计算机基础1

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老师:林海峰

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第一章 初识计算机

通过了解计算机的发展史、基本组成、软硬件知识、以及工作原理

历史

  • 1946年2-14(情人节)世界上第一台电子计算机 宾夕法尼亚大学问世

  • 冯诺依曼:数制二进制;计算机按照程序顺序进行

  • 1946-1957 电子管时代

  • 1958-1964 晶体管时代

  • 1965-1970 集成电路时代

  • 1971-…… 大规模超大规模集成电路时代

构成

硬件系统的五大组成部分:

  1. 运算器:负责算数运算与逻辑运算,与控制器组成中央处理器(CPU)

CPU中的寄存器,用于把一些常用数据寄存在cpu中,方便CPU调用,减少CPU到内存调用数据的时间,从而提高性能。

  1. 控制器:负责发送和接受指令
  2. 存储器:用来存储正在进行的程序、将要进行程序的的数据以及刚处理完的数据
  3. 输入设备
  4. 输出设备

软件

  1. 系统软件:指协调和控制计算机以及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统。 主要功能是调度,监控和维护计算机系统;负责管理计算机系统各种独立的硬件,是的他们可以协调工作。系统软件是的计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要估计到底层每个硬件是如何工作的
  2. 应用软件

硬件、软件与用户关系图

graph TD
    A[用户] -->b[应用软件] 
    A[用户] -->c((系统软件))
    b[应用软件] -->c((系统软件))
    c((系统软件))-->d[计算机硬件]

工作过程

计算机的工作过程,就是执行程序的过程
  • 执行一条指令的四个基本操作:
  1. 取出指令:从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存
  2. 分析指令:吧保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,翻译该指令对应的微操作
  3. 执行指令:根据指令译码,向各个部件发出相应控制信号,完成指令规定的各种操作
  4. 为执行下一条指令做好准备,及取出下一条指令地址。

寄存器

寄存器的分类:

  • 通用寄存器
  • 程序计数器
  • 堆栈指针
  • 程序状态字寄存器(PSW)

理解:

  • 寄存器是最接近CPU的存储,为了快速响应和配合CPU工作而存在,寄存器的典型容量(32位/64位)决定了CPU的架构?
  • 高速缓存和寄存器一样,也是为了方便cpu高速调用数据的存储介质,和寄存器的区别是,寄存器通常用于存放高频指令,高速缓存用于存放近段时间频繁使用的内容。因此高速缓存的大小规格也比寄存器略大一些。


    image

内核态和用户态

内核态: 相当于CPU有了管理员指令,可以调用指令集中圈不得指令,也就是说使用整个硬件的所有功能

用户态:用于保护一部分系统硬件功能(操作系统占用的内存和I/O)不被用户随意使用。并且在这种状态下,不能切换至内核态。

数据

二进制

  • 二进制运算:
    逢二进一

  • 十进制转换二进制:
    短除法之后,逆序排列

  • 十六进制和二进制之间的互相转换:四位一分/四位合一

  • 八进制和二进制的互相转换:三位一分/三位一合

机器数与真值

  1. 机器数:

一个数在计算机中的二进制表示形式,叫做这个数的机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高为存放符号,正数为0,负数为1

范例:+3=00000011,计算机字长为8位。
-3=10000011
  1. 真值:

由于机器数中的起始位是用来表示符号的,其显示的数值(形式值)经过转换并不是真的这个数字的值。

00000001的真值 = +0000001=+1
10000001的真值 = -0000001=-1
但是形式值 = 2^7+1 = 129

所以,真值就是将符号位真的转为符号的机器数的真正数值

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