计算机系统基础知识

合集 - 计算机结构与组成(2)

1.计算机系统基础知识2024-01-02

2.计算机体系结构2024-01-07

收起

1 硬件组成

硬件系统5大部件

• 运算器
• 控制器
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备

中央处理单元

• 硬件系统的核心 CPU, Central Processing Unit
• 数据加工处理

功能：算术运算、逻辑运算及控制

存储器

• 记忆设备

内部存储器	外部存储器
速度高、容量小	速度慢、容量大
临时存放程序、数据、中间结果	长期保存程序、数据

外部设备（外设）

• 输入设备

输入原始数据、各种命令

• 输出设备

输出运行结果

2 中央处理单元

CPU功能

1. 程序控制

执行指令控制程序执行顺序

2. 操作控制

产生指令操作信号送往对应部件,控制相应部件按指令功能要求操作

3. 时间控制

控制操作信号出现时间、持续时间、出现顺序

4. 数据处理

算术运算、逻辑运算加工处理数据

5. 响应中断

响应并处理系统内部、外部中断（异常）

CPU组成

运算器、控制器、寄存器组、内部总线等部件

运算器功能

执行算术运算：加减乘除等；
执行逻辑运算、逻辑测试：与、或、非、比较等

运算器组成

• 算术逻辑单元 ALU

算术和逻辑运算

• 累加寄存器 AC

运算结果或源操作数存放区

• 数据缓冲寄存器 DR

暂时存放内存指令或数据

• 状态条件寄存器 PSW

保存指令运行结果条件码内容，如溢出标志等

控制器（控制整个CPU工作）

• 指令寄存器 IR

暂存CPU执行指令

• 程序计数器 PC

存放指令执行地址

• 地址寄存器 AR

保存当前CPU所访问的内存地址

• 指令译码器 ID

分析指令操作码

指令和数据

• CPU依据指令周期的不同阶段区分二进制指令和数据，指令周期不同阶段，指令会命令CPU分别去取指令或数据

3 数据表示

进制表示

	二进制	十六进制
符号	0b	0x或H
示例	0b0011	0x18F 或 18FH
范围	0，1	0，1，...，A，B，C，D，E，F

R进制整数转十进制

位权展开法

6进制5043转十进制
5043 = 56^3 + 06^2 + 46^1 + 36^0 = 1107

十进制转R进制

辗转相除法

除以R倒取余数：十进制整数除以R，记录余数，若商不为0，继续除以R，直至商为0，而后将余数从下至上倒序写即为结果
225=1×2⁷+1×2⁶+1×2⁵+0×2⁴+0×2³+0×2²+0×2¹+1×2⁰

m进制转n进制

先将m进制转十进制，再将十进制转n进制
二进制转八进制/十六进制可直接转换

• 二进制转八进制

每三位二进制转为一位八进制，二进制位数不是三的倍数，在前面补0
二进制01101，补0后为001101，001=1，101=1*2^2+1*20=5，即01101=15

• 二进制转十六进制

每四位二进制转为一位十六进制，二进制位数不是四的倍数，在前面补0
二进制101101，补0后为00101101，0010=2，1101=1*2^3+1*22=13=D，即101101=2D

机器数

1. 各种数值在计算机中表示的形式，其特点是使用二进制计数制，数的符号用0和1（负数）表示，小数点则隐含，不占位置。
2. 机器数有无符号数和带符号数之分。

• 无符号数表示正数，没有符号位。
• 带符号数最高位为符号位，正数符号位为0，负数符号位为1。

定点表示法

分为纯小数和纯整数两种，其中小数点不占存储位，而是按照以下约定:

• 纯小数:约定小数点的位置在机器数的最高数值位之前
• 纯整数:约定小数点的位置在机器数的最低数值位之后

真值

机器数对应的实际数值

带符号数

正数的原码、反码、补码相同

当真值为-45

• 原码、反码、补码

关于 -128 ，+128，-0，+0，-1 的反码补码
原码, 反码, 补码 详解
从模运算的角度看原码和补码
原码、反码和补码，彻底讲清楚它们的关系
原码、反码和补码

• 移码