計算機組成原理完整版課件全套ppt教學(xué)教程電子講義電子教案（最新）

1、第一章 概述 人生在勤，不索何獲 1.1.1計算機定義和特性 計算機是一種信息處理工具。 計算機處理的信息形式是多種多樣的，可以是數(shù)值、文字、圖形、圖像、聲音、 視頻等多種不同類型的信息。計算機處理信息的多樣化，反映了計算機用途的 廣泛性。 計算機系統(tǒng)除了對信息進行算術(shù)運算和邏輯運算外，還能進行搜索、識別、變 換，甚至聯(lián)想、思考和推理等。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，其處理功能會越 來越強。 人生在勤，不索何獲 1.1.1計算機定義和特性 計算機系統(tǒng)具有以下特性： （1）速度快。計算機采用高速電子器件，能以極高的速度工作。計算機的運算速度從最初 每秒幾千次加法運算到現(xiàn)在的每秒萬億次、甚至百萬億次的

2、浮點運算，還可以進行大信息 量的處理和復(fù)雜運算，在社會各領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，提高了人類的工作效率，取得了重大 的經(jīng)濟與社會效益。 （2）通用性強。計算機能夠處理范圍相當(dāng)廣泛的各類信息，所處理的信息具有多樣性。因 此，計算機的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)，具有極強的通用性。 （3）運算精度高。計算機具有高速、高精度的硬件基礎(chǔ)，用戶在解決現(xiàn)實世界中相應(yīng)問題 時，通過設(shè)計正確的算法，編制成高效、準(zhǔn)確的程序，就能在計算機上得到準(zhǔn)確的結(jié)果。 人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 按計算機所處理對象的表示形式不同，可以分成模擬計算機與數(shù)字計算機兩類。 模擬計算機 是對連續(xù)變化的

3、直流電壓、電流或電荷，進行加、減、乘、除、微分、積分等數(shù)學(xué)運 算的解算裝置。 數(shù)字計算機 是一種能自動對用離散符號表示的數(shù)字化信息進行處理的通用裝置。數(shù)字計算機比模 擬計算機速度快、精度高、應(yīng)用更廣泛。目前一般意義上的計算機指的是數(shù)字計算機。 也可以把模擬計算機與數(shù)字計算機結(jié)合起來，組成混合計算機。 人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 計算機按其用途來分可以分成專用機和通用機兩類。 專用機是針對某一特定領(lǐng)域設(shè)計的系統(tǒng)，針對特定的應(yīng)用任務(wù)進行了優(yōu)化，對于特定的用 途而言，最經(jīng)濟最有效，但適應(yīng)性差。 通用機能完成各種計算任務(wù)，適應(yīng)性強，但是對某一特定用途，則工作效率不是最佳。

4、人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 根據(jù)計算機的規(guī)模、性能來分，又可分為巨型機、大型機、小型機、微型機等 多種類型。 巨型機，是計算機家族中速度最快、性能最高、技術(shù)最復(fù)雜、價格也是最貴的一類計算機， 也稱超級計算機。 大型機是使用當(dāng)代的先進技術(shù)構(gòu)成的一類高性能、大容量計算機，但性能與價格指標(biāo)均低 于巨型機，它代表該時期計算機技術(shù)的綜合水平。 小型機是一種規(guī)模與價格均介于大型機與微型機之間的一類計算機。 微型機是以微處理器為核心組成的計算機系統(tǒng)。它是20世紀(jì)70年代初隨著大規(guī)模集成電路 的發(fā)展而誕生的。微型機的誕生與發(fā)展，是計算機發(fā)展歷程中影響最深遠(yuǎn)的一步。 人生在勤，不索何

5、獲 1.1.3計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用 （1）科學(xué)計算。 科學(xué)計算一直是計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域。利用計算機的高速性、大存儲容量、連續(xù)運算能力，可以解決人工無法完成的各種科學(xué)計算問題。 （2）事務(wù)信息處理。 事務(wù)信息處理的主要特點是其處理的對象不僅是數(shù)值，還包括語言文字、圖形圖像信息。處理的過程不僅是數(shù)字運算，還包括分類、比較、增刪、判 別等。 （3）計算機輔助技術(shù)。 計算機作為一個有效的工具，在設(shè)計、生產(chǎn)、教學(xué)等過程中進行輔助性的工作，以充分發(fā)揮人的創(chuàng)造力，提高效率，降低成本。該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛， 其中主要有計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助

6、教學(xué)(CAI)等。 （4）計算機網(wǎng)絡(luò)通信。 將計算機技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合，通過通信線路把不同地域多臺計算機連接起來實現(xiàn)信息交流和資源共享。 （5）計算機控制。 計算機控制是計算機用于生產(chǎn)活動過程中進行操作控制的過程和技術(shù)。它通過不斷采集被控對象的各種狀態(tài)信息，由計算機按照被控對象模型和一定 的控制策略實時地計算和處理后，作為控制信息對被控對象進行自動調(diào)節(jié)和控制。 （6）人工智能。 人工智能是用計算機模仿人類的感知、思維、推理等智能活動，是在控制論、計算機科學(xué)、仿真技術(shù)、心理學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新學(xué)科。 人生在勤，不索何獲 第一章 概述 人生在勤，不索何獲 1.1.1計算機定義和特性 計算機是

7、一種信息處理工具。 計算機處理的信息形式是多種多樣的，可以是數(shù)值、文字、圖形、圖像、聲音、 視頻等多種不同類型的信息。計算機處理信息的多樣化，反映了計算機用途的 廣泛性。 計算機系統(tǒng)除了對信息進行算術(shù)運算和邏輯運算外，還能進行搜索、識別、變 換，甚至聯(lián)想、思考和推理等。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，其處理功能會越 來越強。 人生在勤，不索何獲 1.1.1計算機定義和特性 計算機系統(tǒng)具有以下特性： （1）速度快。計算機采用高速電子器件，能以極高的速度工作。計算機的運算速度從最初 每秒幾千次加法運算到現(xiàn)在的每秒萬億次、甚至百萬億次的浮點運算，還可以進行大信息 量的處理和復(fù)雜運算，在社會各領(lǐng)域得到大量應(yīng)

8、用，提高了人類的工作效率，取得了重大 的經(jīng)濟與社會效益。 （2）通用性強。計算機能夠處理范圍相當(dāng)廣泛的各類信息，所處理的信息具有多樣性。因 此，計算機的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)，具有極強的通用性。 （3）運算精度高。計算機具有高速、高精度的硬件基礎(chǔ)，用戶在解決現(xiàn)實世界中相應(yīng)問題 時，通過設(shè)計正確的算法，編制成高效、準(zhǔn)確的程序，就能在計算機上得到準(zhǔn)確的結(jié)果。 人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 按計算機所處理對象的表示形式不同，可以分成模擬計算機與數(shù)字計算機兩類。 模擬計算機 是對連續(xù)變化的直流電壓、電流或電荷，進行加、減、乘、除、微分、積分等數(shù)學(xué)運 算的解算

9、裝置。 數(shù)字計算機 是一種能自動對用離散符號表示的數(shù)字化信息進行處理的通用裝置。數(shù)字計算機比模 擬計算機速度快、精度高、應(yīng)用更廣泛。目前一般意義上的計算機指的是數(shù)字計算機。 也可以把模擬計算機與數(shù)字計算機結(jié)合起來，組成混合計算機。 人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 計算機按其用途來分可以分成專用機和通用機兩類。 專用機是針對某一特定領(lǐng)域設(shè)計的系統(tǒng)，針對特定的應(yīng)用任務(wù)進行了優(yōu)化，對于特定的用 途而言，最經(jīng)濟最有效，但適應(yīng)性差。 通用機能完成各種計算任務(wù)，適應(yīng)性強，但是對某一特定用途，則工作效率不是最佳。 人生在勤，不索何獲 1.1.2計算機的分類計算機的分類 根據(jù)計算機的規(guī)

10、模、性能來分，又可分為巨型機、大型機、小型機、微型機等 多種類型。 巨型機，是計算機家族中速度最快、性能最高、技術(shù)最復(fù)雜、價格也是最貴的一類計算機， 也稱超級計算機。 大型機是使用當(dāng)代的先進技術(shù)構(gòu)成的一類高性能、大容量計算機，但性能與價格指標(biāo)均低 于巨型機，它代表該時期計算機技術(shù)的綜合水平。 小型機是一種規(guī)模與價格均介于大型機與微型機之間的一類計算機。 微型機是以微處理器為核心組成的計算機系統(tǒng)。它是20世紀(jì)70年代初隨著大規(guī)模集成電路 的發(fā)展而誕生的。微型機的誕生與發(fā)展，是計算機發(fā)展歷程中影響最深遠(yuǎn)的一步。 人生在勤，不索何獲 1.1.3計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用 （1）科學(xué)計算。 科學(xué)計算一直

11、是計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域。利用計算機的高速性、大存儲容量、連續(xù)運算能力，可以解決人工無法完成的各種科學(xué)計算問題。 （2）事務(wù)信息處理。 事務(wù)信息處理的主要特點是其處理的對象不僅是數(shù)值，還包括語言文字、圖形圖像信息。處理的過程不僅是數(shù)字運算，還包括分類、比較、增刪、判 別等。 （3）計算機輔助技術(shù)。 計算機作為一個有效的工具，在設(shè)計、生產(chǎn)、教學(xué)等過程中進行輔助性的工作，以充分發(fā)揮人的創(chuàng)造力，提高效率，降低成本。該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛， 其中主要有計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助教學(xué)(CAI)等。 （4）計算機網(wǎng)絡(luò)通信。 將計算機技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合

12、，通過通信線路把不同地域多臺計算機連接起來實現(xiàn)信息交流和資源共享。 （5）計算機控制。 計算機控制是計算機用于生產(chǎn)活動過程中進行操作控制的過程和技術(shù)。它通過不斷采集被控對象的各種狀態(tài)信息，由計算機按照被控對象模型和一定 的控制策略實時地計算和處理后，作為控制信息對被控對象進行自動調(diào)節(jié)和控制。 （6）人工智能。 人工智能是用計算機模仿人類的感知、思維、推理等智能活動，是在控制論、計算機科學(xué)、仿真技術(shù)、心理學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新學(xué)科。 人生在勤，不索何獲 第一章 概述 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 1943年美國賓夕法尼亞大學(xué)的莫齊利(Mauchley)和他的學(xué)生艾克特(Ecke

13、rt )， 為進行新武器的彈道計算，開始研制第一臺由程序控制的電子數(shù)字計算機 ENIAC。 該計算機曾在第二次世界大戰(zhàn)中投入使用，到1946年正式公布。ENIAC可進 行5000次/秒的加法運算、50次/秒的乘法運算、平方和立方計算、SIN和COS 函數(shù)數(shù)值運算以及其他更復(fù)雜的計算。該機耗資40萬美元，含有18000個真空 管，重30噸，耗電150千瓦，占地面積約140平方米。該機正式運行到1955年 10月2日，十年間共運行了80223小時。它的算術(shù)運算量比有史以來人類大腦 所有運算量的總和還要大。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 計算機多年的發(fā)展歷史表明，計算機硬件的發(fā)展受電子

14、元器件的發(fā)展影響極 大。為此，人們習(xí)慣以元器件的更新作為計算機技術(shù)進步劃代的主要標(biāo)志。 下面介紹各代計算機的主要特點： （1） 第一代計算機 第代計算機為電子管計算機。其邏輯元件采用電子管，存儲器件為聲延遲線或磁鼓，系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)為定點運算，使用機器語言。電子管計算機體積大、速度慢、存儲容量小。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （2）第二代計算機 第二代計算機為晶體管計算機。其邏輯元件采用晶體管，內(nèi)存儲器由磁芯構(gòu)成，磁鼓與磁 帶成為外存儲器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了浮點運算，并提出了變址、中斷、I/O處理等新概念。開 始使用多種高級語言及其編譯程序。和第一代電子管計算機相比，第二代晶體管機體積小

15、、 速度快、功耗低、可靠性高。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （3）第三代計算機 第三代計算機為集成電路計算機。其邏輯元件與存儲器均由集成電路實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 了包括微程序控制、高速緩存、虛擬存儲器、流水線技術(shù)等。高級語言發(fā)展迅速，操作系 統(tǒng)進一步發(fā)展，有了多用戶分時操作系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。 這一時期還有另外一個重要特點：大型巨型機與小型機同時發(fā)展。小型計算機的發(fā)展， 對計算機的推廣使用產(chǎn)生了很大的影響。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （4）第四代計算機 20世紀(jì)70年代初，微電子學(xué)飛速發(fā)展創(chuàng)造的大規(guī)模集成電路和微處理器給計算機工業(yè)注入 了新鮮血液，大規(guī)模(L

16、SI)和超大規(guī)模(VLSI)集成電路成為計算機的主要器件。內(nèi)存也采用 超大規(guī)模集成電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，出現(xiàn)了多處理機系統(tǒng)和并行計算機。軟硬件有了更多的 結(jié)合，開發(fā)出了用于并行處理的多處理機操作系統(tǒng)專用語言和編譯器。同時出現(xiàn)了用于并 行處理或分布計算的軟件工具和環(huán)境。 這一時期的另一個重要特點是計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，進入了網(wǎng)絡(luò)時代。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （5）第五代計算機 一直以來，計算機以元器件的更新?lián)Q代作為劃代的標(biāo)志。多年來，人們在不斷努力與探索， 以尋找速度更快、功能更強的全新的元器件，如神經(jīng)元、生物芯片、分子電子器件、超導(dǎo) 計算機、量子計算機等。 人生在勤，不

17、索何獲 第一章 概述 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 1943年美國賓夕法尼亞大學(xué)的莫齊利(Mauchley)和他的學(xué)生艾克特(Eckert )， 為進行新武器的彈道計算，開始研制第一臺由程序控制的電子數(shù)字計算機 ENIAC。 該計算機曾在第二次世界大戰(zhàn)中投入使用，到1946年正式公布。ENIAC可進 行5000次/秒的加法運算、50次/秒的乘法運算、平方和立方計算、SIN和COS 函數(shù)數(shù)值運算以及其他更復(fù)雜的計算。該機耗資40萬美元，含有18000個真空 管，重30噸，耗電150千瓦，占地面積約140平方米。該機正式運行到1955年 10月2日，十年間共運行了80223小時。它的

18、算術(shù)運算量比有史以來人類大腦 所有運算量的總和還要大。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 計算機多年的發(fā)展歷史表明，計算機硬件的發(fā)展受電子元器件的發(fā)展影響極 大。為此，人們習(xí)慣以元器件的更新作為計算機技術(shù)進步劃代的主要標(biāo)志。 下面介紹各代計算機的主要特點： （1） 第一代計算機 第代計算機為電子管計算機。其邏輯元件采用電子管，存儲器件為聲延遲線或磁鼓，系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)為定點運算，使用機器語言。電子管計算機體積大、速度慢、存儲容量小。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （2）第二代計算機 第二代計算機為晶體管計算機。其邏輯元件采用晶體管，內(nèi)存儲器由磁芯構(gòu)成，磁鼓與磁 帶成為外存儲器

19、。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了浮點運算，并提出了變址、中斷、I/O處理等新概念。開 始使用多種高級語言及其編譯程序。和第一代電子管計算機相比，第二代晶體管機體積小、 速度快、功耗低、可靠性高。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （3）第三代計算機 第三代計算機為集成電路計算機。其邏輯元件與存儲器均由集成電路實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 了包括微程序控制、高速緩存、虛擬存儲器、流水線技術(shù)等。高級語言發(fā)展迅速，操作系 統(tǒng)進一步發(fā)展，有了多用戶分時操作系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。 這一時期還有另外一個重要特點：大型巨型機與小型機同時發(fā)展。小型計算機的發(fā)展， 對計算機的推廣使用產(chǎn)生了很大的影響。 人生在勤，不索何獲 1

20、.2計算機的發(fā)展歷程 （4）第四代計算機 20世紀(jì)70年代初，微電子學(xué)飛速發(fā)展創(chuàng)造的大規(guī)模集成電路和微處理器給計算機工業(yè)注入 了新鮮血液，大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模(VLSI)集成電路成為計算機的主要器件。內(nèi)存也采用 超大規(guī)模集成電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，出現(xiàn)了多處理機系統(tǒng)和并行計算機。軟硬件有了更多的 結(jié)合，開發(fā)出了用于并行處理的多處理機操作系統(tǒng)專用語言和編譯器。同時出現(xiàn)了用于并 行處理或分布計算的軟件工具和環(huán)境。 這一時期的另一個重要特點是計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，進入了網(wǎng)絡(luò)時代。 人生在勤，不索何獲 1.2計算機的發(fā)展歷程 （5）第五代計算機 一直以來，計算機以元器件的更新?lián)Q代作為劃代的標(biāo)志。

21、多年來，人們在不斷努力與探索， 以尋找速度更快、功能更強的全新的元器件，如神經(jīng)元、生物芯片、分子電子器件、超導(dǎo) 計算機、量子計算機等。 人生在勤，不索何獲 第一章 概述 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。計算機硬件是 指由物理元器件構(gòu)成的數(shù)字電路系統(tǒng)。計算機軟件是指實現(xiàn)算法的程序及其相 關(guān)文檔。 計算機依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來執(zhí)行給定的任務(wù)。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 （1）計算機硬件 計算機硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的物理實體，是計算機工作的物質(zhì)基礎(chǔ)， 是看得見摸得著的具體設(shè)備。 馮諾依曼教授

22、作為ENIAC課題組顧問，提出了存儲程序的設(shè)計思想和全新 的計算機設(shè)計方案，對ENIAC的研制工作起到了促進作用。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 馮諾依曼計算機的基本結(jié)構(gòu)如圖1-1。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 馮諾依曼計算機由五個基本部分組成，分別是運算器、控制器、存 儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 運算器是進行算術(shù)運算和邏輯運算的部件。 存儲器以二進制形式存放數(shù)據(jù)和程序。 輸入設(shè)備將外部信息轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別和接受的電信號。 輸出設(shè)備將計算機內(nèi)的信息轉(zhuǎn)換成人或其他設(shè)備能接受和識別的形式（如圖 形、文字和聲音等）。 控制器發(fā)出各種控制信號，以統(tǒng)一控

23、制計算機內(nèi)的各部分協(xié)調(diào)工作。 計算機中各功能部件通過總線連接起來。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 程序和數(shù)據(jù)由輸入設(shè)備輸入計算機，由存儲器保存，運算器執(zhí)行程序設(shè)計的各 種運算，控制器在程序運行中控制所有部件和過程，由輸出設(shè)備輸出結(jié)果。 馮諾依曼設(shè)計思想的特征是存儲程序并自動運行。 在運行程序之前，程序指令和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，然后逐條取出指令執(zhí)行。按照這 個思想，要想解決一個問題，只要編制有效的程序，該問題就可以在計算機中求解。 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 馮諾依曼結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)。但是，在現(xiàn)代計算機產(chǎn)品中，這5部 分并不是獨立存在的。 一般采用大規(guī)模集

24、成電路技術(shù)，將運算器和控制器集成在一片半導(dǎo)體芯片上，叫做中央處理器 （Central Processing Unit，CPU），在微型計算機中稱為微處理器 存儲器產(chǎn)品包括內(nèi)存儲器（如內(nèi)存條）和外存儲器（如硬盤、光盤等）。 中央處理器加上主存儲器稱為主機。 常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。 常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機等。將輸入輸出設(shè)備、外存儲器稱為外設(shè)。 外設(shè)與中央處理器的連接通道稱為接口，如顯卡、聲卡等。計算機產(chǎn)品中的主板（或稱母板）是一 塊集成電路板，用于固定各部件產(chǎn)品，以及分布各部件之間的連接總線、接口等。 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 人生在勤，不索何獲 圖1-2 計算機硬件

25、產(chǎn)品 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 （2）計算機軟件 計算機軟件是為了用戶使用計算機硬件效能所必備的各種程序和文檔的集合，也稱為計算 機系統(tǒng)的軟資源。計算機軟件一般可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類。 系統(tǒng)軟件用于管理、監(jiān)控和維護計算機資源，向用戶提供一個基本的操作界面，是應(yīng)用軟件的運 行環(huán)境，是人和硬件系統(tǒng)之間的橋梁。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)（如Windows、Linux）、監(jiān)控程 序（如PC微機中的BIOS程序）、計算機語言處理程序（如匯編程序、編譯程序）。 應(yīng)用軟件是為解決數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理、工程設(shè)計等實際需要開發(fā)的各種應(yīng)用程序， 直接面向 用戶需要。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的

26、基本組成 軟件分類：按功能分，軟件大致分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件：包括操作系統(tǒng)和各類語言的編譯程序，位于計算機系統(tǒng)中最接近硬件的層，其 他軟件只有通過系統(tǒng)軟件支持才能發(fā)揮作用 操作系統(tǒng)：管理整個計算機系統(tǒng)的軟、硬件資源，包括對軟硬件資源調(diào)度、管理、監(jiān)視、服務(wù)等， 改善人機界面，提供對應(yīng)用軟件的支持。 編譯程序：把高級語言書寫的程序編譯成等價的、可執(zhí)行的機器語言代碼。 應(yīng)用軟件：各類用戶為滿足各自的需要所開發(fā)的各類應(yīng)用程序 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 不論系統(tǒng)軟件程序還是應(yīng)用軟件程序，都是采用程序設(shè)計語言編寫的。程序設(shè) 計語言是編寫各種計算機軟件的手段或規(guī)范，又稱為

27、編程環(huán)境。用程序設(shè)計語 言編寫的程序稱為源程序，在計算機上運行的程序稱為可執(zhí)行程序。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 程序設(shè)計語言一般分為機器語言、匯編語言和高級語言 （1）機器語言 機器語言是一種用二進制表示的能被計算機硬件直接識別和執(zhí)行的語言。機器語言根據(jù)CPU的不同而不同。機器語言程序又稱為 目標(biāo)程序。 （2）匯編語言 采用文字符號來表示機器語言，能夠幫助記憶，這種采用助記符表示的語言為匯編語言。匯編語言程序比較直觀、易記憶、易檢 查。但是計算機不能直接識別，需要翻譯成機器語言程序后才能被計算機執(zhí)行，完成翻譯的軟件就是計算機語言處理程序中的匯 編程序。 機器語言和匯編

28、語言都是面向機器的，能利用計算機的所有硬件特性，是能直接控制硬件、實時能力強的語言，又稱為初級語言。 （3）高級語言 高級語言是與計算機結(jié)構(gòu)無關(guān)的程序設(shè)計語言。它具有較強的表達能力，能更好地描述各種解決問題的算法，容易學(xué)習(xí)掌握。但 是計算機硬件一般不能直接閱讀和理解高級語言程序，需要專門的軟件來處理。 人生在勤，不索何獲 1.3.1計算機系統(tǒng)的基本組成 高級語言的源程序可以通過兩種方法在計算機上運行。一種是通過編譯程序在 運行之前將高級語言源程序轉(zhuǎn)換為機器語言的程序；另一種就是通過解釋程序 逐條解釋源程序語句并執(zhí)行。 圖1-3從多個源程序產(chǎn)生可執(zhí)行文件的過程。 1.3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

29、計算機系統(tǒng)是包括計算機硬件和軟件的一個整體，兩者不可分割。 從計算機使用者的角度，從計算機硬件工程師的角度和從程序設(shè)計員的角度， 所看到的計算機系統(tǒng)具有完全不同的屬性。 為了更好地表達和分析這些屬性之間的聯(lián)系，更恰當(dāng)?shù)卮_定軟件和硬件之間的 界面，一般將計算機劃分為若干層次。在學(xué)習(xí)使用計算機和設(shè)計計算機時，以 層次結(jié)構(gòu)的觀點看待計算機，便于理解和設(shè)計維護。 人生在勤，不索何獲 計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型圖 人生在勤，不索何獲 圖1-4計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型圖 1.3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 第0層是硬件內(nèi)核。 該層包括計算機各部件的邏輯線路硬件，又稱為裸機。硬件內(nèi)控制信號引導(dǎo)數(shù)據(jù)的流動，實現(xiàn)用戶設(shè)計

30、的功能。 這一層次是計算機硬件設(shè)計人員所熟悉的。 第1層是機器語言 是計算機硬件可以讀懂，并可以直接操縱計算機硬件工作的二進制信息。這個層次是計算機軟硬件的分界面，它 之上的層次是軟件，體現(xiàn)用戶解決問題的思路；它之下是硬件內(nèi)核，完成指令的功能。這一層次除了計算機的設(shè) 計者外，很少有人能夠熟悉和了解。 第2層是系統(tǒng)軟件。 匯編程序、編譯程序、解釋程序等語言處理程序?qū)⒊绦蜣D(zhuǎn)換為機器語言表示的形式。用戶通過操作系統(tǒng)可以方便 地使用計算機。這個層次是使用計算機的平臺，為計算機使用人員所熟悉。 人生在勤，不索何獲 1.3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 第3層是匯編語言。 匯編語言級構(gòu)成了一個匯編語言虛擬機。匯

31、編語言程序員在了解部分計算機硬件資源情況 下，通過匯編語言指令系統(tǒng)完成指定的任務(wù)。 第4層是高級語言。 高級語言級構(gòu)成了一個高級語言虛擬機，對于高級語言程序員來講，所看到的計算機是一 個能夠理解接近于人類自然語言的機器，在他完全不了解硬件的情況下，可以要求計算機 完成指定的任務(wù)。 第5層是應(yīng)用程序。 這一層的應(yīng)用人員，針對某一應(yīng)用領(lǐng)域或?qū)ｉT問題設(shè)計應(yīng)用軟件。處于這個層次的用戶可 以完全不理解計算機的軟件和硬件而使用計算機，他所看到的計算機是建立在大量硬件和 軟件基礎(chǔ)上的智能機器。 人生在勤，不索何獲 1.3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)劃分是相對而言的，并不是一成不變和完全清晰的

32、，存在 一定程度的交叉。 從功能上來講，任何可以由軟件完成的功能都可由硬件來替代，反過來硬件實 現(xiàn)的功能也可以由軟件來模擬。 硬件意味著速度，軟件意味著靈活。大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，造成硬件成 本不斷下降，而軟件的設(shè)計成本不斷上升，使得一些本由軟件完成的工作改由 硬件完成，如軟件的固化，造成軟硬件界面某種程度的上移。 人生在勤，不索何獲 1.3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計算機組成 (Computer Organization)主要涉及硬件，是指計算機主要由哪些 功能部件組成，各部件之間如何連接。所以計算機組成原理課程涉及到的是計 算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中的第0層和第1層。 人生在勤，不索何獲 1.

33、3.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 人生在勤，不索何獲 圖1-5 計算機專業(yè)基本課程體系簡圖 1.4實驗設(shè)計 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 1.4.1PC機的硬件組成 （1）了解PC個人計算機硬件產(chǎn)品名稱及功能模塊劃分 1）啟動一臺PC個人計算機，按照馮諾依曼機結(jié)構(gòu)的模塊查找相應(yīng)的產(chǎn)品。 2）在PC機中，可以有很多方式獲得計算機硬件的信息。寫出你知道的幾種方式。 （2）PC個人計算機組裝的步驟 將計算機的各個硬件組成部件組裝成一臺完整的計算機，安裝上基本的軟件，就可以使用 了。計算機硬件組裝沒有硬性的順序規(guī)定，實際組裝中，要根據(jù)不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特點來決 定安裝順序，以安全和便于操作為原則。計算機基

34、本的軟件主要是指分區(qū)格式化和操作系 統(tǒng)安裝。 1）計算機硬件組裝過程演示視頻學(xué)習(xí) 2）完成計算機硬件的組裝 1.4.2AEDK實驗機的硬件組成 AEDK CPT是一個8位計算機模型實驗系統(tǒng)。通過該實驗系統(tǒng)，我們可以完成 部件級的實驗，也可以完成系統(tǒng)實驗，使實驗者透徹地剖析計算機的基本組成 與工作原理，了解計算機的內(nèi)部運行機制，掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計的基本技術(shù)， 培養(yǎng)獨立分析、解決問題，特別是硬件設(shè)計與調(diào)試方面問題的能力。 1.4.2AEDK實驗機的硬件組成 AEDK CPT實驗系統(tǒng)由兩部分組成，左邊為實驗?zāi)K（CPT-A），主要分布著 各個實驗單元和監(jiān)控單元。實驗機的右邊為數(shù)據(jù)輸入輸出板（CPT-

35、B），板上 分布著24個二進制開關(guān)、若干個LED發(fā)光二極管、DIP插座，還有一塊用于顯 示當(dāng)前狀態(tài)的液晶板。CPT-A上的控制信號通過兩根扁平電纜連到了CPT-B上。 在AEDK實驗機上，提供了運算器模塊、指令部件模塊、通用寄存器模塊、存 儲器模塊、微程序模塊、啟停和時序模塊、總線傳輸模塊以及監(jiān)控模塊。將實 驗儀硬件各模塊資源進行邏輯組合，構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)。 1.4.2AEDK實驗機的硬件組成 在各個單元實驗?zāi)K中，各模塊的控制信號都由實驗者手動模擬產(chǎn)生，而在微 程序控制系統(tǒng)中，是在微程序的控制下，自動產(chǎn)生各種單元模塊的控制信號， 實現(xiàn)特定指令的功能。 1.4.2AEDK實驗機的硬件組成

36、1.4.3EL實驗機的硬件組成 （1）EL計算機組成原理實驗系統(tǒng)組成 EL-JY-II是一個16位計算機模型實驗系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩大部分組成 1）基板： 本部分包括以下幾個部分：數(shù)據(jù)輸入和輸出，顯示及監(jiān)控，脈沖源及時序電路， 數(shù)據(jù)和地址總線，外設(shè)控制實驗電路，單片機控制電路和鍵盤操作部分，與 PC機通訊的接口，主存儲器，電源，CPLD實驗板(選件)，自由實驗區(qū)（面包 板）。 2）CPU板： 本板包括以下幾個部分：微程序控制器，運算器，寄存器堆，程序計數(shù)器，指 令寄存器，指令譯碼電路，地址寄存器，數(shù)據(jù)、地址和控制總線。 1.4.3EL實驗機的硬件組成 第二章 數(shù)據(jù)的表示 2.1計算機中的基本邏輯電路

37、 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.1計算機中的基本邏輯電路 （1）基本門電路 門電路是一種進行基本邏輯運算的電路，具有一個或多個輸入端，僅有一個輸 出端。輸入輸出信號是高電平或者低電平。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 1）與運算 1）與運算：只有當(dāng)全部輸入端都為1時，其與運算輸出端才等于1。與運算通 常用符號“”或“”或“ ”來表示。運算規(guī)則如下： 00=0， 00=0， 00=0 01=0， 01=0， 01=0 10=0， 10=0， 10=0 11=1， 11=1， 11=1 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2）或運算 2）或運算：輸入端的邏輯變量只要有一個為1，其或運

38、算輸出端結(jié)果為1?；?運算通常用符號“+”或“”來表示。運算規(guī)則如下： 0+0=0， 00=0 0+1=1， 01=1 1+0=1， 10=1 1+1=1， 11=1 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 3）非運算 3）非運算：非運算又稱邏輯否運算。其運算規(guī)則為： 0=1 （非0等于1） 1=0 （非1等于0） 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 4）與非運算 4）與非運算：只有當(dāng)全部輸入端都為1時，輸出端才為0；只要有一個輸入端 處于0，輸出端就輸出1。運算規(guī)則是先對輸入端做與運算，再對運算結(jié)果做非 運算。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 5）或非運算 5）或非運算：只要有一個輸入端為1

39、，輸出端就輸出0。運算規(guī)則是先對輸入 端做或運算，再對運算結(jié)果做非運算。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 6）異或運算 6）異或運算：兩個邏輯輸入變量相異，輸出才為1。通常用符號“ ”表示。 運算規(guī)則為： 0 0=0 0 1=1 1 0=1 1 1=0 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 7）同或運算 7）同或運算：兩個邏輯輸入變量相同，輸出才為1。通常用符號“ ”表示。 運算規(guī)則為： 0 0=1 0 1=0 1 0=0 1 1=1 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 基本的門電路邏輯符號 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 圖2-1 門電路的邏輯符號 表示 ( 2) 觸發(fā)器 觸發(fā)器是一種

40、具有記憶功能的電路，它有2個穩(wěn)定的電路狀態(tài)，分別表示為1狀 態(tài)和0狀態(tài)，稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。觸發(fā)器可存儲1位信息，以兩種狀態(tài)之一的形式 存在，沒有新輸入時保持原狀態(tài)不變。觸發(fā)器有多種類型，D觸發(fā)器是一種常 用的觸發(fā)器。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 圖2-2 D觸發(fā)器邏輯符號和 功能表 （3）寄存器 寄存器由多個D觸發(fā)器組成，可以存放一串0和1表示的二進制數(shù)據(jù)。 圖2-3是一個D觸發(fā)器組成的4位寄存器。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 圖2-3 4位寄存器 移位操作 移位操作是寄存器中的一種基本邏輯運算，實現(xiàn)將寄存器中的信息向左或向右 移動1個位置或多個位置。 圖2-4是一個右移寄存器電

41、路，在CLK信號上升沿時，每個觸發(fā)器將輸出端的 信息送到右邊的觸發(fā)器中，就實現(xiàn)了將觸發(fā)器保存的數(shù)據(jù)右移一位的操作。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 圖2-4 移位寄存 器電路 計算機中的寄存器 計算機系統(tǒng)通常是對存放在寄存器中的數(shù)據(jù)進行處理，然后把處理的結(jié)果存放在寄存器中。 計算機中的寄存器按功能來分，一般有以下幾種： 1）數(shù)據(jù)寄存器：用來存放運算數(shù)據(jù)和運算結(jié)果。 2）累加器：運算器中用來暫存運算結(jié)果的主要寄存器。 3）指令寄存器：保存從存儲器中讀出的程序中要執(zhí)行的指令。 4）指令地址寄存器：保存下一條要執(zhí)行的指令的地址，也叫指令計數(shù)器、程序計數(shù)器。 5）地址寄存器：用來保存訪問存儲器的地

42、址的寄存器。即把要訪問的操作數(shù)或指令的地址保存在該類寄存器中。 6）緩沖寄存器：在很多計算機部件之間設(shè)置緩沖寄存器，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存，尤其是部件之間存在速度差異時， 用來暫存信息，以取得同步 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 寄存器的邏輯圖 a）表示寄存器的名稱符號表示。 (b)表示寄存器的數(shù)據(jù)按位存放。 (c)表示寄存器中各位的編號次序。 (d)表示寄存器數(shù)據(jù)分字段表示，H表示高位部分，L表示低位部分。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 （4）譯碼器 譯碼器是計算機中不可缺少的器件，主要用在控制器里的指令分析，存儲器里 的地址選擇上。 譯碼器是對輸入信號進行編碼，根據(jù)輸入信號在多個輸出端

43、中選擇其中一個輸 出端有效的譯碼信號。 74LS138譯碼器是3線輸入、8線輸出的譯碼器集成電路。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 74LS138的真值表和邏輯符號 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 圖2-6 74LS138的真值表和邏輯 符號 第二章 數(shù)據(jù)的表示 2.2數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼表示 2.2.1 數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 十進制數(shù)的表示有以下規(guī)則：表示數(shù)值時，除了正負(fù)符號，采用09這10個數(shù) 字符號。 一個十進制數(shù)表示為多個數(shù)字符號的排列，數(shù)字符號的位置稱為位序號n，小 數(shù)點往左邊算，位序號是0、1依次類推；小數(shù)點往右算，位序號是

44、-1，- 2。處于不同位置的數(shù)字符號代表的數(shù)值不一樣，是該數(shù)字符號乘以該位 的權(quán)數(shù)的結(jié)果，權(quán)數(shù)就是10的n次冪。各位數(shù)字符號的數(shù)值累加總和就是這個 十進制數(shù)的實際值。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 在數(shù)字系統(tǒng)中，若采用R個基本符號（0，1R-1)表示各位上的數(shù)字，則稱其 為基R數(shù)制，或稱R進制數(shù)字系統(tǒng)。R稱為該數(shù)字系統(tǒng)的基，對每個數(shù)位i,該位 上的權(quán)為Ri 一般地，在R進制下，數(shù)xnxn-1x1x0.x-1x-2x-m所代表的值可表示為： xnRn+ xn-1Rn-1+x1R1+ x0R0+ x-1R-1+x-2 R-2x-mR-m 其中，R稱為基數(shù)，各位數(shù)字x

45、i(i=n,n-1.1,0,-1,-2.-m)，取值范圍在0到R-1之間。 計算機系統(tǒng)中，常用的幾種計數(shù)制有二進制、八進制、十六進制。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 （1）二進制 在計算機中，數(shù)據(jù)都采用二進制或二進制編碼的形式存在，這是因為計算機中的數(shù)以數(shù)字 電路的物理狀態(tài)來表示。數(shù)字電路的輸入或輸出只有兩種電平，高電平用“1”來表示，低 電平用“0”來表示。 二進制是采用0和1兩個符號表示數(shù)值。二進制的基數(shù)是2。 為了區(qū)別二進制和十進制數(shù) 二進制書寫上采用下標(biāo)2，或者用后綴字母B標(biāo)識。如（1011）2，或者1011B。 十進制書寫上采用下標(biāo)10，或者用后綴字母

46、D標(biāo)識，或者默認(rèn)為十進制。如（1011）10，或者 1011D。多位二進制數(shù)據(jù)中的每一個記數(shù)符號的權(quán)值是2n，n是該位的位序號。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 例例2-1二進制數(shù)01001111B的數(shù)值為多少 解：027+ 126+025+ 024+123+ 122+ 121+120=126+123+ 122+ 121+120=79 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 （2）八進制和十六進制 二進制便于在計算機內(nèi)部存儲和計算，但是表示數(shù)據(jù)時位數(shù)較多，不便于人們書寫和記憶。 為此，在開發(fā)程序、調(diào)試程序、閱讀程序時，為了書寫和閱讀方便，經(jīng)常

47、使用八進制或十 六進制數(shù)。 八進制數(shù)采用07這8個記數(shù)符號，基數(shù)是8。書寫上采用下標(biāo)8，或者用后綴字母O（為了 和0區(qū)別，也可用Q）標(biāo)識。 如（1011）8，或者1011Q。多位八進制數(shù)據(jù)中的每一個記數(shù)符號的權(quán)值是8n，n是該位的 位序號。 例例2-2八進制數(shù)1011Q的數(shù)值為多少？ 解：1011Q=183+082+181+180=521。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 （2）八進制和十六進制 十六進制采用09，AF這16個記數(shù)符號，基數(shù)是16。 書寫上采用下標(biāo)16，或者用后綴字母H標(biāo)識。如（1011）16，或者1011H。 由于十六進制數(shù)中出現(xiàn)了字母符號，為了

48、和計算機中的字符串區(qū)分，以字母符號開始的十 六進制數(shù)，前面寫個0。多位十六進制數(shù)據(jù)中的每一個記數(shù)符號的權(quán)值是16n，n是該位的 位序號。 例例2-3 十六進制數(shù)1011H的數(shù)值為多少？ 解：1011H=1163+0162+1161+1160=4113。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 （3）進制的運算規(guī)則 兩個十進制數(shù)相加時，逢10進1；兩個十進制數(shù)相減時，借1當(dāng)10。 兩個二進制數(shù)相加時，逢2進1；兩個二進制數(shù)相減時，借1當(dāng)2。 兩個八進制數(shù)相加時，逢8進1；兩個八進制數(shù)相減時，借1當(dāng)8。 兩個十六進制數(shù)相加時，逢16進1；兩個十六進制數(shù)相減時，借1當(dāng)16。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而

49、毀于隨 進制的運算規(guī)則 例例2-4N1=01010011B，N2=00100100B。計算N1+N2，N1-N2。 解： N1+N2=01110111。 N1-N2=00101111。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 進制的運算規(guī)則 例例2-5N1=0BBH，N2=3AH。計算N1+N2，N1-N2。 解： N1+N2=0F5H。 N1-N2=81H。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 四種進位制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系表 十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制 0000000 1000111 2001022 3001133 4010044 5010155 6011066 7011

50、177 81000108 91001119 10101012A 11101113B 12110014C 13110115D 14111016E 15111117F 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.1數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換 二進制： 基本符號01 。R=2，每位權(quán)為2i。逢2進1，借1當(dāng)2。書寫為（）2，或跟字母B。 八進制： 基本符號07，R=8，每位權(quán)為8i。逢8進1，借1當(dāng)8，書寫為（）8，或跟字母O或Q。 十六進制： 基本符號0F，R=16，每位權(quán)為16i。逢16進1，借1當(dāng)16，書寫為（）16，或跟字母H。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 （4）進制的轉(zhuǎn)換 1）R進制轉(zhuǎn)換為十進

51、制：位權(quán)相加法 任何一個進制的數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，只要將每位記數(shù)符號乘以該位的權(quán)值， 再求和。 例例2-6（10101.01）2=( )10 解：(10101.01)2=(124+122+120+12-2)10=(21.25)10 例例2-7（37.6）8=（ ）10 解：（37.6）8=（381+780+68-1）10=(31.75)10 例例2-8（3A.C）16=( )10 解：(3A.C)16=(3161+10160+1216-1)=(58.75)10 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 進位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進制數(shù) 整數(shù)部分：除基取余，上右下左 用要轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)去除以基

52、數(shù)R，得到的余數(shù)作為結(jié)果數(shù)據(jù)中各位數(shù)字，直至余數(shù)為 0。先得到的余數(shù)作為低位，后得到的余數(shù)作為高位。 小數(shù)部分：乘基取整，上左下右 用要轉(zhuǎn)換的十進制小數(shù)去乘以基數(shù)R，得到的乘積整數(shù)部分作為結(jié)果數(shù)據(jù)中各位的數(shù)字， 小數(shù)部分繼續(xù)與基數(shù)R相乘，直至乘積小數(shù)部分為0或得到希望的小數(shù)位數(shù)為止。先得 到的乘積整數(shù)部分為高位，后得到的為低位。 含整數(shù)、小數(shù)部分的數(shù)轉(zhuǎn)換：分別轉(zhuǎn)換整數(shù)、小數(shù)部分再組合 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 例2-9(835.6875)10= ( )2=( )16 (835.6875)10=(1101000011.1011)2 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 （835.6875

53、）10=（343.B）16 進位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 二、八、十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換 以小數(shù)點為界。整數(shù)部分從低位向高位，小數(shù)部分從高位向低位 每一個八進制數(shù)字和三位二進制數(shù)等值改寫即可 每一個十六進制數(shù)字和四位二進制數(shù)等值改寫即可 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 例2-10將八進制13.724轉(zhuǎn)換為二進制。 (13.724)8=(001011.111010100)2 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 例2-11將十六進制數(shù)2B.5E轉(zhuǎn)換為二進制 （2B.5E)16=(00101011.01011110)2 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 例2-12將二進制數(shù)11001.11轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)

54、 （11001.11)2=(19.C)16 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 第二章 數(shù)據(jù)的表示 2.2.2機器數(shù)編碼 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.2機器數(shù)編碼表示 計算機內(nèi)是用具有兩個不同穩(wěn)定狀態(tài)的元件來表示數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)在計算機中的表示形式稱為機 器數(shù)。一個機器數(shù)所代表的實際數(shù)值稱為真值。 例如，規(guī)定開關(guān)閉合為1，斷開為0。一個二進制數(shù)就可以用一排開關(guān)表示出來。下面圖中開關(guān) 的狀態(tài)組合就表示一個二進制數(shù)101101，為了方便描述，我們用圖2-7的形式來表示機器數(shù)。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2.2.2機器數(shù)編碼表示 數(shù)值數(shù)據(jù)表示在電子元件上，需要解決符號的表示問題

55、、小數(shù)點的表示問題， 還要考慮數(shù)據(jù)位的編碼問題和運算方法，便于計算機內(nèi)表示的數(shù)據(jù)運算。下面 分別解決無符號整數(shù)、帶符號整數(shù)、帶符號純小數(shù)、實數(shù)在機器中的表示方法。 因為計算機內(nèi)部存儲、運算和傳送數(shù)據(jù)的部件位數(shù)是有限的，所以不管采用哪 種表示法，都只能表示一定范圍內(nèi)的有限個數(shù)。如果一個數(shù)超出了表示的范圍， 稱為“溢出”。所以研究表示方法時，還要研究這種表示方法的數(shù)值表示范圍。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 1無符號整數(shù)的表示無符號整數(shù)的表示 無符號整數(shù)的每一位都是數(shù)值位，只能表示正數(shù)和零。計算機中表示無符號整 數(shù)就直接用這個數(shù)的二進制表示作為數(shù)據(jù)的編碼（機器數(shù)）。 例例2-13在8位寄存器

56、中表示數(shù)據(jù)5。 解：5D=00000101B 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 1無符號整數(shù)的表示 計算機中能并行傳送的最大二進制數(shù)位數(shù)稱為字長，這是由計算機的硬件長度 決定的。因為計算機字長有限，所以能夠表示的數(shù)據(jù)大小也是有一定的限制范 圍的。 對于一個n+1位的二進制的定點整數(shù)X=X0X1X2Xn，其中Xi=0或1，0in。 這個數(shù)代表的數(shù)值是X02n+x12n-1+xn-121+xn20 可表示的數(shù)值范圍是0 x2n+1-1。 在n+1位機中，可表示的無符號數(shù)據(jù)個數(shù)是2n+1個，也就是n+1個具有兩種穩(wěn)定 狀態(tài)的電子元件上可能出現(xiàn)的狀態(tài)組合個數(shù)。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2

57、帶符號整數(shù)的表示 數(shù)據(jù)的符號只有正、負(fù)兩種，因此也用兩個穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件表 示，一般規(guī)定0表示正號，1表示負(fù)號。 在數(shù)據(jù)表示時，可增加1個符號位來表示正負(fù)號，一般用機器數(shù)的 最高位表示符號位。但是僅僅增加符號位還不夠，還要考慮數(shù)據(jù) （尤其是負(fù)數(shù)）其余位的編碼方法和運算方法，以便于數(shù)據(jù)計算。 一個帶符號數(shù)的編碼方法主要有3種：原碼、補碼、反碼。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2帶符號整數(shù)的表示 （1）原碼 把一個十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，在最高位加上符號位，就是原碼。字長為n 的機器中，表示一個數(shù)據(jù)X=XsX1X2X3Xn-1，其中Xs是+、-符號，其原碼的表 示形式是： 采用原碼編碼方式

58、存儲和處理數(shù)據(jù)的機器稱為原碼機。字長為n的原碼機中能夠表示的數(shù)據(jù)范 圍是 -（2n-1-1） X ( 2n-1-1) 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2帶符號整數(shù)的表示 （1）原碼 例例2-14 求X1=+1011010B，X2=-1011010B在8位寄存器中的原碼表示形式。 解：X1原= +1011010B原=01011010 X2原= -1011010B原=11011010 例例2-15求+0和-0在8位原碼機中的表示形式。 解：+0原=00000000 -0原=10000000 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨 2帶符號整數(shù)的表示 （2）補碼 計算機中一般用補碼實現(xiàn)加減運算。補碼

59、是根據(jù)模概念和數(shù)的互補關(guān)系引出的一種表示方法， 這些概念我們用時鐘來說明。 在時鐘面上只有112個數(shù)，超過12的數(shù)不再累計，時鐘的模就是12。1點、13點、25點都是等價的1點。在一定 數(shù)值范圍內(nèi)的運算稱為模運算，用MOD表示。在模運算系統(tǒng)中，一個數(shù)與它除以模后得到的余數(shù)是等價的。假定 鐘表時針指向10點，若順時針撥動8格，時針指向6點；若逆時針撥4格，時針也指向6點。 （10+8）MOD 12=6 10-4=6 所以在模12的系統(tǒng)中，18等價于6。把4稱為8對模12的補數(shù)，8也稱為4對模12的補數(shù)?？梢钥吹皆谀＿\算中，減 去一個數(shù)等于加上這個數(shù)對模的補數(shù)。 業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨

60、 2帶符號整數(shù)的表示 （2）補碼 計算機中用有限的二進制位來表示數(shù)據(jù)，對于字長為n的計算機，共能表示2n 個數(shù)據(jù)，運算x+2n=x mod (2n)，因此，計算機中進行的運算是有模運算，模是 2n。 補碼正是按補數(shù)概念對數(shù)據(jù)編碼的，這樣可以用加法實現(xiàn)減法運算。將加減法 運算統(tǒng)一起來后，就不必象原碼那樣考慮符號的異同和數(shù)值的絕對值大小問題 了。 設(shè)一個字長為n的帶符號數(shù)X的補碼定義為： X補=2n+X 若X0，則模作為超出部分被舍棄，正數(shù)的補碼就是其本身。若X 0 0 1 1X X 1 1X X2 2X X3 3. . . .X Xn n- -1 1 當(dāng)當(dāng)X X 0時，X最高位加1，符號位為1；