计算机系统概论

计算机系统由软件和硬件两大部分组成

计算机的基本组成

计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

计算机结构图

现代计算机结构及工作步骤

算术逻辑单元

ALU:用来完成算术逻辑运

控制单元

CU:用来解释存储器中的指令,并发出各种操作命令来执行指令

寄存器

寄存器:寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。

名词解释：

计算机硬件组成原理名词解释 CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS

CPU：Central Processing Unit，处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。
PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。
IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。
CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。
ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。
ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。
MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。
X：此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数；
MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。
I/O：Input/Output equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。
MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。
CPI：执行一条指令所需的时钟周期（机器主频的倒数)。
FLOPS：浮点运算次数每秒。

工作步骤

执行过程

计算机硬件的主要技术指标

计算机组成原理——机器字长、指令字长、存储字长

机器字长，计算机字长，指令字长，存储字长，数据字长

机器字长: 机器字长是指CPU 一次能处理数据的位数

机器（计算机）字长：等于MDR（存储器数据寄存器）的位数，通常为8的整数倍
指令字长：指令=操作+数据地址，冯诺依曼计算机体系采用的是‘存储程序’根本特征，因此指令在运行时会存储在MDR当中，因此一般来说，指令字长=机器（计算机）字长
存储字长：同理，数据暂存在MDR当中，存储字长=MDR位数
数据字长：指计算机的数据总线一次可以传递的位数，通常大于MDR位数

计算机的运算方法

学习引入

进制转换

B:二进制 D:十进制 O:八进制 H:十六进制

数据存储

本章讲述计算机的运算方法，为了运算我们需要存储数据，那么计算机的数据是如何存储的？

以字节方式存储

无符号数和有符号数

无符号数

计算机中的数均放在寄存器中，通常称寄存器的位数为机器字长。所谓无符号数，即没有符号的数，在寄存器中的每一位均可用来存放数值。当存放有符号数时，则需留出位置存放符号。

因此，在机器字长相同时，无符号数与有符号数所对应的数值范围是不同的。以机器字长为8位为例，无符号数的表示范围为0~255（共256个），而有符号数的表示范围为－ 127 ~ +127（共255个）【少了一个的原因是 0的特殊存在】

有符号数

定点数

正负表示

0表示正数，1表示负数

小数点表示

原码表示

由于原码只是方便表示，简单明了，使用原码进行加减运算时，却带来了许多麻烦。例如，当两个操作数符号不同且要做加法运算时，先要判断两数绝对值大小，然后将绝对值大的数减去绝对值小的数，结果的符号以绝对值大的数为准，因此补码是很好的选择

补码表示

原码——>补码

数值位按位取反，末尾+1

整数：负的补码，先补0，再取反求补码

小数：负的补码，先求补码，再补0

反码

直接取反

移码

浮点数

IEEE 754 标准

它表示浮点数的正负，但与其有效位（尾数）是分开的。阶码用移码表示，阶码的真值都被加上一个常数（偏移量）

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