《计算机系统概论》读书笔记 第2章 bit、数据类型机器运算
计算机系统原理每章知识点
计算机系统原理每章知识点第一章计算机系统概述1.1计算机发展简史-计算机的起源-计算机的发展历程-计算机的分类和应用1.2计算机系统组成-硬件系统：CPU、内存、硬盘、显卡、显示器、电源等-软件系统：操作系统、编程语言、数据库系统、网络软件等-计算机的工作原理：程序和数据在内存中的存储和处理1.3计算机的分类和特点-超级计算机、个人计算机、移动设备等不同类型计算机的特点和应用-计算机的性能指标：速度、内存、硬盘、显卡等-计算机的易用性和可维护性第二章运算器和CPU2.1运算器的功能和组成-运算器的逻辑运算和算术运算-寄存器组和数据通路2.2CPU的结构和组成-CPU的架构和设计理念-CPU的寄存器、缓存和内存接口等组成结构2.3CPU的性能指标和优化方法-CPU的时钟频率和核心数量等性能指标-CPU的优化方法和技术，如缓存优化、内存读写优化等第三章内存储器和存储系统3.1内存储器的结构和类型-DRAM、SRAM、FLASH等不同类型内存的特点和应用-内存条的结构和组成3.2存储系统的层次结构和性能指标-存储系统的层次结构：内存、硬盘、固态硬盘等-存储系统的性能指标：容量、速度、功耗等3.3硬盘和固态硬盘的工作原理和性能优化方法-硬盘的工作原理和性能优化方法-固态硬盘的性能特点和优化方法第四章外存储器和文件系统4.1外存储器的分类和应用-软盘、硬盘、光盘、U盘等不同类型外存储的特点和应用-外存储的容量和读写速度等性能指标4.2文件系统和数据组织方式-FAT、NTFS等常见文件系统的特点和组织方式-数据在文件系统中的组织和访问方式4.3外存储器的性能优化和管理方法-提高外存储器性能的方法和技术，如RAID技术、磁盘阵列等-外存储器的管理和维护方法，如备份、恢复等操作第五章输入输出系统5.1I/O接口和控制器的功能和组成-I/O接口和控制器的功能和作用-I/O接口和控制器的硬件和软件实现方式5.2I/O设备的分类和应用-键盘、鼠标、显示器、打印机等常见I/O设备的特点和应用。
第二章 计算机系统运算基础
Company Logo
练习 能够描述cpu的工作过程 的工作过程 能够描述 自己给出随机的数字， 自己给出随机的数字，进行各类进制的转 换 对数据编码部分的内容， 对数据编码部分的内容，看书了解
Company Logo
Company Logo
练习
1.（235）D的原码、反码、补码 （ 的原码、 ） 的原码 反码、
2.（-235）D的原码、反码、补码 （ 的原码、 ） 的原码 反码、
Company Logo
机器数的字长决定了计算机能表示的整数 范围： 范围： N位的计算机能表示的整数范围是 位的计算机能表示的整数范围是0~ 位的计算机能表示的整数范围是 8位的计算机能表示无符号整数范围 位的计算机能表示无符号整数范围0~255 位的计算机能表示无符号整数范围 32位能表示多少呢？ 位能表示多少呢？ 位能表示多少呢
8 9 A B C D E F
1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
Company Logo
要求 能够轻松自如的对各类进制的数进行转换。 能够轻松自如的对各类进制的数进行转换。 例题： 例题：
（123.06）D ）
Company Logo
数据在计算机中的表示 1、数的编码： 、数的编码： 无符号数 有符号数 在计算机中约定0表示正数 表示正数， 表示负数 在计算机中约定 表示正数，1表示负数
换行 回车 空格 ‘0’～‘9’ ～ ‘A’～‘Z’ ～ ‘a’～‘z’ ～ 0AH 0DH 20H 30H～39H ～ 41H～5AH ～ 61H～7AH ～ 10 13 32 48～57 ～ 65～90 ～ 97～122 ～
Company Logo
Company Logo
计算机系统结构第2章
解：如果在没有向量数据表示的计算机上实现， 一般需要6条指令，其中有4条指令要循环4万 次。因此，CPU与主存储器之间的通信量： 取指令：2＋4×40,000条， 读或写数据：3×40,000个， 共要访问主存储器：7×40,000次以上
• 如果有向量数据表示，只需要一条指令。 减少访问主存（取指令）次数4×40,000次
• 浮点数要进行舍入处理的原因是： (1)十进制数转化为浮点数时，有效位长度超过
给定的尾数字长。 (2)两个浮点数的加减乘除结果，尾数长度超过
给定的尾数字长。 • 舍入处理要解决的问题是：
把规格化尾数的p＋g位处理成只有p位。 其中：p是浮点数表示方式给定的尾数字长，
g是超过给定尾数字长的部分。
• 舍入方法的主要性能标准是： 绝对误差小，
上溢
下溢(浮点零)
上溢
-Nmin
负数区
-Nmax 0 Nmin
正数区
Nmax
3. IEEE754浮点数国际标准
• 32位单精度浮点数格式如下：
符号 S,1 位 阶码 e，8 位
尾数数值 m，23 位
阶码用移-127码表示，即阶码的0～255分别 表示阶码的真值为-127～128。 尾数用原码、小数，1位符号位、23位小数和 1位隐藏的整数共25位表示。 尾数和阶码的基值都是2。 • 64位双精度浮点数，阶码用11位移码表示
数据的功能，如地址、地址偏移量、数值、 控制字、标志等；
同一种操作(如加法)通常有很多条指令。 • 在高级语言和应用软件中 数据的属性由数据自己定义； 在高级语言与机器语言之间的语义差距，要
靠编译器等填补。
• Burroughs公司在大型机中引入自定义数据表 示方式和带标志符的数据表示方式
计算机组成原理：2-1-1 数据的机器层次表示
媒体输入设备
媒体输出设备 （表现媒体）
二进制编码表示的各种数据
程序员角度
(表示 /存储 /传输媒体 )
结构化描述
指令系统能识别的 基本数据类型
系统设计者角度
数值型数据
非数值型数据
常用信息分类及表示
无符号数-- 正整数
原码
定点整数
数值数据
定点数
反码
补码
信
有符号数
定点小数
浮点数
移码
息
十进制数
非数值数据-- 字符、汉字等
2.1 数值数据的表示
计算机内部采用二进制表示的原因
二进制只有两种状态，在数字电路中很容易实现。 二进制编码、运算规则非常简单。 二进制的“0”、“1”与二值逻辑一致，很容易实现逻
辑运算。
计算机中的常用数制的表示：
十进制数（D）——100D 二进制数（B）——1100100B 八进制数（Q）—— 144Q 十六进制数（H） ——64H 在C++中，八进制常数以前缀0开始，十六进制常数以
真值和机器数
真值: 正、负号加上某进制数绝对值的形式称
为真值。如+13,-5等，即实际值。 机器数：
符号以及数值都数码化的数称为机器数 如 ：X=01101 Y=11011
即真值在机器中的表示，称为机器数.
数的机器码表示——原码表示法
纯小数
若纯小数的原码形式为 x0. x1 x2 ···xn,（共n+1位）则原码 表示的定义是：
前缀0x开始。
无符号数和带符号数
无符号数与带符号数
无符号数： 在数值编码格式中，所表示的数没有符号位。
无符号数可都 看成是正整数
全都是数值位(n+1)位 带符号数
《计算机体系结构》第二章
1 A Λ
A
2 B A Λ
B
顶 次顶
3
+
A+B Λ 顶
4
C
C A+B Λ
5
*
（A+B）*C Λ
6 D M Λ
D
7 E D M
E
8 F E D M Λ
F
9
+
E+F D M Λ
10
/
11
-
D/（E+F) M Λ
（A+B）*C-D/（E+F) Λ
Λ
五、浮点数尾数的基值（rm）选择 1. 浮点表示 p N = S × r 浮点数的一般形式 r 基数（基值rm ） S 尾数（含小数点） p 阶码 计算机中 r 取 2、4、8、16 等 。 如：0.235×81 当r=2
如： 稀疏向量
a0
0
0
a3
0
a5
a6
0
有序位向量: 占用5个单元 节省3个单元
1
0
0
1 56
0
1
1
0
-112 78 34
压缩向量
a0= 56 a3= -112 a5= 78 a6= 34
目的：*可节省存储空间；
*实际长度减少可加快运算速度。
四、堆栈数据表示
1. 含义：凡是按先进后出方式工作的特殊（存储）区 域称为堆栈。 2. 堆栈组成方式： 1）寄存器堆栈，全由寄存器构成，速度快，扩充栈容 成本高。 2）寄存器与存贮器结合堆栈。 ①寄存器速度快作栈顶（需数个栈顶寄存器）。 ②存贮器价格低扩充栈容易。 3. 堆栈的生长方式 通常采用向下生长方式：压入数据后，堆栈指针SP向 地址减少方向变化。
计算机导论 第二章完美总结
常用的数制表示方法
下标法 字母法
2.2.2 数制的表示
下标法
用小括号将要表示的数括起来， 用小括号将要表示的数括起来，然后在右括号外 的右下角写上数制的基数R 的右下角写上数制的基数R。 一般我们用（ 表示不同进制的数据。 一般我们用（ ）角标表示不同进制的数据。 十进制数用（ 表示， 如：十进制数用（ ）10表示， 二进制数用（ 二进制数用（ ）2表示 （1056.78）10，表示1056.78是十进制数 1056.78） 表示1056.78是十进制数 1056.78 756） 表示756 756是八进制数 （756）8，表示756是八进制数 1101.0101是二进制数 1101.0101） 表示1101.0101 （1101.0101）2，表示1101.0101是二进制数
2.2.2 数制的表示
几种进位计数制的表示和运算规则
数制 数码个数 基数 规则 权 形式表示 十进制 0,1,… 0,1,…,9 10 逢十进一 借一当十 10i Decimal 二进制 0,1 2 逢二进一 借一当二 2i Binary 八进制 0,1,… 0,1,…,7 8 逢八进一 借一当八 8i Octal 十六进制 0,1,… 0,1,…,9, A,B,C,D,E,F 16 逢十六进一 借一当十六 16i Hexadecimal
2.2.3 数制之间的转换
例：将（0.706）D转换为二进制数。
0.706 × 2 = 1.412 • • • • • •1 • • • • • •b−1 0.412 × 2 = 0.824 • • • • • •0 • • • • • •b− 2 0.824 × 2 = 1.648 • • • • • •1 • • • • • •b−3 0.648 × 2 = 1.296 • • • • • •1 • • • • • •b− 4 0.296 × 2 = 0.592 • • • • • •0 • • • • • •b−5 0.592 × 2 = 1.184 • • • • • •1 • • • • • •b−6 0.184 × 2 = 0.368 • • • • • •0 • • • • • •b−7 0.368 × 2 = 0.736 • • • • • •0 • • • • • •b−8 0.736 × 2 = 1.472 • • • • • •1 • • • • • •b−9
第二章 数据的机器层次表示
范围数一样，我们必须自已(zì yǐ)决定某个量是否需要正负。 如果这个量不会有负值，那么我们可以定它为带正负的类 型。 在计算机中，可以区分正负的类型，称为有符类型，无正 负的类型（只有正值），称为无符类型。 数值类型分为整型或实型，其中整型又分为无符类型或有 符类型，而实型则只有符类型。 字符类型也分为有符和无符类型。 比如有两个量，年龄和库存，我们可以定前者为无符的字 符类型，后者定为有符的整数类型。
精品资料
2.1 数值数据的表示(biǎoshì)
(2)定点整数反码 定义：设X=± xn-2xn-3…x1 x0 则定点整数反码定义为： X, 0X2n 1
[X]反 2n1X, 2n 1X0
注意到 在两个(liǎnɡ ɡè)公式中都包括0 。 类似，[-1010011]反=00101100
精品资料
2.1 数值数据的表示(biǎoshì)
使用二制数中的最高位表示正负。 首先得知道最高位是哪一位？1个字节的类型(lèixíng)，如字符类型(lèixíng)，
最高位是第7位，2个字节的数，最高位是第15位，4个字节的数，最高位是第 31位。不同长度的数值类型(lèixíng)，其最高位也就不同，但总是最左边的那 位（如下示意）。字符类型(lèixíng)固定是1个字节，所以最高位总是第7位。 (红色为最高位) 单字节数： 1111 1111 双字节数： 1111 1111 1111 1111 四字节数： 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
[X]原=
X 1X
1X0 0X1
在[X]原中用 0 1来表示 +、－号 0正１负
计算机组成原理：第二章-计算机算术
二 计算机算术 1. 数据表示决定了计算机所执行操作的类型，数据从一个位置传到另一个位置的方法， 以及对存储元件的特性要求。
1. 浮点运算是非常重要的，因为它的实现决定了计算机执行复杂图形变换和图像处理的速度， 而且浮点运算对计算的准确度也有很重要的影响。
2. 计算机如何进行加减乘除运算 2.1 数据是什么 数据是 各种各样的信息，如数字、文本、计算机程序、音乐、图像、符号、运动图像、DNA密码，等等。 实际上，信息可以是能够被计算机存储和处理的任何事物。
2.1.1 位与字节 计算机内存储和处理信息的最小单位是位(bit，或比特)。一个比特的值可以是0或1， 它是 不可分的。
数字计算机将信息以 一组或一串比特 (称作 字)的形式保存在存储器中。 例如，串01011110表示一个8位的字。
计算机通过高低电压两个等级来存储0和1的状态 目前人们还不能制造出价格便宜的、能够可靠地区分出十个不同电压等级的电路， 只能制造出便宜的、能够区分我们称之为0和1的两个电压等级的电路。
计算机通常不会每次只对一个二进制位进行操作，它们会对一组二进制位进行操作。 • 8个二进制位为一个 字节 (byte)。 一般来讲，计算机能够 同时处理的位数越多，速度就会越快。 随着计算机的速度越来越快，价格越来越低，一台计算机一次能处理的位的组数也越来越多。 2.1.2 位模式 Figure 1: 上图描述了如何用1位、2位、3位和4位得到一个二进制的值序列。 一个n位的字将得到$2^n$条不同的路径或位模式。 信息表示 一个n位的字将得到$2^n$不同的位模式。 一个n位的二进制字什么也表示不了; 二进制1和0组成的串 没有任何内在含义。 怎样解释一个特定的二进制数只取决于程序员赋予它何种含 • 指令: 字长为32位或更长的计算机用一个字来表示cpu能够完成的操作。 8位或16位计算机用多个字表示一条指令。其二进制编码与功能之间的关系由设计者决定
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Bit —-信息的基本单位。
在计算机内部,有数以百万计的期间在控制着电子的运动。
这些期间随时检测着电路中各处电压的变化,并做出不同的响应控制。
它们不仅检测电压的有无，甚至还能测量真正的电压大小，但这无疑会导致控制和检测电路的过度复杂性。
如果只需要检测电路中任意两点间是否有电压，而不是测量其精确电压值,电路的复杂性无疑会大大降低。
在符号层义上，我们采用“1"便是两点间存在电压,而“0”表示两点间不存在电压。
我们称这样要么是“1”要么是“0”的符号单位为一个“bit",即所谓的二进制表示方法.
如果我们不仅定义了素质的表达方式（或编码方式)，同时还定义了相关的操作方法,则在定义上称该表达方式为一种数据类型。
每个计算机指令集都定义了一组数据类型机器响应的操作指令，数据类型的数目可多可少(取决于ISA 的设计要求）。
在二进制整数前面添加任意多的0不会改变其值;同样，在负数前面添加任意多1也不会影响其值.我们称这两种操作为“符号扩展”。
一个正数和一个负数相加，永远不会发生溢出。
逻辑运算符的操作对象是逻辑变量。
逻辑变量的取值只有两个：0或1。
逻辑操作的功能（或行为）定义的常用描述方式是“真值表”.真值表的行数和猎术分别是n
2
和1 n 。
前n 列分别代表n 个源操作数,由于每个源操作数都是逻辑变量，变量值只可能为0或1，所以n 个源操作数的所有可能组合数目为n 2。
真值表中的每一行代表了一种组合,表的最后一列代表组合方式下的逻辑运算组合。
表 1“与"运算真值表
表 错误!未定义书签。
“或"运算真值表
表 错误!未定义书签。
“非”运算真值表
表错误!未定义书签。
“异或”运算真值表
位矢量：假设存在n个但愿，我们可以用一个n-bit的二进制代表n个单元。
当某个单元空闲时,我们将相应的bit清0；当某个单元忙碌时，我们将相应的单元置1。
我们称这个二进制数为“位矢量”。
在浮点数表示法中,除了符号位之外，并不是所有将所有的bit都用于精度表示，而是一部分bit用于表达数值范围（多大、多小），另一部分用于表示数值宽度。
Float类型由32—bit组成，各bit的定义如下：
符号：1bit，代表符号（正数或负数）
数值范围：8bit，代表范围（指数，exponent)
数值精度:23bit，代表精度（尾数，fraction）
几乎所有的计算机制造商都是用这种float格式，该格式也是IEEE浮点运算标准的一部分。
ASCII码是一种用于在计算机处理单元和输入/输出设备之间传递“字符"的编码标准。
ASCII代表美国信息互换标准码（American Standard Code for Information Interchange)，它的存在为计算机厂家,设备厂家（生产键盘、显示器等设备）之间提供了一个定义字符格式的共同标准。