第一章：计算机系统知识

原/反/补/移码

	数值1	数值-1	1-1(运算)
原码	0000 0001	1000 0001	1000 0010(×)
反码	0000 0001	1111 1110	1111 1111(×)
补码	0000 0001	1111 1111	0000 0000(运算 √)
移码	1000 0001	0111 1111	1000 0000(×)

码由8位0和1组成，第一位表示符号位(即正负)其余的数表示数值

原码

正数的原码，第一位(符号位)为0，其余按照二进制补齐数值即可。
负数的原码，第一位(符号位)为1，其余按照二进制补齐数值即可。

反码

正数的反码是本身。
负数的反码，除了符号位之外，取余分别取反。

补码

正数的补码是本身
负数的补码等于反码+1。(或者说，补码等于原码除符号位外，其余分别取反再加一)

移码

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。

数值的运算

数值的运算必须使用补码运算，使用其他的码运算可能会出错，如上表

逆向思维

知道补码，求原码

则先减一，除符号位，其余分别取反

CPU结构

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

流水线

基本概念

流水线计算(公式)

首先，流水线周期是指在（取指、分析、执行）三个阶段中时间最长的一段，对应上面的例题，最长的一段时间为2ns，所以流水线周期为2ns。

100条指令全部执行完毕需要的时间为：理论公式：（2+2+1）+（100-1）*2=203ns。

100条指令全部执行完毕需要的时间为：实践公式：（3+100-1）*2=204ns。（公式中的k表示指令被分成了几段）

流水线吞吐率计算

考点知识

选择题考点

	RISC 精简指令集计算机	CISC 复杂指令集计算机
指令种类	少、精简	多、丰富
指令复杂度	低(简单)	高(复杂)
指令长度	固定	变化
寻址方式	少	复杂多样
实现(译码)方式	硬布线控制逻辑 (组合逻辑控制器)	微程序控制技术
通用寄存器数量	多、大量	一般
流水线技术	支持	不支持

CPU组成

CPU主要有运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成，如图所示。

01-CPU基本组成结构示意图-20230114-064

注意：内部总线和系统总线不一样，算数逻辑运算单元是运算器。

SRAM & DRAM

	SRAM	DRAM
原理	触发器	电容
读出	非破坏性	破坏性
刷新	不用	用
送地址	一起送	分列分开送
速度	快	慢
集成度	低	高
功耗	高	低
成本	高	低
用途	Cache	内存