第一章、计算机系统概论
1、计算机系统组成及性能：
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计算机系统是由“硬件”和“软件”组成。
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衡量一台计算机性能的优劣是根据多项技术指标综合确定的，既包括硬件的各种性能指标，又包括软件的各种功能。
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计算机系统由硬件和软件两部分组成。
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计算机系统性能由硬件和软件共同决定。
2、计算机系统5层层次结构：
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微程序机器、传统机器、操作系统机器、汇编语言机器、高级语言机器
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微程序机器和传统机器是物理机，其他是虚拟机。
3、冯诺依曼机器的主要特点：
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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分组成；
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指令和数据存储在存储器中，并可以按地址访问；
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指令和数据均以二进制表示；
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指令由操作码和地址码构成，操作码指明操作的性质，地址码表示操作数在存储器中的位置；
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指令在存储器内按顺序存放，通常按自动的顺序取出执行；
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机器以运算器为中心，I/O设备与存储器交换数据也要通过运算器。（后来有以存储器为中心的计算机结构）
4、现代计算机组成图：
5、计算机储存单元：
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存储单元：存储一个存储字并具有特定存储地址的存储单位；
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存储字：一个存储单元中存放的所有的二进制数据，按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据。
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存储字长：存储字中二进制数据的位数，即按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数；
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存储体：由多个存储单元构成的存储器件。
6、主存储器中的MAR和MDR：
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MAR：存储地址寄存器，保存需要访问的存储单元地址。反映存储单元的个数。
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MDR：存储数据寄存器，缓存读出/写入存储单元的数据。反映存储字长。
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存储器的最大容量由MAR寄存器的位数和MDR寄存器的位数决定。
7、机器字长和存储字长：
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机器字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数。
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存储字长：按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数。
第二章、计算机系统
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硬件
- 结构
- 主机
- CPU
- ALU运算器
- CU控制器
- 存储器
- 主存
- 辅存
- CPU
- I/O
- 输入设备
- 输出设备
- 主机
- 主要技术指标
- 机器字长
- CPU一次能处理的数据位数
- 存储容量
- 存储容量＝存储单元个数×存储字长
- 运算速度
- 单位时间执行指令的平均条数，MIPS
- 机器字长
- 结构
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软件
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系统软件
- 用来管理整个计算机系统
- 语言处理程序
- 操作系统
- 服务性程序
- 数据库管理系统
- 网络软件
- 用来管理整个计算机系统
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应用软件
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自己下载的普通软件
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第三章、运算方法和运算部件
1、数据的表示方法和转换
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机器数正0负1真值:符号位加绝对值
- 符号数值化的带符号二进制数，称为机器数。
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余三码:在8421码的基础上，把每个编码都加上0011格雷码:任何两个相邻编码只有1个二进制位不同，而其余3个二进制位相同
- 当两个余三码想加不产生进位时，应从结果中减去0011;产生进位时，应将进位信号送入高位，本位加0011
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8421码
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权值从高到低为8、4、2、1
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算术运算时，需对运算结果进行修正。 方法：如果小于、等于(1001)2，不需要修正；否则加6修正
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2、带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及运算
（1）原码表示：
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X为正数时，符号位为0；X为负数时，符号位为1。
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其他位置上与真值一样
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0存在两种表示形式
特点：
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值+0，-0的原码分别为00000、10000，形式不唯一；
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正数的原码码值随着真值增长而增长，负数的原码码值随着真值增长而减少
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n+1位原码表示定点整数范围－(2n－1)-----(2n－1)
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n+1位原码表示定点小数范围 －(1－2－n)------(1－2－n)
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运算：绝对值相加减，由数值大小决定运算结果符号
（2）反码表示：
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正数的反码、补码与原码相同
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负数的反码，按位取反，符号位取反
特点：
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数值零的反码表示不唯一
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正数反码码值随着真值增大而增大，负数反码码值随着真值增大而增大
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n+1位反码所表示定点整数范围－ (2n－1)-----2n－1，n+1位反码所表示定点小数范围－(1－2－n)-----1－2－n
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运算：满足[X+Y]反=[X]反+[Y]反，[X－Y]反=[X]反+[－Y]反
（3）补码表示：
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从X求[X]补：
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X为正数时，[X]补=X
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X为负数时，①按位求反（符号位不变），②末尾加1
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从[X]补求X：
- [X]补的符号位为0（正数），[X]补=X
- [X]补的符号位为1（负数），①按位求反（包括符号位），②末尾加1，再在数值前面加上负号-
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从[X]补求补：
- 按位求反（包括符号位）
- 末尾加1
特点：
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数值零的补码表示唯一
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正数补码码值随着真值增大而增大，负数补码码值随着真值增大而增大
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n+1位补码所表示定点整数范围－ 2n----2n－1，n+1位补码所表示定点小数范围－1---1－2－n
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结论：
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负数的补数＝模＋负数
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互为补数的绝对值相加＝模
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在补数中，减法运算即加法运算
运算：[X+Y]补=[X]补+[Y]补，[X–Y]补=[X+(–Y)]补=[X]补+[–Y]补
（4）移码表示：
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[X]补的符号位取反，即得[X]移
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为了从码值直接判断对应真值的大小，所以引进移码
特点：
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最高位是符号位，1表示正，0表示负
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数据0有唯一的编码
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移码码值随着真值增大而增大
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n+1位移码所表示定点整数范围－ 2n——2n－1， n+1位移码所表示定点小数范围－1——1－2－n
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计算机中，移码常用于表示阶码，故只执行加、减运算
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计算机中，移码运算公式需要对结果进行修正
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运算：
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移码定义:[X]移=2的n次方+X
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补码定义:[X]补=2的n+1次方+Y
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阶码求和公式
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[X]移+[Y]补=[X+Y]移 mod2的n+1次方
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[X]移+[-Y]补=[X-Y]移
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（5）补、反、原、移码的相互转换
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反码----->原码
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方法：符号位不变，正数不变，负数数值部分取反。
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补码----->原码
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方法1：正数不变，负数数值部分求反加1。
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方法2：串行转换
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从最后开始数，遇到第一个“1”，除第一个“1”不变，前面数字分别取反
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移码----->原码
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方法：移码转换为补码，再转换为原码
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（6）定点数和浮点数
定点数：
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小数点固定在某个位置上的数据
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32位定点小数、定点整数补码的范围
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32位定点小数-1～1-2-31
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32位定点整数-231～231-1
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浮点数：
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根据IEEE754国际标准，常用的浮点数有两种格式
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Nmax=Mmax2的Emax
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Nmin=Mmin2的Emax
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单精度(32位)=8位阶码+24位尾数
- 单精度浮点数(32位)，阶码8位(含一位符号位)，尾数24(含一位符号位)，取值范围:-2的127次方～(1-2的-23次方)*2的127次方
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双精度(64位)=11位阶码+53位尾数
- 双精度浮点数(64位)，阶码11位(含一位符号位)，尾数53位(含一位符号位)，取值范围:-2的1023次方～(1-2的-52次方)*2的1023次方
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为了保证数据精度，尾数通常用规格化形式表示:当R=2，且尾数值不为0时，其绝对值应大于或等于(0.5)10小数点位置可以浮动的数据。
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左规
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右规
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- 表示形式：N = M · RE
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计算机中存储形式
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Ms+Es+E(n位)+M(m位)
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阶码E，一般为整数，用补码或者移码表示；
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尾数M，一般为规格化的定点小数，用补码表示；
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