硬件组成

现代计算机的硬件组成主要依据下图这位大神-冯·诺依曼的思想设计的。

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

冯·诺依曼

它主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成

结构示意如下图，原理远比其复杂，本篇只是为了简单介绍就使用了如下简略图

工作过程简述用户将程序通过输入设备输入计算机，并保存至存储器中用户启动程序程序启动后，计算机将程序对应的指令逐条送至控制器控制器依据指令生成相应的控制信号或者将相应的数据送至运算器运算器依据控制信号完成特定运算，并将结果存储至存储器运算结果通过输出设备（显示器、打印机等）进行结果展示数据传输

计算机中在传输中使用二进制，即只有1和0

数据的编码和进制

数据编码

计算机将现实世界中的数据按类型分为以下大类和小类

不论是何种数据均以二进制的形式保存机器数和真值

机器数 :一个数字在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的。

真值: 现实时间中人们直接书写表述的数

原码

原码就是符号位加上真值的绝对值，即用第一位表示符号，其余位表示值。比如：如果是8位二进制：

[+1]原= 0000 0001

[-1]原= 1000 0001

第一位是符号位，因为第一位是符号位，所以8位二进制数的取值范围就是：（即第一位不表示值，只表示正负。）

[1111 1111 , 0111 1111]

即

[-127 , 127]

原码是人脑最容易理解和计算的表示方式。

反码

反码的表示方法是：

正数的反码是其本身；

负数的反码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位取反。

[+1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反

可见如果一个反码表示的是负数，人脑无法直观地看出来它的数值。通常要将其转换成原码再计算。

补码

补码的表示方法是：

正数的补码就是其本身；

负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各位取反，最后+1。(也即在反码的基础上+1)

[+1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反= [0000 0001]补

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

对于负数，补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的。通常也需要转换成原码再计算其数值。

数据的编码

数值类数据，将它们转为二进制比较容易。定点数采用进制转换，浮点数采用科学计数法来进行转换表达。

科学计数法示例

非数值类数据 ,由于计算机最开始由美国人发明，所有他们采用ASCII编码就可以表示所有的英文字母和常用符号。但是汉字是表意文字每个字都有必须有唯一的编码，所有中国为了使得汉字能输入计算机和被识别发明了GB系列编码格式。后来加入的国家越来越多，又才用了Unicode编码它有更多的容量可以将包含全世界所有语言的文字，所有现在是主流的编码方式。

中央处理器的主要组成

运算器组成:

算术逻辑单元(ALU)通用寄存器组(R1 ~Rn)

控制器组成:

时标发生器(TGU)主脉冲振荡器(MF)程序计数器(PC)指令寄存器(IR)指令译码器(ID)

总线:

数据总线(DBUS)地址总线(ABUS)控制总线(CBUS)计算机软件和硬件组成示意图如下