器語言的程式叫做翻譯程式(包括兩種) - 編譯程式:是将使用者編寫的進階語言程式(源程式)的全部語句一次全部翻譯成機器語言程式,而後在執行機器語言程式。是以,隻要源程式不變,就無需再次進行翻譯
- 解釋程式:将源程式的一條語句翻譯成對應機器語言的一條語句,并且立即執行這條語句,接着翻譯源程式的下一條語句,并執行這條語句,如此重複。是以,翻譯一次,執行一次,即使下一次重複執行該條語句,也必須重新翻譯。
計算機體系結構和計算機組成原理的差別
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 計算機的性能名額
存儲器的性能名額
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 CPU的性能名額
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 系統整體的性能名額
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 思考
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 回顧
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 第二章
進制轉化
其他進制轉化為十進制
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 二進制 <–> 八進制,十六進制
- 三個二進制位對應一個八進制位
- 四個二進制位對應一個十六進制位
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 十進制–>任意進制
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 真值和機器數
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 BCD碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 ASCII碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 漢字表示
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 字元串表示
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 奇偶校驗碼
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計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 海明校驗碼
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計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 循環備援校驗碼(CRC)
- 可以檢錯,不能糾錯(其實在資訊位少的時候,有時候是具有糾錯能力的)
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 定點數的表示
無符号數
整個機器字長的全部二進制位均為數值位,沒有符号位,相當于數的絕對值(一般是整數)
有符号數
原碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 反碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 補碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 移碼
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 總結
由[x]補求[-x]補的方法— 符号位,數值位全部取反,末位加1
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 原碼,補碼,移碼的作用
補碼的作用:将減法操作轉變為等價的加法(也就是加一個負數的時候,就等價于加上這個負數的補碼)
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 移碼的作用:友善對比大小
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 定點數的運算
算術右移
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 算數左移
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 反碼的算術移位
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 補碼的算術移位
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 算術移位總結
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 舉例
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 邏輯移位
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 循環移位
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 加減運算和溢出判斷
加減運算
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 溢出判斷
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計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 符号擴充
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 原碼乘法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 補碼乘法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 機器實作
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 - 最後一次加法,因為符号位也要參與運算
- 補碼的乘法是算數移位,符号位固定不變
- 正數算數右移,高位補0
- 負數算數右移,高位補1
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 原碼除法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 機器實作:恢複餘數法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 恢複餘數法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 不恢複餘數法(加減交替法)
- 餘數為負,直接商0,并讓餘數左移一位(乘2),再加上|除數|,得到新餘數
- 除數要小于被除數,因為小數二進制位無法表示大于1的數,也就是說在第一步的商就必須是0
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 補碼的除法
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 強制類型轉化
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 資料存儲和排序
大小端存儲
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 邊界對齊
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 浮點數的表示
定點數表示的數字範圍有限
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 上面的浮點數表示會損失精度,我們可以讓其的表示規格化,減少精度損失
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 左規和右歸
浮點數規格化特點
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 IEEE 754
triple
真值的-128,-127有其他的用途
是以真值的範圍就在 -126~127
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 ( − 1 ) S ∗ 1. M ∗ 2 E − 127 (-1)^S*1.M*2^{E-127} (−1)S∗1.M∗2E−127
S:符号位
E:階碼
M:尾數
32=1+8-23
例
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 IEEE單精度浮點數的最大最小絕對值
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 浮點數的運算
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 強制類型轉化
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 邏輯運算
算術邏輯單元(ALU)
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 門電路
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 複合邏輯
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計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 加法器
一位全加器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 串行加法器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 并行加法器
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章 加法器,ALU的改進
并行加法器的優化
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章
計算機組成原理——基本組成 進制轉化 奇偶校驗 原碼 反碼 補碼 移碼 移位 原碼補碼乘法除法 IEEE754 加法器ALU第一章第二章