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计算机系统基础知识

基本组成

计算机系统由硬件和软件组成。
硬件由五大部分，他们分别是：

• 运算器 执行算数运算和逻辑运算
• 控制器 控制cpu的工作，决定了计算机运行过程的自动化。包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备

中央处理器(CPU)包含了运算器、控制器和一些其他部件，是硬件系统的核心，完成运算和控制的功能。

程序控制: cpu通过执行指令来控制程序的执行顺序。
操作控制： 指令的功能发出若干操作信号的配合。操作信号传递到相应的部件，部件按指令的要求进行操作。
时间控制： 对各种操作进行的时间进行严格控制。
数据处理： 通过算术运算以及逻辑运算对数据进行加工处理。
中断处理： 对系统内外的中断信号进行相应处理。

cpu的组成：运算器、控制器、寄存器组、内部总线等
运算器：

算术逻辑单元 ALU 逻辑、算数 运算
累加寄存器 AC 通用寄存器，在ALU工作时为它提供一个工作区。
数据缓冲寄存器 DR 作为cpu 和内存、外部设备之间传递数据的中转站
状态条件寄存器 PSW 保存状态标志和控制标志，进位（C）、溢出（V）、结果为0（Z）、负数（N）、中断（I）方向标志（D）等等等

控制器：

指令寄存器 IR cpu 执行一条指令时，先将它从内存中读入到缓冲寄存器DR中，再送入IR中，指令译码器根据IR的内容产生各种操作信号控制其他部件工作，完成功能。
程序计数器 PC 具有存储信息和计数的功能，别称 指令计数器，PC中始终保持着吓一条指令的地址。
地址寄存器 AR 其中保存者当前cpu所访问的内存单元的地址。
指令译码器 ID 指令包含操作码和地址码，对操作码进行分析识别，向控制器发出具体的控制信号。

寄存器组： 有通用专用之分，通用用途广泛，专用的作用是固定的。

存储器是计算机的记忆设备，主要由内部存储器和外部存储器。内部的速度快，容量小，一般用于临时存放数据；外部的速度慢，容量大，数据可长期保存。
输入输出设备（外设）：输入设备用于输入数据以及各种命令，输出设备用于计算机运行结果。

数据表示

机器字长8

• 原码

最高位是符号位，其余位表示数值的绝对值。

+1 = 0000 0001
-1 = 1000 0001
-127 = 1111 1111
+127 = 0111 1111
+0 = 0000 0000
-0 = 1000 0000
数据表示范围
-127 ，+127 ;
-(2 ^ (n-1)^-1)
(2^(n-1)-1)
小数 : -(1-2^-(n-1)) ~ +(1-2^-(n-1))
一共8位，一位作为符号位，7位用于计算 7位表示的最大值是2⁰+2¹+…+2⁶ = 2⁷-1 = 127

• 反码

最高位是符号位，正数与原码相同，负数的符号位不变，其余位与原码按位取反。

+1 = 0000 0001
+127 = 0111 1111
+0 = 0000 0000
-1 = 1111 1110
-127 = 1000 0000
-0 = 1111 1111
数据表示范围
-127 ，+127 ;
-(2 ^ (n-1)^-1)
(2^(n-1)-1)
小数 : -(1-2^-(n-1)) ~ +(1-2^-(n-1))

• 补码

正数的补码与原码，反码相同，负数是在反码的基础上加1

+1 = 0000 0001
+127 = 0111 1111
+0 = 0000 0000
-1 = 1111 1111
-127 = 1000 0001
-0 = 0000 0000
+0和-0的编码相同
正数的范围和前两者相同，负数者大一位
-(2 ^(n-1)-1 + 1) = -128
小数 : -1 ~ +(1-2^-(n-1))

• 移码

补码的符号位取反即为移码，不区分正负

+1 = 1000 0001
+127 = 1111 1111
+0 = 1000 0000
-1 = 0111 1111
-127 = 0000 0001
-0 = 1000 0000
正数的范围和前两者相同，负数者大一位
小数 : -1 ~ +(1-2^-(n-1))