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总复习
（一）绪论
1. 计算机的发展
现代计算机的理论基础：布尔代数、物质基础：双稳态触发器。
1946年，美国，ENIAC，电子数字积分和计算机
1946年6月，冯·诺伊曼提出以二进制，程序存储和程序控制为核心的思想，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。
- 1946-1954年，第1代，电子管计算机，ENIAC、IBM 701
- 1955-1964年，第2代，晶体管计算机，IBM 7030、Univac LARC
- 1965-1974年，第3代，集成电路计算机，IBM 360、370、DEC PDP-8
- 1975-1990年，第4代，超大规模集成电路计算机，IBM 3090、VAX 9000、PC机、苹果机
- 1991-，第5代，多核处理器（4核和8核）
2. 计算机的基本组成
这是去年的考题！！！
冯·诺伊曼机的硬件固定，不同的运算功能依靠预先放在存储器中的程序实现，这是存储程序控制的基本原理，也是区别其他运算工具的关键。
计算机的软件：
- 计算机语言：机器语言、汇编语言、高级语言
- 软件分类：系统软件、应用软件、中间件
3. 计算机的层次结构
4. 计算机的分类
按照规模和功能分类：
巨型机、大型机、中型机、小型机、微机、单片机
按用途分类：
通用机（如：PC机）、专用机（如：嵌入式计算机）
按信息处理的特性分类：（FLYNN）费林分类法
- 单指令流单数据流计算机（SISD）
- 单指令流多数据流计算机（SIMD）
- 多指令流单数据流计算机（MISD）
- 多指令流多数据流计算机（MIMD）
Flynn分类法：按照计算机在执行程序的过程中信息流的特征进行分类的。
5. 计算机的性能描述
（个人认为可能概率会出题）
- MIPS：每秒钟执行指令的百万条数
- MFLOPS：每秒钟执行浮点数的百万次操作的数量
- CPI：每条指令执行所用的时钟数
- N：每条指令执行所用的时钟数
- $f_{CLK}$：时钟频率
（二）计算机中的数据表示
1. 不同编码的比较
- 真值为 + ：原码、补码、反码的表示形式均相同。
- 真值为 - ：原码、补码、反码的表示形式不同。
- 特殊的移码： 0 表示真值是负数； 1 表示真值是正数。
0有唯一的编码：补码、移码。
原码：1000 0000 | 0000 0000
反码：1111 1111 | 0000 0000
符号位用0表示正、用1表示负：原码、反码、补码
移码：1表示正、0表示负
满足真值大则码值大：移码
最高位符号位1为负数（真值小码值小）：原码、反码、补码
存在负值的真值越大码值越小：原码
【-1】补=【1000 0001】补=【1111 1111】可见是：最大的负值、最大的码值。
反码 = 补码 - 1、移码 = 补码最高符号位取反 因此均不是。
负数的码值大于正数的码值：原码、反码、补码
原理是：负数的码值最高位符号位为1
2. 浮点数
规格化指的是尾数的绝对值限定在$\frac{1}{2} $~$ 1$之间。
若$M\ge0$：$M=0.1XX…X$是规格化数。
若$M\lt0$：由于$[-\frac{1}2]{补}=1.1000…0$、$[-1]{补}=1.000…0$。为了使计算机判断方便，一般不把$[-\frac{1}2]$列为规格化的数，而把$[-1]$列为规格化的数。$M=1.0XXX…X$时，是规格化数。
貌似左规和右规都是在采用了双符号位，也就是变形补码后产生的。
左规：结果的尾数为$00.0XXX…X$或$11.1XXX…X$的形式时，需将尾数左移1位，阶码 -1，直到尾数为规格化形式为止。
右规：当浮点运算结果的尾数出现$01.XXX…X$或$10.XXX…X$的形式时，并不一定溢出，将尾数右移1位，阶码 +1，然后判断阶码是否溢出。
2.1 IEEE754
单精度格式：1+8+23（符号+阶码+尾数）
更多的重点还是放在单精度的浮点数上，至于双精度格式（1+11+52）只是被提了一下。
（三）运算方法和运算器
运算器用于数值运算及加工处理数据。
运算器的结构取决于：指令系统、数据的表示方法、运算方法以及所选用的硬件。
它由CPU中的ALU、GR（通用寄存器）等部件组成。
1. 定点数运算
1.1 加减
特别声明的是：求补运算
（主要用于 $[X]{补}\leftrightarrow[-X]{补}$ 这种情况，对于符号位和数值位均按位取反，末位+1）
1.1.1 溢出判断
只有当两个同符号的数相加（or 相异符号数相减），运算结果才可能溢出。异号相加，永远不会产生溢出。
发生溢出时，运算结果肯定是错误的。防止溢出发生的最简单有效的方法即：增加补码的二进制编码长度。
我还想的是采用双符号位呢…不过双符号位并不能防止溢出，而是判断是否溢出。果然。
① 双符号位判决法（最常用）
补码采用两位表示符号，即00(+)和11(-)。
一旦发生溢出，则两个符号位就一定不一致。
- 出现01，结果 > +1
- 出现10，结果 < -1
所以01是上溢、10是下溢吗？
② 进位判决法
类似于双符号位，【最高数值位向符号位的进位】$\oplus$【符号位的进位】
1.1.2 移码加减 $[X]{移}\pm[Y]{移}\ne[X\pm Y]_{移}$
1.2 乘
1.2.1 原码一位乘
对于原码二位乘，只需了解（我认为意思是不会考）。
1.2.2 补码一位乘（Booth法）
1.3 除
1.3.1 原码一位除
① 恢复余数法
② 加减交替法
末位商如果为0，此时的余数是错误的。此时通过恢复余数码来得到正确的余数。
我觉得恢复余数法和加减交替法之间在计算过程中并无差异，主要是思想上的不同：恢复余数指的是不断减去除数，如果余数是负的，就要恢复余数为正的（加上除数），再不断减去除数；加减交替指看余数的正负，正的就减除数，负的就加除数。
1.3.2 补码一位除
这个是课后学习，但是出了一道关于这个的课后题。所以还是看看。
余数的校正规则：
- 若商为正：余数与被除数异号，余数+除数
- 若商为负：余数与被除数异号时，余数-除数
2. ALU
2.1 运算器的结构
基本组成包括算术逻辑单元ALU、暂存器、通用寄存器堆、内部总线。
2.1.1 标志寄存器、标志位
标志寄存器，又称状态寄存器。（我感觉状态寄存器更常用一点）用于保存ALU操作结果的某些状态。不同CPU，标志寄存器中包含的标志不尽相同。但是都会有如下最基本的5中标志位：
- ZF=1：结果全为0。
- CF=1：表示有进位或者是借位。
- OF=1：运算溢出。
- SF=1：运算结果为正数。（现代微机中，有符号数采用补码表示）
- PF=1：反映运算结果中‘1’的个数为偶数。
3. 浮点运算
3.1 浮点加减
①对阶：只有在两者的阶码相同时才能进行尾数的加减运算。其原则是小阶对大阶。也就是将小阶码（更小的数字挪到大数字的小数点处）
不断地右移获得阶码+1。但是会在对阶时丢失尾数的低位，造成的误差相对较小。但要是大阶对小阶，就会就是尾数的高位，导致错误的结果。
②尾数进行加减运算（直接相加或是加补）
③规格化：在进行完计算后可能得到的是一个非规格化数。则需要进行规格化。
（1）左规 ←
尾数是：$00.0XX···X$ 或是 $11.1XX···X$
左规时，尾数每左移一位，阶码减1，必须同时判断阶码是否减到比所能表示的阶码还小。
如果出现，阶码无法表示太小的阶码，就出现了下溢出。（下溢出发生可认为结果=0）
（2）右规 →
结果出现：$10.XXX···X$ 或是 $ {0}1.XXX···X$
表示尾数出现溢出，但并不代表整个结果浮点数溢出。
出现上述情况，可将尾数右移最多一次，阶码+1。
可能会出现阶码超出能表示的最大范围，发生上溢出。
④舍入处理：在对阶以及规格化的时候，需要将尾数右移，右移会丢弃尾数的最低位，出现了舍入的问题。一般采用以下三种方法。
（1）截断法：将需要丢弃的尾数低位丢弃。
（2）末位恒置1法：无论尾数右移丢弃的是0还是1，此法需要保证保留的尾数的最低位永远为1.
（3）0舍1入法：当尾数右移丢弃的是1，要保留的最末位+1，当丢弃0，保留的最末位不变。
（但是可能遇到01.1111111时发生溢出，因此需要使用截尾法。）
3.2 浮点乘除
（四）指令系统和汇编语言
1. 指令格式
设置指令系统的要求是：完备性、有效性、规整性、兼容性。
Huffman编码的主要缺点：
- 操作码长度很不规整，硬件编码困难。
- 与地址吗共同组成固定长的指令比较困难。
扩展编码方式
有等长15/15/15…扩展法 or 等长 8/64/512…扩展法。（只是众多扩展法之二）
- 是一种重要的指令优化技术：缩短指令平均长度、减少程序总位数和增加指令字所能表示的操作信息。
- 一般用在指令字长较短的微、小型机上。
2. 寻址方式
指令中以什么方式提供操作数或操作数地址，称为寻址方式（或是编址方式）。
以下是以8086/8088为例：
