一起学习计算机系统（2）

二进制神奇之处：
数字的表示：二进制是一种仅由0和1两个数字组成的数制系统。这种表示方式简单直观，易于理解和实现。计算机中所有的数据，包括数字、字符、图像等，都可以用二进制编码来表示。
逻辑运算：二进制的两个数字0和1正好对应于逻辑中的假和真。基于二进制表示，计算机可以进行逻辑运算，如与、或、非等运算，这是计算机逻辑设计和电路实现的基础。
存储和传输：计算机中的内存和存储设备使用二进制编码来存储和表示数据。二进制的0和1可以直接对应到电子器件中的低电平和高电平，实现数据的存储和传输。
运算效率：二进制在计算机的运算和控制中具有高效率。计算机内部的处理器和逻辑电路使用二进制进行运算和控制，而二进制的逻辑运算相对简单和快速。
硬件的可实现性：二进制的使用使得计算机中的逻辑电路可以设计和构建得相对简单，而且硬件电路中的信号控制可以通过二进制的编码和解码来实现。
扩展性：二进制是一种基数为2的数字系统，可以轻松扩展到更高位数的数字。例如，从8位到16位、32位、64位等，提供了更大的计数和表示范围。
总的来说，二进制的神奇之处在于它是计算机科学和工程中的基础，提供了数据表示、逻辑运算、存储和传输、运算效率、硬件实现性和可扩展性等关键功能，使计算机得以实现和发展。

无符号：
无符号数是计算机中一种用于表示非负整数的数据类型。与有符号数相对应，无符号数不包含正负号位，仅用于表示非负整数值。
在二进制表示中，无符号数的最高位（最左边的位）通常被用作数值部分，而不是符号位。因此，无符号数的范围从0开始，一直到最大可能的数值，没有负数部分。
由于不需要用于表示正负号，无符号数可以利用全部的比特位来表示数值，因此能够表示更大的数值范围。例如，一个8位无符号数可以表示从0到255的数值范围，而如果是有符号数，则是从-128到127的范围。
无符号数在计算机中被广泛使用，特别是在与表示非负物理量相关的应用中，如计数、存储地址、像素值等。在许多计算机体系结构中，无符号数具有固定的位宽，如8位、16位、32位或64位，根据实际应用需求选择合适的位宽。
需要注意的是，由于无符号数不包含符号位，因此无法表示负数。当进行无符号数计算时，应注意溢出和结果的正确性。
总结来说，无符号数是一种用于表示非负整数的数据类型，在计算机中不包含符号位，可以利用全部比特位表示数值，能够表示更大的数值范围。无符号数在计算机中广泛应用于表示非负物理量。

补码：
补码（Two’s Complement）是一种用于表示有符号整数的编码方式。在计算机中，负数常常使用补码来表示。
补码的计算方式如下：
对于给定的有符号整数，首先判断其符号位。如果是正数或零，则补码就等于原码本身。
对于负数，需要将其绝对值的二进制表示取反（0变1，1变0），然后再加1。
以8位补码为例，假设要表示-3：
将3的二进制表示形式为0000 0011。
取反得到1111 1100。
加1得到1111 1101。
因此，-3在8位补码中的表示为1111 1101。
补码的优点在于它可以简化计算机中的对整数的加减运算，无需专门为正负数分开进行运算处理，只需要使用通用的加法和减法电路即可。
此外，补码还具有一个特点：对于补码的最高位来说，它的权重仍然是负数。这意味着通过简单的检查最高位，就可以判断补码是正数还是负数。
总结来说，补码是一种用于表示有符号整数的编码方式。对于负数，使用其绝对值的二进制表示取反加1的方式来表示。补码能够简化计算机中整数的加减运算，并能通过最高位来判断补码的正负。

浮点数：
浮点数（Floating-point number）是一种用于表示实数（包括有理数和无理数）的数值表示方法。在计算机中，浮点数通常使用IEEE 754标准来表示和计算。
浮点数可以表示很大范围和精度的实数，它由三个部分组成：符号位、指数和尾数。
符号位（Sign）：用来表示浮点数的正负。0表示正数，1表示负数。
指数（Exponent）：用来表示浮点数的移位量。它定义了浮点数的大小和范围。在IEEE 754标准中，通常使用阶码表示指数，阶码通过偏移值来表示正负指数。
尾数（Significand or Mantissa）：用来表示浮点数的小数部分。尾数是浮点数中的有效数字，决定了浮点数的精度。
浮点数的表示方式是基于科学记数法的，即将实数表示为一个尾数乘以基数的指数次幂，例如：1.2345 x 10^2。
浮点数的精度是通过指数来确定的，具体表示方式为：精度 = 基数^{(位数-1)。例如，32位的单精度浮点数使用的基数为2，因此它的精度为2}23，约为7个有效数字。
需要注意的是，浮点数的精度和范围是有限的。在计算机中进行浮点数运算时，可能会出现舍入误差和精度损失的情况。这是因为在有限的位数表示中，无法准确表示无穷的实数集合。
总结来说，浮点数是一种用于表示实数的数值表示方法，通过符号位、指数和尾数来表示实数的大小和精度。浮点数采用科学记数法，能够表示很大范围和精度的实数，但在计算机中有限的位数表示下，可能会出现舍入误差和精度损失。

数据溢出：
数据溢出是指在计算机中对超出数据类型能表示范围的数值进行计算或存储时发生的情况。这种情况可能会产生以下后果：
结果错误：当数据溢出发生时，计算或存储的结果将不准确。由于溢出导致的数据截断或丢失，结果可能会出现错误的数值，可能与预期的结果不一致。
内存损坏：在存储数据时发生溢出，超出数据类型能够表示的范围，可能会导致数据写入到错误的内存位置，覆盖其他数据，这种情况可能导致内存损坏。
程序崩溃：当数据溢出导致程序中的变量超出可分配的内存大小，或者导致无法进行进一步的计算时，程序可能会崩溃或异常终止。
安全漏洞：数据溢出可能导致安全漏洞，使攻击者能够利用溢出的数据或错误的计算结果来执行恶意代码或入侵系统。

C语言创造指针的目的主要有以下几个原因：
内存管理：指针提供了直接访问和操作内存的能力，允许程序员动态地分配和释放内存。通过指针，可以在运行时动态地分配内存存储数据，并在不再需要时释放内存。这样的内存管理机制允许程序有效地使用内存资源，避免了静态分配和固定大小数组的限制。
传递参数：指针允许函数直接访问并修改调用者的变量。通过传递指针作为参数，函数可以修改传递给它们的变量的值，而不仅仅是传递变量的副本。这提供了一种有效的方式来传递大型数据结构或对象，避免了数据复制的开销。
数据结构：指针使得构建复杂的数据结构成为可能。通过指针，可以将多个变量连接在一起形成链表、树等数据结构。这种数据结构的设计和操作便于对数据进行搜索、排序、插入、删除等操作。
动态多态性：指针提供了动态多态性的支持。通过指针，可以在运行时根据不同的需求和条件来选择和操作不同的数据对象或函数。这样可以实现更灵活、通用和可扩展的代码设计。
节省内存：指针允许多个变量共享相同的内存空间。通过指针，可以创建和操作指向相同数据的多个指针变量，从而节省内存资源。这在处理大型数据结构或在并发编程中尤为有用。

寄存器是计算机中一种特殊的存储器件，用于存储和处理指令和数据。在计算机体系结构中，寄存器的位数是固定的，通常以二进制形式表示。
寄存器写入十六进制的数的原因主要有以下几点：
可读性：十六进制数相对于二进制数来说，更加直观和易读。十六进制使用0-9和A-F表示数字0-15，每个十六进制位相当于4个二进制位。这样可以减少写入寄存器时需要书写的位数，提高可读性。
简洁性：寄存器的位数通常较大，使用十六进制数可以简化对大整数或大地址的表示。对于一个32位的寄存器，使用十六进制表示时只需要写入8个十六进制数字，而使用二进制表示则需要写入32个二进制位。
方便转换：计算机内部使用的数据表示通常是二进制，而人类更习惯使用十进制和十六进制。将二进制数转换为十六进制可以使程序员更轻松地进行数据转换和计算。
地址表示：在编程中，十六进制常用于表示内存地址。将地址以十六进制形式写入寄存器，可以更容易地理解和调试程序。
需要注意的是，计算机内部实际处理和操作的还是二进制数据。写入寄存器的十六进制数将在计算机中被转换为对应的二进制形式进行存储和处理。
总而言之，将十六进制数写入寄存器可以提高可读性和简洁性，并便于人类理解和转换数据。但计算机内部仍然是使用二进制进行处理和存储数据。