• 計算機結構組成

内外存儲器: 實現記憶功能的部件⽤來存放計算程序及參與運算的各種數據

CPU運算器: 負責數據的算術運算和邏輯運算即數據的加⼯處理

CPU控制器:負責對程序規定的控制信息進⾏分析,控制并協調輸⼊,輸出操作或内存訪問

輸⼊設備: 實現計算程序和原始數據的輸⼊

輸出設備: 實現計算結果輸出1、2、2 計算機系統組成1、2、3 程序和指令

指令是對計算機進⾏程序控制的最⼩單位。

計算機系統組成

1、2、3 程序和指令

指令是對計算機進⾏程序控制的最⼩單位。

所有的指令的集合稱為計算機的指令系統。

程序是為完成⼀項特定任務⽽⽤某種語⾔編寫的⼀組指令序列。

• CPU結構

中央處理器（CPU，central processing unit）作為計算機系統的運算和控制核⼼，是信息處理、程序運⾏的最終執⾏單元。

cpu

該圖表現了在指令執⾏周期中相互交互部件之間的關系。在從内存讀取程序指令之前，将其地址放到地址總線上。然後，内存控制器将所需代碼送到數據總線上，存⼊代碼⾼速緩存 (code cache)。指令指針的值決定下⼀條将要執⾏的指令。指令由指令譯碼器分析，并産⽣相應的數值信号送往控制單元，其協調 ALU 和浮點單元。雖然圖中沒有畫出控制總線，但是其上傳輸的信号⽤系統時鐘協調不同 CPU 部件之間的數據傳輸。

• CPU構成

CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和内部總線構成。

運算器：由算術邏輯單元ALU、通⽤寄存器、數據暫存器等組成。程序狀态字寄存器接受從控制器送來的命令并執⾏相應的動作，主要負責對數據的加工和處理。

控制器：由程序計數器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、數據寄存器DR、指令譯碼器等。負責對程序規定的控制信息進⾏分析,控制并協調輸⼊,輸出操作或内存訪問

寄存器：寄存器的功能是存儲⼆進制代碼，它是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的。

總線：總線是⼀種内部結構，它是cpu、内存、輸⼊、輸出設備傳遞信息的公⽤通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接⼝電路再與總線相連接。

• 寄存器

CPU 本身隻負責運算，不負責儲存數據。數據⼀般都儲存在内存之中，CPU 要⽤的時候就去内存讀寫數據。但是，CPU 的運算速度遠⾼于内存的讀寫速度，為了避免被拖慢，CPU 都⾃帶⼀級緩存和⼆級緩存。基本上，CPU 緩存可以看作是讀寫速度較快的内存。但是，CPU 緩存還是不夠快，另外數據在緩存⾥⾯的地址是不固定的，CPU 每次讀寫都要尋址也會拖慢速度。因此，除了緩存之外，CPU 還⾃帶了寄存器（register），⽤來儲存最常⽤的數據。也就是說，那些最頻繁讀寫的數據（⽐如循環變量），都會放在寄存器⾥⾯，CPU 優先讀寫寄存器，再由寄存器跟内存交換數據。

寄存器名字

寄存器、緩存、内存三者關系

按與CPU遠近來分，離得最近的是寄存器，然後緩存(CPU緩存)，最後内存。

CPU計算時，先預先把要⽤的數據從硬盤讀到内存，然後再把即将要⽤的數據讀到寄存器。于是

CPU〈---〉寄存器〈---〉内存，這就是它們之間的信息交換。

那為什麼有緩存呢？因為如果經常操作内存中的同⼀址地的數據，就會影響速度。于是就在寄存器與内存之間設置⼀個緩存。因為從緩存提取的速度遠⾼于内存。當然緩存的價格肯定遠遠⾼于内存，不然的話，機器⾥就沒有内存的存在。

由此可以看出，從遠近來看：CPU〈---〉寄存器〈---〉緩存 〈---〉内存。

• 進制

進制也就是進位制，是⼈們規定的⼀種進位⽅法。 對于任何⼀種進制—X進制，就表示某⼀位置上的數運算時是逢X進⼀位。 ⼗進制是逢⼗進⼀，⼗六進制是逢⼗六進⼀，⼆進制就是逢⼆進⼀，以此類推，x進制就是逢x進位。

• ⼆進制

⼆進制是計算技術中⼴泛采⽤的⼀種數制。⼆進制數據是⽤0和1兩個數碼來表示的數。它的基數為2，進位規則是“逢⼆進⼀”，借位規則是“借⼀當⼆”。

當前的計算機系統使⽤的基本上是⼆進制系統，數據在計算機中主要是以補碼的形式存儲的。

⼗進制轉化⼆進制的⽅法：⽤⼗進制數除以2，分别取餘數和商數，商數為0的時候，将餘數倒着

數就是轉化後的結果。⼗進制的⼩數轉換成⼆進制：⼩數部分和2相乘，取整數，不⾜1取0，每次相乘都是⼩數部分，順序看取整後的數就是轉化後的結果。

• ⼋進制

⼋進制，Octal，縮寫OCT或O，⼀種以8為基數的計數法，采⽤0，1，2，3，4，5，6，7⼋個數字，逢⼋進1。⼀些編程語⾔中常常以數字0開始表明該數字是⼋進制。⼋進制的數和⼆進制數可以按位對應（⼋進制⼀位對應⼆進制三位），因此常應⽤在計算機語⾔中。⼗進制轉化⼋進制的⽅法：

⽤⼗進制數除以8，分别取餘數和商數，商數為0的時候，将餘數倒着數就是轉化後的結果。

• ⼗六進制

⼗六進制（英⽂名稱：Hexadecimal），同我們⽇常⽣活中的表示法不⼀樣，它由0-9，A-F組成，字⺟不區分⼤⼩寫。與10進制的對應關系是：0-9對應0-9，A-F對應10-15。

⼗六進制的數和⼆進制數可以按位對（⼗六進制⼀位對應⼆進制四位），因此常應⽤在計算機語⾔中。

⼗進制轉化⼗六進制的⽅法：

⽤⼗進制數除以16，分别取餘數和商數，商數為0的時候，将餘數倒着數就是轉化後的結果。

十進制轉十六進制

• 進制在代碼中表現形式

func main() { a := 10 //⼗進制 b := 010 //⼋進制 c := 0x10 //⼗六進制 //%d 占位符 表示輸出⼀個⼗進制整型數據 fmt.Printf("%d\n",a) //%o 占位符 表示輸出⼀個⼗進制整型數 fmt.Printf("%o\n",b) //%x %X 占位符 表示輸出⼀個⼗進制整型數據 fmt.Printf("%x\n",c) }

• 原碼

⼀個數的原碼(原始的⼆進制碼)有如下特點：

• 最⾼位做為符号位，0表示正,為1表示負
• 其它數值部分就是數值本身絕對值的⼆進制數
• 負數的原碼是在其絕對值的基礎上，最⾼位變為1

原碼表示法簡單易懂，與帶符号數本身轉換⽅便，隻要符号還原即可，但當兩個正數相減或不同符号數相加時，必須⽐較兩個數哪個絕對值⼤，才能決定誰減誰，才能确定結果是正還是負，所以原碼不便于加減運算。

• 反碼

對于正數，反碼與原碼相同

對于負數，符号位不變，其它部分取反(1變0,0變1)

反碼運算也不⽅便，通常⽤來作為求補碼的中間過渡。

• 補碼

在計算機系統中，數值⼀律⽤補碼來存儲。

補碼特點：

• 對于正數，原碼、反碼、補碼相同
• 對于負數，其補碼為它的反碼加1
• 補碼符号位不動，其他位求反，最後整個數加1，得到原碼

• 補碼的意義

⽤8位⼆進制數分别表示 0和-0⼗進制數

不管以原碼⽅式存儲，還是以反碼⽅式存儲，0也有兩種表示形式。為什麼同樣⼀個0有兩種不同的表示⽅法呢？

但是如果以補碼⽅式存儲，補碼統⼀了零的編碼：

計算9-6的結果

以原碼⽅式相加：

最⾼位的1溢出,剩餘8位⼆進制表示的是3，正确。

在計算機系統中，數值⼀律⽤補碼來存儲，主要原因是：

• 統⼀了零的編碼
• 将符号位和其它位統⼀處理
• 将減法運算轉變為加法運算
• 兩個⽤補碼表示的數相加時，如果最⾼位(符号位)有進位，則進位被舍棄

• 指針和内存

内存

内存含義：

存儲器：計算機的組成中，⽤來存儲程序和數據，輔助CPU進⾏運算處理的重要部分。

内存：内部存貯器，暫存程序/數據——掉電丢失 SRAM、DRAM、DDR、DDR2、DDR3。

外存：外部存儲器，⻓時間保存程序/數據—掉電不丢ROM、ERRROM、FLASH（NAND、

NOR）、硬盤、光盤。

内存是溝通CPU與硬盤的橋梁：暫存放CPU中的運算數據

暫存與硬盤等外部存儲器交換的數據

• 物理存儲器和存儲地址空間

有關内存的兩個概念：物理存儲器和存儲地址空間。

物理存儲器：實際存在的具體存儲器芯⽚。

主闆上裝插的内存條

顯示卡上的顯示RAM芯⽚

各種适配卡上的RAM芯⽚和ROM芯⽚

存儲地址空間：對存儲器編碼的範圍。我們在軟件上常說的内存是指這⼀層含義。

編碼：對每個物理存儲單元（⼀個字節）分配⼀個号碼

尋址：可以根據分配的号碼找到相應的存儲單元，完成數據的讀寫

• 内存地址

将内存抽象成⼀個很⼤的⼀維字符數組。

編碼就是對内存的每⼀個字節分配⼀個32位或64位的編号（與32位或者64位處理器相關）。

這個内存編号我們稱之為内存地址。

内存中的每⼀個數據都會分配相應的地址：

char:占⼀個字節分配⼀個地址

int: 占四個字節分配四個地址

flfloat、struct、函數、數組等

• 指針

隻要将數據存儲在内存中都會為其分配内存地址。内存地址使⽤⼗六進數據表示。

内存為每⼀個字節分配⼀個32位或64位的編号（與32位或者64位處理器相關）。

• 内存區的每⼀個字節都有⼀個編号，這就是“地址”。
• 如果在程序中定義了⼀個變量，在對程序進⾏編譯或運⾏時，系統就會給這個變量分配内存單元，并确定它的内存地址(編号)
• 指針的實質就是内存“地址”。指針就是地址，地址就是指針。
• 指針是内存單元的編号，指針變量是存放地址的變量。
• 通常叙述時會把指針變量簡稱為指針，實際他們含義并不⼀樣。

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