计算机：是现代一种用于高速计算的电子计算机器。进行数值计算和逻辑计算，具有记忆存储功能，按照程序运行，自动，高速处理海量数据的现代智能电子设备
计算机组成：是计算机系统结构的逻辑实现，包括物理机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计，它着眼于物理机器级内各事件的排列方式和控制方式，各部件的功能以及各部件的联系

第一章计算机系统概论

计算机系统：由计算机配以相应的外围设备（如键盘，显示器等）、电源和其他辅助设备，及足够的软件而构成的系统
计算机：以中央处理器为核心，配以内存储器、输入/输出接口电路，通过总线（Bus）结构连接而构成的裸机
中央处理器（CPU）：是一块超大规模的集成电路，是计算机的控制中心和运算中心，主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据
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数字计算机的硬件组成

运算器：进行数值和逻辑运算
存储器：保存解题的原始数据和解题步骤
存储单元：保存一个字的单元
地址：在存储器中被分为许多存储单元，每个存储单元的编号为地址
存储容量：存储器中所有存储单元的总数
控制器：是计算机中发号施令的部件，它控制计算机的各个部件有条不紊的进行工作，它的主要任务是从内存中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作
计算机中的CPU由运算器、控制器和cache组成

计算机系统的层次结构

分层次认识计算机系统的方法，从机器语言的角度出发，把计算机系统按功能划分成多级层次结构
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第二章运算方法和运算器

真值：是变量本身所具有的真实值，是理想的概念，一般是无法得到的，一般用约定真值或相对真值来代替。在计算机数值表示中，用正负号加绝对值表示数据的形式被称为“真值”
机器数：是将符号数字化的数，是数字在计算机中的二进制表示形式
机器码：是将硬件序列号经过一系列加密、散列形成的一串序列号。是根据电脑的硬件（主板）信息经过一定公式运算而自动生成的一组数字

数据与文字的表示方法

机器数的特点：符号数字化，其数的大小受机器字长的限制
带符号位的机器数对应的值成为机器数的真值

进制转换

非十进制数转为十进制：按权展开再相加
十进制转换为其他进制：整数除基取余，小数部分乘基取整

数据格式

定点表示法
浮点表示法

尾数：用定点小数表示，给出有效数字的位数决定了浮点数的精度
阶码：用整数形式表示，指明小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围
IEEE754标准：32位浮点数的标准格式为

S：浮点数的符号位，1位，0表示整数，1表示负数
M：尾数，23位，用小数表示，小数点放在尾数域的最前面
E：阶码，8位，采用移码的方式表示，浮点数指数真值e = E -127
ｘ＝(－1)s×(1.Ｍ)×2Ｅ－127　　
　　e＝Ｅ－127　　　　　　　　(2.5)
IEEE754标准：64位浮点数的标准格式为
S：符号位，1位
E：阶码，11位
M：尾数，52位

机器零：当浮点数的尾数为0，不论其阶码为何值，或者当阶码的值遇到比它能表示的最小值还小时，不管其尾数为何值，计算机都把该浮点数看出零值
正零：阶码全为0且尾数也全为0时，表示的真值x为0，符号位也为0
负零：阶码全为0且尾数也全为0是，符号位为1
正无穷大：阶码全为1，尾数为0，符号位为0
负无穷大：阶码全为1，尾数为0，符号位为1
在32位浮点数表示中，要除去E全用0和全1表示零和无穷大的特殊情况，所以指数的偏移值不选128，而选127，
对于规格化浮点数，E的范围为1到254，真正的指数e的范围在-126到127.因此32位浮点数表示的绝对值的范围是10^(-38)到10³⁸

数的机器码表示

在数的机器码表示中，通常有原码，反码，补码和移码
原码：有正零和负零
补码：0的补码只有一种形式，原码除符号位其他取反+1
反码：原码除符号位其他取反
移码：一般是补码符号位取反

字符的表示方法

国际上通用的七位ASCII码，一共128个元素

定点加法减法运算

补码加减法：在模2ⁿ⁺¹意义下，任意两个数的补码之和等于该两数之和的补码，这以为着，补码运算符号位也参与，同时高于n+1的位要丢掉

全加器

考虑底位进位和向高位的进位
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内部总线

按总线的位置分为：内部总线（CPU内各部件的连线）和外部总线（系统总线）
按总线的逻辑结构分为：单向传送总线和双向传送总线

浮点运算

0操作数检查
比较阶码大小并完成对阶（小阶向大阶对齐）
尾数求和
结果规格化
舍入操作
溢出处理

第三章多层次的存储器

存储器概述

主存储器的技术指标

处理机字：运算器中一次运算，能够完成的二进制数
处理机字长：运算器中一次运算，能够完成的二进制数的长度
字存储单元：存放一个机器字的存储单元，相应的单元地址称为字地址
字节存储单元：存放一个字节的存储单元，相应的地址称为字节地址
存储容量：指一个存储器中可以容纳的存储单元总数。存储容量越大，能存储的信息越多
存取时间：指一个读操作从发出到该操作完成，将数据读取到数据总线上所经历的时间，通常取写操作时间等于读操作时间
存储时间：指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间，存储时间略大于存取时间
存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，通常以位/秒或字节/秒做度量单位

SRAM

读、写周期波形图

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存储器容量的扩充

并行存储器

由于CPU和存储器的速度不匹配，CPU的速度越来越快，而存储器的速度还是比较慢，为了提高存储器的读写毒素，采用不同的组织方法来提高主存与CPU之间的数据交换速度
提高CPU和主存之间的数据交换速度：

采用更高的存储器或加长存储器字长
采用并行操作的双端口存储器
采用cache
采用交叉存储器

为了提高主存和CPU之间的数据传输率，除了主存采用更高速的技术来缩短读出时间外，还可以采用并行技术的存储器

双端口存储器

双端口存储器是指一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路，是一种高效工作的存储器

交叉存储器

交叉存储器实质上是一种多模块存储器，它用资源重复的方式执行多个独立的读写操作

程度访存的局部性原理（按层次构成存储器体系的主要依据）

由于程序在运行过程中，大部分是可放在容量较大，速度较慢，成本较低的慢速存储部件中，只需将其中一小部分（10%-20%）存放在高速的存储部件中，这便是虚存，cache高速缓存得以实现的具体根据

Cache