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涉及知识点：二进制、八进制、十六进制的相互转换，原码、反码、补码、移码的概念，处理器组成（运算器，控制器），硬件的常用寻址方式，什么是流水线，硬件存储器及存储方式和存储器容量计算。

1.1数据表示（进制转换，原码，反码，补码的概念）
- （1）R进制的转换（原则逢R进1）
- （2）原码、反码、补码、移码
- （3）习题（答案在文尾）
1.2处理器组成（运算器，控制器）
- （1）运算器
- （2）控制器
- （3）总线
1.3指令系统（寻址方式）
- （1）寻址方式
- - [A]立即寻址方式
  - [B]内存寻址
  - [C]寄存器寻址
1.4流水线
- (1)流水线指令执行时间
- (2)流水线的技术指标
1.5高速缓存（实现、性能分析）
- (1)顺序存取
- (2)直接存取
- (3)随机存取
- (4)相联存取
1.6主存储器（主存类型、主存容量计算）
- (1)RAM 和 ROM
- (2)Cache
- (3)磁盘
- (4)存储器容量计算
答案
彩蛋

1.1数据表示（进制转换，原码，反码，补码的概念）

（1）R进制的转换（原则逢R进1）

二进制 – 八进制（O） – 十进制 – 十六进制（H）
101001 – 51(O) – 1+8+32 – 29(H)

（2）原码、反码、补码、移码

原码：机器数带符号（10001011），其中最高位表示符号0正数，1为负数，所以机器数10001011实际值为：-11，所以这个就叫原码，
-11原码：10001011 +11 原码：00001011
反码：正数的反码和原来的一样，负数的反码除了符号位，其他都相反
-11反码：11110100 +11 反码：00001011
补码：在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储，正数补码相同，负数补码是该数的反码加一
-11补码：11110101 +11 补码：00001011
移码：符号位取反的补码，又称增码
-11移码：01110101 +11 移码：10001011

（3）习题（答案在文尾）

Q1：215的十六进制和八进制分别为：（）

A、D7   327          B、D7    617        C、C7  327      D、C7  617

Q2：-17的原码、反码、补码、移码分别是：（）

A.10010001，01101110、01101111、11101110
B.00010001，11101110、01101111、01101110
C.10010001，11101110、11101111、01101111
D.00010001，01101110、11101111、01101111

1.2处理器组成（运算器，控制器）

核心知识点关于CPU结构

（1）运算器

运算器通常是由 ALU （算术/逻辑单元，包括累加器、加法器等）、通用寄存器（不包含地址寄存器）等组成。
ALU：进行算数运算和逻辑运算。
累加器 AC：暂时存放 ALU 运算的结果信息。
数据缓冲寄存器：用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字。反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。状态条件寄存器（PSW）保存由算术指令和逻辑指令运算的状态和程序的工作方式。

（2）控制器

控制器的组成包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序部件等。程序计数器（PC）：存放的是下一条指令的地址。指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。指令译码器：指令中的操作码经过指令译码器译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。时序部件：为指令的执行产生时序信号。

（3）总线

微型计算机通过系统总线将各部件连接到一起，实现了微型计算机内部各部件间的信息交换。数据总线 DB 用于传送数据信息。地址总线 AB 是专门用来传送地址的，地址总线的位数决定了 CPU 可直接寻址的内存空间大小。一般来说，若地址总线为 n 位，则可寻址空间为 2n 字节。控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。

1.3指令系统（寻址方式）

指令系统是中央处理器所有指令的集合,通常一条指令可分解为操作码和地址码两部分, 操作码确定指令的操作类型，地址码确定指令所要处理操作数的位置。

（1）寻址方式

指令系统中采用不同寻址方式的目的是扩大寻址空间并提高编程灵活性。常见的寻址方式如下：

[A]立即寻址方式

通常直接在指令的地址码部分给出操作数。

[B]内存寻址

直接寻址方式：在指令中直接给出参加运算的操作数或运算结果所存放的主存地址。
间接寻址方式：在指令中给出操作数地址的地址。
变址寻址方式：变址寻址就是变址寄存器中的内容加地址码中的内容即可完成寻址。

[C]寄存器寻址

寄存器直接寻址：指令在执行过程中所需要的操作数来源于寄存器。
寄存器间接寻址：寄存器存放的是操作数在主存的地址。

1.4流水线

流水线是指在程序执行时多条指令矗进行操作的一种准并行处理实现技术。即可以同时为多条指令的不同部分进行运作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。

(1)流水线指令执行时间

标准算法：T=第一条指令执行所需时间+ (指令条数一 1) X 流水线周期流水线周期为指令执行阶段中执行时间最长的一段。例如指令流水线把一条指令分为取指令、分析和执行 3 个部分，且 3 个部分的时间分别是取指令 2ns、分析 2ns 及执行 Ins。那么最长的是 2ns,因此 100 条指令全部执行完毕所需要的时间就是(2ns+2ns+lns) + (100— 1) x2ns=203ns。

(2)流水线的技术指标

吞吐率：指的是计算机中的流水线在特定的时间内可以处理的任务数量。TP=n/Tk (n 为指令条数，TK为流水线方式时间)，其中理论上的最大吞吐率是：1/流水线周期。
加速比：完成一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比。S=TS/Tk(TS 为顺序执行时间，TK 为流水线方式时间)。流水线的效率指的是流水线的设备利用率。

1.5高速缓存（实现、性能分析）

存储器中数据常用的存取方式有顺序存取、直接存取、随机存取和相联存取等四种。

(1)顺序存取

存储器的数据是以记录的形式进行组织，对数据的访问必须按特定的线性顺序进行。磁带存储器的存取方式就是顺序存取。

(2)直接存取

共享读写装置，但是每个记录都有一个唯一的地址标识，共帕的读写装置可以直接移动到目的数据块所在位置进行访问。访问时间与数据位，有关。磁盘存储器采用的这种方式。

(3)随机存取

存储器的每一个可寻址单元都具有唯一地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。主存储器采用的是这种方式。

(4)相联存取

也是一种随机存取的形式，但是选择某鼻元进行读写是取决于其内容而不是其地址。Cache 采用该方法进行访问。相联存储器是 Cache 一部分，Cache 中有按内容寻址的相联存储器，用于存放与Cache中数据相对应的主存地址，可以快速检索、判断 CPU 读取的某个字当前是否存在于 Cache 中

1.6主存储器（主存类型、主存容量计算）

传统意义上存储器分为 RAM 和 ROM„

(1)RAM 和 ROM

RAM 是随机存储器，数据可读可写，一旦掉电，数据将消失。ROM 是只读存储器，掉电后数据依然保存。 RAM 有静态和动态两种：静态 RAM 只要上电后信息不丢失，无须刷新电路过程，消耗较多功率，价格也较高。常作为芯片中的 Cache 使用。最常用的动态 RAM 需要上电后，再定时刷新电路才能保持数据，而动态 RAM 集成度高、存储密度高、成本低，功耗低，适于作大容量存储器。常用在内存中。

(2)Cache

在计算机执行时，需要从主存中读取指令和数据，需要将外存的数据读入内存中，这些读取的过程都是造成计算机性能下降的瓶颈，为了尽可能减少速度慢的设备对速度快的设备的约束，可以利用高速缓存 Cache 技术。

(3)磁盘

与计算机技术一样，存储技术也在不断发展，在现代计算机中，最常见的存储介质包括机械硬盘、光盘、磁带，固态硬盘 SSD 等

(4)存储器容量计算

实际的存储器总是由一片或多片存储芯片+控制电路构成的。芯片数量 N 存储器容量/ 存储芯片容量。如果存储器有 256 个存储单元，那么它的地址编码为 0〜255,对应的二进制数是 00000000-11111111,需要用 8 位二进制来表示，也就是地址宽度为 8 位，需要 8 根地址线。
存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量，存储容量的单位是 B、KB、MB、 GB 和 TB 等。例如：按某存储器字节编址，地址从 A4000H 到 CBFFFH,则表示有(A4000—CBFFF) + 1 个字节，即 28000H 个字节，转换为十进制是 160KB。度用 16KX4bit 的存储器芯片构成该内存，共需 160K8/16K4=20 片。
非格式化容量=位密度 x n x 最内圈直径 x 总磁道数注意：位密度是每道不同的，但每道的容量是相同的。0 道是最外面的磁道，其位密度最小格式化容量=每道扇区数 X 扇区容量 X 总磁道数常见的磁盘性能指标包括磁盘转速、寻道时间、硬盘表面温度、道至道时间、高速缓存、平均访问时间、磁盘容乐。

答案

Q1 :A 解析：215/8=26—7 ； 26/8 = 3–2 ；故===>327（8）、
Q2 :C 解析：1-负数，负数反码除了符号其他都相反，补码=反码+1

彩蛋

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