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第一章计算机系统构成及硬件基础知识

news 2025/6/8 9:50:28

第一节计算机系统硬件基本组成

运算器：是数据加工的处理部件，完成计算机的各种算术和逻辑运算。运算器包括：算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器。
控制器：用于控制整个CPU的工作，决定了计算机运行过程的自动化，不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常的事件。控制器包括：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、地址寄存器（AR）、指令译码器（ID）、时序部件等。
计算机的用途及性能指标要求：
（1）用作科学计算为主的计算机，对主机的运算速度要求很高；
（2）用作大型数据库处理为主的计算机，对主机的内存容量、存取速度和外存储器的读写速度要求较高；
（3）用作网络传输的计算机，要求有很高的I/O速度，应当有高速的I/O总线和相应的I/O接口。
各个部件的功能：
（1）指令寄存器：是CPU中的关键寄存器，用来存放当前从主存储器读出的正在执行的指令，对用户是完全透明的，其位数取决于指令字长；
（2）地址寄存器：用于保存当前CPU所访问的内存单元的地址；
（3）程序计数器：用于存放待执行（下一条）指令的地址；
（4）状态寄存器：用来存放计算结果的标志信息，如进位标志、溢出标志等；
（5）通用寄存器：用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果；
算术逻辑单元中的部件：加法器
中央处理器主要包括运算器和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。所以CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。
字长越长，运算精度越高

第二节数据的表示

补码：在进行算术运算时，符号位与数值位一起参加运算，采用一样的规则不需要特殊处理。用补码进行加减运算比较简便，也是大多数计算机采用的方式。 8位整数补码表示的整数范围是-128~+127
若计算机字长为32，则采用补码表示的整数范围为[-2^31
,2^31)
原码
反码
移码
二进制转十六进制：二进制从右向左，每
0101 1011 —>5 B
0+4+0+1=5
8+0+2+1=11 -->B
十六进制转二进制：二进制从右向左，每三位一组，不足三位补0
ABH —>1010 1011
A–>10–>1010 B–>11–>1011 H：十六进制
二进制转八进制：
000 011 011
二进制单位换算：
1TB=1024GB
1GB=1024MB
1MB=1024KB
1KB=1024B
1B=8bit
内存按字节编址，地址从90000H到CFFFFH，则存储容量为多少？----> 256KB
存储单元数为CFFFFH-90000H+1=40000H
转换为二进制：416^4 等于2的18次方
内存按字节编址，2的18次方B = 2的8次方KB =256KB。
若用存储容量为8K8bit的存储芯片构成该内存，至少需要多少片？---->32
1B=8bit
8K8bit=8K1B=8KB
需要256KB/8KB=32个芯片组成该内存
数的浮点表示形式：N=2^EXF，其中E为阶码，F为尾数。阶码通常为带符号的纯整数，尾数为带符号的纯小数。浮点数的表示格式如下：阶符阶码数符尾数
一个数的浮点表示不是唯一的。当小数点的位置改变时，阶码也相应改变，因此可以用多种浮点形式表示同一个数。浮点数所表示的数值的范围由阶码决定，所表示数值的精度由尾数决定。