文章目录

计算机科学技术基础
- 一. 进制转换
- - 1.1 2的次方表
  - 1.2 二进制转十进制
  - 1.3 二进制转八进制
  - 1.4 二进制转十六进制
  - 1.5 八进制转十进制，十六进制
  - 1.6 十进制转二进制十六进制
- 二. 数据表示
- - 2.1 计算机中的原码，反码，补码
  - 2.2 原码
  - 2.3 反码
  - 2.4 补码
- 三. 逻辑运算
- - 3.1 逻辑与
  - 3.2 逻辑或
  - 3.3 逻辑非
  - 3.4 逻辑异或
- 四. 计算机机构
- - 4.1 五大组件
  - 4.2 运算器与控制器（简单理解）
  - 4.3 运算器包括
  - 4.4 控制器包括
- 五. 寻址方式
- - 5.1 立即寻址方式
  - 5.2 直接寻址方式
  - 5.3 间接寻址方式
  - 5.4 寄存器寻址方式
  - 5.5 寄存器间接寻址方式
- 六. 弗林分类（Flynn）
- 七. 流水线技术
- - 7.1 未使用流水线指令的情况
  - 7.2 使用流水线指令的情况
- 八. 多级存储结构
- - 8.1 局部性原理
  - 8.2 存储方式
- 九. 主存
- 十. 磁盘

计算机科学技术基础

知识点：

数制转换
- 二进制，八进制，十六进制
数据表示
- 数的表示（源码，反码，补码）
- 非数值表示（字符，汉字）
- 校验方式（CRC校验，奇偶校验）

一. 进制转换

1.1 2的次方表

进制转换都可以通过2 的次方表进行

2的次方表

0	1	2	3	4	5	6	7
1	2	4	8	16	32	64	128

1.2 二进制转十进制

十进制= 0 - 9

二进制数 10101101 转换为十进制

10101101
= 128 + 32 + 8 + 4 + 1
= 173（十进制）

1.3 二进制转八进制

八进制 = 0 - 7
二进制数的 10101101 转换为八进制

二进制 三位 表示一位八进制数
如果不够的可用 0 补全

按 2 的次方计算

二进制	010	101	101
八进制	2	5	5

反过来八进制也可以转换二进制

1.4 二进制转十六进制

十六进制= 0 - F
二进制数 10101101 转换为十六进制

二进制数的 四位 表示一位十六进制数
如果不够的可用 0 补全

按2的次方计算

二进制	1010	1101
十六进制	A（10）	D（13）

反过来十六进制也可以转换二进制

1.5 八进制转十进制，十六进制

八进制数转换十进制十六进制可以先转换为二进制在转换为对应进制，十进制同理。

八进制数 764 转换为十进制数

八进制	7	6	4
二进制	111	110	100

二进制数 111110100 转换为十进制

512+128+64+32+16+4
= 1364（十进制）

八进制 756 = 十进制 1364

八进制数 764 转换十六进制数

八进制	7	6	4
二进制	111	110	100

十六进制按 4 位一组展开

二进制	0001	1111	0100
十六进制	1	F（15）	4

1.6 十进制转二进制十六进制

十进制 1023 转二进制
十进制数减 <=最接近这个数的2的次方

十进制	1023
二进制	1111111111

1023 最接近 2^9（512）

1023-512-256-128-64-32-16-8-4-2-1=0

十进制转十六进制一样可以先转二进制在转十六进制

十进制	1023
二进制	1111111111

二进制	0011	1111	1111
十六进制	3	F	F

二. 数据表示

在计算机中是以补码的方式存储表示一个数据的。

2.1 计算机中的原码，反码，补码

最高位是符号位（0表示正数，1表示负数），剩下7位是数据位
一个正数的原码，补码，反码都是相同的，负数不同

2.2 原码

符号位：正0负1
数据位：按二进制展开

+1 的原码是 0 0000001
-1 的原码是 1 0000001

2.3 反码

正数跟原码一致
负数符号位不变，数据为取反

+1 的反码是 0 0000001
-1 的反码是 1 1111110

2.4 补码

正数跟原码一致
负数是在反码的数值上+1

+1 的补码是 0 0000001
-1 的补码是 1 1111111

	数值1	数值-1	1+(-1)
原码	0 0000001	1 0000001	1 0000010
反码	0 0000001	1 1111110	1 1111111
补码	0 0000001	1 1111111	0 0000000

特殊
只有补码才能表示 - 128

例题：

已知 x=-53/64，若采用8位定点机器码表示，则[x]原=（），[x]补=（）

A. 01101101
B. 11101010
C. 11100010
D. 01100011

A. 11000011
B. 11101010
C. 10011110
D. 10010110

带符号的首先求出原码

把分子带入2的负次方进行通分
1/2 同乘 32

符号位	1/2	1/4	1/8	1/16	1/32	1/64	1/128
1	32/64	16/64	8/64	4/64	2/64	1/64	1/128
1	1	1	0	1	0	1	0

53-32=21
21-16=5
5-4=1
1-1=0

x[原] = 11101010

已知 x[原]

x[反] = 10010101

x[补] = 10010110

三. 逻辑运算

3.1 逻辑与

一个为假即为假
0 与 0 = 0
0 与 1 = 0
1 与 1 = 1

3.2 逻辑或

一个为真及为真
0 或 0 = 0
0 或 1 = 1
1 或 1 = 1

3.3 逻辑非

取反

3.4 逻辑异或

相同为假，不同为真
0 异或 0 = 0
0 异或1 = 1
1 异或1 = 0

四. 计算机机构

冯诺依曼计算机体系结构

4.1 五大组件

运算器（CPU一部分）
控制器（CPU一部分）
输入设备（鼠标，键盘）
输出设备（显示器，打印机）
存储器（内存，主存）

4.2 运算器与控制器（简单理解）

运算器负责程序运算与逻辑判断
控制器负责协调各个组件工作

4.3 运算器包括

算数逻辑单元ALU
累加寄存器（累加器）
数据缓存寄存器
状态条件寄存器

算数逻辑单元ALU：
进行算数与逻辑运算

累加寄存器：
暂时存放中间结果

数据缓存寄存器：
CPU有数据需要放内存，或者内存有数据需要到CPU，可以暂时放数据缓存寄存器。

状态条件寄存器：
存储状态信息，flag寄存器

4.4 控制器包括

指令计数器PC（程序计数器PC）
指令寄存器IR
指令译码器
时序部件

指令计数器PC：
运算器需要运算程序，指令需要从内存得到
而指令计数器负责存储存放在内存中的指令地址
当指令计数器取出一个指令之后，指令计数器地址会 +1

指令寄存器IR：
当指令计数器把指令与数据取出来之后就会放入指令寄存器 IR

指令译码器：
想要知道指令需要我们做什么，就需要从指令译码器得出操作码

时序部件：
控制整个流程

五. 寻址方式

指令（操作码，地址码）

操作码（指令要我做什么）
地址码（找到操作对象，操作数）

5.1 立即寻址方式

操作数直接在指令中，数度快，灵活性差

5.2 直接寻址方式

指令中存放的是操作数的地址

5.3 间接寻址方式

指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址

5.4 寄存器寻址方式

寄存器存放操作数

5.5 寄存器间接寻址方式

寄存器内存放的是操作数的地址

六. 弗林分类（Flynn）

体系结构类型	结构	关键特性	代表
单指令流，单数据流 SISD	控制部分一个，处理器：一个，主存模块：一个		单处理器系统
单指令流，多数据流 SIMD	控制部分：一个，处理器：多个，主存模块：多个	各处理器以异步的形式执行同一条指令	并行处理机，整列处理机，超级向量处理机
多指令流，单数据流 MISD	控制部分：多个，处理器：一个，主存模块：多个	被证明不可能，不实际	目前没有，文献称为流水线计算机为此类
多指令流，多数据流 MIMD	控制部分：多个，处理器：多个，主存模块：多个	能够实现作业，任务，指令等各级全面并行	多处理器系统，多计算机

七. 流水线技术

7.1 未使用流水线指令的情况

简单的理解一条指令

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取指

分析

执行

取出1，分析1，执行1
每做一步骤需要占用一个时间单位，完成这三个指令，需要9个时间单位完成全部指令

7.2 使用流水线指令的情况

取出第一条指令后继续取后面的指令，不管指令是否执行。

使用流水线指令只用了5个时间单位

流水线计算

流水线执行时间：（t1+t2+t3）+（n-1）t
t 是流水线周期，它表示执行时间最长的一段

八. 多级存储结构

8.1 局部性原理

寄存器：CPU内
高速缓存：CPU经常读取主存的数据会被放在高速缓存
主存：内存
外存：硬盘

DRAM：动态随机存取存储器（刷新电路）一般存在主存中
SRAM：静态随机存取存储器（无需刷新电路）存在高速缓存中

CPU处理速度最快，比主存速度快太多，在寄存器和内存中放一个高速缓存以提高运行速度

8.2 存储方式

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顺序存储

无地址

磁带

直接存储

有地址,与位置有关

硬盘,软盘,光盘

随机存储

有地址,与地址无关

内存,U盘

相联存储

按内存存取

高速缓存 Cache

九. 主存

按字编址：存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字
按字节编址：存储体的存储单元是字节存储单元，最小寻址单位是字节

根据存储器所要求的容量和选定的存储芯片的容量，就可以计算所需芯片的总数

总片数=总容量/每片的容量

例题
在计算机系统中总线宽度分为地址总线宽度和数据总线宽度。若计算机中地地址总线宽度位32位，则最多允许直接访问主存储器()物理空间
A. 40MB
B. 4GB
C. 40GB
D.400GB

2的32次方
=2^2 * 2^10 * 2^10 * 2^10
2^10 = 1k
1M=1024k=2^10k
1G=1024M=2^10M

= 4 G

十. 磁盘

非格式化容量 = 位密度 * Π * 最内圈直径 * 总磁道数

格式化内容 = 每道扇区数 * 扇区容量 * 总磁盘道数

平均数据传输速率 = 每道扇区数 * 扇区容量 * 盘片转数

存取时间 = 寻道时间 + 等待时间（平均定位时间+转动延迟）

例题：

硬盘的性能指标不包括（），其平均访问时间=（）。

A. 磁盘转数及容量
B. 磁盘转数及平均寻道时间
C. 盘片数及磁道数
D. 容量及平均寻道时间

A. 磁盘转数+平均等待时间
B. 磁盘转数+平均寻道时间
C. 数据传输时间+磁盘转数
D. 平均寻道时间+平均等待时间

(CD)

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