2026-04-07-计算机硬件基础

分值：5~6分

1.1 中央处理单元（CPU）

计算机系统的核心部件——中央处理单元（CPU），负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。

1.1.1 计算机基本硬件系统

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

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。

1.1.2 CPU的功能 ⭐

（待补充详细功能描述）

1.1.3 CPU组成

1）运算器 ⭐

运算器组成：算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器。是数据加工处理的部件，用于完成计算机的各种运算和逻辑运算。

运算器主要功能：

• 执行所有的 算术运算
• 执行所有的 逻辑运算 并进行逻辑测试

运算器各组成部分：

2）控制器 ⭐

控制器用于控制整个CPU的工作，决定了计算机运算过程的自动化。

指令 = 操作码 + 地址码。例如：1 + 2 中 1和2为地址码；+为操作码。

控制器组成：

1.2 计算机进制 ⭐

1.2.1 计算机基本单位 ⭐

数值在计算机中的表示为机器数，特点是采用二进制来表示。

常用单位及转换：

1.2.2 进制

进制转换规则：

• 按权展开求和：n进制 → 十进制
• 除n取余法：十进制 → n进制

进制加减法：

• 加法：逢 n 进 1
• 减法：借 1 当 n

计算题做题思路：

1. 大 减 小 再加 1
2. 十六进制 转 十进制
3. 再根据题意 转换单位 进行计算

1.3 原码、反码、补码、移码

对于n位的机器数其表示编码有原码、反码、补码、移码等表示。

以下均假设 n=8：

原码

最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。

反码

最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。

其中正数的反码与原码相同，负数的反码则是除符号位以外其余各位按位取反。（二进制取反即为0变成1，1变成0）

补码

最高位为符号位，0表示正号，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。

其中正数的补码与原码和反码相同，负数的补码则是在其反码的基础上再加1。

• 补码的正负0编码相同
• 同时对补码再求一次补码等于其原码

移码

正数和负数的移码是在其补码的基础上对符号位取反。移码的正负0编码相同。

原、反、补、移码表示范围

当机器字长为n时，补码和移码可表示 2^n 个数（0的表示有相同的编码）
原码和反码只能表示 2^n - 1 个数（0的表示占了两个编码）

1.4 浮点数

核心规则：

• 阶码不一致 先对阶，小阶向大阶对齐，尾数右移
• 浮点数所能表示的 数值范围由阶码决定
• 所表示数值的 精度由尾数决定

1.5 寻址

（待补充详细内容）

1.6 校验码

码距： 一个编码方案中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同。

• 码距=2：有检错能力
• 码距≥3：才可能有纠错能力
• 一个校验码要想能够检错和纠错，那么它的码距至少是3

1.6.1 海明码

海明码利用多组数位的奇偶性来检错和纠错，可以检错和纠错，码距为3。

1.6.2 奇偶校验码

码距为2，仅能检测出奇数位错误，不能纠错。

• 奇校验：增加一位校验码，使得编码中1的个数为 奇数
• 偶校验：增加一位校验码，使得编码中1的个数为 偶数

1.6.3 循环冗余校验码（CRC）

k个数据位后跟 r个校验位，可以检错但不能纠错，码距为2，采用模2运算得到校验码。

总结对比表