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计算机组成原理
IMX6UL(A7)
考试学情分析系统
计算机
基础
发展史
ENIAC
全球第一台电子计算机
EDVAC
世界第一台采用二进制和存储程序的概念（实施是EDSAS）计算机
EDSAS
世界第一台采用冯诺依曼体系结构设计制造的计算机
UNIVAC
世界第一台商用计算机
人物
全球第一台电子计算机、1946年2月14日（情人节）、美国宾夕法尼亚大诞生、电子数值积分计算机
采取十进制
不能存储程序和控制程序
一万八千多个电子管（电子元件）30多吨
每秒五千次加减运算
用于计算弹道和火力表
用布线板控制，搭建时间抵消计算速度
冯·诺伊曼（现代/计算机之父）
与同事一起共同讨论的基础上1945年发表《EDVA》草案
第一台采用二进制和存储程序的概念计算机，实施：EDSAC
采用二进制形式表示数据和程序
采用储存程序和控制程序的方式工作（又称原理、特点）
计算机硬由五个部分组成
运算器、控制器（CPU）、存储器（内外存）、输入设备、输出设备
艾兰·图灵（人工智能之父，计算机科学奠基人）
图灵机模型
1.抽象概念，不是实体机
2.功能上图灵机远远大于现代计算机
图灵测试
它是人工智能的理论基础
美国计算机协会（ACM）创立图灵奖（计算机业界的诺贝尔）
巴贝奇（通用计算机之父）
差分机
分析机
现代通用计算机雏形
香农
信息论创始人，信息的符号化就是数据，数据是信息的载体或表现形式
发展阶段
发展趋势
巨形化（性能）
微型化
网络化
智能化
未来新型计算机突破方向
光子计算机
生物计算机（分子计算机）
量子计算机
特点
运算速度快
计算精度高
储存能力强（存储容量大）
基本
记忆能力强
具有逻辑判断能力
自动化程度高
通用性强
人机交互
分类
用途
专用计算机
通用计算机
性能
高性能计算机（又称超级计算机）
我国
银河
曙光
神威
深腾
天河
神威太湖之光（目前最6）
按时间顺序
国际
NO.1富岳Fugaku (日本) NO.2顶点summit(美国) NO.3山脊Sierra(美国) NO.4神威太湖之光（中国)
微型计算机（简称pc个人计算机）
工作站
服务器
嵌入式计算机（应用最广泛，超过PC）
硬件和软件系统集成在一个芯片的产品叫单片机
应用
科学计算（数值计算，最早）
数据处理（信息管理，最广泛）
OA（办公自动化）
过程控制（又称实时控制）
辅助工程
辅助设计
CAD
辅助制造
CAM
辅助测试
CAT
CAE
辅助工艺规划
CAPP
辅助教育
CBE
辅助教学
CAI
辅助集成制造
CIMS
人工智能
AI
网络应用
多媒体
计算思维
科学研究的三大方法是理论、实验、计算
对应的三大思维
理论思维（又称推理思维）
以数学学科为代表
实验思维（又称证实思维）
以物理学科为代表
计算思维（又称构造思维）
以设计和构造为特征
以计算机学科为代表
利用计算机科学相关知识去解决我们的一些问题
本质
抽象和自动化
特征(了解不背)
计算思维是属于人的思维方式，不是计算机的思维方式。
计算思维的过程可以由人执行，也可以由计算机执行。
计算思维是思想，不是人造物。
计算思维是概念化，不是程序化。
基本问题
可计算性
一个问题是可计算的是指可以使用计算机在有限步骤内解决。
计算复杂性
度量标准:时间复杂性和空间复杂性（越低越好）
人工智能的理论基础。
核心
=计算思维方法
总的来讲，计算思维方法有两类，一类是来自数学和工程的方法，另一类是计算机科学独有的方法。
计算物理学
计算经济学
计算生物学
计算化学
理解考小题
信息表示及编码
进制
进制的相关概：数码，基数，位权
数码
0-9（根据进制改变）
基数
10（根据进制改变）
位权
10（根据进制改变）x的i次方
数位
-----3 2 1 0-1-2-3------
进制之问的相互转换
进制转换
非10转10
按权展开，相加求和
1.标号（标数位：以小数点为界，整数的个位开始） 2.展开该位上的数码乘上对应的位权 3.相加求和
0乘任何数都是=0 任何一个数的1次次方=本身=任何一个数不是次方 任何一个数的0次次方=1=任何一个数不是次方
10转非10
整数：到取余数（商为0时结束.短除法） 小数：乘基顺取整数（小数部分为0时结束）
除基=转几进制除几
一个数除比它大的数时商0，余数为该数本身体、
整数
小数
2、8、16之间的转换
2转8
3位为一组，不足补0（421，有1相加）
8转2
一位展开为3位(421，相加为位位数写1，没有写0)
2转16
4位为一组，不足补0（8421，有1相加）
16转2
一位展开为4位(8421，相加为位位数写1，没有写0)
8转16
用2转换
二进制数的运算
算术运算：
加减法（逢二进一）
0+0=0/1+0=1/0+1=1/1+1=10
减法（借一当二）
0-0=0/1-1=0/1-0=1/10-1=1
逻辑运算：1=真/0=假
与
0^O=0 1^0=00^1=0 1^1=1 有0为0、全一为一（^=与）
或
0v0=0 1v1=1 1v0=1 0v1=1 有1为1、全0为0（v=与）
非
取反0变1、1变0
异或
1⊕0=1/0⊕1=1/0⊕0=0/1⊕1=0 不同为1、相同为0（⊕异或）
采用二进制的原因
物理元件性能所致（最根本的原因)
运算简单
逻辑运算容易实现
数的表示以及原、反、补码
有无符号数表示数值范围
无符号数（无正负）
求真值=B转D
由n个连续的1组成的二进制整数转十进制
n位：
有符号数（有正负）
最高位为符号位
符号位为0表正数
符号位为1表负数
去符号位以及多余的转十进制
n位二进制共能表赤2n个不同的数/状态/码
n位二进制能表示的有符号数的范围
最小值
最大值
n位二进制能表示的无符号数的范围
最小值0
源码、反码、补码
原码：带符号位的二进制数
反码：对于正数，反码与原码相同;对于负数，符号位不变，其余各位按位取反（非运算1=0、0=1）。
补码：对于正数，补码与原码相同;对于负数，符号位不变，其余各位按位取反然后加1。（反码加1=补码）
对于正数原、反、补码都一样
数值在计算机中是用补码表示的
求-20补码
1，八位（划八个横线）
2.符号位正为0，负为1
3.求源，码转二进制，不够加0
0
+0
原
00000000
反
补
-0
10000000
11111111
溢出从最低为取，0的补码都是0
数据的存储单位
概念：位、字节、字、字长
位（比特)(bit，b): 算机中信息表示或处理的最小数据单位，位的取值有两种，即:0、1。
字节(byte，B): 计算机存储容量的基本单位，简称“B”。
机器字(字): CPU一次性传输、运算或处理的二进制数据
字长(字的长度): CPU一次性传输、运算或处理的二进制数据的位数
1B(Byte) = 8b(bits) 1 KB(千字节)= 1024 B 1 MB(兆字节)= 1024 KB 1 GB(吉字节) = 1024 MB 1 TB(太字节) = 1024 GB
小化大除（低不变，子相减） 大化小乘（低不变，子相加）
进制数的移动
字符编码
数字编码
采用BCD码
常用BCD码可分为两类
有权码，如:8421(最常用)、2421、5421
无权码，如:余3码、格雷码
西文字符
各种符号、数字、英文字母
字符编码一般采用ASCII码(最常用编码方式)
1个西文字符占个字节
标准ASCII码是7位，最高位是0。
扩展版ASCII码是8位，最高位是1
ASCII码值
按顺序差多少加多少 从已知字符下一个开始数
0——48
A——65
a——97
数字<大写字母<小写字母 （大小写字母相差32）
常见的字符编码
”o”>48(30H)，
”A">65(41H)，
”a">97(61H)，
换行符(LF) →10,
回车符(CR)→13，
空格(space)→32，
“#”→>35，
“$"→36,
“%”→37，
“&”→38，
“! ”→33，
“*”→42，
“/"→47，
“@”→64
汉字字符
一个汉字占2个字节
区位码
常用四位十进制表示，将常用汉字分为94区 (O1~94）和94位(O1~94)组成矩阵方式，以字符在矩阵中的行(区)列(位)下标的方式表示某中文字符。(前区后位)
国标码
计算机之间进行汉字信息交换时所使用的编码
简称GB2312-80
国家制定的汉字交换码标准
包含了6763个汉字和682个非汉字图形。
根据使用频率分
一级常用汉字3755个:按拼音字母排序
二级次常用汉字3008个:按部首笔型排序
特点：任何一个汉字的国标码的第一个字节和第二个字节的最高位都为0
内部码(机内码，内码最终输入)
是汉字在计算机内处理、存储和传输的二进制编码
特点：“两个字节的最高位都是1(一个汉字的内码是唯一的)。
换算
国标码=区位码+2020H
机内码=国标码+8080H或 机内码=区位码=A0A0H
输入码(外部码、外码) 输入汉字时的代码
音码类(全拼码，智能ABC)
形码类(五笔，表形码)
音形结合码（自然码)
同一个汉字输入码不唯一
字形码(输出码，字模码)
计算机输出信息时使用的编码，用于汉字在显示屏或者打印机输出。
两种表示方式
点阵规模（越大越清晰，缩放易失针）
行列数的乘积乘8（字节B）
矢量
存储的是描述汉字字形的轮廓特征。
易缩放不失针
字库（字型信息库）
存储汉字输出码的文件
输入设备
国标/区位码
机内码
字库
输出设备
汉族字符集
BIG5编码
繁体、收录13053个汉字
GBK编码
是GB2312-80编码的扩充、收录21003个汉字
包含GB13000-1中的全部中日韩汉字和BIG5
GB18030编码
是对GBK编码的扩充中、日朝和少数民族文字、收录27484个汉字
Unicode编码(万国码、统一码、单一码)
国际标准字符（跨语言、跨平台）
格式
UTF-8
最常见与ASCII码兼容以字节为单位。
UTF-16编码
计算机系统组成
硬件系统
基本结构
基本原理
存储程序和自动的执行程序（由指令组成）
指令是能够被计算机识别并执行的二进制代码,又称机器指令
操作码：告诉CPU应当执行何种
操作地址码：告诉CPU所要操作的数据在哪里
指令系统是计算机所能执行的全部指令的集合
程序执行过程
取指令
流水线技术
提高CPU的执行指令的速度，实现几条指令的并行处理
多核技术
通过放置多个内核来提升处理器的计算速度
分析指令
执行指令
主机
中央处理器（CPU）
内存
空间=尾-头+1
外部设备
软件系统
系统软件
应用软件
微型计算机硬件系统
性能指标
浮动主题
