数据库系统工程师（软考）

数据库系统工程师

1.1计算机系统基础知识
1.1.2数据表示和校验

# 计算机系统知识

2020.9.10开始备考

1.1计算机系统基础知识

CPU：硬件系统的核心，是运算器，控制器等部件的集合，可以完成数据的加工，逻辑运算，算术运算以及控制功能。

存储器：计算机系统的运算设备。

内部存储器：容量小，速度快。
外部存储器：容量大，速度慢。

中央处理器(cpu)

它是计算机系统的核心部件，负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行

1.CPU的功能

程序控制：按照程序安排执行指令，通过执行程序控制计算机的行为操作控制：一条指令需要诺干的操作信号来完成，CPU产生每条指令的操作信号并发
送到不同的部件，控制相应的部件按指令的要求完成操作时间操作：CPU对每个指令的执行时间都进行了严格的控制，同时对于操作信号出现
的时间、持续时间、出现的先后顺序进行严格控制数据处理：CPU对逻辑运算方式，算术运算方式进行数据加工处理，使得处理的数
据结果能为人所用，这也是CPU最根本的任务此外CPU还需要对系统内部和外部的中断进行反应，并处理、

2.CPU的组成

CPU主要是由运算器、控制器、寄存器和内部总线等部件组成

运算器

包括算术逻辑单元、累加器、缓冲寄存器和状态条件寄存器等，受控制器指挥

 算术逻辑单元（ALU）：负责处理数据，对数据进行算术运算和逻辑运算。累加寄存器（AC）：为一个通用寄存器，充当运算器的算术逻辑单元和执行算术或逻辑运算，为ALU提供一个工作区。数据缓冲寄存器（DR）：对内存储器进行读写操作时，用DR暂时存放内存储器的一条指令或数据字，并依据不同时间内读写的数据隔离开。即作为内存储器与外围设备之间在操作速度上的缓冲（在但累加器结构的运算器中，DR还可兼做操作数寄存器）状态条件寄存器（PSW）: 保存算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容

控制器

控制整个CPU的工作，由指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等。

 指令寄存器（IR）：内部存储器->--CPU指令-->缓冲寄存器->IR(暂存)->指令译码器程序计数器(PC)：具有寄存信息和计数两种功能也称指令计数器，两种执行，顺序执行（大部分），转移执行地址寄存器（AR）：由于内存和CPU速度上存在着差异，所以使用AR保存当前CPU所访问的内存单元的地址。指令译码器（ID）：包含操作码和地址码，分析解释操作码，识别指令操作，然后向操作控制器发出具体的控制信号总线逻辑是多个功能部件服务的信息通路的控制电路，控制各种中断请求寄存器组：分为专用寄存器与通用寄存器，运算器控制器中的为专用寄存器（作用时固定的），通用用途广泛且可自定义。

3.多核CPU

又被称为内核，所有的计算、接收/存储命令、处理数据都由核心执行

1.1.2数据表示和校验

 数值在计算机的表示中成为机器数，而机器数分为无符号数与带符号数，在带符号数中0为正1为负，而无符号数没有符号位都表示为正数。

1.数值数据编码

 带符号的机器数采用原码、反码和补码等不同的编码方法

（1）原码表示法：原码记作 [X]原[X] \tiny 原[X]原
当X为纯整数时
X={X0≤X≤2n−1−12n−1+∣X∣-(2n−1−1)≤X≤0X = \begin{cases} X&\text{0$\leq$X$\leq2^{n-1}-1$}\\ 2^{n-1}+|X| &\text{-($2^{n-1}-1)$ $\leq$X$\leq$0} \end{cases} X={X2n−1+∣X∣0≤X≤2n−1−1-(2n−1−1) ≤X≤0
当X为纯小数时
X={X0≤X<120+∣X∣−1<X≤0X = \left\{\begin{array}{lc}X&0\leq X<1\\2^0+\vert X\vert&-1<X\leq0\end{array}\right. X={X20+∣X∣0≤X<1−1<X≤0
前面的形如2^n为符号位0为正号，1为负号，再加上后置位的二进制位数。

(2)反码表示法：记作[X]反\tiny 反反
当X为纯整数时
X={X0≤2n−1−12n−1+X−(2n−1−1）≤X≤0X = \left\{\begin{array}{lc}X&0\leq2^{n-1}-1\\2^n-1+X&-(2^{n-1}-1）\leq X\leq0\end{array}\right. X={X2n−1+X0≤2n−1−1−(2n−1−1）≤X≤0
当X为纯小数时
X={X0≤X<12−2−（n−）+X−1<X≤0X= \left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X<1\\2-2^{-（n-）}+X&\;\;-1<X\leq0\end{array}\right. X={X2−2−（n−）+X0≤X<1−1<X≤0
即正数形式跟原码一致，负数则是原码的2n−1−X\\2^{n-1}-X2n−1−X

(3).补码表示法：记作[X]补\tiny 补补
当X为纯整数时
X={X0≤X≤2N−1−12n+X−2n−1≤X≤0X=\left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X\leq2^{N-1}-1\\2^n+X&\;\;-2^{n-1}\leq X\leq0\end{array}\right. X={X2n+X0≤X≤2N−1−1−2n−1≤X≤0
当X为小数时
X={X0≤X<112+X−1≤X<0X=\left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X<11\\2+X&\;\;-1\leq X<0\end{array}\right. X={X2+X0≤X<11−1≤X<0
即为负数时，补码为反码小数点前的末尾加1。

(4).移码表示法：在数X上增加一个偏移量来定义，如果机器字长n,规定偏移量为2n−12^{n-1}2n−1即改变符号位，在偏移形如2n−12^{n-1}2n−1的情况下，只需要改变其补码的符号位即可得出移码。

定点数：分为定点整数，小数点在最低有效位之后，和定点小数，小数点在最高有效位之前。

总结转换规律：原码逐位求反（负数）→\underrightarrow{逐位求反（负数）}逐位求反（负数）反码末尾加1（负数）→\underrightarrow{末尾加1（负数）}末尾加1（负数）补码在2n−1中，符号位取反即可→\underrightarrow{在2^{n-1}中，符号位取反即可}在2n−1中，符号位取反即可移码