第一章节 计算机系统基础
前言
这部分内容中有90%左右的部分对我来说非常熟悉，在大学阶段的教学中也涉及较多的知识点。然而，在刚接触这些知识时也不能掉以轻心或自视甚高。值得注意的是，在计算机考试中并非所有重点都会出现在机试环节中，在个人能力发挥受限的情况下可能会出现一些非重点考察点。例如之前的一次计算机水平考试经历就是如此——差点以为自己无法通过考试但最终还是选择裸奔的形式通过了考试此次总结经验并采取行动后开始更加注重理论知识的学习与实践能力的培养
数值转换
基本概念包括：进制（Number System）、数字（Digit）、基数（Base）、权值（Weight）以及位数（Position）。
常见的几种进制表示方法包括十进制（Decimal, D）、二进制定度 Binary (B)、八制定度 Octal (Q)以及十六制定度 Hexadecimal (H）。
数的转换
1.R进制转十进制
方式：按权展开法 R^k形式
- 十进制转R进制
采用的方法：短除法；小数部分乘以R；从上到下
需要注意的是，在转换过程中：将转换后得到的数字从左到右依次排列，并且右边是高位
3.二进制转Q/H
直接位权分开，三个一组或者四个一组即可
数据的存储单位
比特（bit）、字节（Byte）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）
二进制的算术运算
同常规的算术运算，注意模的概念和除以0没有意义
逻辑运算
与：
或：
非：
异或：相异为1
数的表示
可能这一问题对许多人来说是一个难点。然而，在过去我对这一问题进行了深入研究，并撰写博客文章对其进行了分析后发现，并非特别麻烦。
规定：1000 0000为-128的补码
移码
概念：移码是一种将整数转换为无符号数的编码方法，在计算机系统中常用于表示浮点数的阶码（指数部分）。其核心原理是通过加上一个特定常数值k来实现编码与解码的过程。
表示方法：
根据定义可知：
X_{\text{偏}} = X + k
其中k为偏移量常数值。
通常选择k=2^{n-1}（其中n代表位数），以确保编码范围具有对称性并减少溢出的可能性。
优点：将带符号整数转换为无符号整数后，在数值比较大小时更加便捷可靠，并且在某些情况下还能避免负零值的问题（即-0与+0视为同一个编码）。
缺点：由于采用了偏移量的方式进行编码，在实际应用中编码结果并不直观易懂，并且需要额外计算偏移量才能正确解读数据信息。因此在实际应用中需特别注意运算中的偏移修正问题。
使用场景：为了简化浮点数运算器的设计逻辑，在现代计算机体系中广泛采用移码形式来表示阶码（指数）部分的数据值。这种方法能够有效减少硬件电路复杂度的同时保证运算精度不受影响。
需要注意的是，在某些特殊情况下可能会出现编码异常现象：当运算结果最终得到的是000...00形式时（即真值等于-2^n），这种状态会被认为是浮点型下溢现象的一种表现形式，并且必须采取相应的保护措施以防止程序运行异常或者数据丢失风险的发生
定点数和浮点数
视频讲解较为笼统
计算机的组成
较为抽象的概念类知识对我而言仍存在一定难度
由辅助存储器与主存储器共同构成的系统总称为"存储系统"。
运算系统的核心部分由运算单元与控制单元共同构成中央处理器（CPU）。
外设包括输入/输出设备以及辅助存储设备。
主机包含主存储设备、运算单元以及控制单元。
运算器
逻辑运算单元 ALU：负责进行算术和逻辑运算的电路模块
累加寄存器 AC: 作为一个临时存储区域，在ALU完成计算后暂时保存结果
数据缓冲寄存器 DR: 用于存储当前处理的一条指令及其相关数据
状态条件寄存器 PSW: 包含程序运行过程中所涉及的各种状态信息字段
PSW:CY AC F0 RS1 RS0 OV - OP
-
表示加法运算中的进位以及减法运算中的借位情况。当存在相应的进/借时置1；否则其值设为0。
-
其功能类似于CY操作符仅在处理低四位与高四位之间的数据传输上有所不同。
-
F0标志用于影响程序流程的方向及分岔。
-
RS1,RS0: 8051具有8个容量为8位的工作寄存器单元R0至R7。这些寄存器单元在其存储器中的实际物理位置可以根据需求进行选择设置以适应不同的应用环境。
00时：H端子口引脚输出低电平（0H）
01时：H端子口引脚输出高电平（FFH）
...
6.OP: 奇偶标志位用于反映运算结果中包含的二进制'1'的数量是奇数还是偶数。若P=0，则表明累加器A中所包含的'1'的数量为偶数个；若P=1，则表明累加器A中所包含的'1'的数量为奇数个。
控制器
程序计数器PC负责存储当前程序运行所需指向下一指令的具体地址； 指令寄存器IR用于暂存执行过程中所需的机器指令； 指令译码器ID的功能是解析并执行机器指令； 时序部件的作用是提供必要的时序控制信号，并负责处理相应操作码字段的信息
计算机的指令通常包括操作码（OP）和地址码（AN）。在解析一条指令的过程中，默认情况下这两者都会被存储在IR寄存器中。
杂乱
CPU性能指标：频率参数包括主频率、缓存容量、核心数量以及数据宽度；总线类别：信息传输通道主要包括地址通路、数据通路及控制通路（由于寻址操作与此密切相关）；总线性能指标：带宽等于数据宽度与工作频率的乘积；BIOS/COMS: BIOS:作为连接软件程序与硬件设备的一组程序代码存储在ROM中，并直接对计算机系统中的输入输出设备进行硬件层面的控制；
评估系统性能的策略包括多个关键指标：首先关注时钟速度；其次观察指令处理能力（包括每秒千指令（kIPS）和每秒百万指令（MIPS））；此外还采用基本运算权重计算方法；数据处理速率法采用PDR指标；核心任务评估方法以及标准基准测试程序。
总线系统
总线仅限于单个发送器使用，并支持多个接收器同时接收到信号。
数据总线连接CPU与RAM（负责处理或存储数据）。
地址总线采用单向地址传输（用于访问特定内存单元）。
控制总线负责协调并控制各设备的操作流程。
性能：带宽=位宽*工作频率 单位B/S
指令架构是一组编码形式中的一串有意义的二进制信息；其中包含了操作码部分OP和地址码部分An；其中操作码字段OP的主要职责是描述该组二进制信息所代表的行为或属性（如加法或减法运算）；而地址码字段An则负责存储各参与运算的操作数及其计算结果的具体存储位置。
常见的指令结构
四地址指令采用OP A1 A2 A3 A4的形式
其中A1 OP的结果用于指向执行下一条指令的内存地址
通过移除A4字段并使用程序计数器PC替代A3
进一步移除A2字段则使用ACC寄存器替代
最终移除所有辅助操作字段即可实现零地址指令
例如出栈和入栈操作等
寻址方式
主要是扩大寻址空间范围和灵活编程
立即寻址用于直接存储数据R1等操作中涉及的操作数通常是机器码形式的常数或立即值如MOV R1,#4中的#4就是立即操作数；直接寻址通过基地址加上偏移量来获取目标操作数如基地址为R2时指令执行时会计算R2+4得到目标操作码位置；间接寻址则需要先找到一个基地址对应的内存单元后再从该单元中读取指向目标操作码位置的指针值；寄存器寻址将操作数保存在寄存器中供指令使用如ALU可以直接从寄存器AL获取运算操作数；寄存器间接寻址则是先通过一个寄存器获得一个基地址然后用这个基地址去寻找另一个内存单元作为最终的操作码位置来源
例如：MOV R1,#4;
中 MOV R1:寄存器寻址
#4为立即寻址
后记
看完视频后做好了笔记。你可能会发现，在观看的过程中可能会出现混乱的情况。遇到疑问的地方最好再深入思考一下，并做好相关的笔记记录以防遗漏。切记不要轻易放弃每一个可能的学习机会哦！因为机考是没有权重概率的！