1.数据的表示1.1 R进制的表示以及互转进制二B、八(O)、十(D)、十六(H)进制,无明显标识按十进制进行判断R进制转十进制 1 1 1 0 1 0.1 0 1 1B位权分别为2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0. 2^-1 2^-2 2^-3...用二进制进制数乘以位权数并相加即可得到十进制数 例如1 1 1 0 1 0B代表1*2^5 1*2^41*2^30*2^21*2^ 0*2^048八进制的位权为...8^3 8^2 8^1 8^0 ..十六进制同理十进制数转二进制可以用除进制数取余数也可以用最高位位权进行试探例如十进制数60的二进制是多少2^532 2^664326064,故二进制数的最高一位为第六位因为十进制个位也算一位二进制1 x x x x x 60-2^560-32282^416 162832 二进制1 1 x x x x 28-16122^38 二进制1 1 1 x x x 12-842^24 二进制1 1 1 1 x x 4-400不够分给后面两个位置了所以后两位均为0 故二进制位数为 1 1 1 1 0 0二进制转八、十六进制十进制无法直接转八与十六进制故十进制转二进制再通过二进制转八与十六进制100 011 110B转八进制 其中由低位向高位读取每三个为八进制的一位当数不够三个时在最前方补0然后三个通过位权相加读数。例如100 011 110B (436)(O) (1 100 011 110) (B) (1436)(O)十六进制和八进制一样不过每四个二进制为十六进制的一位。例如1 0001 1110(B)11E(H)2.计算机体系结构2.1冯.诺伊曼体系程序与原始数据➡输入设备➡存储器主存➡输出设备➡计算结果CPU包含运算器控制器寻址二者均与主存进行信息交互其中控制器控制运算器控制器PC(存放下一条指令的地址) 程序计数器IR(存放正在执行指令) 指令寄存器ID分析指令中的操作码 指令译码器运算器ALU(执行算术与逻辑运算) 算数逻辑AC暂时存放中间结果 累加寄存存储器主存内存与CPU直接交互存储指令与数据与CPU构成主机辅存外存长期保存程序与数据断电不丢失容量大存取速度慢。2.2计算机总线1按所传信息种类分类分为数据地址控制总线数据总线宽度CPU中运算器与存储器互联的内部总线个数CPU一次读取的二进制位数也称之为字长。地址总线宽度CPU寻址范围地址总线为N位可寻址空间为2的N次方。bit比特位 Byte字节 字为字节的整数倍 常见字长8/16/32 bit换算1*8bit 1Byte*10241KB*10241MB*10241MB、GB、TB...1024bit128Byte0.125KB2按传输方法分类分为并行与串行总线单车道串行I2C、USB、RS232、SPI、UART、SATA、SAS串行SCSI多车道并行PCI总线、STD、IEEE488总线、SCSI32位操作系统的最大寻址空间为2^32/(1024)^34GB3.指令系统指令的组成两个组成部分操作码地址码操作码指明该指令要完成的操作地址玛指明操作数内容或其所在的存储单元地址3.1寻址方式获取操作数的方式可采用多种寻址方式用以实现扩大寻址空间提高编程灵活性的目的操作数告诉CPU有什么数据需要操作以及数据在哪里1立即寻址指令直接给操作数 速度快2直接寻址内存中给操作数 访问内存3寄存器寻址寄存器中给操作数 访问寄存器4寄存器间接寻址内存中给操作数 寄存器中存放的是操作数的地址3.2指令系统类型CISC杂指令数量多差别大可变长格式支持多种寻址代表X86实现方式微程序控制技术RISC简数量少定长格式支持寻址方式少代表ARM、RISC-V、MIPS实现方式增加通用寄存器硬布线为主适合采用流水线3.3流水线技术→取指→分析→执行→三个阶段三个时钟周期减少指令执行中浪费的资源流水线周期(T)执行时间最长的那一段流水线理想理论时间计算n条指令时间为t1t2t3(n-1)T实践计算公式kn-1T k为阶段数。注计入阻塞、延迟、竞争。相关技术指标1吞吐率单位时间内完成的任务数量,TPn/Tk Tk为处理n条指令所需的时间理论最大吞吐率为1/T(2)加速比不用流水线与用流水线的时间比STs/Tk Tst1t2t3n(3)效率流水线设备利用率采用流水线完成的n个任务所占时间占总时间的比值各阶段时间相同可以提升流水线性能加速比越高流水线性能越好。相关术语时钟周期计算机中最基本最小的时间单位CPU完成一个基本动作所花费的时间CPI平均指令周期每条计算机指令执行所需时钟周期MIPS:每秒处理的百万级机器语言指令数MFLops每秒百万个浮点操作衡量计算机的系统指标4.存储系统4.1多级存储结构↑ 速度快 CPU:中央处理器寄存器 容量小 ↑| ↕ 数据交换 || Cache(MB级别)按内容存取相级存储器 || ↕ 数据交换 || 内存主存GB级别RAM与ROM || ↕ 数据交换 |↓ 速度慢 外存辅存硬盘光盘U盘 容量大 ↓Cache缓存↔主存 缓解CPU与主存之间的速率矛盾 由硬件实现主存↔辅存 逻辑扩大主存空间 软硬件协同实现辅存部分磁盘空间当内存用避免程序很大或很多导致的内存消耗此技术被称之为虚拟内存4.2主存/硬盘存放指令与数据由CPU直接随机读取主要由RAM随机存储器与ROM(只读存储器)组成4.3Cache/存储系统的存储方式5.系统可靠性--可靠性指标