软件设计师教程——第一章 计算机系统知识（上）
前言
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目录
前言
1.计算机基础知识
1.计算机系统硬件基本组成
1.计算机的基本硬件系统
2.中央处理单元（CPU）
3.存储器
4.输入/输出设备
2.CPU的组成
2.数的表示及校验码
1.数的表示
1.原码
2.反码
3.补码
4.定点数/浮点数
2.校验码
1.奇偶校验码（重点）
2.海明码（重点）
3.流水线
流水线技术
(1)计算执行时间
流水线技术
①流水线的吞吐率
②加速比
1.计算机基础知识
1.计算机系统硬件基本组成
1.计算机的基本硬件系统
由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成
2.中央处理单元（CPU）
CPU是硬件系统的核心
组成
主要由运算器、控制器等部件被集成在一起
作用
用于数据的加工处理、能完成各种算术、逻辑运算及控制功能
3.存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备
分类
内部存储器和外部存储器
内部存储器
速度高、容量小
一般用于临时存放程序、数据及中间结果
外部存储器
速度慢、容量大
可以长期保存程序和数据
4.输入/输出设备
输入设备、输出设备合称为外部设备（简称外设）
输出设备
输入原始数据及各种指令
输入设备
输出计算机运行的结果
2.CPU的组成
CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成
1）运算器
组成
主要由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器等组成
作用
它是数据加工处理部件，用于完成计算机的各种算术和逻辑运算，相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件
（4）状态条件寄存器（PSW）
作用
保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容
分类
主要分为状态标志和控制标志
2）控制器
（1）指令寄存器（IR）
当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作，完成所需的功能
（2）程序计数器(PC)
PC的内容即是程序第一条指令的地址，
PC保持的内容总是将要执行的下一条指定的地址
（3）指令译码器（ID）
作用
1.解析指令操作码
2.确定操作数的地址和格式
(n)...
2.数的表示及校验码
1.数的表示
1.原码
最高位是符号号，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值
2.反码
最高位是符号号，0表示正号，1表示负号，正数的反码与原码相同，负数的反码则是其绝对值按位求反
3.补码
最高位是符号号，0表示正号，1表示负号，正数的补码与其原码和反码相同，负数的补码则等于其反码的末位加1
4.定点数/浮点数
定点数
表示纯整数或纯小数
浮点数
表示既有整数部分又有小数部分的书
2.校验码
计算机系统运行时，为了确保数据在传送过程中正确无误，一是提高硬件电路的可靠性，二是提高代码的校验能力，包括差错和纠错
通常使用校验码的方法来检测传送的数据是否出错
1.奇偶校验码（重点）
2.海明码（重点）
3.流水线
流水线技术
流水线技术是指在程序执行时，多条指令重叠进行操作的一种任务分解技术。把一个任务分解为若
干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构来负责执行，而这些执行机构可以同时并行
工作。
(1)计算执行时间
假定有某种类型的任务，可分成N个子任务，每个子任务需要时间t，则完成该任务所需的时间为Nxt
传统的方式
完成k个任务所需的时间是kNt
流水线技术
花费的时间是Nt+(k-1)t
注意，如果每个子任务所需的时间不同，其时间取决于执行顺序中最慢的那一个
①流水线的吞吐率
指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量
TP=n/Tk
n为任务数，Tk是处理完成n个任务所用的时间
②加速比
是指不采用流水线的执行时间/采用流水线的执行时间。
用来衡量并行系统或程序并行化的性能和效果。 
