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老師：林海峰

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第一章 初識計(jì)算機(jī)

通過了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展史、基本組成、軟硬件知識、以及工作原理

歷史

• 1946年2-14（情人節(jié)）世界上第一臺電子計(jì)算機(jī) 賓夕法尼亞大學(xué)問世

• 馮諾依曼：數(shù)制二進(jìn)制；計(jì)算機(jī)按照程序順序進(jìn)行

• 1946-1957 電子管時(shí)代

• 1958-1964 晶體管時(shí)代

• 1965-1970 集成電路時(shí)代

• 1971-…… 大規(guī)模超大規(guī)模集成電路時(shí)代

構(gòu)成

硬件系統(tǒng)的五大組成部分：

1. 運(yùn)算器：負(fù)責(zé)算數(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算，與控制器組成中央處理器（CPU）

CPU中的寄存器，用于把一些常用數(shù)據(jù)寄存在cpu中，方便CPU調(diào)用，減少CPU到內(nèi)存調(diào)用數(shù)據(jù)的時(shí)間，從而提高性能。

2. 控制器：負(fù)責(zé)發(fā)送和接受指令
3. 存儲器：用來存儲正在進(jìn)行的程序、將要進(jìn)行程序的的數(shù)據(jù)以及剛處理完的數(shù)據(jù)
4. 輸入設(shè)備
5. 輸出設(shè)備

軟件

1. 系統(tǒng)軟件：指協(xié)調(diào)和控制計(jì)算機(jī)以及外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)。 主要功能是調(diào)度，監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各種獨(dú)立的硬件，是的他們可以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件是的計(jì)算機(jī)使用者和其他軟件將計(jì)算機(jī)當(dāng)作一個(gè)整體而不需要估計(jì)到底層每個(gè)硬件是如何工作的
2. 應(yīng)用軟件

硬件、軟件與用戶關(guān)系圖

graph TD
    A[用戶] -->b[應(yīng)用軟件] 
    A[用戶] -->c((系統(tǒng)軟件))
    b[應(yīng)用軟件] -->c((系統(tǒng)軟件))
    c((系統(tǒng)軟件))-->d[計(jì)算機(jī)硬件]

工作過程

計(jì)算機(jī)的工作過程，就是執(zhí)行程序的過程

• 執(zhí)行一條指令的四個(gè)基本操作：

1. 取出指令：從存儲器某個(gè)地址中取出要執(zhí)行的指令送到CPU內(nèi)部的指令寄存器暫存
2. 分析指令：吧保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，翻譯該指令對應(yīng)的微操作
3. 執(zhí)行指令：根據(jù)指令譯碼，向各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)控制信號，完成指令規(guī)定的各種操作
4. 為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備，及取出下一條指令地址。

寄存器

寄存器的分類：

• 通用寄存器
• 程序計(jì)數(shù)器
• 堆棧指針
• 程序狀態(tài)字寄存器（PSW）

理解：

• 寄存器是最接近CPU的存儲，為了快速響應(yīng)和配合CPU工作而存在，寄存器的典型容量（32位/64位）決定了CPU的架構(gòu)？

• 高速緩存和寄存器一樣，也是為了方便cpu高速調(diào)用數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，和寄存器的區(qū)別是，寄存器通常用于存放高頻指令，高速緩存用于存放近段時(shí)間頻繁使用的內(nèi)容。因此高速緩存的大小規(guī)格也比寄存器略大一些。

  
  
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內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)

內(nèi)核態(tài)： 相當(dāng)于CPU有了管理員指令，可以調(diào)用指令集中圈不得指令，也就是說使用整個(gè)硬件的所有功能

用戶態(tài)：用于保護(hù)一部分系統(tǒng)硬件功能（操作系統(tǒng)占用的內(nèi)存和I/O）不被用戶隨意使用。并且在這種狀態(tài)下，不能切換至內(nèi)核態(tài)。

數(shù)據(jù)

二進(jìn)制

• 二進(jìn)制運(yùn)算：
  逢二進(jìn)一

• 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制：
  短除法之后，逆序排列

• 十六進(jìn)制和二進(jìn)制之間的互相轉(zhuǎn)換：四位一分/四位合一

• 八進(jìn)制和二進(jìn)制的互相轉(zhuǎn)換：三位一分/三位一合

機(jī)器數(shù)與真值

1. 機(jī)器數(shù)：

一個(gè)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示形式，叫做這個(gè)數(shù)的機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)是帶符號的，在計(jì)算機(jī)用一個(gè)數(shù)的最高為存放符號，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1

范例：+3=00000011，計(jì)算機(jī)字長為8位。
-3=10000011

2. 真值：

由于機(jī)器數(shù)中的起始位是用來表示符號的，其顯示的數(shù)值（形式值）經(jīng)過轉(zhuǎn)換并不是真的這個(gè)數(shù)字的值。

00000001的真值 = +0000001=+1
10000001的真值 = -0000001=-1
但是形式值 = 2^7+1 = 129

所以，真值就是將符號位真的轉(zhuǎn)為符號的機(jī)器數(shù)的真正數(shù)值