1、计算机基本硬件系统组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
运算器、控制器组成中央处理单元（cpu）
存储器是计算机的记忆设备，分为内存存储器和外部存储器，前者速度快容量小，后者相反
输入设备和输出设备称为外部设备，输入设备用于输入原始数据和各种指令，输出设备用于输出计算结果
2、cpu功能
程序控制：通过执行指令来控制程序操作顺序
操作控制：将操作信号传递给外部设备
时间控制：严格控制指令执行时间以及所需时间段和时间顺序
数据处理：处理算术、逻辑的运算
注：cpu还需要对内部中断、异常作出响应，并作出相应处理
寄存器也属于存储器（容量更小，速度更快）
3、cpu组成
cpu组成由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成
运算器：处理算术、逻辑运算
运算器包括：
算术逻辑单元ALU（实现对算术、逻辑的运算）
累加寄存器AC（原数据和运算结果存放区）
数据缓冲寄存器DR（暂时存放内存中的指令或者数据）
状态条件寄存器PSW（保存指令运行结果的条件码内容）
控制器：控制整个cpu进行工作
控制器包括：
指令寄存器IR（暂存cpu执行指令）
程序计数器PC（存放下一条执行指令所在的地址）
地址寄存器AR（保存当前cpu所访问的内存地址）
指令译码器ID（分析指令操作码）
4、数据表示
进制的表示：十六进制（0x150、150H），二进制（0b150,150）
源码：
反码：
补码：
移码：用作浮点运算的阶码，无论正数、负数都是该原码的补码的首位数取反得到移码。-45对应的移码为01010011
浮点数：
5、校检码
码距：在两个编码中，从A码改变到B码所需要改变的位数，称为码距，如A（11）->B（00），码距为2
奇偶校验码：在编码后加一位，使得编码中1的个数达到奇（偶）数个。
奇校检码：编码中含有奇数个1，发送给接收方，接收方接收后，计算是否有奇数个1，如果有则校验正确，否则错误
偶校检码：同理
原理（奇）：1010 -> 10101 -发送> 计算1的个数为奇数 -> 无误
奇偶校验码只能检一位错，并且不能纠错
CRC校检码（Cyclic Redundancy Check）（又称循环冗余校验码）：通过确定一组算法规则进行运算，最终在原数据尾部添加校验码，发送给接收方，接收方通过相同的规则进行校验。
步骤：
1、确定原数据，如1101
2、确定规则 Q（x），如 x^3 + x + 1
3、求Q（x）的阶，如2中Q（x）的阶为3
4、确定被除数，在原数据后补n个0，n为Q（x）的阶数，即被除数为1101000
5、确定除数，依次判断Q（x）的0次幂项、1次幂项、2次幂项...t次幂项（t为Q的最高次幂）是否存在，存在为
1，不存在为0（Q中0次幂项有，即1；1次幂项有，即1；2次幂项没有，即0；3次幂项有，即1），通过Q(x)
确定除数为1011
6、通过模二除法算出4、5的余数，最终得到1
7、余数补充，因为Q的最高阶是3，所以6中的余数应该写成 001 （填充到n位）
8、补充原数据，将余数补充到原数据中，即 1101001
注意：CRC能检错，但是不能纠错
海明码校验：海明码跟前面的校验码不同之处在于，前面的校验码是添加在原数据尾部，而海明码是在数据中穿插校验码，具有检错和纠错能力。海明码是在 2^0 , 2^1 , 2^2 , ... , 2^n 位置中插入校验码，在其他位置中插入原数据内容
步骤：（以0110为例）
1、列表格，3行n列，第一行索引值，第二行原数据存放区，第三行校验码存放区
2、存放原数据，在第二行中非 2^0,2^1,2^2,...,2^n 位置存放原数据
3、计算校验码，如2^2位置存放校验码，可以知道 2^0,2^1,2^2,...,2^n 中5、6、7位置都包含2^2，所以这三个位置的原码进行异或运算即可。
注意：海明码能检错和纠错
附图：（图为偶校验，如果为奇校验的话，校验码应该算出来后取反，0取1,1取0）
6、体系结构分类
按处理机数量分类：单处理系统、并行处理系统、分布式处理系统
Flynn分类法：分类有指令流和数据流两个因素。指令流由控制部分处理，数据流由处理器处理，主存模块用来存储指令流或者数据流的。
Flynn分类：
单指令单数据（SISD）：一个控制部分，一个处理器，一个主存模块
单指令多数据（SIMD）：一个控制部分，多个处理器，多个主存模块
多指令单数据（MISD）：多个控制部分，一个处理器，多个主存模块（不实际）
多指令多数据（MIMD）：多个控制部分，多个处理器，多个注册模块
7、指令系统
指令组成：操作码、操作数（地址码）
操作码：需要执行的操作
操作数：执行操作所需要的数据或数据所存在的地址
指令执行过程：取指令-分析指令-执行指令
指令寻址方式：顺序寻址方式、跳跃寻址方式
顺序寻址：是指一条指令接着一条指令顺序执行
跳跃寻址：是指新的地址码由当前指令给出，跳跃后在新的指令开始顺序执行（顺序执行期间，程序计数器会改变，以便记录）
指令操作数的寻址方式：立即寻址方式、直接寻址方式、间接寻址方式
立即寻址方式：指令的地址码存的是数据本身
直接寻址方式：指令的地址码存的是数据在存储单元中的地址
间接寻址方式：指令的地址码存的是数据在存储单元中的地址所在的地址
指令体系分类：复杂指令系统（CISC）、精简指令系统（RISC）
复杂指令系统（CISC）：兼容性强、指令多、长度可变；
精简指令系统（RISC）：指令少、使用频率接近、主要依靠硬件实现
指令流水线原理：将指令分为不同段，每一段由不同部分去处理
如果不使用指令流水线，则每次执行指令都是 取指令-分析指令-执行指令 ，之后再执行下一条指令的 取指令-分析指令-执行指令；
指令流水线，可以将执行的步骤拆分多段出来，每个部分去处理每段步骤，如果该部分处理完上一条指令的步骤段，就会继续执行下一个步骤段
RISC中的流水线技术：超流水线技术、超标量技术、超长指令字技术
超流水线技术：以时间换空间
超标量技术：以空间换时间（硬件）
超长指令字技术：以空间换时间（软件）
流水线时间计算：
流水线周期：指令分为不同执行段，执行时间最长的为流水线周期
流水线执行时间：1条指令（多个执行段）总共执行时间 + （总指令条数 - 1）* 流水线周期
流水线吞吐率计算：单位时间内执行的指令条数，即 指令条数 / 流水线执行时间
流水线加速比计算：不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间 ，结果越大，加速比越高
