计算机基础·计算机组成原理
文章目录体系结构通识冯诺依曼架构计算单元存储器输入/输出设备控制器程序的编译过程预处理-编译-汇编-链接预处理器替换宏定义和头文件为具体的函数或者内容编译器将高级程序语言(C语言)替换为低级通用的程序语言(汇编语言)汇编器(Assembler)将低级通用程序语言(汇编语言)替换为机器能理解的字节码(二进制串)链接器外部函数的符号解析和地址重定位(确定外部函数对应所在程序的地址)内存地址和字节字节-寻址的内存组织结构视同为字节数组寻址单位为1个字节寻址单位每一个内存地址代表几个字节例如2字节寻址32位系统和64位系统代表逻辑地址的位数虚拟内存空间的大小字节排序大端法和小端法大端法最不重要的字节在高位-顺序存储小端法最不重要的字节在低位-逆序存储更加常用字符串的表示字符用ASCII码(1字节)表示使用空字符\0(null character0x00)表示终止整数的表示有符号数和无符号数符号位原码补码和反码默认使用二进制补码表示有符号整数*正数转负数技巧正数取反1负数反码-二进制反码最高位为符号位数值为− x w − 1 ⋅ ( 2 w − 1 − 1 ) -x_{w-1}\cdot(2^{w-1}-1)−xw−1​⋅(2w−1−1)补码-二进制补码最高位为符号位数值为− x w − 1 ⋅ 2 w − 1 -x_{w-1}\cdot2^{w-1}−xw−1​⋅2w−1位数的扩展有符号和无符号数无符号整数-零扩展直接前面补0不影响符号位有符号整数-符号扩展扩充k位前面填充k个原先的最高位不影响结果截断超出数据范围加法运算有符号加法和无符号加法无符号加法mod2 w 2^{w}2w即可有符号加法正溢出和负溢出乘法运算有符号整数的通用方法先定符号位转正数使用算盘法求解最后构造有符号整数(是负数则取反1)二进制拆分法a ⋅ b a ( x 0 ⋅ 2 0 x 1 ⋅ 2 1 ⋯ x w − 1 ⋅ 2 w − 1 ) a\cdot ba(x_0\cdot 2^0x_1\cdot 2^1\cdots x_{w-1}\cdot 2^{w-1})a⋅ba(x0​⋅20x1​⋅21⋯xw−1​⋅2w−1)二的乘法左移k位二的除法右移k位右移后空出位全部填充符号位浮点数的表示IEEE标准表示法-二进制科学计数法符号位s ss指数部分E EE和有效数部分M MM指数位的偏置偏置一般设置为2 k − 1 − 2 2 7 − 2 126 2^{k-1}-22^{7}-21262k−1−227−2126排除2种特殊情况全0和全1float32中E EE的范围为[-126,127]规格化值指数位非特殊情况(全0或者全1)有效数定义为M f 1 Mf1Mf1f为尾数转小数非规格值指数位全为0有效数定义为M f MfMff为尾数转小数无穷值指数位全为1但是尾数全为0特殊定义值。非有效数字NaN指数位全1但是尾数非0特殊定义值。舍入-rounding浮点数只能近似表达某些实数涉及到近似到具体小数位 / 整数的问题浮点数加法变为规范数对齐指数部分还原为浮点数表示浮点数的乘法变为规范数计算重要数的乘法结果还原为浮点数表示机器级别的编程常见汇编指令-未完待续处理器架构以Y86-64为例指令集时序电路执行阶段取指-译码-执行-内存-写回-更新程序计数器取指从指令内存中根据PC取出指令译码读取指令类型和操作数ALU返回计算结果软件角度优化程序性能循环展开增强并行性程序的局部性时间局部性和空间局部性主存储器非易失存储器断电不会丢失数据PROM只可以被编程一次*ROM只读存储实际上可读可写。EEPROM可读可写例如闪存(手机存储和SSD)。易失存储器断电会丢失数据RAM随机访问内存DRAM依靠电容器存储状态电容器电量会流失需要定期刷新速度较慢但容量大存储单位为单元/超单元16x8的DRAM芯片表示16个单元每个单元8个bitSRAM使用双稳态晶体管存储状态不需要定期刷新速度快但造假昂贵存储器架构L0(CPU寄存器)-L1/L2(SRAM)-L3(DRAM)-L4(磁盘或者SSD)存储器层次中的缓存缓存交换抽象原理不同级别存储(例如L1和L2)以数据块为单位交换缓存缓存命中和缓存不命中。缓存未命中冷启动(启动时无缓存)映射冲突(哈希冲突相互覆盖)和容量冲突(需要缓存太多数据)高速缓存存储器的通用架构缓存行与组( S , E , B , m ) (S,E,B,m)(S,E,B,m)S代表组数E代表缓存行B代表数据块大小(字节)m代表内存地址的位数t m − s − e tm-s-etm−s−e代表标记位数用于区分同一组不同缓存直接映射缓存E 1 E1E1每一个组只对应一个缓存行根据s ss有效位和标记位t tt确定缓存是否存在组相联映射缓存E 1 E1E1每一个组对应多个缓存行根据s ss有效位和标记位t tt对缓存行进行一一匹配确定缓存是否存在。全相联映射缓存S 1 S1S1只有一组包含E 1 E1E1个缓存行使用有效位和标记位t tt并行地进行匹配不需要组数位s ss。例如TLB快表。体系结构通识冯诺依曼架构计算单元存储器输入/输出设备控制器程序的编译过程预处理-编译-汇编-链接预处理器替换宏定义和头文件为具体的函数或者内容有宏定义#Define A B将代码中A变量全部替换为B。替换为头文件stdio.h为对应的函数声明例如extern int printf(xxxx)编译器将高级程序语言(C语言)替换为低级通用的程序语言(汇编语言)汇编器(Assembler)将低级通用程序语言(汇编语言)替换为机器能理解的字节码(二进制串)链接器外部函数的符号解析和地址重定位(确定外部函数对应所在程序的地址)内存地址和字节字节-寻址的内存组织结构视同为字节数组寻址单位为1个字节寻址单位每一个内存地址代表几个字节例如2字节寻址32位系统和64位系统代表逻辑地址的位数虚拟内存空间的大小字节排序大端法和小端法大端法最不重要的字节在高位-顺序存储小端法最不重要的字节在低位-逆序存储更加常用字符串的表示字符用ASCII码(1字节)表示使用空字符’\0’(null character‘0x00’)表示终止chars[6]12345;地址 内容(字符)ASCII100010x31100120x32100230x33100340x34100450x351005\00x00整数的表示有符号数和无符号数符号位原码补码和反码默认使用二进制补码表示有符号整数*正数转负数技巧正数取反1负数反码-二进制反码最高位为符号位数值为− x w − 1 ⋅ ( 2 w − 1 − 1 ) -x_{w-1}\cdot(2^{w-1}-1)−xw−1​⋅(2w−1−1)正数的补码为其本身负数的补码为正数的原码取反得到。补码-二进制补码最高位为符号位数值为− x w − 1 ⋅ 2 w − 1 -x_{w-1}\cdot2^{w-1}−xw−1​⋅2w−1补码反码1位数的扩展有符号和无符号数无符号整数-零扩展直接前面补0不影响符号位有符号整数-符号扩展扩充k位前面填充k个原先的最高位不影响结果符号为0显然成立符号为1扩充的位数得到的负数恰好就是扩充之前得到的负数。截断超出数据范围加法运算有符号加法和无符号加法无符号加法mod2 w 2^{w}2w即可有符号加法正溢出和负溢出乘法运算有符号整数的通用方法先定符号位转正数使用算盘法求解最后构造有符号整数(是负数则取反1)0101×0011-------------0101(0101×1)01010(0101×11)00000(0101×02)00000(0101×03)-------------01111二进制拆分法a ⋅ b a ( x 0 ⋅ 2 0 x 1 ⋅ 2 1 ⋯ x w − 1 ⋅ 2 w − 1 ) a\cdot ba(x_0\cdot 2^0x_1\cdot 2^1\cdots x_{w-1}\cdot 2^{w-1})a⋅ba(x0​⋅20x1​⋅21⋯xw−1​⋅2w−1)二的乘法左移k位二的除法右移k位右移后空出位全部填充符号位浮点数的表示IEEE标准表示法-二进制科学计数法符号位s ss指数部分E EE和有效数部分M MM计算公式为V ( − 1 ) s ⋅ M ⋅ 2 E \begin{align} V(-1)^s \cdot M \cdot 2^E \end{align}V(−1)s⋅M⋅2E​​指数位的偏置偏置一般设置为2 k − 1 − 2 2 7 − 2 126 2^{k-1}-22^{7}-21262k−1−227−2126排除2种特殊情况全0和全1float32中E EE的范围为[-126,127]规格化值指数位非特殊情况(全0或者全1)有效数定义为M f 1 Mf1Mf1f为尾数转小数非规格值指数位全为0有效数定义为M f MfMff为尾数转小数无穷值指数位全为1但是尾数全为0特殊定义值。非有效数字NaN指数位全1但是尾数非0特殊定义值。舍入-rounding浮点数只能近似表达某些实数涉及到近似到具体小数位/整数的问题浮点数加法变为规范数对齐指数部分还原为浮点数表示浮点数的乘法变为规范数计算重要数的乘法结果还原为浮点数表示机器级别的编程常见汇编指令-未完待续处理器架构以Y86-64为例指令集时序电路执行阶段取指-译码-执行-内存-写回-更新程序计数器取指从指令内存中根据PC取出指令译码读取指令类型和操作数ALU返回计算结果软件角度优化程序性能循环展开增强并行性程序的局部性时间局部性和空间局部性时间局部性在相邻时间访问同个数据空间局部性倾向访问相邻的元素主存储器非易失存储器断电不会丢失数据PROM只可以被编程一次*ROM只读存储实际上可读可写。EEPROM可读可写例如闪存(手机存储和SSD)。易失存储器断电会丢失数据RAM随机访问内存DRAM依靠电容器存储状态电容器电量会流失需要定期刷新速度较慢但容量大存储单位为单元/超单元16x8的DRAM芯片表示16个单元每个单元8个bit通过内存控制器索引DRAM的supercell按照二维结构组织分别需要行索引和列索引每次进行行索引时会将这一行的supercells全部缓存下来。可以通过叠加多个DRAM芯片的方式一次性索引更多字节例如1字节*88字节。SRAM使用双稳态晶体管存储状态不需要定期刷新速度快但造假昂贵存储器架构L0(CPU寄存器)-L1/L2(SRAM)-L3(DRAM)-L4(磁盘或者SSD)存储器层次中的缓存缓存交换抽象原理不同级别存储(例如L1和L2)以数据块为单位交换缓存缓存命中和缓存不命中。缓存SRAM以数据块的形式存储和交换数据缓存未命中冷启动(启动时无缓存)映射冲突(哈希冲突相互覆盖)和容量冲突(需要缓存太多数据)高速缓存存储器的通用架构缓存行与组( S , E , B , m ) (S,E,B,m)(S,E,B,m)S代表组数E代表缓存行B代表数据块大小(字节)m代表内存地址的位数t m − s − e tm-s-etm−s−e代表标记位数用于区分同一组不同缓存直接映射缓存E 1 E1E1每一个组只对应一个缓存行根据s ss有效位和标记位t tt确定缓存是否存在组相联映射缓存E 1 E1E1每一个组对应多个缓存行根据s ss有效位和标记位t tt对缓存行进行一一匹配确定缓存是否存在。全相联映射缓存S 1 S1S1只有一组包含E 1 E1E1个缓存行使用有效位和标记位t tt并行地进行匹配不需要组数位s ss。例如TLB快表。

相关新闻

器,生成复指数信号与本振信号相乘,在ip核设置的过程中主要由三个模式 BYPASS 这个又叫直通模式,即不进行任何数字混频,基带信号 ...

器,生成复指数信号与本振信号相乘,在ip核设置的过程中主要由三个模式 BYPASS 这个又叫直通模式,即不进行任何数字混频,基带信号 ...

器,生成复指数信号与本振信号相乘:从基础到高级的IP核模式详解 引言:数字混频与复指数信号的基础概念在数字信号处理(DSP)系统中,生成复指数信号并与本振信号相乘是实现数字混频的核心操作。复指数信号通常…

2026/7/24 23:17:16 阅读更多 →
Python自动化抢票:从原理到实战的三步配置法

Python自动化抢票:从原理到实战的三步配置法

Python自动化抢票:从原理到实战的三步配置法 【免费下载链接】Automatic_ticket_purchase 大麦网抢票脚本 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/au/Automatic_ticket_purchase 在票务抢购的激烈竞争中,手动操作的成功率往往不足5%&…

2026/7/24 23:17:16 阅读更多 →
【源码解读之 Mybatis】【核心篇】--第篇:ParameterHandler参数处理机制

【源码解读之 Mybatis】【核心篇】--第篇:ParameterHandler参数处理机制

【源码解读之 Mybatis】【核心篇】–第篇:ParameterHandler参数处理机制 在 MyBatis 的四大核心组件中,ParameterHandler 负责将用户传入的参数对象转换为 JDBC 能够识别的参数形式。它位于 SQL 解析与执行之间,承担着参数绑定与类型转换的关…

2026/7/24 23:17:16 阅读更多 →

最新新闻

一张图看懂TOGAF元模型主要实体之间的关系

一张图看懂TOGAF元模型主要实体之间的关系

本文对TOGAF 元模型的主要实体元素之间的关系进行解读,并对元模型中提及的重要概念进行名词解释或者举例说明。为保证语言通俗易懂,用一家加工螺丝钉的生产企业“螺丝霸王”为例举例说明,以便降低理解难度。(图片来源:…

2026/7/24 23:25:19 阅读更多 →
Benchmark 与 GPT 5.6:大模型评测体系与 AI 工作方式的范式转移

Benchmark 与 GPT 5.6:大模型评测体系与 AI 工作方式的范式转移

文章目录一、Benchmark:大模型的"高考"1.1 什么是 Benchmark?1.2 为什么需要 Benchmark?1.3 核心 Benchmark 详解(1)MMLU —— 综合知识(2)GPQA Diamond —— 顶级推理(3&…

2026/7/24 23:25:19 阅读更多 →
中兴光猫终极解锁指南:3步免费开启工厂模式与Telnet权限

中兴光猫终极解锁指南:3步免费开启工厂模式与Telnet权限

中兴光猫终极解锁指南:3步免费开启工厂模式与Telnet权限 【免费下载链接】zteOnu A tool that can open ZTE onu device factory mode 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/zt/zteOnu 你是否曾经因为无法深度配置中兴光猫而感到困扰?想优化…

2026/7/24 23:25:19 阅读更多 →
深度 | AI军备竞赛「集体失血」:谷歌特斯拉同日现金流转负,$1.65万亿隐形债务浮出水面

深度 | AI军备竞赛「集体失血」:谷歌特斯拉同日现金流转负,$1.65万亿隐形债务浮出水面

核心观点:2026年7月23日,Google和Tesla同日报告自由现金流转负,揭开了全球AI基础设施军备竞赛的财务真相——四大云商年耗$6,950亿、表外隐藏$1.65万亿债务,而中国AI模型以1/36的价格正在从底层摧毁这一投资逻辑的定价基础。2026年…

2026/7/24 23:25:19 阅读更多 →
AI 芯片简报 07.21-07.24:NVIDIA Vera 亮剑、AMD 2nm GPU、Google 叛逃 CoWoS

AI 芯片简报 07.21-07.24:NVIDIA Vera 亮剑、AMD 2nm GPU、Google 叛逃 CoWoS

每期覆盖 3-4 天的 AI 芯片动态。个人视角,不追求面面俱到——只讲我认为重要的。周二、五更新。7 月 21 日到 24 日这四天,AI 芯片行业发生的事,放在任何一个正常的年份,都够写一个季度的头条。NVIDIA、AMD、Intel 三巨头在 72 小…

2026/7/24 23:25:19 阅读更多 →
Excel行高调整全攻略:从基础操作到批量处理技巧

Excel行高调整全攻略:从基础操作到批量处理技巧

这次我们来看一个Excel表格行高调整的实用技巧。很多人在处理Excel表格时都会遇到行高不一致的问题,手动逐行调整既费时又难以保证统一性。本文将介绍几种快速调整表格所有行高的方法,从基础操作到批量处理技巧,帮助你在几秒钟内完成整个表格…

2026/7/24 23:24:19 阅读更多 →

日新闻

用Highcharts 创建可拖拽三维散点立方体3D图表

用Highcharts 创建可拖拽三维散点立方体3D图表

该案例基于Highcharts scatter3d 三维散点图实现空间立方体散点可视化,核心特色:三维 X/Y/Z 三轴空间,所有散点分布在 0~10 立方体空间内;散点使用径向渐变实现立体 3D 圆球质感;支持鼠标 / 触屏拖拽画布,…

2026/7/24 0:00:29 阅读更多 →
AppCertDlls:进程创建路径上的 DLL 入口

AppCertDlls:进程创建路径上的 DLL 入口

AppCertDlls:进程创建路径上的 DLL 入口 AppCertDlls 位于 HKLM\System\CurrentControlSet\Control\Session Manager\AppCertDlls。本文的程序功能是只读列出这个键在 64 位和 32 位注册表视图中的全部值,并显示每条值的来源、名称、类型和可安全显示的数…

2026/7/24 0:00:29 阅读更多 →
我的编程之路:第一篇博客

我的编程之路:第一篇博客

大家好,我是一名编程初学者,同时这也是我编程学习之路上的第一篇博客。在这里,我想要向大家介绍我的一些想法和规划。a.自我介绍我是一个刚刚接触编程的新手,目前在学习c语言,我对编程世界充满了强烈的好奇。当然&…

2026/7/24 0:00:29 阅读更多 →

周新闻

Go语言静态资源打包方案对比与实践指南

Go语言静态资源打包方案对比与实践指南

1. 项目背景与核心需求在Go语言开发中,我们经常需要处理静态资源文件的打包问题。无论是Web应用的模板文件、前端资源,还是配置文件、证书等,都需要随程序一起分发。传统做法是将这些文件与编译后的二进制文件放在同一目录下,但这…

2026/7/24 3:59:20 阅读更多 →
Go语言实现高性能LDAP认证服务的架构与实践

Go语言实现高性能LDAP认证服务的架构与实践

1. 项目背景与核心价值LDAP(轻量级目录访问协议)作为企业级身份认证的黄金标准,已经服务了超过80%的财富500强公司。我在金融科技领域实施统一认证体系时,发现传统Java方案存在启动慢、内存占用高等痛点。而Go语言凭借其协程并发模…

2026/7/24 1:23:39 阅读更多 →
【AI面试官实战指南】:用ChatGPT模拟10类高频技术岗面试,3天提升应答精准度92%

【AI面试官实战指南】:用ChatGPT模拟10类高频技术岗面试,3天提升应答精准度92%

更多请点击: https://intelliparadigm.com 第一章:AI面试官实战指南的核心价值与适用场景 AI面试官并非替代人类HR的“黑箱工具”,而是以可解释、可审计、可迭代的方式,赋能招聘全链路的关键基础设施。其核心价值在于将主观经验沉…

2026/7/24 18:52:18 阅读更多 →

月新闻