计原一微机系统概述

• 一般的CPU由算数逻辑单元ALU、累加器AC和通用寄存器组、程序计数器PC、数据地址锁存器/缓冲器、时序和逻辑部件及内部总线等组成。
  
• ALU用来进行各种算术运算和逻辑运算
• 累加器和通用寄存器用来保存参加运算的数据和运算的中间结果。累加器是ALU的一个工作区，向ALU提供操作数，又接受ALU的运算结果
• 程序计数器PC用来存放下一条要执行的指令地址
• 堆栈指针SP用来存放栈顶地址，存取规则位“先进后出”
• 标志寄存器存放指令执行结果的特征和处理状态，如进位、溢出等。
• 指令译码器用来对指令进行译马，产生相应的控制信号送至时序和控制逻辑电路。

CPU的工作过程

1. 开始执行程序时，程序计数器中保存了要执行的第一条指令的地址
2. 控制器将指令计数器中的地址送至地址寄存器MAR，并从内存中读取此地址中的指令，经数据总线送入指令寄存器IR
3. 指令译码器对IR中的指令进行译码，并向储存器、运算器等部件发出操作命令，完成规定的操作
4. 修改程序计数器中的内容，为下一条指令做准备
   

• 现代微处理器普遍采用指令流水线技术，让各个部件并行工作。
  
• CISC：复杂指令计算机，指令集庞大
• RISC：精简指令集计算机，指令集简洁。
• 冯诺依曼结构
  
  1. 由运算器、储存器、控制器、输入、输出设备5部分组成
  2. 数据和程序都以2进制代码形式表示，且不加区别的存放在同一个储存器中
  3. 编好的程序首先由输入设备输入并保存在储存器中，工作室由控制器自动一次从储存器中取出指令并执行。
• 改进的冯诺依曼计算机结构—哈佛结构
  
  此结构的优点为数据和指令的存取同时进行。特点为1.使用两个独立的储存器分别用于储存指令和数据，以便实现并行处理。2.两套独立的地址和数据总线，分别作为CPU与每个储存器之间的专用传输路径。

微机组成

• 微型计算机由CPU、储存器、输入/输出接口以及系统总线组成
  
• 总线时计算机系统各功能模块间传递信息的公共通道，一般由总线控制器、总线发射器、总线接收器以及一组导线组成。总线可分为片内总线、片总线（局部总线）、内总线（系统总线）、外总线（通信总线）。

微型计算机系统

• 微型计算机系统的基本性能的衡量：字长（能够直接处理的二进制数据的位数）、主存容量、主频、运算速度（每秒运算的次数）、性价比

嵌入式系统及ARM处理器体系

• 嵌入式系统时面向特定应用的，软硬件可减载，适应应用系统对功能、可靠性、成本和功耗严格要求的专用计算机系统，可称其为嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统。
• 嵌入式系统要求软件固件化，系统软件具有实时处理的能力。其本身不具备开发能力，设计开发之后通常不能进行功能修改。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和用户应用程序组成，处理器为硬件层核心部件。其与CPU最大的不同时将在通用危机中的一些由板卡完成的任务集成在了芯片内部，属于单片微型计算机。

计算机中数的表示与编码

• 无符号数与带符号数：无符号数的全部有效位均用于表示数的大小，带符号数的最高位作符号位。
• 一个二进制数连同符号位作为一个数，叫做机器数，机器数的表达方式有原码、反码、补码。
• 原码：符号位0代表正，1代表负，数值部分用真值的绝对值表示。$[X{]}_{原}$
• 反码：正数的反码与原码相同，负数反码符号位为1，数值位为于其原码数值位按位取反。$[X{]}_{反}$
• 补码：定义$[X{]}_{补}=2^n+X$
  $当X\ge 0时，2^n丢掉，得补码等于原码$
  $当X<0时，[X{]}_{补}=2^{+}X=2^n-|X|$
• 移码：定义$[X{]}_{移}=2^{n-1}+X$
  计算移码时，只需将其二进制补码的符号位取反即可
• 小数的表示
  • 定点表示：