硬件组成-CPU-编码-浮点数

• 计算机的基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。

• 运算器、控制器等部件被集成在一起统称为中央处理单元（CPU）。CPU是硬件系统的核心，用于数据的加工处理，能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。

• 存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器和外部存储器。前者速度高、容量小，一般用于临时存放程序、数据及中间结果。而后者容量大、速度慢，可以长期保存程序和数据。

• 输入设备和输出设备合成为外部设备（简称外设），输入设备用于输入原始数据及各种命令，而输出设备则用于输出计算机运行的结果。

• 中央处理单元

• CPU的组成：CPU主要是由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。

• 运算器：由算术逻辑单元ALU（实现对数据的算数和逻辑运算）、累加寄存器AC（运算结果或源操作数的存放区）、数据缓冲寄存器DR（暂时存放内存的指令或数据）和状态条件寄存器PSW（保存指令运行结果的条件码内容，如溢出标志等）组成。执行所有的算术运算，如加减乘除等；执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，如与、或、非、比较等。

• 控制器：由指令寄存器IR（暂存CPU执行指令）、程序计数器PC（存放指令执行地址）、地址寄存器AR（保存当前CPU所访问的内存地址）、指令译码器ID（分析指令操作码）等组成。控制整个CPU的工作，最为重要。

• CPU依据指令周期的不同阶段来区分二进制的指令和数据，因为在指令周期的不同阶段，指令会命令CPU分别去取指令或者数据。

• 进制转换

• m进制转换成n进制：先将m进制转换成十进制数，再将十进制数转换成为n进制数，中间需要通过十进制中转，但是下面两种进制之间可以直接转换：

• 机器数：各种数值在计算机中表示的形式，其特点是使用二进制计数制，数的符号用0和1表示，小数点则隐含，不占位置。

• 机器数有无符号数和带符号数之分。无符号数表示正数，没有符号位。带符号数最高位为符号位，正数符号位为0，负数符号位为1。

• 定点表示法分为纯小数和纯整数两种，其中小数点不占存储位，而是按照以下约定：

• 纯小数：约定小数点的位置在机器数的最高数值位之前。

• 纯整数：约定小数点的位置在机器数的最低数值位之后。

• 真值：机器数对应的实际数值（十进制数值）。

• 原码、反码、补码、移码
  
  

• 浮点数：表示方法为N = F×2^E，其中E称为阶码，F称为尾数；类似于十进制的科学计数法，如
  85.125 = 0.85125*10^2,
  二进制如：101.011 = 0.101011×2^3
  在浮点数的表示中，阶码为带符号的纯整数，尾数为带符号的纯小数，要注意符号位占最高位（正数0负数1），其表示格式如下：
  

• 很明显，与科学计数法类似，一个浮点数的表示方法不是唯一的，浮点数所能表示的数值范围由阶码确定，所表示的数值精度由尾数确定。

• 例题