部分笔记
1.计算机的分类
➢ 模拟计算机：是由模拟运算器件构成，其变量由连续量来表示，运算过程也是连续的;
➢ 电子数字计算机：则是由逻辑电子器件构成其变量为开关量(离散的数字量)，采用数字式按位运算，运算模式是离散式的。
二者的主要区别
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比较内容 |
数字计算机 |
模拟计算机 |
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数据表示方式 |
数字0和1 |
电压、电流等 |
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计算方式 |
数字计算 |
电量组合和测量值 |
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控制方式 |
程序控制 |
模拟信号组合控制 |
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精度、抗干扰性 |
高、好 |
低、差 |
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数据存储量 |
大 |
小、几乎无 |
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逻辑判断能力 |
强 |
无 |
数字计算机分类
根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类:
1、专用计算机: 专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。
2、通用计算机: 通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。
通用计算机分类
体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等分为:
低 单片机 体积 功耗 微型机 性能 简易性 数据存储量 工作站 指令系统 价格 服务器 大型机 超级计算机
计算机发展简史 - 计算机的五代变化
➢ 第一代为1946——1957年，电子管计算机：数据处理
➢ 第二代为1958——1964年，晶体管计算机：工业控制
➢ 第三代为1965——1971年，中小规模集成电路计算机: 小型计算机
➢ 第四代为1972——1990年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机
➢ 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机
半导体存储器的发展
➢ 20世纪50～60年代，存储器都是由微小的铁磁体环组成
➢ 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器
➢ 从1970年起，半导体存储器经历了11代:单个芯片1KB、4KB、16KB、 64KB、256KB、 1MB、 4MB、16MB、64MB、256MB、 GB。
微处理器的发展
➢ 1971年Intel公司开发出Intel 4004。微处理器诞生。
➢ 主要进步是1972年出现的Intel 8008，第一个8位微处理器
➢ 1974年出现了 Intel 8080。这是第一个通用微处理器
➢ 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器8086
➢ Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。
➢ 到现在的64位处理器和多核处理器
计算机的性能指标
➢ 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，单位是字节秒( B/S )。
➢ 响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量，例如微秒、纳秒
➢ 利用率：表示在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，一般用百分比表示。
➢ 处理机字长：指运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。当前字长有8位、16位、 32位、64位。
➢ 总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
➢ 存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目, 通常用KB、MB、GB、TB来表示。
➢ 存储器带宽：存储器的速度指标，单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，用字节数/秒表示。
➢ 主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制,主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率( f)叫CPU的主频。度量单位是MHz (兆赫兹)、GHz(吉赫兹)。
➢ CPU执行时间：表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间，可用下式计算： CPU执行时间 ＝ CPU时钟周期数 × CPU时钟周期长
➢ CPI：表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。用下式计算：
CPI=该程序包含的指令条数执行某段程序所需的CPU时钟周期数
➢ MIPS：表示每秒百万条指令数，用下式计算：
➢Te：程序执行时间 Te=MIPS×106指令条数
➢ MFLOPS：表示每秒百万次浮点操作次数，用下式计算：
MFLOPS=程序执行时间×106程序中的浮点操作次数
计算机的硬件
数字计算机基本组成
现代的中央处理器也叫做CPU，包括了控制器、运算器、存储器
控制器：人的大脑的操作控制功能
运算器：人的大脑的计算功能
存储器：人的大脑记忆功能
输入设备：交互接口，笔
输出设备：交互接口，纸
1.寄存器存在于CPU中，速度很快，数目有限；存储器就是内存，速度稍慢，但数量很大；计算机做运算时，必须将数据读入寄存器才能运算。
2.存储器包括寄存器,存储器有ROM和RAM，寄存器只是用来暂时存储,是临时分配出来的，断电后，里面的内容就没了
冯诺依曼型计算机
➢ 存储程序
➢ 按地址自动执行
➢ 五大部件: 控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备
存储器 输入 输出 运算器 控制器 地址信号 数据信号 控制信号
计算机的软件
计算机软件 = 程序 + 数据 + 文档
其它应用软件 办公软件包 图形图像处理软件 浏览器 实时控制软件 应用软件 文件压缩程序 诊断、排错程序 备份程序 反病毒程序 卸载程序 服务性程序 操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 系统软件 软件分类
计算机系统的层次机构
多级组成的计算机系统：计算机不能简单地认为是一种电子设备，而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计 ，如图所示：
编译程序 高级语言级 5级 汇编程序 汇编语言级 4级 操作系统 操作系统级 3级 微程序 2级 一般机器级 直接由 硬件执行 微程序设计级 1级
软件与硬件的逻辑等价性
➢ 随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。
➢ 任何操作可以由软件来实现也可以由硬件来实现(设计计算机系统时,应考虑各个方面的因素：价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期)
➢ 实体硬件机功能的扩大
➢ 固件的概念(功能上是软件，形态上是硬件)
2. 数据格式
计算机中常用的数据表示格式有两种, 一是定点格式，二是浮点格式
➢ 定点格式容许的数值范围有限，但要求的处理硬件比较简单
➢ 浮点格式容许的数值范围很大，但要求的处理硬件比较复杂
定点数的表示方法
➢ 定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是固定不变的。通常将数据表示成纯小数或纯整数
➢ 定点数 x=x0x1x2⋅⋅⋅xn 在定点机中表示如下(
表示符号位, 0代表正号, 1代表负号)1定点纯小数
xoXX2X3..Xn-1X 量值 符号 小数点固定于符号位之 后,不需专门存放位置 表示数的范围是 一1<X<+1
纯小数的表示范围
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x=0.00...0
x=1.00...0 |
x=0
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正0和负0都是0 |
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x=0.11...1
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x=1−2−n
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最大正数 |
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x=0.00...01
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x=2−n
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最接近0的正数 |
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x=1.00...01
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x=−2−n
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最接近0的负数 |
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x=1.11...1
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x=−(1−2−n)
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最小负数 |
XXX2X3...X1Xn 量值 符号 小数点固定于最后一位之 后,不需专门存放位置 表示数的范围是-(2/-1)<Xs+(2"-1)
3定点表示法的特点
➢ 定点数表示数的范围受字长限制，表示数的范围有限；
➢ 定点表示的精度有限
➢ 机器中，常用定点纯整数表示
浮点表示法
➢ 电子质量（克）： 9×10−28=0.9×10−27
➢ 太阳质量（克）： 2×1033=0.2×1034
●把一个数的有效数字和数的范围在计算机的个存储单元中分别予以表示
●数的小数点位置随比例因子的不同而在一定范围内自由浮动
1,格式:NEREM 基数R取固定的值, 尾数M 比如10.2等 指数E 2,机器中表示 阶码 尾数 数符 阶符
浮点数的规格化表示：
IEEE754标准
IEEE754标准(规定了浮点数的表示格式，运算规则等)
➢ 规则规定了单精度(32)和双精度(64)的基本格式.
➢ 规则中，尾数用原码，指数用移码(便于对阶和比较)
32位单精度浮点数格式
E:含阶符的阶码,8位 阶码采用移码方式来表 示正负指数 31 2322 30 S 32位浮点数 S:1位符号位 M:尾数,23位小 0表示正数 数表示,小数点放 在尾数域最前面 1表示负数
64位单精度浮点数格式
E:含阶符的阶码,11位 5251 64位浮点数 M:尾数,52位小数 S:1位符号位
规格化表示原则
➢ 尾数最高有效位为1 ,隐藏,并且隐藏在小数点的左边(即: 1≤M<2 )
➢ 32位单精度浮点数规格化表示
x=(−1)s×(1.M)×2E−127
e=E−127 (E=e+127)
➢ 64位双精度浮点数规格化表示
x=(−1)s×(1.M)×2E−1023
e=E−1023 (E=e+1023)
32位单精度规格化浮点数
➢ 真值0的机器数(机器零)阶码E = 0 ,尾数M = 0
正0: S = 0，负0 : S = 1
➢ 无穷大的机器数
阶码E = 全1 ( 11111111 )， 尾数M = 0
+∞ : S = 0，-∞ : S = 1
➢ NaN(not a number，不是一个数)
阶码E = 全1 ( 11111111 ) , 尾数M≠0
用来通知异常情况
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标签：表示,计算机,尾数,浮点数,存储器,原理,CPU,组成
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