計算機組成原理簡明教程ppt課件匯總(完整版)

1、計算機組成原理簡明教程第一章 概述第二章 計算機中的數(shù)據(jù)表示第三章 運算方法和運算器第四章 存儲器及存儲系統(tǒng)第五章 指令系統(tǒng) 第六章 中央處理器 第七章 總線系統(tǒng)第八章 輸入輸出系統(tǒng)第九章 計算機外部設(shè)備 第十章 計算機系統(tǒng)及進展目錄一、課程性質(zhì)與任務(wù)（課程在專業(yè)教學(xué)計劃中的地位與課程教學(xué)目標(biāo)）“計算機組成原理”屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課。面向應(yīng)用、突出實踐、偏向硬件和理論。計算機組成原理是計算機教學(xué)中的一門核心課程，是學(xué)習(xí)計算機課程所要必修的主干課。通過教學(xué)，使學(xué)生對計算機的各主要部分（運算期、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備）的構(gòu)成及工作原理有一個深刻的、系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，同時對計算機的發(fā)展趨勢也

2、有一個較為深入的了解。主要講解簡單、單臺計算機的完整組成原理和內(nèi)部運行機制，包括運算器部件、控制器部件、存儲器子系統(tǒng)、輸入/輸出子系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)備，圍繞各自的功能、組成、設(shè)計、實現(xiàn)、使用等知識進行介紹；此外，該課程的工程性、實踐性、技術(shù)性比較強，還強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動手動腦能力、開創(chuàng)與創(chuàng)新意識、實驗技能，這些要求更多的是通過作業(yè)、教學(xué)實驗等環(huán)節(jié)完成，要求學(xué)生有意識地主動加強這些方面的練習(xí)與鍛煉。二、課程的基本要求（課程教學(xué)應(yīng)使學(xué)生達到的基本要求）計算機系統(tǒng)概述、計算機中的數(shù)據(jù)表示、運算方法和運算器、指令系統(tǒng)、隨機邏輯和微程序控制原理、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計算機外設(shè)簡介，要求學(xué)生掌握計算

3、機的組成和工作原理。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計算機的組成原理及工作原理，以建立整機概念。本課程設(shè)有實驗，以加深對課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。三、課程與其他課程的聯(lián)系與分工先修課：數(shù)字電路、模擬電路、匯編語言程序設(shè)計后續(xù)課：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、微型原理，關(guān)系密切的還有操作系統(tǒng)等課程。四、課程總學(xué)時中各環(huán)節(jié)的學(xué)時分配（講授、實驗、上機、實踐等）授課學(xué)時（參考）：72，實驗學(xué)時（參考）：18教學(xué)大綱第1章 概述教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點教學(xué)過程教學(xué)目標(biāo)了解計算機的發(fā)展簡史了解計算機的應(yīng)用領(lǐng)域了解計算機硬件和軟件系統(tǒng)掌握計算機的性能評價指標(biāo)教學(xué)重點計算機硬件和軟件系統(tǒng)計算機的性能評價指標(biāo)第一章 概 述什么是計算

4、機？計算機（Computer）是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需人的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息，進行算術(shù)和邏輯運算的快速工具。 1.1 計算機的發(fā)展與應(yīng)用 計算機從總體上來說分為兩大類: 模擬計算機和數(shù)字計算機。各自主要特點：模擬計算機由模擬運算器件構(gòu)成，其變量由連續(xù)量（如：電壓、電流等）來表示，運算過程也是連續(xù)的數(shù)字計算機則是由邏輯電子器件構(gòu)成，其變量為開關(guān)量（離散的數(shù)字量），采用數(shù)字式按位運算，運算模式是離散式的。數(shù)字計算機與模擬計算計的主要區(qū)別比較內(nèi)容數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字0和1電壓、電流等計算方式數(shù)字計算電量組合和測量值控制方式程序控制模擬信號組合控制精度、抗干擾性高、好

5、低、差數(shù)據(jù)存儲量大小、幾乎無邏輯判斷能力強無1、第一代計算機 （1）1946年第一臺計算機ENIAC50年代末 （2）主要特征：電子管作為電子器件 （3）軟件處于初始階段，使用機器語言與符號語言編制程序 （4）特點：體積大，運算速度低，存儲容量小，主要用于科學(xué)計算。1.1.1 計算機的發(fā)展簡史 （1/5）2、第二代計算機 （1）50年代末60年代初 （2）主要特征：晶體管作為電子器件 （3）軟件開始使用計算機高級語言 （4）特點：體積減小，重量輕、壽命長、耗電少、 運算速度快、存儲容量比較大等優(yōu)點。不僅 用于科學(xué)計算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理， 并逐漸用于工業(yè)控制。1.1.1 計算機的發(fā)展簡史

6、 （2/5）3、第三代計算機 （1）60年代中期70年代初期 （2）主要特征：中、小規(guī)模集成電路作為電子器件 （3）操作系統(tǒng)出現(xiàn) （4）特點：體積與功耗都得到進一步減小，可靠性和運算速度進一步提高。不僅用于科學(xué)計算，還用于文字處理、企業(yè)管理、自動控制等領(lǐng)域， 出現(xiàn)了管理信息系統(tǒng)，可用于生產(chǎn)管理、交通管理、情報檢索等領(lǐng)域。1.1.1 計算機的發(fā)展簡史 （3/5）4、第四代計算機 （1）1971年到1990年。 （2）主要特征：用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路（LSI，VLSI）作為電子器件 （3）特點：軟件越來越豐富，并且功能強大 （4）代表產(chǎn)品：IBM PC8088802868038680486Pe

7、ntium1.1.1 計算機的發(fā)展簡史 （4/5）5、第五代計算機 （1）1990至今 （2）主要特征：用甚大規(guī)模集成電路（ULSI）作為電子器件 （3）主要標(biāo)志：一是單片集成電路規(guī)模達100萬晶體管以上；二是超標(biāo)量技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用。 未來的計算機以超大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，未來的計算機將向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的方向發(fā)展。1.1.1 計算機的發(fā)展簡史 （5/5）1.1.2 計算機的特點計算機是由硬件和軟件組成的復(fù)雜設(shè)備計算機以電子器件為物質(zhì)基礎(chǔ)計算機由程序控制其操作過程計算機以離散的數(shù)字量形式進行工作計算機的基本運算操作是算術(shù)和邏輯運算，運算速度和計算精度極高1.1.3 計算機的應(yīng)

8、用領(lǐng)域1、科學(xué)計算2、過程檢測與控制計算機檢測系統(tǒng)：利用計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程中的某些信號自動進行檢測，把檢測到的數(shù)據(jù)存入計算機，再根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進行處理。3、信息管理是指利用計算機來加工、管理與操作任何形式的數(shù)據(jù)資料，如企業(yè)管理、物資管理、報表統(tǒng)計、信息情報檢索等。4、計算機輔助系統(tǒng) 計算機用于輔助設(shè)計、輔助制造、輔助教學(xué)等方面，統(tǒng)稱為計算機輔助系統(tǒng)。1.2 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)由計算機硬件和計算機軟件組成。計算機硬件（Hardware）是指構(gòu)成計算機的所有實體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機械等物理部件組成。計算機軟件（Software）主要是一系列按照特定順序組織的

9、計算機數(shù)據(jù)和指令的集合。1983年，IEEE對軟件給出了一個較為全面的定義：軟件是計算機程序、方法、規(guī)范及其相應(yīng)的文檔以及在計算機上運行是所必須的數(shù)據(jù)。軟件是相對于機器硬件而言的。1.2.1 計算機的硬件系統(tǒng)1、存儲器：存儲器是用來存放數(shù)據(jù)和程序的部件。2、運算器：對信息進行運算處理的部件。主要功能是對二進制數(shù)碼進行算術(shù)（加減乘除）和邏輯（與或非）運算。3、控制器：整個計算機的控制核心。主要功能是讀取指令、翻譯指令、并向計算機各部分發(fā)出控制信號，以便執(zhí)行指令。4、輸入設(shè)備：將數(shù)據(jù)和程序轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別和接受的信息，并順序地把它們送入存儲器中。輸入設(shè)備有許多種，例如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光電輸

10、入機等。5、輸出設(shè)備：輸出設(shè)備將計算機處理的結(jié)果以人們能接受的或其它機器能接受的形式送出。輸出設(shè)備有許多種類，例如顯示器、打印機、繪圖儀等。1.2.1 計算機的硬件系統(tǒng)存儲器數(shù)據(jù)流控制流運算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器1. 運算器算術(shù)運算邏輯運算采用二進制數(shù)（容易實現(xiàn)）位數(shù)越多，計算精度越高計算機的運算器長度：8位、16位、32位或64位2. 存儲器功能：保存或“記憶”數(shù)據(jù)和運算過程存儲的是0或1表示的二進制代碼主存采用半導(dǎo)體器件來作為存儲器一個半導(dǎo)體觸發(fā)器記憶一個二進制位存儲單元： 在存儲器中保存一個n位二進制數(shù)的n個觸發(fā)器，組成一個存儲單元存儲器地址：存儲器是由許多存儲單元組成

11、，每個存儲單元的編號，稱為地址存儲容量：存儲器所有存儲單元的總數(shù)。通常用單位“KB、MB、GB”等表示內(nèi)存儲器（主存）和外存儲器(輔存）表示參加運算的數(shù)據(jù)從存儲器的哪個單元取運算的結(jié)果應(yīng)存到哪個單元3. 控制器控制計算機的各個部件有條不紊地進行工作指令有兩部分：操作的性質(zhì)和操作的地址操作碼地址碼指出指令所進行的操作加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等 指令操作碼加法減法乘法除法取數(shù)存數(shù)打印停機001010011100101110111000電子計算機的設(shè)計思想存儲程序，程序控制“存儲程序”，是把指令以代碼的形式事先輸入到計算機的主存儲器中，即用記憶數(shù)據(jù)的同 一裝置存儲執(zhí)行運算的命令，這些指令按一定的規(guī)

12、則組成程序“程序控制”，是當(dāng)計算機啟動后，程序就會控制計算機按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動完成預(yù)定的信息處理任務(wù)馮諾依曼型計算機的設(shè)計思想存儲程序并按地址順序執(zhí)行采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成；將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，使計算機在工作時從存儲器取出指令加以執(zhí)行，自動完成計算任務(wù)。這就是“存儲程序”和“程序控制”（簡稱存儲程序控制）的概念；指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)。計算機由存儲器、運算器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件組成，規(guī)定了5部分的基本功能馮諾依曼計算機的基本思想控制器的基本任務(wù) 按照計算程序所排的指令

13、序列，先從存儲器取出一條指令放到控制器中，對該指令的操作碼由譯碼器進行分析判別，然后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令，進行相應(yīng)的操作。接著從存儲器取出第二條指令，再執(zhí)行第二條指令，依次類推取指令的一段時間叫做取指周期執(zhí)行指令的一段時間叫做執(zhí)行周期執(zhí)行完成指令的時間，稱為指令周期指令字和數(shù)據(jù)字，指令流和數(shù)據(jù)流 某字為一條指令，則稱為指令字某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字在取指周期中從內(nèi)存讀出的信息是指令流，它流向控制器而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運算器時間上：在取指周期中，CPU從內(nèi)存讀出的信息一定是指令；而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出或?qū)懭氲男畔⒁欢ㄊ菙?shù)據(jù)?？臻g上：指令一定流向控制器

14、；而數(shù)據(jù)則是在內(nèi)存（或寄存器）與運算器之間流動1.2.1 計算機的硬件系統(tǒng)總線（Bus）：是計算機中用于傳送信息的公用通道，是為多個部件服務(wù)的一組信息傳送連接線。總線的分類： （1）按傳送信息的屬性分： 數(shù)據(jù)總線（DB）在各部件之間傳送數(shù)據(jù)信息 地址總線（AB）傳送各部件相互訪問的地址信息 控制總線（CB）傳送控制各部件操作的控制信息（2）按信息傳送的方向分： 單向總線 雙向總線（3）按連接對象和完成的功能分： I/O BUS 用于外設(shè)與主機的信息交換。 MEMORY BUS用于CPU與主存儲器的信息交換按總線連接方式，計算機組成結(jié)構(gòu)分為三類1、單總線結(jié)構(gòu) ：把各功能部件連接在單總線上，所有部

15、件間的信息交換都經(jīng)由單總線進行。 （1）Unified-Bus：一元化總線：PDP-11（2）Single-Bus：單總線：IBM-PC2、雙總線結(jié)構(gòu)（1）兩種總線：存儲總線和I/O總線（2）三種形式： （A）以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu) （B）以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu) （C）采用通道或輸入輸出處理機處理輸入輸出3、多總線結(jié)構(gòu)： 在高速外設(shè)與主存儲器之間可以增設(shè)直接存儲器訪問方式的高速I/O總線（DMA總線）。1.2.1 計算機的硬件系統(tǒng) 第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170M218,800只電子管1500個繼電器耗電150KWTop500 (2007)IBM

16、Blue Gene摩爾定律早在1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登.摩爾（Gordon Moore）在一篇很短的論文里斷言：每18個月，集成電路的性能將提高一倍，而其價格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠(yuǎn)的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準(zhǔn)確無誤地驗證著。什么是微型計算機微型計算機（Microcomputer）采用微處理器為核心構(gòu)造的計算機微處理器（Microprocessor）一塊大規(guī)模集成電路芯片微型機的運算和控制核心中央處理單元（CPU：Central Processing Unit）相對來說，微機性能、價格、體積較小工作學(xué)習(xí)中使用的個人微機生產(chǎn)

17、生活中運用的各種智能化電子設(shè)備微處理器的基本性能指標(biāo)字長微處理器每個時間單位處理的二進制數(shù)據(jù)位數(shù)例如一次進行運算、傳輸?shù)奈粩?shù)時鐘頻率微處理器的處理速度反映微處理器的基本時間單位集成度表明微處理器的生產(chǎn)工藝水平常用芯片上集成的晶體管數(shù)量來表達通用微處理器4位微處理器1971年，Intel 4004，第一個微處理器8位微處理器M6800、Z80和Intel 8080/8085Apple公司蘋果機16位微處理器Intel 8086/8088 16位個人計算機（PC：Personal Computer）32位微處理器80386，80486，PentiumPentium 432位PC機，APPLE公司的

18、Macintosh機64位微處理器專用微處理器 單片機（微控制器，嵌入式控制器，MCU）Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96/98系列愛特梅爾（Atml）公司的AT89系列（與MCS-51兼容），AT91系列（基于ARM內(nèi)核）Microchip Technology公司的PIC系列數(shù)字信號處理器（DSP）專注于數(shù)字信號的高速處理美國德州儀器TI公司TMS320各代產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、消費類電子產(chǎn)品和計算機主要應(yīng)用形式：嵌入式系統(tǒng)IP級結(jié)構(gòu)，芯片級結(jié)構(gòu)，模塊級結(jié)構(gòu)808616位結(jié)構(gòu)的微處理器：數(shù)據(jù)總線為16位主存容量1MB：地址總線為20位時鐘頻率5MHz（IBM PC使用4.7

19、7MHz）準(zhǔn)16位微處理器8088：外部數(shù)據(jù)總線為8位IBM PC和PC/XT機使用Intel 8088 CPU處理器總線（Bus）微處理器的對外引腳（Pin）數(shù)據(jù)、地址和控制三組信號電源和地線處理器總線數(shù)據(jù)總線（DB：Data Bus）處理器與存儲器或外設(shè)交換信息的通道個數(shù)（條數(shù)）是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進制位數(shù) 地址總線（AB：Address Bus）指定存儲器或外設(shè)的具體單元個數(shù)反映訪問的主存儲器容量或外設(shè)范圍控制總線（CB：Control Bus）控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作一個信號兩種狀態(tài)（高或低）兩種編碼（1或0）N：2N地址就是號碼8028616位數(shù)據(jù)總線，24位地址總線（16MB主存

20、）實方式（Real Mode）與8086工作方式一樣保護方式（Protected Mode）提供存儲管理、保護機制和多任務(wù)管理的硬件支持IBM PC/AT機使用Intel 80286 CPU1KB210 B1024 B1MB220 B1024 KB1GB230 B1024 MB20：22024：22432：2328038632位結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位，可尋址4GB主存虛擬8086方式（Virtual 8086 Mode）保護方式下的8086工作方式系統(tǒng)管理方式（System Management Mode）低功耗節(jié)能狀態(tài)英特爾32位結(jié)構(gòu)：IA-32（Intel Architectu

21、re-32）IA-32微處理器：80386，80486，Pentium系列804868048680386803878KB Cache浮點處理單元FPU8086/8088：8087，80286：80287，80386：80387高速緩沖存儲器Cache微處理器與主存之間速度很快但容量較小的存儲器用于提高整個存儲器系統(tǒng)的存取速度復(fù)雜指令集計算機CISC融合精簡指令集計算機RISC的技術(shù)特點，例如：指令流水線指令執(zhí)行劃分成多個步驟在多個部件中獨立地進行多條指令可以在不同的執(zhí)行階段同時進行Pentium俗稱的80586微處理器，奔騰微處理器32位結(jié)構(gòu)，連接主存的外部數(shù)據(jù)總線卻是64位超標(biāo)量（Super

22、scalar）技術(shù)具有可以并行工作的2條整數(shù)處理流水線，可以達到每個時鐘周期執(zhí)行2條指令雙路高速緩沖結(jié)構(gòu)8KB代碼高速緩沖存儲器8KB數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器Pentium Pro原稱P6，中文名稱為“高能奔騰”兩個芯片組成CPU一級（L1）Cache（8KB代碼和8KB數(shù)據(jù)）二級（L2）Cache（256KB或512KB）擴展的超標(biāo)量技術(shù)12級指令流水線能同時執(zhí)行3條指令動態(tài)執(zhí)行技術(shù)分支預(yù)測、數(shù)據(jù)流分析和推測執(zhí)行Pentium II多媒體擴展指令（MMX指令）MMX（MutliMedia eXtension）整數(shù)運算多媒體指令對圖像、音頻、視頻和通信方面的程序進行優(yōu)化提升微機對多媒體的處理能力Pe

23、ntium MMX（多能奔騰）：MMX指令應(yīng)用于Pentium處理器Pentium II：MMX指令應(yīng)用于Pentium ProPentium III數(shù)據(jù)流SIMD擴展指令（SSE指令）SSE（Streaming SIMD Extensions）浮點單精度多媒體運算指令提高浮點3D數(shù)據(jù)的處理能力。SSE指令類似于AMD公司發(fā)布的3D Now!指令Pentium III：SSE指令應(yīng)用于Pentium II 單指令多數(shù)據(jù)SIMDSingle Instruction Multiple Data表示一條指令具有同時處理多組數(shù)據(jù)的能力Pentium 4NetBurst的微結(jié)構(gòu)（Microarchite

24、cture） 指令級并行ILP（Instruction-Level Parallel）進一步發(fā)掘指令之間可以同時執(zhí)行的能力超線程HT（Hyper Threading）線程級并行TLP（Thread-Level Parallel）發(fā)掘程序中的并行性一個物理處理器形成兩個邏輯處理器SSE2指令增強浮點雙精度多媒體運算能力SSE3指令增強和完善MMX，SSE和SSE2指令I(lǐng)ntel 80 x86微處理器Celeron（賽揚）微處理器面向低端（低價位）PC機Xeon（至強）微處理器面向高端服務(wù)器、工作站AMD微處理器AMD公司生產(chǎn)的IA-32微處理器兼容芯片Intel公司最主要的競爭對手雙核微處理器單

25、芯片多處理器SMP技術(shù)Intel的Pentium D：單芯片雙Pentium 4核心64位微處理器AMD的K8核心：兼容IA-32的64位微處理器Intel的EM64T（擴展64位技術(shù)）： IA-32的64位擴展微型計算機結(jié)構(gòu)1. 微處理器2. 存儲器3. I/O接口和I/O設(shè)備4. 系統(tǒng)總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS微處理器微機的核心、控制中心，中央處理器CPU大規(guī)模集成電路VLSI芯片，集成控制器運算器（整數(shù)運算器）寄存器（高速存儲單元）高性能微處理器內(nèi)部還有浮點處理單元甚至多媒體數(shù)據(jù)運算單元存儲管理單元、代碼保護機制Cache存儲

26、器存儲器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件高性能微機的存儲系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）高速緩沖存儲器（Cache）主板上的主存儲器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲器主存儲器（主存、內(nèi)存）半導(dǎo)體存儲器芯片組成RAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失相對造價高、速度快、但容量小輔助存儲器（簡稱輔存或外存）磁盤、光盤存儲器等構(gòu)成相對造價低、容量大、信息可長期保存，但速度慢RAM和ROMI/O接口和I/O設(shè)備I/O設(shè)備（Peripheral）：用戶與微機交互輸入（Input）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤輸出（Output）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器I/O接口（Interface）：外設(shè)和主機間的橋梁完成信

27、號變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作較簡單的I/O接口電路與主板一體較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨立的電路板（接口卡Card）系統(tǒng)總線總線（Bus）：傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道系統(tǒng)總線（System Bus）：微機系統(tǒng)中信息交換的主要公共通道地址總線：單向輸出主存單元或I/O端口的地址信息數(shù)據(jù)總線：讀（Read）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器；寫（Write）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）控制總線：有些控制信號或狀態(tài)信號輸出；有些請求或聯(lián)絡(luò)信號輸入微機系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，總線連接使得微機組合靈活、擴展方便個人微機8位時代：Apple-II機，中華學(xué)習(xí)機16位時代：IBM PC系列機1981年，IBM P

28、C機：Intel 8088，DOS1982年，IBM PC/XT（Expanded Technology）1984年，IBM PC/AT（Advanced Technology）IBM PC/XT/AT機的兼容微機32位時代：32位PC機IA-32或其兼容微處理器Windows或Linux64位時代：計算機是由運算器、存儲器、控制器、適配器、總線和輸入/輸出設(shè)備組成的。都是由元件構(gòu)成的有形物體，因而稱為硬件或硬設(shè)備。硬件是計算機系統(tǒng)中實際物理裝置的總稱計算程序，因為它是無形的東西，稱為軟件或軟設(shè)備。軟件是指在硬件上運行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔硬件是軟件的工作基礎(chǔ)，軟件是硬件功能的擴充和完善。兩

29、者相互依存，相互促進。軟件與硬件的結(jié)合，構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件（Software）：指能使計算機工作的程序和程序運行時所需要的數(shù)據(jù)，以及與這些程序和數(shù)據(jù)有關(guān)的文字說明和圖表資料，其中文字說明和圖表資料又稱為文檔。軟件的分類：（1）系統(tǒng)軟件：指管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件。 操作系統(tǒng)：DOS、WINDOWS、UNIX、LINUX 語言處理程序：機器語言、匯編語言和高級語言 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫的軟件 服務(wù)程序：例如編輯程序、診斷程序、排錯程序等 （2）應(yīng)用軟件：除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件，是用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編制的計

30、算機程序。 1.2.2 計算機的軟件系統(tǒng)軟件程序+數(shù)據(jù)+文檔計算機軟件程序數(shù)據(jù)文檔軟件分類操作系統(tǒng) 語言處理程序服務(wù)性程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)瀏覽器實時控制軟件診斷、排錯程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件目的程序早期計算機中，人們直接用機器語言編寫程序，計算機完全可以“識別”并能執(zhí)行，所以又叫做目的程序用機器語言編寫程序很繁瑣，又耗費大量的人力和時間，容易出錯，出錯后尋找錯誤也相當(dāng)費事，大大限制了計算機的使用匯編程序為了編寫程序方便翻譯和提高機器的使用效率，人們發(fā)明了匯編語言借助于匯編程序，計算機本身自動地把符號語言表示的程序（稱為匯編源

31、程序）翻譯成用機器語言表示的目的程序用約定的文字、符號和數(shù)字（助記符）按規(guī)定 的格式來表示各種不同的指令高級語言為了進一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉具體計算機的人也能很方便地使用計算機，人們又創(chuàng)造了各種接近于數(shù)學(xué)語言的算法語言（高級程序設(shè)計語言）算法語言是指按實際需要規(guī)定好的一套基本符號以及由這套基本符號構(gòu)成程序的規(guī)則。比較接近數(shù)學(xué)語言，直觀通用，與具體機器無關(guān)，只要稍加學(xué)習(xí)就能掌握，便于推廣使用計算機編譯程序用程序設(shè)計語言編寫的程序稱為源程序，這種源程序不能由機器直接識別和執(zhí)行，必須給計算機配備一個即懂算法語言又懂機器語言的“翻譯”，才能把源程序翻譯為機器語言通常采用下面兩種方法

32、：編譯系統(tǒng)： 用編譯程序?qū)⒃闯绦蚓幾g成機器語言形式的目的程序，然后在目標(biāo)系統(tǒng)運行解釋系統(tǒng) ：逐個解釋并立即執(zhí)行源程序的語句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語句并得出計算結(jié)果軟件與硬件的邏輯等價性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計算機系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了任何操作可以由軟件來實現(xiàn)，也可以由硬件來實現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行可以由硬件完成，也可以由軟件來完成對于某一功能采用硬件方案還是軟件方案，取決于器件價格、速度、可靠性、存儲容量、變更周期等軟件的特點 易于實現(xiàn)各種邏輯和運算功能，但是常受到速度指標(biāo)和軟件容量的制約；硬件的特點 可以高速實現(xiàn)邏輯和運算功能，但是難以實現(xiàn)

33、復(fù)雜功能或計算，受到控制復(fù)雜性指標(biāo)的制約。1.2.3 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（1/3）硬件和軟件的邏輯等價 1、含義： （1）任何一個由軟件完成的操作可以由硬件實現(xiàn) （2）任何一條由硬件執(zhí)行的指令能用軟件完成2、固件（Firmware）：是一種界于傳統(tǒng)的軟件和硬件之間的實體，功能上類似軟件，但形態(tài)上又是硬件。微程序是計算機硬件和軟件相結(jié)合的重要形式。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第5層編譯程序高級語言層第4層匯編程序匯編語言層第3層操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)層第2層微程序機器語言層第1層微指令直接由硬件執(zhí)行微程序設(shè)計層1.2.3 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（2/3）1、系列機：一組同屬一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在性能上由低檔到高檔形

34、成一個系列的計算機，組成一個計算機系列（family）。系列機中的每個機型都具有：相同的基本指令系統(tǒng)，相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相同的基本輸入輸出操作，支持相同的基本系統(tǒng)軟件等。2、兼容性：包括軟件兼容、硬件兼容、系統(tǒng)兼容等。 （1）軟件兼容是指一個軟件不經(jīng)修改就能在不同機型上正確運行。 （2）軟件兼容存在以下兩種情況： 軟件的向上兼容性指某檔機原開發(fā)的軟件可以不加修改便能在它的高檔機上正確運行使用。 軟件的向下兼容性指某檔機的軟件可以不加修改便能在它的低檔機上正確運行使用。1.2.3 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（3/3）系列機和兼容機系列機描述在一個廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的體系結(jié)構(gòu)，具有不同組成和實現(xiàn)的一系列

35、不同型號的機器IBM PC系列機兼容機描述不同廠家生產(chǎn)的具有相同體系結(jié)構(gòu)的計算機IBM PC/AT兼容機軟件兼容軟件兼容：同一個軟件可以不加修改地運行于體系結(jié)構(gòu)相同的各檔機器，結(jié)果一樣，運行時間不同。當(dāng)前機器時間機器檔次向上兼容向下兼容向前兼容向后兼容系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Computer architecture）計算機系統(tǒng)的軟件與硬件的界面指令系統(tǒng)程序員所看到的計算機屬性外特性 計算機組成(Computer organization）組織計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)計算機實現(xiàn)(Computer implementation）計算機組成的物理實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，組成，實現(xiàn)是三個完

36、全不同的概念，相互間有著十分密切的依賴關(guān)系和相互的影響。廣義的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即包括經(jīng)典的指令集結(jié)構(gòu)，也包括計算機組成和實現(xiàn)技術(shù)的研究結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成一種組成可以有多種物理實現(xiàn)是否設(shè)置乘方/開方指令邏輯設(shè)計1(硬聯(lián)電路)實現(xiàn)方案1(V1,$1,T1)邏輯設(shè)計3(微程序)邏輯設(shè)計2(ROM查表)實現(xiàn)方案2(V2,$2,T2)實現(xiàn)方案3(V3,$3,T3)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機組成計算機實現(xiàn)是否計算機的分類根據(jù)計算機的應(yīng)用范圍，將計算機分為專用計算機：為特定應(yīng)用問題而設(shè)計的計算機，具有經(jīng)濟、有效和快速等特點，但它的使用面較窄通用計算機：使用面廣，通用性強，操作相對簡單，是我們

37、經(jīng)常使用的計算機系統(tǒng)。根據(jù)計算機的規(guī)模，將計算機分為巨型機：主要用于科學(xué)計算，運算速度最快、性能極高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、價格昂貴。 大型機中型機小型機微型機：體積小、功耗低、價格低、結(jié)構(gòu)簡單、易操作1.3 計算機的性能指標(biāo) （1/3）主頻很大程度上決定計算機的運行速度，單位兆赫茲。字長決定了計算機的運算精度、指令字長度、存儲單元長度等，可以是8/16/32/64位。運算速度早期方法是每秒執(zhí)行加法指令的次數(shù)用等效速度衡量。等效速度由各種指令平均執(zhí)行時間以及對應(yīng)的執(zhí)令運行比例計算得出。單位是每秒百萬指令利用“標(biāo)準(zhǔn)程序”在不同的機器上運行得到的實測速度。存儲容量字?jǐn)?shù)字長 1K：1024B（210）

38、 1M：1024K（220） 1G：1024M（230） 1T：1024G（240） 1P：1024T（250） 1.3 計算機的性能指標(biāo) （2/3）可靠性常用平均無故障時間（MTBF）衡量。平均無故障時間(MTBF）是指兩次故障之間能正常工作時間的平均值。假設(shè)表示單位時間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例即失效率，則MTBF=1/。例如=0.02%/h，則MTBF=1/=5000h可維護性可用平均修復(fù)時間（MTRF）表示，指從故障發(fā)生到機器修復(fù)平均所需要的時間。 MTBRMean Time Between Repairs（字典縮略） MTTRMean Time To Repair（微軟計算機辭典

39、）可用性是指計算機的使用效率。 A=MTBF/(MTBF+MTRF) 可靠性R、可維護性S和可用性A，稱為RAS技術(shù)兼容性指設(shè)備或程序可以用于多種系統(tǒng)中的性能。1.3 計算機的性能指標(biāo) （3/3）1.4 多媒體技術(shù) 多媒體技術(shù)的特點 媒體也稱信息的表現(xiàn)形式或傳播形式，是信息的載體。信息化社會中，信息可以用文字、聲音、圖形、圖象等媒體表示，它包含信息的存儲和信息的傳遞兩個方面。信息可以以多種媒體的形式傳輸，多媒體技術(shù)是指能夠同時獲取、處理 、編輯、存儲和展示兩個以上不同信息類型媒體的技術(shù)。多媒體系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 1、視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮技術(shù)。 2、專用芯片研制。3、研制大容量存儲器。4、適

40、用于多媒體技術(shù)的軟件的研制與開發(fā)。 本章小結(jié)計算機從開始出現(xiàn)到目前經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的過程。按計算機所使用的微電子器件的發(fā)展可以將電子計算機分成五代。 計算機系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)組成。計算機的硬件系統(tǒng)由有形的電子器件等構(gòu)成的，它包括運算器、存儲器、控制器、輸入輸出設(shè)備及總線系統(tǒng)組成。而總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線，其結(jié)構(gòu)有單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)及多總線結(jié)構(gòu)。計算機的軟件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是計算機不同于一般電子設(shè)備的本質(zhì)所在。計算機的軟件一般分為系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序兩大類。計算機主要性能指標(biāo)有：主頻、字長、運算速度、存儲容量、可靠性、兼容性等。按照計算機的規(guī)模可分為

41、巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機、單板機、單片機等。 第2章計算機中的數(shù)據(jù)表示 計算機組成原理簡明教程 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點教學(xué)過程DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第73頁教學(xué)目標(biāo)數(shù)據(jù)在計算機中表示方法及編碼形式掌握進位計數(shù)制以及數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換掌握數(shù)與字符的表示方法及校驗方法DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第74頁教學(xué)重點進位計數(shù)制和數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換定點數(shù)和浮點數(shù)帶符號數(shù)的表示方法字符編碼數(shù)據(jù)校驗碼DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第75頁教學(xué)過程2.1 數(shù)據(jù)、信息和媒體2.2 進位計數(shù)制2.3 定點數(shù)和浮點數(shù)2.4 帶符號數(shù)的表示方法2.5

42、 十進制數(shù)據(jù)表示2.6 字符編碼2.7 數(shù)據(jù)校驗碼 DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第76頁2.1 數(shù)據(jù)、信息和媒體 (1/4)數(shù)據(jù)：是對事實、概念或指令的一種特殊表達形式，可以用人工方式或自動化裝置進行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。 數(shù)值型數(shù)據(jù)：具有特定值的一類數(shù)據(jù)，可用來表示數(shù)量的多少，可比較其大小。非數(shù)值型數(shù)據(jù)：包括字符數(shù)據(jù)、邏輯數(shù)據(jù)、圖畫、聲音和活動圖像數(shù)據(jù)等。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第77頁2.1 數(shù)據(jù)、信息和媒體 (2/4)信息：對人有用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能影響到人們的行為和決策。 信息處理：通過數(shù)據(jù)的采集和輸入，有效地把數(shù)據(jù)組織到計算機中，

43、由計算機系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理加工（如：存儲、建庫、轉(zhuǎn)換、合并、分類、計算、統(tǒng)計、匯總、傳送等操作），最后向人們提供有用的信息的全過程。 DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第78頁2.1 數(shù)據(jù)、信息和媒體 (3/4)媒體：承載信息的載體。與計算機信息處理有關(guān)的媒體：感覺媒體：能使人聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺器官直接產(chǎn)生感覺的一類媒體，如聲音、文字、圖畫、氣味等，它們是人類使用信息的有效形式。表示媒體：為了使計算機有效地加工、處理、傳輸感覺媒體而在計算機內(nèi)部采用的特殊表示形式，即聲、文、圖、活動圖像的二進制編碼表示。存儲媒體：用于存放表示媒體以便計算機隨時加工處理的物理實體，

44、如磁盤、光盤、半導(dǎo)體存儲器等。表現(xiàn)媒體：用于把感覺媒體轉(zhuǎn)換成表示媒體進而轉(zhuǎn)換為感覺媒體的物理設(shè)備，如計算機的輸入輸出設(shè)備。傳輸媒體：用來將表示媒體從一臺計算機傳遞到另一臺計算機的通信載體，如同軸電纜、光纖、電話線等。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第79頁2.1 數(shù)據(jù)、信息和媒體 (4/4)數(shù)字化編碼：用少量最簡單的基本符號，對大量復(fù)雜多樣的信息進行一定規(guī)律的組合。一切信息編碼的兩大要素 基本符號的種類組合規(guī)則DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第80頁計算機內(nèi)部采用的二進制表示方式的原因 二進制只有兩個數(shù)碼“0”和“1”，易于用物理器件表示。這些物理狀態(tài)都是不

45、同的質(zhì)的變化，形象鮮明、易于區(qū)別，并且數(shù)的存儲、傳送和處理可靠性高。運算規(guī)則簡單，操作實現(xiàn)容易。二進制加、減、乘、除運算，可以歸結(jié)為加、減、移位三種操作。理論和實踐證明，采用R= e =2.71828進制時，存儲設(shè)備最省，取3比取2更節(jié)省設(shè)備，但二進制比三進制易于表示。二進制中的“1”和“0”與邏輯命題中的“真”、“假”相對應(yīng)，為計算機實現(xiàn)邏輯運算和程序中的邏輯判斷創(chuàng)造了良好條件。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第81頁2.2 進位計數(shù)制2.2.1 進位基數(shù)和位的權(quán)數(shù)2.2.2 二進制數(shù)制2.2.3 八進制數(shù)制2.2.4 十六進制數(shù)制2.2.5 數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換DATE y

46、yyy年M月d日|2022年4月23日第82頁2.2.1 進位基數(shù)和位的權(quán)數(shù)基數(shù)：計數(shù)制中用到的數(shù)碼的個數(shù)，用R表示。位權(quán)：以基數(shù)為底的指數(shù)，指數(shù)的冪是數(shù)位的序號。對一個數(shù)S，其基數(shù)為R，則：DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第83頁計算機常用各種進制數(shù)的表示進位制二進制八進制十進制十六進制規(guī)則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一基數(shù)R=2R=8R=10R=16基本符號0,10,1,2,70,1,2,90,1,.,9,A,.,F權(quán)2i8i10i16i形式表示BODHDATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第84頁2.2.5 數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換二、八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進

47、制數(shù)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二、八、十六進制數(shù)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制、十六進制數(shù)二進制數(shù)和八進制數(shù)、十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八、十六進制數(shù)八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第85頁二、八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) （1/2） 例2-1 將(11011.11)2轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 解： (11011.11) 2 =124+123+022+121+120+12-1+12-2 =(27.75)10DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第86頁二、八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) （2/2）例2-2 將(732.6)8轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 解：

48、(732.6)8 =782+381+280+68-1 =(474.75)10例2-3 將(A5C.B2)16轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 解： (A5C.B2)16 =10162+5161+12160+1116-1+216-2 =(2652.6953125)10DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第87頁十進制轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) （1/3）任一十進制數(shù)N，N=N整+N小。將這兩部分分開轉(zhuǎn)換整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：采用“除2求余法”，轉(zhuǎn)換方法為：連續(xù)用2除，求得余數(shù)（1或0）分別為K0、K1、K2、，直到商為0，所有余數(shù)排列Kn-1Kn-2K2K1K0 即為所轉(zhuǎn)換的二進制整數(shù)部分。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：采用“乘2

49、取整法”。轉(zhuǎn)換方法為：連續(xù)用2乘，依次求得各整數(shù)位（0或1）K-1、K-2、K-m，直到乘積的小數(shù)部分為0。在小數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，出現(xiàn)Fi恒不為0時，可按精度要求確定二進制小數(shù)的位數(shù)。 DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第88頁十進制轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) （2/3）例2-4 求(43)10的二進制表示 解： 除以2 商Qi 余數(shù)Ki 43/221 K0=1 21/210 K1=1 10/2 5 K2=0 5/2 2 K3=1 2/2 1 K4=0 1/2 0 K5=1 (43)10=(101011)2DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第89頁十進制轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) （3/3

50、）例2-5 求(0.6875)20的二進制值解： 乘以2小數(shù)Fi整數(shù)Ki 0.687520.3750K-1=1 0.375020.7500K-2=0 0.750020.5000K-3=1 0.500020.0000K-4=1 (0.6875)10=(0.1011)2DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第90頁十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)、十六進制數(shù)將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)、十六進制數(shù)時，使用的方法與十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法基本相同，只是求整數(shù)部分時是用商除以8或16，取其余數(shù)；小數(shù)部分改用乘以8或16，取其整數(shù)即可。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第91頁二進制數(shù)

51、與八進制、十六進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換 二進制轉(zhuǎn)化成八(十六)進制整數(shù)部分：從右向左按三(四)位分組，不足補零小數(shù)部分：從左向右按三(四)位分組，不足補零例2-9(001 011 010 110.101 011 100) 2= (1326.534.) 8 1 3 2 6 5 3 4例2-10(0101 1101.0101 1010) 2= (5D.5A) 16 5 D 5 ADATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第92頁八進制、十六進制數(shù)與二進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換八(十六)進制轉(zhuǎn)化成二進制一位八進制數(shù)對應(yīng)三位二進制數(shù)一位十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù)例2-11 (247.63)8= (010 100 1

52、11.110 011)2例2-12 (F5A.6B) 16= (1111 0101 1010 0110.0110 1011) 2DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第93頁2.3 定點數(shù)和浮點數(shù)數(shù)據(jù)的表示定點表示法浮點表示法任何一個二進制數(shù)N都可以表示為N=2ES其中E是一個二進制整數(shù)，稱為數(shù)N的階碼，2為階碼的基數(shù)，S是二進制小數(shù)，稱為數(shù)N的尾數(shù)。E和S可正可負(fù)。尾數(shù)S表示數(shù)N的全部有效數(shù)據(jù)，階碼E指明該數(shù)的小數(shù)點位置，表示數(shù)據(jù)的大小范圍。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第94頁2.3.1 定點數(shù)表示法階碼E保持不變?nèi)鬍=0，小數(shù)點固定在最高位之前，則該數(shù)是一

53、個純小數(shù)或定點小數(shù)。例如 N=200.110101001=0.110101001若E=n (n為尾數(shù)的位數(shù))，則把小數(shù)點定在尾數(shù)最末位之后，表示一個純整數(shù)(定點整數(shù))。 例如 N=270.1011010=01011010DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第95頁定點數(shù)的表示方法定點表示：約定機器中所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點位置是固定不變的。通常將數(shù)據(jù)表示成純小數(shù)或純整數(shù)定點數(shù)xx0 x1x2xn 在定點機中表示如下(x0表示符號位，0代表正號，1代表負(fù)號)定點整數(shù)的小數(shù)點位置定點小數(shù)的小數(shù)點位置定點數(shù)例例：X=+1010110.純整數(shù)：X = 01010110.正數(shù)，符號位取0Y= -

54、1101001.純整數(shù)：Y = 11101001. （原碼）負(fù)數(shù)，符號位取1X=+0.11011Y=-0.10101符號位取0純小數(shù)：X = 0.11011符號位取1純小數(shù)：X = 1.10101 （原碼）2.3.2 浮點數(shù)的表示 浮點數(shù)的格式階碼位數(shù)m與尾數(shù)位數(shù)n之間有如下關(guān)系：2m-1n即表示階碼的值應(yīng)保證實際的小數(shù)點可以在整個尾數(shù)的位格中移動。浮點數(shù)的表示形式階碼階符尾數(shù)尾符DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第98頁階碼和尾數(shù)用定點小數(shù)表示，給出有效數(shù)字的位數(shù)決定了浮點數(shù)的表示精度表達指數(shù)部分用整數(shù)形式表示，指明小數(shù)點在數(shù)據(jù)中的位置決定浮點數(shù)的表示范圍DATE yyyy年

55、M月d日|2022年4月23日第99頁2.3.2 浮點數(shù)的表示規(guī)格化浮點數(shù)所謂浮點數(shù)的規(guī)格化，就是通過移動尾數(shù)，使尾數(shù)S的最高位數(shù)字為1。即S滿足1/2|S|1時，這個浮點數(shù)就是規(guī)格化的數(shù)，否則就不是。在字長一定的情況下，規(guī)格化的浮點數(shù)精度最高。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第100頁2.3.3 定點數(shù)表示法和浮點數(shù)表示法的比較表示的數(shù)據(jù)范圍不同定點表示法，8位小數(shù)，能表示的數(shù)據(jù)范圍：0.00000010.1111111 （2-71-2-7）浮點表示法，2位階碼，1位階符，4位尾數(shù)，1位尾符，能表示的范圍：0.00012-11 0.1111211溢出情況不同定點表示法（小數(shù)

56、） 帶符號n+1位數(shù)時： 小于2-n時：當(dāng)0； 大于1-2-n時：溢出，停機。浮點表示法： 規(guī)格化后，從階碼上分析溢出： 階碼很小時，下溢：當(dāng)0；階碼超出最大值時，上溢：停機。運算規(guī)則的復(fù)雜性不同定點數(shù)：較簡單；浮點數(shù)：較復(fù)雜。精度不同規(guī)格化浮點數(shù)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定點數(shù)。DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第101頁2.3.4 計算機中數(shù)的表示單位和機器字長 數(shù)的表示單位：位（Bit）：表示數(shù)的最基本單位，對二進制只有“0”和“1”字節(jié)（Byte）：8位二進制數(shù)字（Word）：機器字長：參加運算的寄存器所含的二進制位數(shù)，代表機器的精度固定長度可變字長DATE yyyy年M月d日|2

57、022年4月23日第102頁2.4 帶符號數(shù)的表示 一個數(shù)的表示方法，是它們在計算機中的組成格式和編碼規(guī)則。當(dāng)一個數(shù)送入計算機進行運算處理時，首先將其轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，同時還要解決以下幾個問題： 1怎樣表示數(shù)的符號 2怎樣確定小數(shù)點的位置DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第103頁2.4.1 機器數(shù)的原碼表示 （1/3）規(guī)則：機器數(shù)的最高一位表示符號，“0”表示正號；“1”表示負(fù)號，后面各位用數(shù)的絕對值表示。整數(shù)原碼的定義為：X原為機器數(shù)的原碼，X為真值，n為整數(shù)的位數(shù)。例2-13：求X=1011和Y=-1011的原碼解：X=1011時， 原 = 01011Y=-1011時， Y

58、原 = 24 - (-1011) = 11011DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第104頁2.4.1 機器數(shù)的原碼表示 （2/3）小數(shù)原碼的定義為：X原為機器數(shù)的原碼，X為真值。例2-14：求X=0.1011和Y=-0.1011的原碼解：X=0.1011時， 原 = 0.1011Y=-0.1011時， Y原 = 1 - (-0.1011) = 1.1011DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第105頁2.4.1 機器數(shù)的原碼表示 （3/3）性質(zhì)： 原碼最高位表示數(shù)的符號，0表示正號，1表示負(fù)號。 對定點小數(shù)，有： 0不唯一 定點小數(shù) +0原 = 0.00 -0原

59、 = 1.00 整數(shù) +0原 = 000 -0原 = 1000X1-1X0+2+10-11X原20X原X0負(fù)整數(shù) 0X-2n 整數(shù)X的補碼可以寫成：X補 = 2n+1XS + X，DATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第109頁性質(zhì)整數(shù)的補碼與真值之間的關(guān)系 補碼與真值的關(guān)系設(shè)X補=XSXn-1Xn-2X1X0，X補 = 2n+1XS + X，可以證明：X = X補 - 2n+1XS = -2nXs + Xn-1Xn-2X1X0補碼的一項算術(shù)運算特性 X/2補是把X補中各位連同符號位一起都右移一位，符號位保持不變。2.4.2 機器數(shù)的補碼表示 （4/8）X0X2n-2nX0X補-2

60、n）2n+12n）02nX補2n+10X補2nDATE yyyy年M月d日|2022年4月23日第110頁2.4.2 機器數(shù)的補碼表示 （5/8）補碼的求法當(dāng)0X-2n時，數(shù)X的補碼是：符號位為1，數(shù)值位是其真值X的數(shù)值位取反加1。也可由X的原碼X原求得補碼X補：X補等于X原除符號位外求反加1。反過來可由X的補碼X補求得原碼X原：X原等于X補除符號位外求反加1。當(dāng)X為小數(shù)時，若X為負(fù)數(shù)，則X的補碼是：符號位為1，數(shù)值位是其真值X 的數(shù)值位取反末位加1。也可由X的原碼X原求得補碼X補：X補等于X原除符號位外求反末位加1。反過來可由X的補碼X補求得原碼X原：X原等于X補除符號位外求反末位加1。DA