数据库系统工程师
- 1.1计算机系统基础知识
- 1.1.2数据表示和校验
2020.9.10开始备考
1.1计算机系统基础知识
CPU：硬件系统的核心，是运算器，控制器等部件的集合，可以完成数据的加工，逻辑运算，算术运算以及控制功能。
存储器：计算机系统的运算设备。
- 内部存储器：容量小，速度快。
- 外部存储器：容量大，速度慢。
*处理器(cpu)
它是计算机系统的核心部件，负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行
的功能
程序控制：按照程序安排执行指令，通过执行程序控制计算机的行为
操作控制：一条指令需要诺干的操作信号来完成，CPU产生每条指令的操作信号并发
送到不同的部件，控制相应的部件按指令的要求完成操作
时间操作：CPU对每个指令的执行时间都进行了严格的控制，同时对于操作信号出现
的时间、持续时间、出现的先后顺序进行严格控制
数据处理：CPU对逻辑运算方式，算术运算方式进行数据加工处理，使得处理的数
据结果能为人所用，这也是CPU最根本的任务
此外CPU还需要对系统内部和外部的中断进行反应，并处理、
的组成
CPU主要是由运算器、控制器、寄存器和内部总线等部件组成
-
运算器
包括算术逻辑单元、累加器、缓冲寄存器和状态条件寄存器等，受控制器指挥
算术逻辑单元（ALU）：负责处理数据，对数据进行算术运算和逻辑运算。 累加寄存器（AC）：为一个通用寄存器，充当运算器的算术逻辑单元和执 行算术或逻辑运算，为ALU提供一个工作区。 数据缓冲寄存器（DR）：对内存储器进行读写操作时，用DR暂时存放内存储 器的一条指令或数据字，并依据不同时间内读写的数据隔离开。即作为内存 储器与外围设备之间在操作速度上的缓冲（在但累加器结构的运算器中，DR 还可兼做操作数寄存器） 状态条件寄存器（PSW）: 保存算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的 各种条件码内容 -
控制器
控制整个CPU的工作，由指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等。
指令寄存器（IR）：内部存储器->--CPU指令-->缓冲寄存器->IR(暂存) ->指令译码器 程序计数器(PC)：具有寄存信息和计数两种功能也称指令计数器，两种执 行，顺序执行（大部分），转移执行 地址寄存器（AR）：由于内存和CPU速度上存在着差异，所以使用AR保存当 前CPU所访问的内存单元的地址。 指令译码器（ID）：包含操作码和地址码，分析解释操作码，识别指令操作 ，然后向操作控制器发出具体的控制信号 总线逻辑是多个功能部件服务的信息通路的控制电路，控制各种中断请求 寄存器组：分为专用寄存器与通用寄存器，运算器控制器中的为专用寄存器 （作用时固定的），通用用途广泛且可自定义。
3.多核CPU
又被称为内核，所有的计算、接收/存储命令、处理数据都由核心执行
1.1.2数据表示和校验
数值在计算机的表示中成为机器数，而机器数分为无符号数与带符号数，在带
符号数中0为正1为负，而无符号数没有符号位都表示为正数。
1.数值数据编码
带符号的机器数采用原码、反码和补码等不同的编码方法
（1）原码表示法：原码记作
[
X
]
原
[X] \tiny 原
[X]原
当X为纯整数时
X
=
{
X
0
≤
X
≤
2
n
−
1
−
1
2
n
−
1
+
∣
X
∣
-(
2
n
−
1
−
1
)
≤
X
≤
0
X = \begin{cases} X&\text{0$\leq$X$\leq2^{n-1}-1$}\\ 2^{n-1}+|X| &\text{-($2^{n-1}-1)$ $\leq$X$\leq$0} \end{cases}
X={X2n−1+∣X∣0≤X≤2n−1−1-(2n−1−1) ≤X≤0
当X为纯小数时
X
=
{
X
0
≤
X
<
1
2
0
+
∣
X
∣
−
1
<
X
≤
0
X = \left\{\begin{array}{lc}X&0\leq X<1\\2^0+\vert X\vert&-1<X\leq0\end{array}\right.
X={X20+∣X∣0≤X<1−1<X≤0
前面的形如2^n为符号位0为正号，1为负号，再加上后置位的二进制位数。
(2)反码表示法：记作[X]
反
\tiny 反
反
当X为纯整数时
X
=
{
X
0
≤
2
n
−
1
−
1
2
n
−
1
+
X
−
(
2
n
−
1
−
1
）
≤
X
≤
0
X = \left\{\begin{array}{lc}X&0\leq2^{n-1}-1\\2^n-1+X&-(2^{n-1}-1）\leq X\leq0\end{array}\right.
X={X2n−1+X0≤2n−1−1−(2n−1−1）≤X≤0
当X为纯小数时
X
=
{
X
0
≤
X
<
1
2
−
2
−
（
n
−
）
+
X
−
1
<
X
≤
0
X= \left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X<1\\2-2^{-（n-）}+X&\;\;-1<X\leq0\end{array}\right.
X={X2−2−（n−）+X0≤X<1−1<X≤0
即正数形式跟原码一致，负数则是原码的
2
n
−
1
−
X
\\2^{n-1}-X
2n−1−X
(3).补码表示法：记作[X]
补
\tiny 补
补
当X为纯整数时
X
=
{
X
0
≤
X
≤
2
N
−
1
−
1
2
n
+
X
−
2
n
−
1
≤
X
≤
0
X=\left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X\leq2^{N-1}-1\\2^n+X&\;\;-2^{n-1}\leq X\leq0\end{array}\right.
X={X2n+X0≤X≤2N−1−1−2n−1≤X≤0
当X为小数时
X
=
{
X
0
≤
X
<
11
2
+
X
−
1
≤
X
<
0
X=\left\{\begin{array}{lc}X&\;\;\;0\leq X<11\\2+X&\;\;-1\leq X<0\end{array}\right.
X={X2+X0≤X<11−1≤X<0
即为负数时，补码为反码小数点前的末尾加1。
(4).移码表示法：在数X上增加一个偏移量来定义，如果机器字长n,规定偏移量为 2 n − 1 2^{n-1} 2n−1即改变符号位，在偏移形如 2 n − 1 2^{n-1} 2n−1的情况下，只需要改变其补码的符号位即可得出移码。
定点数：分为定点整数，小数点在最低有效位之后，和定点小数，小数点在最高有效位之前。
总结转换规律：原码 逐 位 求 反 （ 负 数 ） → \underrightarrow{逐位求反（负数）} 逐位求反（负数）反码 末 尾 加 1 （ 负 数 ） → \underrightarrow{末尾加1（负数）} 末尾加1（负数）补码 在 2 n − 1 中 ， 符 号 位 取 反 即 可 → \underrightarrow{在2^{n-1}中，符号位取反即可} 在2n−1中，符号位取反即可移码