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文檔簡介
1、電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 計算機組成原理計算機組成原理電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)的機器級表示數(shù)據(jù)的機器級表示Principles of Computer Organization電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼2.1.1 信息的二進制編碼信息的二進制編碼信息時代什么是信息(information)?電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼For example姚明2.26米Oh,好高好高This
2、is an informationinformation人們從消息中總結(jié)出來的對人們有用的東西。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼李杰Oh,不懂For example信息有大小、多少之分嗎?No information電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1 數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼信息量的定義:設(shè)某個消息出現(xiàn)的概率為p,則該消息所包含的信息量為:比特(bit)是信息量的單位。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 進位記數(shù)制進位記數(shù)制數(shù)制的數(shù)制的基數(shù)基數(shù)與與權(quán)值權(quán)值。
3、例如:十進制數(shù)例如:十進制數(shù)28652865數(shù)符:數(shù)符:0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9基數(shù)基數(shù)為為10,10,按按“逢十進一逢十進一”的原則進行計數(shù)的原則進行計數(shù)電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 進位記數(shù)制進位記數(shù)制(2865)(2865)1010 2 210103 38 810102 26 610101 15 510100 02 2的權(quán)值為:的權(quán)值為:10103 38 8的權(quán)值為:的權(quán)值為:10102 26 6的權(quán)值為:的權(quán)值為:10101 15 5的權(quán)值為:的權(quán)值為:10100 0對于對于12.34
4、(12.34(十進制數(shù)十進制數(shù)) )(12.34)(12.34)1010 1 110101 12 210100 03 31010-1-14 41010-2-2電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 進位記數(shù)制進位記數(shù)制(1) (1) 二進二進制制數(shù)符:數(shù)符:0 0、1 1基數(shù)為基數(shù)為2,2,按按“逢二進一逢二進一”的原則進行計數(shù)的原則進行計數(shù)例如:例如:(110010.11)(110010.11)2 2 1 12 25 51 12 24 40 02 23 30 02 22 2 1 12 21 1+0+02 20 01 12 2-1-11 12 2-2-2(
5、S)(S)2 2= =X Xn nX X1 1X X0 0X X- -1 1X X- -2 2X X-m-mmmnnXXXXXX2.1222.2110011小數(shù)點小數(shù)點電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 進位記數(shù)制進位記數(shù)制(2) (2) 八進八進制制數(shù)符:數(shù)符:0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7基數(shù)為基數(shù)為8,8,按按“逢八進一逢八進一”的原則進行計數(shù)的原則進行計數(shù)例如:例如:(123.45)(123.45)8 8 1 18 82 22 28 81 13 38 80 0 4 48 8-1-15 58 8-2-2電子科技大學(xué)
6、計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2.1.2 進位記數(shù)制進位記數(shù)制(3) (3) 十六進十六進制制數(shù)符:數(shù)符:0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F例如:例如:(1(1A A. .B B5)5)1616 1 116161 1101016160 011111616-1-15 51616-2-2基數(shù)為基數(shù)為16,16,按按“逢逢1616進一進一”的原則進行計數(shù)的原則進行計數(shù)電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 1. 二進制的數(shù)轉(zhuǎn)換十進數(shù)不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進
7、制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換 按權(quán)相加按權(quán)相加法法例如:1 0 1 0 1電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換 逐次逐次乘基相加法乘基相加法例如:將例如:將( (1 10 01 11)1)2 2轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。1 12 + 0 = 2 + 0 = 2 2 2 22 + 2 + 1 1 = = 5 5 5 52 + 1 = 11 2 + 1 = 11 電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2. 十進制的數(shù)轉(zhuǎn)換二進數(shù)(除基取余法)不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換6722012483
8、31622222余數(shù)011001低位高位電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 十進制的數(shù)轉(zhuǎn)換二進數(shù)(減權(quán)定位法)例:例:(1234)(1234)1010轉(zhuǎn)換為二進制。轉(zhuǎn)換為二進制。1234 1234 1024(= 1024(=2 21010) = 210) = 210 210 210 128(= 128(=2 27 7) = 82) = 82 82 82 64(= 64(=2 26 6) = 18) = 18 18 18 16(= 16(=2 24 4) = 2) = 2 2 2 2(= 2(=2 21 1) = 0) = 0結(jié)果:結(jié)果:(1234)(1234)10
9、 10 =(10011010010)=(10011010010)2 2不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 2. 十六進制的數(shù)轉(zhuǎn)換十進數(shù)例如:不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換2 A F電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n 二進制和十六進制的轉(zhuǎn)換 每4位二進制對應(yīng)1位十六進制0010 0011 0110 1110 1010 ae632不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 符號數(shù)的表示符號數(shù)的表示真真 值值:與機
10、器數(shù)對應(yīng)的實際數(shù)據(jù)。:與機器數(shù)對應(yīng)的實際數(shù)據(jù)。機器數(shù)機器數(shù):用二進制編碼表示的數(shù)據(jù)。:用二進制編碼表示的數(shù)據(jù)。34Computer00100010真值真值機器數(shù)機器數(shù)電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n 原碼表示法符號數(shù)的表示符號數(shù)的表示符符號號幅值幅值1n-10 正數(shù)1 負數(shù)特點:簡單直觀,但不便于計算。特點:簡單直觀,但不便于計算。原碼的原碼的0 0有有2 2種表示方式種表示方式:+0:+0和和-0-0電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n 原碼表示法符號數(shù)的表示符號數(shù)的表示+67+67的原碼表示(的原碼表示(8 8位):位):
11、 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1-67-67的原碼表示(的原碼表示(8 8位):位): 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n 補碼表示法(n位)符號數(shù)的表示符號數(shù)的表示對于正數(shù):對于正數(shù):對于對于負負數(shù):數(shù):電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 補碼表示補碼表示n 模模與同余與同余模模:指一個計量器的容量,可用指一個計量器的容量,可用M表示。表示。例如例如:鐘表是以:鐘表是以1212為計數(shù)循環(huán)的,模為計數(shù)循環(huán)的,模M1212一個一個4 4位的
12、二進制計數(shù)器,模位的二進制計數(shù)器,模 1616一個一個n位的二進制計數(shù)器,模位的二進制計數(shù)器,模 2 2n電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 補碼表示補碼表示同余同余:指兩整數(shù):指兩整數(shù)A和和B除以同一正整數(shù)除以同一正整數(shù)M,所得,所得余數(shù)相同。這時稱余數(shù)相同。這時稱A和和B對對M同余,即同余,即A和和B在以在以M為模時是相等的,可寫成:為模時是相等的,可寫成:AB(mod M)或 ABkM (k為整數(shù))例如鐘表例如鐘表:模:模M M1212,故,故3 3點和點和1515點是同余的,點是同余的,它可以寫作:它可以寫作:315(mod 12)電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與
13、工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 假設(shè)當(dāng)前時針停在假設(shè)當(dāng)前時針停在7 7點,現(xiàn)在點,現(xiàn)在要調(diào)要調(diào)到到5 5點:點:7 72 27 710(mod 12)10(mod 12)方法方法1 1:將將時針倒撥時針倒撥2 2格:格:7 72 25 5 ( (做減法做減法) ) 方法方法2 2:將時針將時針順順撥撥1 10 0格格:7 7 + 10 + 1017(17(做加法做加法) ) 時鐘是模時鐘是模1212的容器:的容器:2 2與與1010對模對模1212互補,也可以說互補,也可以說2 2的補碼是的補碼是10(10(以以1212為模為模) )。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算
14、機科學(xué)與工程學(xué)院 補碼的表示補碼的表示特點特點:正數(shù):正數(shù)的補碼與原碼相同,負數(shù)的補碼是的補碼與原碼相同,負數(shù)的補碼是其絕對值按位求反,其絕對值按位求反,末位加末位加1 1。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n 求反就是將這個數(shù)按位求反再加1.補碼的表示補碼的表示電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 n (5)10的補碼,字長8位(0000 0101)2n (-5)10的補碼,字長8位(5)10 = (0000 0101)2 (1111 1010)2按位求反 (1111 1011)2+1(-5)10 = (1111 1011)2補碼的
15、表示補碼的表示電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 補碼的表示補碼的表示例例2 2:對于:對于十進制數(shù)十進制數(shù)Y Y11,11,用用1 1字節(jié)表示。字節(jié)表示。第第1 1步:用二進制表示步:用二進制表示(+11) (+11) 第第2 2步:按位求反步:按位求反 第第3 3步:末位加步:末位加1 1 電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 補碼表示的范圍補碼表示的范圍根據(jù)補碼的定義,寫出根據(jù)補碼的定義,寫出8 8位寬度能表示的最大和位寬度能表示的最大和最小整數(shù)。最小整數(shù)。最大的整數(shù):最大的整數(shù):0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1
16、 1 1符號位符號位幅值幅值正數(shù)正數(shù)盡可能大盡可能大電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 最最小小的整數(shù):的整數(shù):1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0符號位符號位幅值幅值負數(shù)負數(shù)盡可能盡可能小小(按位求反)(按位求反)+1+1末位末位+1+1補碼表示的范圍補碼表示的范圍電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 思考題:思考題:一個一個n n位二進制采用補碼能表示的范圍?位二進制采用補碼能表示的范圍?電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754n 二進制規(guī)格化浮點
17、數(shù)的表示 判斷下列數(shù)哪些符合規(guī)格化表示?電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754尾數(shù)尾數(shù)指數(shù)指數(shù)n 浮點數(shù)的一般表示形式:符號符號S=0:表示正數(shù)S=1 :表示負數(shù)電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754n IEEE754浮點數(shù)的編碼SEM11181115235264326480127102316383IEEE754的3種浮點表示格式電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754S:01E:E = + M:M電
18、子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754最后的結(jié)果:最后的結(jié)果:電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754n 特殊值的表示:特殊值的表示:0001000255(全1)01255(全1)00或1255(全1)非0電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 對于單精度浮點數(shù)格式,能表示的最大對于單精度浮點數(shù)格式,能表示的最大正數(shù)是多少正數(shù)是多少( (注
19、:無窮大除外注:無窮大除外) )?SEM浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示IEEE754電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 BCD碼(碼(8421碼)碼)n 有權(quán)BCD碼用4位二進制表示一位十進制數(shù)0000 (0)0001 (1)0010 (2)0011 (3)1001 (9)0110 01116 7電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 無權(quán)無權(quán)BCD碼碼n 余三碼用4位二進制表示一位十進制數(shù),是由8421BCD碼加上0011形成的一種無權(quán)碼,由于它的每個字符編碼比相應(yīng)的8421碼多3,故稱為余三碼。BCD碼的一種。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)
20、院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 余三碼余三碼電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 余三碼特點余三碼特點 當(dāng)兩個十進制數(shù)的和是10時,相應(yīng)的二進制編碼正好是16,于是可自動產(chǎn)生進位信號,而不需修正。 0和9,1和8 , .5和4的余3碼互為反碼,這在求對于10的補碼很方便。 “和”的修正:有進位結(jié)果加3,無進位結(jié)果減3 。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 ExamplesNBCD9,修正,修正+ 6電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 Examples余三碼余三碼修正:修正:電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)
21、院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 格雷碼格雷碼是一種絕對編碼,其特點是由相鄰數(shù)間(例,34)轉(zhuǎn)換時,只有一位發(fā)生發(fā)變。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 格雷碼格雷碼十進制十進制二進制二進制雷格碼雷格碼十進制十進制二進制二進制雷格碼雷格碼000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)
22、院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 ASCII碼碼 ASCII(美國國家信息交換標(biāo)準碼)(美國國家信息交換標(biāo)準碼) 標(biāo)準的標(biāo)準的ASCII碼為碼為7位,可表示位,可表示27=128個符號個符號 擴展的擴展的ASCII碼為碼為8位,可表示位,可表示28=256個符號個符號電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 漢字編碼漢字編碼 1. 國標(biāo)碼國標(biāo)碼 1980年我國頒布了信息交換用漢字編碼字符集基本集代號為(GB231280),是國家規(guī)定的用于漢字信息處理使用的代碼依據(jù),這種編碼稱為國標(biāo)碼。在國標(biāo)碼的字符集中共收錄了6763個常用漢字和682個非漢字字符(圖形、符號),其中
23、一級漢字3755個,以漢語拼音為序排列,二級漢字3008個,以偏旁部首進行排列。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)的單位數(shù)據(jù)的單位電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)的存儲順序數(shù)據(jù)的存儲順序1098765432100bH0aH09H08h07H06H05H04H03H02H01HMemory地址MIPS的一個字是4個字節(jié)Intel的一個字是2個字節(jié)n 一個字是的地址用其最低地址表示。n 在MIPS中,字的起始地址必須是4的倍數(shù)。這 叫對齊限制。電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)的存儲順序數(shù)
24、據(jù)的存儲順序大端對齊(Big endian) 較高的有效字節(jié)存放在較低的存儲器地址,較低的有效字節(jié)存放在較高的存儲器地址。1098765432100bH0aH09H08h07H06H05H04H03H02H01HMemory地址字數(shù)據(jù):01020304H05060708Hn MIPS采用大端對齊電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)的存儲順序數(shù)據(jù)的存儲順序小端對齊(Little endian) 較高的有效字節(jié)存放在較高的存儲器地址,較低的有效字節(jié)存放在較低的存儲器地址。1098765432100bH0aH09H08h07H06H05H04H03H02H01HMe
25、mory地址字數(shù)據(jù):04030201H08070605Hn Intel采用小端對齊電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 成績:成績:8686(語文),(語文),9494(數(shù)學(xué))(數(shù)學(xué))成績:成績:86(86(語文語文) ),94(94(數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)) ),176(176(總分總分) )注:總分注:總分= =語文語文+ +數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)2.7 數(shù)據(jù)校驗碼數(shù)據(jù)校驗碼 在原始數(shù)據(jù)外按一定方式增加冗余位。在原始數(shù)據(jù)外按一定方式增加冗余位。例如:例如:n 數(shù)據(jù)校驗的基本原理數(shù)據(jù)校驗的基本原理無法校驗數(shù)據(jù)無法校驗數(shù)據(jù)是否正確是否正確可以校驗數(shù)據(jù)可以校驗數(shù)據(jù)是否正確是否正確冗余位冗余位電子
26、科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 增加一位冗余位,使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中增加一位冗余位,使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中“1 1”的的個數(shù)為奇?zhèn)€數(shù)為奇( (奇校驗奇校驗) )或偶或偶( (偶偶校驗校驗) )數(shù)。數(shù)。增加位冗余位增加位冗余位P P : :原始數(shù)據(jù):原始數(shù)據(jù):例如偶校驗:例如偶校驗:電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 名次:名次:156語文:語文:86數(shù)學(xué):數(shù)學(xué):58總分:總分:144碼距碼距指在一個編碼體系中,從任意一個合法碼字變指在一個編碼體系中,從任意一個合法碼字變成另外一個合法碼字時最少需要改變的位數(shù)。成另外一個合法碼字時最少需要改變的位數(shù)。例如:例如:碼距碼距=2=2我不想補考,最我不想補考,最少要改幾處?少
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