計算機組成原理資料

計算機由於自身可以利用高電平和低電平來識別兩種不同的訊號，所以選用了二進位製作為計算機底層所使用的數字。

常用的數制：十進位制（人類使用的數字）、二進位制（計算機直接使用的數字）、八進位制（可以方便的轉換為3位二進位制）、十六進製制（可以方便的轉換為4位二進位制）

編碼就是將人類熟悉的東西對映給計算機，就像乙個單值對映的函式。本書主要介紹兩種編碼：

bcd碼：二進位制轉換為十進位制

bcd的分類：

ascii碼：十進位制轉換為人類常用的各種符號

校驗碼的存在是為了提高資訊傳輸的正確性，可以驗證是否傳輸前後資料發生改變。校驗碼主要基於兩種原理，第一種是根據二進位制序列中1的奇偶個數是穩定的，通過判斷奇偶性的不變來判斷資料正確。用這種原理的是奇偶校驗碼（單）和海明碼（多重）。第二種原理是基於利用線性編碼理論，使用這種理論的是迴圈冗餘碼。

定點數就是具體表達某個數字，原碼就是十進位制直接轉換為的二進位制數字。浮點數就是利用科學技術法用有限的範圍表達更大範圍的數字。前者精度高表達範圍小，後者精度低表達範圍大。

定點數分為定點小數和定點整數，兩者主要的區別是小數點的位置，前者在前後者在後。

定點數又分為有符號數和無符號數。本質就是有無正負號。（1為負，0為正）

有符號定點數在不同的場景中使用四種不同的碼，分別是：

原碼：與真值直接對應的二進位製碼（0表示不唯一）

反碼：負數的反碼是原碼符號位不變，數值位取反。正數的原碼是他本身。反碼一般作為計算補碼的中間過程（0表示不唯一）

補碼：補碼主要針對於負數使用，正數的補碼依舊是他本身。補碼的提出是為了使減法運算轉化為加法運算（因為加法運算的效率遠高於減法運算）。負數的補碼是反碼加一得來的。（0表示唯一）

移碼：移碼主要用來表示浮點數的階碼，移碼是由補碼的符號位取反得到的。（0表示唯一）

定點數的運算：

運算依照計算機的基本運算功能分為算術運算和邏輯運算。

移位運算：1）算術移位（物件為帶符號數）。2）邏輯移位（物件為無符號數）。3）迴圈移位

補碼加減運算：參與運算的雙方都是補碼，加法運算就是補碼相加，減法運算就是減數的補碼加上被減數負數的補碼。結果依舊是補碼。

高低位運算：低位與高位運算，需要把低位的數字擴充套件為高位的數字。

溢位運算：兩種溢位運算的判別方式：1）參加運算元的符號與結果的符號相反，說明溢位。2）雙符號位法，當結果符號位為01或者10時，說明溢位。

強制型別轉換：c語言為例，c語言允許各種不同的資料型別之間進行強制型別轉換，強制型別轉換的過程中不修改具體的二進位制位值，而只是修改了翻譯這種二進位製碼的方式。

浮點數表示法是將有限的資料位數劃分為階碼和尾數兩個部分，階碼作為2的幾次方出現，是用來表示範圍的，尾數就像定點數一樣表達的是具體的精度。就像我們曾經學習過的科學計數法。它顯而易見的好處是可以利用有限的空間表達遠遠大於定點數大小範圍的數字，但是在這過程中損失了一定的精度。

浮點數表示：浮點數由階碼、階符、尾數、尾符組成。階碼和階符是指數，尾數和尾符是具體的精度。

規格化浮點數：使所有的非零浮點數尾數的最高數字上保證是乙個有效值，這樣可以充分的利用儲存空間。

iee754：這是國際上常用的浮點數標準應熟練掌握。

浮點數加減運算：對階——尾數求和——規格化——捨入——溢位判斷——強制型別轉換

alu是整個計算機的運算擔當，可以實現算術運算和邏輯運算。

而加減乘除都可以轉換為加法運算，所以alu的核心就是加法器。加法器有兩種：

序列加法器：逐位相加，速度比較慢，成本比較低。

並行加法器：多位同時相加。速度快，但是電路複雜。

一般在實際中可以以分組的形式，組內並行，組間序列。這在電腦科學中是一種非常常見的思想。成本與效能的平衡，通過分組之後再將組作為乙個整體，使用高成本方案和低成本方案一起實現功能，達到最高的價效比。

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