1.数据的表示

1.1 进制的转换  

1.1.1 R进制转十进制 

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这里写的详细一点就是:二进制10100.01 = 1×2^4 + 0×2^3 + 1×2^2 + 0×2^1 + 0×2^0 + 0×2^(-1) + 1×2^(-2),对于七进制604.01也是同样的道理。

1.1.2 十进制转R进制 

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对于十进制转R进制,采取的就是对十进制数除R取余,最后对余数取倒序即可。

如果将十进制数94转8进制,那么除8取余即可,其他情况均是如此。

1.1.3 二进制转八进制与十六进制

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①二进制转八进制:每三个二进制位对应一个八进制位,对于二进制数10001110,从低位开始三位三位的看,二进制的110对应八进制的6;二进制的001对应八进制的1;而此时只剩下两位10,那么在最前面补0(补满3位即可),也就是010,对应八进制的2,所以该二进制数10 001 110就对应八进制数216。

②二进制转十六进制:每四个二进制位对应一个十六进制位,对于二进制数10001110,从低位开始四位四位的看,二进制的1110对应十六进制的E(14);二进制的1000对应十六进制的8;如果不满四位,与转八进制一样,在最前面补0(补满4位即可)。在十六进制中,A=10,B=11,C=12,D=13,E=14,F=15。

1.2 原码反码补码移码 

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对于十进制数1,我们将其转为二进制为:1,如果用1个字节来存储它,我们会在它的左边补7个0(1个字节8位),也就是0000 0001,最高位是符号位(带符号的情况下),对于正数而言,符号位为0;对于负数,符号位为1。也就是说,对于正数1,它的原码就是0000 0001;对于负数1,它的原码就是1000 0001。

在上面的图表中,如果我们用原码进行1+(-1)的计算,会得到1000 0010这样的二进制数,此时的结果为-2。那么我们每个人都知道1+(-1)=0,所以原码表示的这种方式,是不能在机器中做直接的计算的。(用补码计算)

对于一个正数而言,它的原反补三码相同;对于一个负数而言,它的反码为:符号位不变,其余位按位取反(1变0,0变1);它的补码为:在原码的基础上,符号位不变,在剩下的位中,从低位开始找到第一个为1的那一位,从这个1开始的右边所有位都不变,左边所有位按位取反即可。在图中,对于二进制数1000 0001,首先符号位不变,然后从低位开始找到最末位为1,那么从它开始右边所有位不变,剩下左边的按位取反,即补码为1111 1111。

移码一般在特定的场合才会用到,比如浮点数运算中的阶码。而移码的求解方法,其实就是在补码的基础上,对于符号位进行取反即可。

表1-1 机器字长为n时各种码制表示的带符号数的范围
码制 定点整数 定点小数
原码 - (2^(n-1)-1) ~ + (2^(n-1)-1) - (1-2^-(n-1)) ~ +(1-2^-(n-1))
反码 - (2^(n-1)-1) ~ + (2^(n-1)-1) - (1-2^-(n-1)) ~ +(1-2^-(n-1))
补码 -2^(n-1) ~ +(2^(n-1)-1) -1 ~ +(1-2^-(n-1))
移码 -2^(n-1) ~ +(2^(n-1)-1) -1 ~ +(1-2^-(n-1))

从上图中,我们可以看到对于原码和反码表示的范围是一样的,并且是对称的。而对于补码和移码表示的范围是一样的,它可以比原码、反码表示的范围要多1(原因就在0这个位置)。

1.3 浮点数运算

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对于浮点数的相关计算方法,在这里就不做详细的叙述了,大家可以百度搜索学习。

需要记住的就是先进行对阶(小阶向大阶看齐),之后对尾数进行计算,最后是舍入处理,结果规格化。同时还要记住一点:尾数右移,阶码加1;尾数左移,阶码减1。

 

2.CPU结构 

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计算机的主机中包含两大部件:CPU和内存(主存储器)。而对于声卡、显卡、鼠标键盘这些都是属于外设的。

对于CPU,我们需要了解的就是运算器和控制器,以及这两者中的一些寄存器。

①算术逻辑单元 ALU:它是运算器的重要组成部件,负责处理数据,实现对数据的算术运算和逻辑运算。

②累加寄存器 AC:通常简称累加器,它是一个通用寄存器,功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时,为ALU提供一个工作区。

③数据缓冲寄存器 DR:作为CPU和内存、外设之间数据传送的中转站,作为CPU和内存、外设之间在操作速度上的缓冲。

④状态条件寄存器 PSW:保存由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。

⑤程序计数器 PC:用于存放下一条指令的地址。当一条指令被获取后,程序计数器的地址加1,指向下一条指令的地址。

⑥指令寄存器 IR:用于存放当前从主存储器读出的正在执行的一条指令。

⑦地址寄存器 AR:用于保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

⑧指令译码器 ID:计算机执行一条指令时,首先分析这条指令的操作码是什么,以决定操作的性质和方法,然后才能控制计算机其他各部件协同完成指令表达的功能,这个分析工作由指令译码器来完成。

 

3.Flynn分类法 

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

阵列处理机

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,

至少是不实际

目前没有,有文献称

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

多处理机系统

Flynn分类法中主要有两个指标:一个是指令流,一个是数据流。指令流为机器执行的指令序列;数据流是由指令调用的数据序列。无论是指令流还是数据流,它们都分为两种类型:单、多。

 

4.CISC和RISC

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