还记得提高班第一年学的计算机组成和进制间的转换。只是浅显的了解,没有主动的去了解过。通过软考这部分得到了很好的扩充。CPU是如何工作的?为什么会有原码、反码、补码,它们是用来解决什么问题的?……
一、基础
1、硬件
CPU:硬件系统核心,用于数据的加工处理
存储器:记忆设备,分为内部存储和外部存储
输入设备:原始数据及各种命令
输出设备:输出处理结果
(1)CPU
功能:程序控制、操作控制、时间控制、数据处理
(2)运算器
算数逻辑单元(ALU):计算功能
累加寄存器:为ALU提供工作区
数据缓冲寄存器:作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转账
状态条件寄存器:存放状态标识和控制标识
(3)控制器
指令寄存器:通过指令控制其他部件工作,完成所需功能
程序计数器:寄存信息和计数两种功能。
地址寄存器:保存当前CPU所访问的内存单元地址
指令译码器:对操作码进行分析,以便识别所完成的操作。
2、数据表示
对于一个数, 计算机要使用一定的编码方式进行存储. 原码, 反码, 补码是机器存储一个具体数字的编码方式.
为什么会存在三种编码方式?
原码:为了计算机设计简单,只保留加法的方法
反码:为了解决原码做减法的问题, 出现了反码
补码:补码的出现, 解决了0的符号以及两个编码的问题
了解:
机器数
一个数在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高位存放符号, 正数为0, 负数为1.
比如,十进制中的数 +3 ,计算机字长为8位,转换成二进制就是00000011。如果是 -3,就是 10000011 。
那么,这里的 00000011 和 10000011 就是机器数。
真值
因为第一位是符号位,所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数10000011,其最高位1代表负,其真正数值是 -3而不是形式值131(10000011转换成十进制等于131)。所以,为区别起见,将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。
例:0000 0001的真值 = +000 0001 = +1,1000 0001的真值 =–000 0001 = –1
(1)原码
原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值. 比如如果是8位二进制:
[+1]原 =0000 0001
[-1]原 =1000 0001
第一位是符号位. 因为第一位是符号位, 所以8位二进制数的取值范围就是:
[1111 1111 , 0111 1111]
即
[-127 , 127]
原码是人脑最容易理解和计算的表示方式.
(2) 反码
反码的表示方法是:
正数的反码是其本身
负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变,其余各个位取反.
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反
可见如果一个反码表示的是负数, 人脑无法直观的看出来它的数值. 通常要将其转换成原码再计算.
(3)补码
补码的表示方法是:
正数的补码就是其本身
负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反, 最后+1.(即在反码的基础上+1)
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 =[00000001]补
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 =[11111111]补
对于负数, 补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的. 通常也需要转换成原码在计算其数值.
3、校验码
奇偶校验
在编码中增加一位校验位来使编码中1的个数为奇校验(偶校验),从而使码具变为2.
海明码
在数据位之间插入K个校验位,通过扩大码距来实现检查和纠错。
循环冗余校验码
它利用生成多项式K个数据位产生n个校验位来进行编码,编码长度为k+r。
未完待续……