简要叙述计算机工作原理（计算机组成原理很复杂）

现代计算机的硬件组成主要依据下图这位大神-冯·诺依曼的思想设计的。

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

冯·诺依曼

它主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成

结构示意如下图，原理远比其复杂，本篇只是为了简单介绍就使用了如下简略图

1. 用户将程序通过输入设备输入计算机，并保存至存储器中
2. 用户启动程序
3. 程序启动后，计算机将程序对应的指令逐条送至控制器
4. 控制器依据指令生成相应的控制信号或者将相应的数据送至运算器
5. 运算器依据控制信号完成特定运算，并将结果存储至存储器
6. 运算结果通过输出设备（显示器、打印机等）进行结果展示

计算机中在传输中使用二进制，即只有1和0

数据编码

计算机将现实世界中的数据按类型分为以下大类和小类

1. 不论是何种数据均以二进制的形式保存
2. 机器数和真值

机器数 :一个数字在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的。

真值: 现实时间中人们直接书写表述的数

原码

原码就是符号位加上真值的绝对值，即用第一位表示符号，其余位表示值。比如：如果是8位二进制：

[ 1]原= 0000 0001

[-1]原= 1000 0001

第一位是符号位，因为第一位是符号位，所以8位二进制数的取值范围就是：（即第一位不表示值，只表示正负。）

[1111 1111 , 0111 1111]

即

[-127 , 127]

原码是人脑最容易理解和计算的表示方式。

反码

反码的表示方法是：

正数的反码是其本身；

负数的反码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位取反。

[ 1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反

可见如果一个反码表示的是负数，人脑无法直观地看出来它的数值。通常要将其转换成原码再计算。

补码

补码的表示方法是：

正数的补码就是其本身；

负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各位取反，最后 1。(也即在反码的基础上 1)

[ 1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反= [0000 0001]补

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反= [1111 1111]补

对于负数，补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的。通常也需要转换成原码再计算其数值。

数值类数据，将它们转为二进制比较容易。定点数采用进制转换，浮点数采用科学计数法来进行转换表达。

科学计数法示例

非数值类数据 ,由于计算机最开始由美国人发明，所有他们采用ASCII编码就可以表示所有的英文字母和常用符号。但是汉字是表意文字每个字都有必须有唯一的编码，所有中国为了使得汉字能输入计算机和被识别发明了GB系列编码格式。后来加入的国家越来越多，又才用了Unicode编码它有更多的容量可以将包含全世界所有语言的文字，所有现在是主流的编码方式。

运算器组成:

• 算术逻辑单元(ALU)
• 通用寄存器组(R1 ~Rn)

控制器组成:

• 时标发生器(TGU)
• 主脉冲振荡器(MF)
• 程序计数器(PC)
• 指令寄存器(IR)
• 指令译码器(ID)

总线:

• 数据总线(DBUS)
• 地址总线(ABUS)
• 控制总线(CBUS)