计算机硬件基础

上午考试

数据的表示 （重要）

计算机系统的组成与体系结构（了解）

指令流水技术（计算少，观念多）

存储系统（）

一、数据的表示

进制

• R进制的表示（R进制分为二、八、十、十六）
  • 原则：逢R进一
  • 十六进制：1015 是 af
• R进制转十进制（按权展开）
  • 二进制的1101转十进制
• 十进制转R进制（短除法）
  • 十进制236转二进制：11101100
  • 计算方法 236 除以 2 余数 0 or 1

进制转换

• 二进制、八进制、十六进制互转
• 整数二进制转八进制（421），从右到左起每三位二进制转1位八进制，不足三位的在左边添0补齐。
• 整数二进制转十六进制（8421），从右到左起每四位二进制转1位八进制，不足四位的在左边添0补齐。
• 反之十六进制转二进制，则每一位十六进制转换为四位二进制表示

计算机中的原反补码

	数值1	数值-1	1+(-1)
原码	0 0000001	1 0000001	1 0000010
反码	0 0000001	1 1111110	1 1111111
补码	0 0000001	1 1111111	0 0000000

考点：

1. 给原码 求 补码，或者给 补码 求 原码 （负数）
2. 在计算机里面用补码来表示一个数字和存储一个数字
3. 用8个bit位的二进制数能够表示 -128的是哪一个？

取值范围：

	定点整数	定点小数
原码	-(2^n-1^-1)~2^n-1^-1	-1＜X＜1
反码	-(2^n-1^-1)~2^n-1^-1	-1＜X＜1
补码	-2^n-1^~2^n-1^-1	-1≤X＜1

考点：

n表示：我有几个bit的二进制数，就是多少位二进制数 一直讲的都是用8个二进制来表示一位，那么这里的n就等于8，如果把n=8代入补码中，取值范围是 -128~127，如果是原码或反码：-127~127

答案是B和D

二、逻辑运算

逻辑“或”运算

• 0+0=0,0v0=0
• 0+1=1,0v1=1
• 1+0=1,1v0=1
• 1+1=1,1v1=1

逻辑“与”运算

• 0x0=0,0∧0=0,0.0=0
• 0x1=0,0∧1=0,0.1=0
• 1x0=0,1∧0=0,1.0=0
• 1x1=1,1∧1=1,1.1=1

逻辑“非”运算(取反==,上面一条==斜线)

逻辑“异或”运算(相同为0,不同为1)

• 0⊕0=0
• 0⊕1=1
• 1⊕0=1
• 1⊕1=0

结题思路：第一题，直接代入，第二题看到 -128的编码 直接选补码（在这里ASCII码没有任何关系，是干扰）

三、计算机结构

我们通过输入设备，把数据输入到主机。主机处理完后再讲结构传输到输出设备。

主机有**CPU和内存。CPU的工作在于管理与运算。管理与运算的数据从哪里来呢？从内存里来的。而内存里面的数据则是从输入设备传来的**。

冯诺依曼体系结构：

CPU内又有2个主要单元：运算器和控制器。（中央处理器）

运算器**负责程序运算与逻辑判断等操作**。

控制器**负责协调各周边组件与各单元间的工作**。

控制器

• 程序计数器PC（也称为指令计数器，里面存放的是**指令的地址**，每取出一个地址 计算器就+1）
• 指令寄存器IR
• 指令译码器
• 时序部分

运算器

• 算术逻辑单元ALU（重要，通过算术单元来进行算术运算和逻辑运算）
• 累加寄存器（重要，也称为累加器，**暂时存放中间的结构**）
• 数据缓冲寄存器（CPU与主存交互时暂时存放的地方）
• 状态条件寄存器（存储状态信息，比方说溢出）

考试：

• 控制器或运算器里包含了那些部件，这些部件所表示的含义（比如：以下哪一个不是运算器中的组件？）
• 运算器与控制器是什么

四、寻址方式

• 操作码是 要进行什么操作
• 地址码是 存储的操作对象

• 立即寻址：**操作数直接在指令中，速度快，灵活性差**
• 直接寻址：**指令中存放的是操作数的地址**
• 间接寻址：**指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址**。
• 寄存器寻址方式：**寄存器存放操作数**。
• 寄存器间接寻址方式：**寄存器内 存放的是操作数的地址**。操作地址在寄存器（内存），操作数存放在主存里面

五、Flynn弗林分类

在计算机体系结构中分类方式有很多种，最著名的一种就是弗林分类，在Flynn中分成了四中体系结构

体系结构类型	结构	关键特性	代表
单指令流单数据流 SISD	控制部分：一个 处理器：一个 主存模板：一个		单处理器系统
单指令流多数据流 MISD	控制部分：一个 处理器：多个 主存模板：多个	各处理器以异步的形式执行同一条指令	并行处理机 阵列处理机 超级向量处理机
**多指令流单数据流== MISD	控制部分：多个 处理器：一个 主存模板：多个	==被证明不可能，至少是不实际**	目前没有，有文献称流水线计算机为此类
多指令流多数据流 MIMD	控制部分：多个 处理器：多个 主存模板：多个	能够实现作业、任务、指令等各级全面并行	多处理机系统 多计算机，目前主流

考法：以下分类中，被证明是不可能的，不实践的是哪一个？（写的不是汉语，是英语MISD）

六、流水线

流水线执行时间是全部的时间，t1是取值时间，t2是分析时间，t3是执行时间，流水线周期是**执行最长的单个时间**（t）

七、多级存储器结构

三个性能指标参数：

1. 容量：能不能支持应用的一些操作
2. 速度：速度能不能匹配的上CPU，以及输入输出
3. 价格：比较合理

高速缓冲Cache中存放的是CPU要经常读取的主存中的数据

RAM

• 动态随机存储器 DRAM，动态需要时刻的刷新电路才能保持数据，PC机待机中，大部分电都是在这个上面损耗掉了，在主存里面
• 静态随机存储器 SRAM，静态不需要刷新电路就能保存数据，在高速缓存里面

• 顺序存储是以时间顺序来进行存储，按照时间来进行读取
• 直接存储：外存，
• 随机存储：内存，当前正在工作的一些数据，断电后地址会刷新

例题：以下那种设备使用到了 相联存储，相联存储器 or Cache

八、主存

一个字等于一个以上的字节，一个字可以表示一个或多个字节

汉字两个字节表示

英文的ABCD用一个字节表示

内存地址一般使用16进制来表示，H结尾是十六进制

多少个地址块：=通过大数-小数 + 1

习题每做

九、磁盘存储（了解）

硬盘

性能指标

• 时间

• 容量

• 速率

  

C、D