第一章计算机中数据的表示方法。
1.数据的最小单位称为位(bit),存储容量的最基本单位是字节(byte),cpu处理数据的基本单位是字(word)
数据按处理方式可分为数值和非数值类(如汉字),按传输形式分为数字数据(离散)和模拟数据(连续)
码:美国标准信息交换**,7位,8位存储,最高位补0,共27 128个,a为41h(65),a为61h(97),扩展ascii码256个。
3.汉字编码:输入码(外码,分音码/形码/音形码等)、内码(高位置1)、字形码(字模码,分为点阵、矢量、轮廓ttf)、交换码(国标码)
4.区位码(16进制)+2020h=国标码,国标码+8080h=机内码,如某字区位2590d,国标397ah,机内b9fah (区位码区、位均为10进制,分开计算)。
码与十进制互换(4位对1位),点阵码的存储空间=点阵/8(字节),如8000个16*16点阵汉字库需256kb
6.国标gb2312-80基本字符集有94区,每区有94位,一级汉字3755个按拼音排列,二级汉字3008个按部首排列,其他字符集有gbk、gb18030、cjk等。
7.任何一种数制都有两个要素:基数和权。如二进制数1010.01它的基数是2,最左边1的权是23,最右边1的权是2-2
十进制非十进制:整数部分除r取余,小数部分乘r顺序取整。十进制小数不一定能精确转换成二进制。
8.非十进制十进制:乘权求和,二进制与十六进制(八进制)互换。多种数制比较可统一转成十或二进制。
9.机器数(数的符号位数字化,分原/反/补)、真值(一个数的实际本身)、原码、反码、补码的区别,正数的原码、反码、补码相同,负数的原码为符号位1加数值位,反码为符号位1加数值位取反,补码为符号位1加数值位取反+1,0的原码、反码均有两个,0的补码只有一个。引入补码的实质是实现求补相加,将减法运算转化为加法。
10.数的表示有定点和浮点,定点数分为定点整数和定点小数,8位定点整数的原码范围是-127~+127,补码范围是-128~+127,8位定点小数的原码范围是-(1-2^-7)~(1-2^-7),补码范围是-1~(1-2^-7);浮点数的组成:阶符,阶码,数符,尾数,其中阶码决定了数的大小和范围,尾数决定了数的精度,两个浮点数进行加减运算时先要对阶,尾数的最高位为1称为规格化。
11.加法运算的溢出:最高位和次高位有且只有一项有进位。
12.[x-y]补=[x补+[-y]补;其中[-y]补的求法是将[y]补的各位(包括符号位)全变反后,最末位加1。
第二章计算机系统的组成。
1.计算机发展:第一台eniac于2023年美国;第一代电子管,用定点数、低级语言;第二代晶体管,第三代集成电路(lsi),半导体作内存,出现高级语言,操作系统,出现arpanet;***大规模和超大规模集成电路(vlsi),出现数据库、分布式操作系统、网络软件。
趋势:巨型、微型、网络、智能。
2.微机发展:2023年intel4004问世(4位),经历8088(准16位(16位(32位(32位)、pentium(32位)、奔**入64位。
3.计算机特点:运算速度快,计算精度高,具有记忆功能和逻辑判断功能,具有数据传输和通信能力,具有自动控制能力。
4.计算机工作原理:存储程序控制,由冯。诺依曼提出,也是与其他计算工具的不同之处。程序运行的过程由取指令、分析指令和执行指令组成。
5.按功能计算机分为通用和专用,按原理分为数字、模拟、混合,按规模分为巨、大、中、小、微、单。
6.计算机应用:科学计算(最早)、数据处理(最广泛,也称信息处理)、过程控制(实时控制)、计算机辅助系统(cad计算机辅助设计,cam计算机辅助制造,cai计算机辅助教学,cat计算机辅助测试,cae计算机辅助工程,cims计算机/现代集成制造系统。
)、智能模拟。
7.计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备组成。
硬件系统也可以说是由主机和外设两部分组成,主机由cpu和内存储器组成。软件是实现算法的程序和相关文档,由系统软件和应用软件组成。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等。
计算机资源含硬件、软件、数据三类。
8.微机性能指标:①字长(内部数据总线的宽度)、②速度(主频:
cpu时钟频率,单位为mhz;存取速度:用存取周期和存取时间描述;运算速度mips即每秒百万条指令)、③内存容量、④可靠性(平均无故障时间mtbf)、⑤可维护性(平均故障修复时间mttr)
9.计算机启动:加电自检自举引导运行操作系统,自检自举程序在rom-bios
第三章**处理器。
1.**处理器也称cpu,主要有控制器和运算器组成。若从功能上看,cpu功能有指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
2.控制器是计算机指令的执行部件,主要包括:指令指针寄存器(也称程序计数器pc,存待取指令地址,有自动加1功能)、指令寄存器ir(存正在执行指令)、指令译码器id(分析解释操作码并产生控制信号)、时序控制信号形成部件(接受译码产生控制信号并按一定时间顺序发出)
3.运算器是计算机中负责算术运算(加add、减sub、乘mul、除div)和逻辑运算(与and、或or、非not、异或xor)的部件,主要包括:算术逻辑单元alu(算术、逻辑、移位、求补)、累加器(暂存操作数和运算结果的寄存器,无累加功能)、状态寄存器(又称标志寄存器,存放状态信息如进位等,每一位均可单独使用)
移位常用的有逻辑移位和算术移位,左移时,两种移位都在右边用0补充;右移时,算术移位用符号位补充,而逻辑移位用0补充。
4.寄存器分成:数据寄存器、地址寄存器、控制寄存器、状态寄存器和其他寄存器。
5.指令:计算机能够识别和执行的操作命令,由操作码和地址码组成。指令的执行分为取指阶段和执行阶段,取指过程包括取指令、分析指令及产生控制信号,指令执行过程是指令经译码器分析译码后,产生相应控制信号并由时序控制信号形成部件发出,在该信号控制下完成相应操作。
6.时序:计算机的时间控制。时序的产生:同步(统一的时钟信号)和异步(应答)
7.时钟周期:主频的倒数,最基本的时间周期,也是计算机中最小的时间单位。
机器周期:完成一个基本操作所需时间,也称总线周期或cpu周期。指令周期:
cpu执行一条指令所需时间。一个指令周期由若干机器周期组成,一个机器周期由若干时钟周期组成。
8.指令从内存取出,经数据总线、数据寄存器、指令寄存器、指令译码器,发出控制信号。产生控制信号的方法:组合逻辑电路实现法、微程序控制法。
9.一条指令的执行分成若干机器周期,一个机器周期定义为一条微指令,微指令由控制部分和下址组成,微指令的有序集合称为微程序,一段微程序对应一条指令,微程序存于rom
10.流水线技术:将执行指令的若干子操作并行处理,首次在486使用,实现一个时钟周期完成一条指令。
超流水线(级数5-6步以上):流水线周期短,时钟频率高,时间换空间。超标量(一条以上流水线):
重点设置大量的处理单元,空间换时间。
11.复杂指令系统cisc(兼容,指令只加不减,如petium系列),精简指令系统risc的特点有:指令数目少,指令长度固定、种类少、寻址方式少,大多在一个机器周期完成,通用寄存器数量多。
12.其他cpu技术:分支**技术,mmx(多**扩展指令集),3dnow,sse,多cpu技术等。
第四章指令系统。
1.指令是计算机硬件能够直接识别和执行的命令。一台计算机所能执行的所有指令的全体集合称为指令系统。
指令系统属于硬件范畴。指令包括操作码和地址码(操作数)。操作码标明该条指令操作的性质及功能,地址码表明参加操作的操作数地址和结果地址。
操作码的长度决定了操作的种类,地址码的长度决定了寻址空间的大小。一条指令可以没有地址码但必须要有操作码。指令格式:
零地址、一地址、二地址、三地址。
2.指令寻址方式:顺序执行(pc+1)、改变执行顺序(直接寻址,间接寻址,相对寻址,中断寻址)
操作数寻址方式:立即寻址(指令中直接给出操作数),直接寻址(指令中给出操作数所存放的内存地址),寄存器寻址(指令中给出存放操作数的寄存器,操作数在寄存器中),间接寻址(指令中给出存放操作数地址的地址,操作数在内存中,需要2次访问内存),寄存器间接寻址(指令中给出寄存器号,寄存器中存放的是操作数的地址,操作数在内存中),变址寻址,页面寻址,基址寻址,其他寻址(位寻址、块寻址、堆栈寻址)
3.指令操作码的编码格式:固定式(操作码长度不变,用于大、中型机)和可变式(根据使用频率变化,适于微型机)
4.指令按功能分为四类:数据传送指令(传送mov、堆栈push和pop、输入输出i/o),数据处理指令(算术、逻辑、移位),程序控制指令**移、子程序调用和返回),处理器控制指令(空操作、停机)。
其中停机是转入下一任务而非关机,特权指令用于系统资源的分配和管理,应用于多任务、多用户计算机,单任务不必要。
第五章存储系统。
1.按存储介质,存储器可分为半导体(双极型、mos型)、磁表面、光盘。按存取方式可分为ram(随机存取、易失)和rom(只读、非易失)
所用元件有双极型和mos。mos型有静态sram和动态dram,sram由双稳态触发器组成,不断电信息不丢失,电路较复杂,集成度低,**高,常用作高速缓存(cache);dram根据电容的电荷量存储信息,需动态刷新(集中刷新、分散刷新、异步刷新),是内存的构成。
的基本存储单元是一个固定的开关电路,分为掩膜rom、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦除可编程存储器)。
采取双极型存储器组成,实现cpu与主存速度上的匹配,基本操作有读、写(直写或回写),特点是:容量小、速度快,其内容是主存的副本,地址映像和替换算法由硬件实现。
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