現代計算機的硬件組成主要依據下圖這位大神-馮·諾依曼的思想設計的。

馮·諾依曼結構也稱普林斯頓結構，是一種将程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的存儲器結構。

馮·諾依曼

它主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五部分組成

結構示意如下圖，原理遠比其複雜，本篇隻是為了簡單介紹就使用了如下簡略圖

1. 用戶将程序通過輸入設備輸入計算機，并保存至存儲器中
2. 用戶啟動程序
3. 程序啟動後，計算機将程序對應的指令逐條送至控制器
4. 控制器依據指令生成相應的控制信号或者将相應的數據送至運算器
5. 運算器依據控制信号完成特定運算，并将結果存儲至存儲器
6. 運算結果通過輸出設備（顯示器、打印機等）進行結果展示

計算機中在傳輸中使用二進制，即隻有1和0

數據編碼

計算機将現實世界中的數據按類型分為以下大類和小類

1. 不論是何種數據均以二進制的形式保存
2. 機器數和真值

機器數 :一個數字在計算機中的二進制表示形式, 叫做這個數的機器數。機器數是帶符号的。

真值: 現實時間中人們直接書寫表述的數

原碼

原碼就是符号位加上真值的絕對值，即用第一位表示符号，其餘位表示值。比如：如果是8位二進制：

[ 1]原= 0000 0001

[-1]原= 1000 0001

第一位是符号位，因為第一位是符号位，所以8位二進制數的取值範圍就是：（即第一位不表示值，隻表示正負。）

[1111 1111 , 0111 1111]

即

[-127 , 127]

原碼是人腦最容易理解和計算的表示方式。

反碼

反碼的表示方法是：

正數的反碼是其本身；

負數的反碼是在其原碼的基礎上，符号位不變，其餘各個位取反。

[ 1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反

可見如果一個反碼表示的是負數，人腦無法直觀地看出來它的數值。通常要将其轉換成原碼再計算。

補碼

補碼的表示方法是：

正數的補碼就是其本身；

負數的補碼是在其原碼的基礎上，符号位不變，其餘各位取反，最後 1。(也即在反碼的基礎上 1)

[ 1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反= [0000 0001]補

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反= [1111 1111]補

對于負數，補碼表示方式也是人腦無法直觀看出其數值的。通常也需要轉換成原碼再計算其數值。

數值類數據，将它們轉為二進制比較容易。定點數采用進制轉換，浮點數采用科學計數法來進行轉換表達。

科學計數法示例

非數值類數據 ,由于計算機最開始由美國人發明，所有他們采用ASCII編碼就可以表示所有的英文字母和常用符号。但是漢字是表意文字每個字都有必須有唯一的編碼，所有中國為了使得漢字能輸入計算機和被識别發明了GB系列編碼格式。後來加入的國家越來越多，又才用了Unicode編碼它有更多的容量可以将包含全世界所有語言的文字，所有現在是主流的編碼方式。

運算器組成:

• 算術邏輯單元(ALU)
• 通用寄存器組(R1 ~Rn)

控制器組成:

• 時标發生器(TGU)
• 主脈沖振蕩器(MF)
• 程序計數器(PC)
• 指令寄存器(IR)
• 指令譯碼器(ID)

總線:

• 數據總線(DBUS)
• 地址總線(ABUS)
• 控制總線(CBUS)

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