软件设计师学习笔记1 硬件组成-CPU-编码-浮点数

作者主页：Designer 小郑 作者简介：3年JAVA全栈开发经验，专注JAVA技术、系统定制、远程指导，致力于企业数字化转型，CSDN博客专家，阿里云社区专家博主，蓝桥云课讲师。

一、计算机硬件组成

计算机基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。

CPU（中央处理单元）包括运算器、控制器，用于数据加工处理，能完成各种算数、逻辑运算及控制功能。

存储器是计算机的记忆设备，分为内部存储器和外部存储器。

输入设备和输出设备合称为外部设备，简称外设。

二、中央处理单元

2.1 CPU的功能

• 程序控制：CPU通过执行指令，来控制程序的执行顺序。
• 操作控制：一条指令需要多个信号配合完成，CPU可以通过发送指令，控制不同部件的操作。
• 时间控制：对各个结点进行时间节点上的控制。
• 数据处理：进行算数运算和逻辑运算。

2.2 CPU的组成

运算器、控制器、寄存器组、内部总线。

考点1：哪些寄存器属于运算器 / 控制器？

考点2：每个寄存器是做什么的？

2.2.1 运算器

例：3 + 5 = 8。

• 算数逻辑单元ALU：实现算数逻辑运算，可以存储一个源操作数：3
• 累加寄存器AC：存储运算结果或一个源操作数：8 或 5
• 数据缓存寄存器DR：暂存内存指令数据
• 状态条件寄存器PSW：保存指令结果的条件码内容，如计算溢出，除零异常等等。

2.2.2 控制器

计算机执行指令，首先要找到下一条执行的指令在哪里（在程序计数器PC里），然后把指令从内存中取出来，保存在指令寄存器IR中，接着对指令进行分析（用指令译码器ID）

• 指令寄存器IR：暂存CPU的执行指令
• 程序计数器PC：存放指令地址
• 地址寄存器AR：保存CPU当前所访问的地址。
• 指令译码器ID：分析指令操作码，分析指令是做什么的

取址（找到地址、取出）——分析——执行（需要操作数等）——

CPU是根据指令周期的不同阶段，来区分二进制的指令和数据的。

2.2.3寄存器组

是一个存储器，很小但速度快，32位 64位。

2.2.4 内部总线

通过总线，把CPU的各部件串联起来。

三、数据表示

3.1 进制转换

考点：二进制、十进制和十六进制的转换

• R进制转10进制：位权展开法
• 10进制转R进制：除于R倒取余数
• M进制转N进制：结合以上两种方法

二进制：0b开头 十六进制：0x开头，或者H结尾

3.2 机器数

机器数：各种数值在计算机中表示的形式，使用二进制，小数点隐含不占位置。

可以分为无符号数和有符号数。

正数符号为0，负数符号为1

定点表示法

• 纯小数
• 纯整数

真值：机器数对应的实际数值。

3.3 原码转换

举例：-45

3.3.1 原码

一个数的二进制表示

10101101

3.3.2 反码

正数的反码即原码，负数在原码的基础上，符号位不变，其余取反。

11010010

3.3.3 补码

正数的补码即原码，负数在原码的基础上，符号位不变，其余取反，再加 1，有进位则进位。

11010011

3.3.4 移码

在补码的基础上，首位取反。

01010011

原码和反码的范围，比补码和移码要少一位，一位0占了两个数（+0和-0），即能表示的数字范围少了一个。

真题：如果 2X 的补码为 90H，那么 X 的真值是？ 答：首先 90H 是是十六进制，转换为二进制为 1001 0000，因首位是 1，所以为负数。 因负数的补码=原码数字位取反+1，所以 2X 的原码为 1001 0000 减 1 再数值位取反，结果为 11110000，即 -122 所以 X = -56

3.4 浮点数

表示方法：

• E：阶码
• F：尾数

类似于科学计数法。

比如

浮点数能表示的范围，由阶码决定。

浮点数能表示的精度，由尾数决定。

浮点数的运算（不考）：对阶、尾数计算、结果规格化