*前言

❤慕课上看的课，要求预备知识有数字逻辑，但开学才会学数字逻辑，所以就把稍微看懂的笔记和思考记录一下。主要是想趁暑假把计组稍微看一遍，便于后续学习理解。感觉计组主要记住五大部件，然后具体学一些其中的原理。

1.计算机系统概述

1.1计算机概念和类型

❤电子计算机：是一种可以存储程序，并且通过执行程序指令，可以自动，高速，精确地对数字信息进行各种复杂处理，然后输出运算结果的高科技智能电子设备
❤五个逻辑模块：输入设备，输出设备，存储器，运算器，控制器。在计算机中用数字代码（二进制代码）表示各种信息，在物理机制上用数字信号（数字型电信号）表示数字代码。
❤信息数字化表示的优点：
（1）物理上易实现信息的表示和存储
（2）抗干扰能力强，可靠性高
（3）数值的表示范围大，精度高
（4）可表示的信息类型广泛
（5）能用数字逻辑技术进行处理
❤存储程序工作方式：编制程序–存储程序–自动、连续执行程序–输出结果
❤计算机工作流程：编写程序–输入程序–存储程序–转换为指令序列–执行指令–输出结果
❤计算机从总体上来说分为两大类：模拟计算机（由模拟运算器件构成，处理在时间和数值上连续的模拟量）和数字计算机（由数字逻辑器件构成，处理离散的数字量）。
❤数字计算机可分为专用计算机（是以快速，经济，和高集成度为主要指标的特殊计算机，它是针对特定任务设计的计算机，适应性较差【如：工程机，ATM】）和通用计算机（适应性较高，但是牺牲了效率，速度，和经济性，如个人电脑）。
❤按照系统规模和计算能力，也可以分为：巨型机，大型机，小型机，微型机。简易性以及普及率依次递增，体积，功耗，价格，存储量，和计算能力依次递减。随着超大规模集成电路技术的不断发展，类型的划分会动态变化。

1.2计算机的诞生与发展

❤计算机之父：约翰﹒冯﹒诺依曼
❤冯诺依曼体系：
1.用二进制代码表示程序和数据
2.采用存储程序的工作方式
3.新型的现代计算机硬件组成（存储器，运算器，控制器，输入和输出设备）
奠定了现代电子计算机的理论基础
❤计算机主要器件发展历程：
电子管（1946-1957）–晶体管（1958-1964）–中小规模集成电路（1965-1971）–大，超大规模集成电路（1971-）
❤未来发展趋势：
巨型化，微型化，多媒体化，网络化，智能化

1.3计算机系统的层次结构

硬件+软件
❤硬件系统主要功能部件：
1.CPU：
主要由运算器和控制器等部件组成
1）运算器：
功能是完成算术和逻辑运算，组成特点有a.主要由算术逻辑单元（ALU）构成，执行算术，逻辑运算以及移位循环等操作，是CPU功能的主要执行部件。b.ALU以全加器为核心，具有多种运算功能。c.运算的位数越多，计算的精度就越高，但器件更复杂。d.运算器的数据宽度一般是：8位，16位，32位或64位
2）控制器：
功能是产生控制命令（微命令），控制全机操作。指令信息，状态信息，时序信号使微命令发生器产生微命令序列。
2.存储器：
功能是存储数据和数字化后的程序。
【存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路，组成一个存储单元。地址：存储器由许多存储单元组成，每个存储单元的编号，称为地址。存储容量：存储器所有存储单元的总数。内存储器：即主存，是一种用来存放直接为CPU提供服务的程序和数据存储器。外存储器：即辅存，为计算机配置的存储容量很大的辅助存储器。】
3.输入/输出设备：
功能是执行输入/输出信息的转换。输入时，原始信息–>二进制代码，送入主机；输出时，处理结果–>用户能直接感知的形式（字符，图像，声音），并输出给用户。
4.总线（Bus）：
能为多个部件分时共享的一组信息传送通路。按传送的信息分为三类：数据总线，地址总线，控制总线。
5.接口：
外设的种类，数量变化，为了将总线与各类外设连接，须在两者之间设置一些部件，具有缓冲，转换，连接等功能，这些部件就是接口。
❤计算机硬件的典型架构：
南北桥架构（微型计算机）
多处理器架构（小型机）
集群式架构（超级计算机）
❤软件系统：
系统程序和应用程序。计算机系统是一个由多层次的软件+硬件组成的系统。
❤软件的特点：
易于实现各种逻辑和运算功能，但是常受到速度指标和软件容量的制约。
硬件的特点：
可以高速实现逻辑和运算功能，但是难以实现复杂功能或计算，受到控制复杂性指标的制约。

1.4计算机性能评价指标

❤基本字长：
指一次数据操作的基本位数
它会影响计算的精度，指令的功能
一般4位，8位，16位，32位，64位，等等
❤运算速度:
外部频率或基频，也叫系统时钟频率
（1）CPU的主频=外频x倍频系数
（2）IPS，每秒执行指令数
（3）CPI
（4）FLOPS，每秒执行浮点运算的次数
❤数据传输率：
带宽=（位宽x工作频率）/8（B/S）
物理含义：单位时间内数据的传输量
❤存储器的容量：
内存容量：指可编址的存储单元个数（取决于地址码位数）x存储单元的位宽（表明编址单位）
外存容量：指存储器能存储的最大数据量，外存容量与总线地址码的位数无关。

2.数据的表示，运算与校验

2.1数值型数据的表示

❤
基数：在任一数制中，每一个数位上允许使用的计数符号的个数。比如十进制基数对应为10（0~9），二进制基数为2（0，1），八进制基数为8
权值w：每一位都对应一个表示该位在数码中的位置的值。比如123，1所在位数权值为10²，对应百位，十位，个位。
❤进制之间的转换：
10进制整数–>2进制：除二取余，从下往上。
10进制小数–>2进制：乘二取整，从上往下。
2进制整，小数–>10进制：按权相加
2进制–>16进制：4位分组，按组转换
16进制–>2进制：逐位转换
16进制–>10进制：按权相加（类比二进制）
❤带符号数的表示：
0表示正号，1表示负号
二进制数的码制：原码，反码，补码和移码
原码：数值位不变，01代码表示符号
字长为8位的原码，首位表示正负号，可表示的范围为-2⁷-1~2⁷-1，数值·0有两种原码形式
反码：正数情况下与原码相同
负数情况下，符号位仍表示1，数值位按位取反
字长8位的反码，表示的范围为-127~+127
补码：正数下与原码相同
负数情况下符号位仍为1，数值位按位取反，末位加一
表示的范围为-128~127
数值0只有1种补码形式
【-0原】100000000—>【-0反】11111111–>【-0补】00000000
【0原】00000000–>【0反】00000000–>【0补】00000000
补码比原码和反码多一个负值即-128
x的补码的补码是原码
x的补码连同符号一起取反，末尾加一，最后得到-x的补码
❤移码表示的规则：
移码通常用于表示浮点数的阶码
接码一般为整数，故移码通常只用于表示整数，对定点整数x，它的移码是：2的n次方-1+x这里的n为x原位数，由于此规则等价于将x正向平移或者增加2的n次方-1，因此称为移码或增码
移码表示范围与补码一致，0也只有1个移码
正数：将原码符号位变反
负数：将原码连同符号位一起变反，末尾加一（与变补等效）
学到这里有些疑问：这些码是咋想出来的？

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