1.1計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)的發(fā)展歷史：1946年，世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC出現(xiàn)，之后經(jīng)歷了5個發(fā)展階段:馮式結(jié)構(gòu)計算機(jī)的組成部分：存儲器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。強(qiáng)化的概念：計算機(jī)的工作過程：一般是由用戶使用各種編程語言把所需要完成的任務(wù)以程序的形式提交給計算機(jī)，然后翻譯成計算機(jī)能直接執(zhí)行的機(jī)器語言程序，在計算機(jī)上運(yùn)行。計算機(jī)系統(tǒng)可以由下面的模型表示：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(computerarchitecture):指機(jī)器語言級機(jī)器(物理機(jī)器)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它主要研究軟件、硬件功能分配，確定軟件、硬件界面(機(jī)器級界面)，即從機(jī)器語言程序員或編譯程序設(shè)計者的角度所看到的機(jī)器物理系統(tǒng)的抽象。計算機(jī)組成(computerorganization):是指計算機(jī)系統(tǒng)的邏輯實現(xiàn)，包括機(jī)器內(nèi)部數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等，其目標(biāo)是合理的把各種部件、設(shè)備組成計算機(jī)，以實現(xiàn)特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時滿足所希望達(dá)到的性能價格比。計算機(jī)實現(xiàn)(computerimplementation)是指計算機(jī)組成的物理實現(xiàn)。這幾個概念之間的關(guān)系可以用下面的圖加以說明：計算機(jī)系統(tǒng)的分類：Flynn分類、馮氏分類、Handler分類和Kuck分類；Flynn分類：根據(jù)不同指令流一數(shù)據(jù)流組織方式把計算機(jī)系統(tǒng)分成4類。(重點(diǎn)理解)指令流：機(jī)器指令的執(zhí)行序列；數(shù)據(jù)流：由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果；多倍性：在系統(tǒng)性能的瓶頸部件上同時處于同樣執(zhí)行階段的指令和數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù);I.單指令流單數(shù)據(jù)流SISD—如單處理機(jī)II.單指令流多數(shù)據(jù)流SIMD—一如相聯(lián)處理機(jī)III.多指令流單數(shù)據(jù)流MISD——如流水線計算機(jī)IV.多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD——如多處理機(jī)馮氏分類：以最大并行度Pm把計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為4類，其中字寬W表示在一個字中同時處理的二進(jìn)制位數(shù)，位寬B表示在一個位片中能同時處理的字?jǐn)?shù)。字串位串WSBS(serial)(parallel)字并位串WPBS字串位并WSBP字并位并WPBPHandler分類：根據(jù)并行度和流水線處理的程度將計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分成3個層次程序控制部件PCU的個數(shù)K算術(shù)邏輯部件ALU或處理部件PE的個數(shù)D每個算術(shù)邏輯部件包含基本邏輯線路ELC的套數(shù)WKuck分類：與Flynn分類法類似，根據(jù)指令流、執(zhí)行流和多倍性來分類。單指令流單執(zhí)行流SISE——典型的單處理機(jī)單指令流多執(zhí)行流SIME——帶多操作部件的處理機(jī)多指令流單執(zhí)行流MISE——帶指令級多道程序的單處理機(jī)多指令流多執(zhí)行流MIME——多處理機(jī)計算機(jī)不同級別程序員所見的計算機(jī)部分，透明性的概念：透明性：一種實際存在的事物或?qū)傩裕瑥哪硞€角度看似乎不存在的現(xiàn)象。低層機(jī)器級的概念結(jié)構(gòu)和功能特性對于高級語言的程序員來說是透明的。1.2計算機(jī)中的編碼：(1)二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制等常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換：由于計算機(jī)的存儲器和寄存器是兩態(tài)部件，所以各種信息在計算機(jī)中是以二進(jìn)制的方式存儲和計算的。數(shù)制是由基數(shù)和基數(shù)個不同的數(shù)碼組成的。BCD碼：十進(jìn)制的二進(jìn)制表示，0：00001：00012：00103：00114：01005：01016：01107：01118：10009：1001十進(jìn)制的202可以表示成BCD碼為001000000010；十六進(jìn)制<->二進(jìn)制:十六進(jìn)制表示法是用16位二進(jìn)制數(shù)字組成的，每4位二進(jìn)制數(shù)字表示一位十六進(jìn)制數(shù)，十六進(jìn)制的數(shù)字表示從0-9,A,B,C,D,E,F共十六個字符.十六進(jìn)制與二進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換就是一位十六進(jìn)制字符與四位二進(jìn)制數(shù)字的相互轉(zhuǎn)換過程.十進(jìn)制<->二進(jìn)制：十進(jìn)制向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換分兩步進(jìn)行：首先把該數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù);然后再把這兩部分合并起來即可.十進(jìn)制的整數(shù)部分向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換是通過對十進(jìn)制不斷的除2取余數(shù)得到，十進(jìn)制小數(shù)部分通過乘2取整的方法獲得，直到小數(shù)部分為0，所得到的整數(shù)部分就形成了二進(jìn)制編碼；同樣的，二進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換如下所示：十進(jìn)制數(shù)N=(RR...RRR...R)nn-110-1-m=R*2n+R*2n-1+...+R*2+R+R*2-1...R*2-m八進(jìn)制<->二進(jìn)制:二進(jìn)制向八進(jìn)制轉(zhuǎn)換的方法是從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左右每3位二進(jìn)制數(shù)編成一組,若不夠3位，則小數(shù)點(diǎn)左側(cè)的最高位和右側(cè)的最低位用0補(bǔ)充,每一組用對應(yīng)的八進(jìn)制的數(shù)碼表示即可;八進(jìn)制向二進(jìn)制轉(zhuǎn)換的方法是從小數(shù)點(diǎn)開始，把每一位八進(jìn)制的數(shù)碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的3位二進(jìn)制即可.其小數(shù)點(diǎn)左側(cè)的最高位或右側(cè)的最低位的0可以省去.⑵計算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算方法：r11.定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算：要判斷是否溢出？(L^T5)加法：[X+Y]=([X]+[Y])MOD2補(bǔ)補(bǔ)減法：[X-Y]=([X]+[-Y])MOD2乘法：采用原碼比較方便補(bǔ)使用原碼一位乘法來求兩個定點(diǎn)數(shù)的乘積。運(yùn)算規(guī)則為：乘積的符號位等于乘數(shù)和被乘數(shù)的符號位進(jìn)異或；乘積的值等于兩數(shù)絕對值之積，即乘數(shù)和被乘數(shù)的絕對值進(jìn)行移位相加；除法：采用原碼比較方便。運(yùn)算規(guī)則為：商的符號位同定點(diǎn)數(shù)原碼乘法的處理方法，由兩數(shù)的符號位進(jìn)行異或兩數(shù)的絕對值部分進(jìn)行相除。浮點(diǎn)運(yùn)算1)加減法：對階尾數(shù)進(jìn)行加、減運(yùn)算規(guī)格化舍入溢出判斷2)乘除法：浮點(diǎn)相乘，其積的階碼為兩數(shù)階碼相加，積的尾數(shù)為兩尾數(shù)相乘。浮點(diǎn)數(shù)相除，其商的階碼為兩數(shù)階碼之差，商的尾數(shù)為兩尾數(shù)相除。其結(jié)果都需要進(jìn)行規(guī)格化處理，同時還需要進(jìn)行溢出判斷。⑶邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算和邏輯表達(dá)式的化簡：邏輯表達(dá)式就是以邏輯運(yùn)算符把若干邏輯變量連接在一起表示某種關(guān)系的表達(dá)式。一個邏輯函數(shù)往往有多種不同的表達(dá)式。可以利用其本邏輯運(yùn)算規(guī)律和一些常用的邏輯恒等式對邏輯表達(dá)式進(jìn)行合并項、吸收項、配項、消去項等操作來化簡?；镜倪壿嬤\(yùn)算有“與”、“或”、“非”、“異或”。常用的邏輯運(yùn)算公式：交換律：A+B=B+AA*B=B*A結(jié)合律：A+(B+C)=(A+B)+C分配律：A*(B+C)=A*B+A*CA+(B*C)=(A+B)*(A+C)——反演律：A+B=A*B

重疊律：A+A=AA*A=A互補(bǔ)律：A+A=1A*A=0——對合律：A=A0-1律：0+A=AA*A=0⑷定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)內(nèi)表示：定點(diǎn)數(shù)的表示方法：定點(diǎn)整數(shù)：（符號位）（最高數(shù)據(jù)位）。。。（最低數(shù)據(jù)位）定點(diǎn)小數(shù)：（符號位）小數(shù)點(diǎn)（最高數(shù)據(jù)位）。。。（最低數(shù)據(jù)位）浮點(diǎn)數(shù)表示方法：浮點(diǎn)數(shù)編碼：符號位-階碼-尾數(shù)，階碼由移碼表示，尾數(shù)由補(bǔ)碼或原碼表示;規(guī)格化處理：以純小數(shù)表示尾數(shù)，分為原碼和補(bǔ)碼;⑸原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼；數(shù)值數(shù)據(jù)的機(jī)器內(nèi)表示形式稱為機(jī)器碼，機(jī)器碼所代表的數(shù)值為該機(jī)器碼的真值。原碼表示：補(bǔ)碼表示：反碼表示：[X]=X或原碼表示：補(bǔ)碼表示：反碼表示：[X]=X或2n-1-X；+0和-0的表示不同；（定點(diǎn)整數(shù)）[X]=X或1-X；+0=00000000-0=10000000[X]=X或2n+X；[X]=X或2+X；0的編碼唯一；00000000-1=10000000（小數(shù)）[X]=X或（2n-1）+X；[X]=X或（2-2-n+1）+X（定點(diǎn)小數(shù)）（2的n次方-1個編碼）（定點(diǎn)整數(shù)）（定點(diǎn)小數(shù)）（2的n次方個編碼）-1=11111111（整數(shù)）（定點(diǎn)整數(shù)）（定點(diǎn)小數(shù)）+0=00000000-0=11111111（2的n次方-1個編碼）移碼表示：[X]=X或2的（n-1）次方+X；0表示方法唯一10000000（定點(diǎn)整數(shù)）[X]=1+X；（定點(diǎn)小數(shù)）0的編碼唯一：10000000（2的n次方個編碼）移碼表示：⑹ASCII碼及漢字編碼等常用的編碼：ASCII碼采用7bit編碼，共有128種編碼；表示128個不同的字符；計算機(jī)里存儲和傳送單位通常使用Byte，所以7位的ASCII碼也用一個字節(jié)來表示，最高一位沒有用，通常也添0，也可以把它作為校驗位或用來擴(kuò)展字符集。EBCDIC碼采用8bit編碼，共有256個編碼，表示256個不同字符；漢字編碼：數(shù)字編碼：每個漢字分配一個數(shù)字碼，用以代表漢字；拼音碼：用每個漢字的漢語拼音符號作為漢字的輸入編碼；字形碼：以漢字的形狀特點(diǎn)編碼，例如五筆字型編碼漢字存儲：以內(nèi)碼形式存放，以連續(xù)兩個字節(jié)表示，兩個字節(jié)的最高位均為1，漢字的內(nèi)碼是在計算機(jī)內(nèi)處理漢字信息時采用的機(jī)內(nèi)代碼，把漢字的輸入編碼稱為外碼。漢字輸出：漢字的點(diǎn)陣字型碼，點(diǎn)陣的密度決定了漢字的美觀程度，漢字需要大量的存儲空間，例如16*16點(diǎn)陣，每個漢字要占用16*16=32Byte（7）數(shù)據(jù)校驗碼：計算機(jī)在存儲和傳送數(shù)據(jù)過程中，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般都要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗和糾錯。通常使用校驗碼的方法來檢測數(shù)據(jù)是否出錯。其基本思想是把數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的編碼區(qū)分為合法編碼和錯誤編碼。使用校驗碼來查錯，涉及到一個重要概念——碼距。它是指一個編碼系統(tǒng)中任意兩個合法編碼之間至少有多少個二進(jìn)制位不同。碼距為1的編碼是不能發(fā)現(xiàn)錯誤的。常用的校驗碼有3種?！媾夹ｒ灤a：不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)位錯誤該編碼通過增加一位校驗位來使編碼中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或者為偶數(shù)（偶校驗）從而使碼距變?yōu)?,來檢測數(shù)據(jù)代碼中奇數(shù)出錯的編碼。因為其利用的是編碼中1的個數(shù)的奇偶性作為依據(jù)，所以不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)位錯誤。校驗位的添加方法有三種：水平奇偶校驗碼：對每個數(shù)據(jù)的編碼添加校驗位垂直奇偶校驗碼：對一組數(shù)據(jù)的相同位添加一個校驗位；水平垂直奇偶校驗碼：先對一組數(shù)據(jù)垂直校驗，所得結(jié)果再添加一位水平校驗位；9^-1>=?_l3-▲海明校驗碼：'也是利用奇偶性來檢錯和糾錯，通過在數(shù)據(jù)之間插入k個校驗位，擴(kuò)大數(shù)據(jù)編碼的碼距，從而有能力檢測出n位錯，并能糾正1位或n位錯?！h(huán)校驗碼（CRC）校驗碼：采用模2運(yùn)算，可檢測所有等于、小于校驗位長度的突發(fā)錯，利用生成多項式為k個數(shù)據(jù)位產(chǎn)生r個校驗位進(jìn)行編碼，其編碼長度為n=k+rk,又稱為（n，k）碼，生成的多項式與被校驗的數(shù)據(jù)無關(guān)。概念：編碼效率=（log2（碼字?jǐn)?shù)））/總位數(shù)：例題：在無線電通信中常采用7中取3定比碼，它規(guī)定碼字長為7位，并且其中總有且僅有3個“1”。這log35/7C?種碼的編碼效率為5；35=舉一個例子：關(guān)于二進(jìn)制的編碼的考試題目根據(jù)“冗余校驗”的思想，碼距可用來判斷使校驗碼制冗余的程度，并估價其查錯、糾錯能力。“8421”碼的碼距為A，因而它B。若一組海明