微處理器與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論

第一章

微處理器與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論提綱第一節(jié)發(fā)展歷史第二節(jié)數(shù)制系統(tǒng)第三節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式第四節(jié)微處理器與PC系統(tǒng)2023/6/26第一節(jié)發(fā)展歷史2023/6/26微計(jì)算機(jī)電子元器件的飛速發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能得到了極大提高，其體積大大縮小，應(yīng)用越來(lái)越普及。20世紀(jì)70年代末期8位機(jī)開(kāi)始走向16位機(jī)。20世紀(jì)80年代，微機(jī)進(jìn)入32位機(jī)的發(fā)展階段。微機(jī)這一高科技領(lǐng)域的產(chǎn)品已觸及到社會(huì)的各個(gè)角落。20世紀(jì)90年代，微機(jī)進(jìn)入64位機(jī)的發(fā)展階段21世紀(jì)初，逐步邁進(jìn)64位計(jì)算時(shí)代Intel的發(fā)展歷史見(jiàn)證了微處理器的發(fā)展歷史。2023/6/26計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域第一代40-50年代電子管5000～10000體積巨大，運(yùn)算速度低，耗電量大，存儲(chǔ)容量小應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算。第二代50-60年代晶體管幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)體積減小，耗電較少，運(yùn)算速度較高，價(jià)格下降。應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和事務(wù)管理、工業(yè)控制。第三代60年代中、小規(guī)模集成電路幾十萬(wàn)～幾百萬(wàn)體積、功耗更少，可靠性及速度更高。應(yīng)用領(lǐng)域：文字處理、企業(yè)管理、自動(dòng)控制、城市交通管理等方面。第四代70年代至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬(wàn)～千百億性能大幅度提高，價(jià)格大幅度下降。應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動(dòng)化、電子編輯排版、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、專家系統(tǒng)等各行各業(yè)。機(jī)械時(shí)代算盤(pán)機(jī)械式計(jì)算器最早的計(jì)算機(jī)中國(guó)Pascal計(jì)算器法國(guó)數(shù)學(xué)家Pascal齒輪與轉(zhuǎn)輪運(yùn)算機(jī)構(gòu)革命性的10齒齒輪PASCAL語(yǔ)言因其命名2023/6/26機(jī)械時(shí)代計(jì)算器

計(jì)算機(jī)不僅僅為了計(jì)算用程序計(jì)算數(shù)據(jù)!!!!!1937,Babbage分析機(jī)機(jī)械式計(jì)算機(jī)1000個(gè)20位長(zhǎng)的十進(jìn)制數(shù)字一個(gè)執(zhí)行各種任務(wù)的可變的程序借鑒Jacquard的穿孔卡片機(jī)輸入模式思想2023/6/26電子時(shí)代自動(dòng)化用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式機(jī)器計(jì)算

1889,HermanHollerith穿孔卡片存儲(chǔ)組建了TabulatingMachineCompany（機(jī)械制表公司）

IBM第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)Z1,1941,Konrad

ZuseZ3繼電器邏輯機(jī)器5.33Hz2023/6/26電子時(shí)代第一臺(tái)真正的電子計(jì)算機(jī)1943,AlanTuring破譯密碼不可編程專用計(jì)算機(jī)2023/6/26電子時(shí)代第一臺(tái)通用可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)賓夕法尼亞大學(xué)摩爾學(xué)院1946,ENIAC(電子數(shù)字積分器和計(jì)算器)17000真空管500英里長(zhǎng)的導(dǎo)線30噸24m*6m*2.5m每秒100000次運(yùn)算可編程?。?！2023/6/26集成電路(IC)第一個(gè)晶體管1948,JohnBardeen,WalterBrattain,WilliamSchockley

第一塊集成電路1958,JackKilby2023/6/26微處理器時(shí)代Intel4004(1970)4位微處理器4KB主存45條指令P溝道MOS技術(shù)50KIPS(每秒千條指令)740KHz與ENIAC相比100KIPS30噸F14CADC(1970)ALU9.15KHz(F14雄貓戰(zhàn)斗機(jī)主控芯片)軍事機(jī)密，1998年解密2023/6/26微處理器時(shí)代Intel8008(1971)4004的8位版本16KB主存48條指令NMOS6微米技術(shù)4500個(gè)晶體管2023/6/26微處理器時(shí)代Intel8080(1973)8位微處理器.64KB主存.4.77MHz0.5MIPS(每秒百萬(wàn)條指令).比8008快10倍.MITSAltair8002023/6/26AndyGrove,RobertNoyce和GordonMooreBillGates和PaulAllen微處理器時(shí)代Intel8085(1977)8位微處理器–8080的更新版本64KB主存1.3微秒時(shí)鐘周期769230指令/秒246條指令I(lǐng)ntel已經(jīng)銷售了超過(guò)1億片這種8位微處理器2023/6/26微處理器時(shí)代Intel8086/8088現(xiàn)代微處理器16位微處理器1MB主存2.5MIPS4或6字節(jié)的指令緩存IBMPC軟件發(fā)展電子表格、文字處理、拼寫(xiě)檢查2023/6/26微處理器時(shí)代Intel80286(1983)16位架構(gòu)微處理器

與8086相同

16MB主存

4.0MIPS(250ns/8MHz) Intel80386(1986)32位微處理器4GB主存12-33MHz內(nèi)存管理2023/6/26微處理器時(shí)代Intel80486(1989)32位微處理器，32位數(shù)據(jù)總線與32位地址總線4GB主存20-50MHz.后來(lái)達(dá)到66和100MHz在一個(gè)封裝內(nèi)合并了一個(gè)80386式的微處理器、一個(gè)80387式的浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器和一個(gè)8K字節(jié)的高速緩存約有半數(shù)的指令在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，而386需要2個(gè)時(shí)鐘2023/6/26微處理器時(shí)代IntelPentium(1993)32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線4GB主存60,66,90MHz一倍半頻的100MHz版本兩倍頻的120和133MHz版本最快的版本是233MHz(三倍半頻)16KB一級(jí)高速緩存(指令和數(shù)據(jù)各分得8KB)內(nèi)存?zhèn)鬟f速度為66MHz(而不是33MHz)雙整數(shù)處理器2023/6/26微處理器時(shí)代IntelPentiumPro(1995)32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線64GB主存基本頻率為150MHz16KB一級(jí)高速緩存(指令和數(shù)據(jù)各分得8KB)256KB二級(jí)高速緩存內(nèi)存?zhèn)鬟f速度為66MHz3個(gè)整數(shù)處理器2023/6/26微處理器時(shí)代IntelPentiumII(1997)32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線64GB主存基本頻率為266MHz32KB分用的指令/數(shù)據(jù)一級(jí)高速緩存(每個(gè)16KB)模塊集成了512KB二級(jí)高速緩存(133MHz)內(nèi)存?zhèn)鬏斔俾蕿?6MHz至100MHz(1998)2023/6/26微處理器時(shí)代IntelPentiumIII(1999)32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線64GB主存儲(chǔ)器.800MHz及以上頻率32KB分用的指令/數(shù)據(jù)一級(jí)高速緩存(每個(gè)16KB)片內(nèi)256KB二級(jí)高速緩存(高速)內(nèi)存?zhèn)鬟f速率為100MHz至133MHz雙獨(dú)立總線(同時(shí)L2和系統(tǒng)內(nèi)存存取)2023/6/26微處理器時(shí)代IntelPentiumIV(2002)1.4至1.9GHz，最新的有3.20GHz至3.46GHz(超線程)!1MB/512KB/256KB二級(jí)高速緩存800MHz(約6.4GB/s)/533MHz(4.3GB/s)/400MHz(3.2GB/s)系統(tǒng)總線1066MHz前端總線專門(mén)為視頻流、游戲和DVD應(yīng)用(144個(gè)新的SIMD128位指令).0.13um，超過(guò)5500萬(wàn)個(gè)晶體管.新產(chǎn)品采用90nm晶體管,可能多于1.25億個(gè)晶體管未來(lái)2023/6/26摩爾定律集成芯片的容量每18個(gè)月會(huì)翻一番，性能也會(huì)提升一倍。1965,GordonMoore摩爾定律在過(guò)去的40年中一直是有效的1971:4004 2,250晶體管

1972:8008 2,500晶體管

1974:8080 5,000晶體管

1978:8086 29,000晶體管

1982:80286 120,000晶體管

1985:80386 275,000晶體管

1989:80486DX 1,180,000晶體管

1993:Pentium 3,100,000晶體管

1997:PentiumII 7,500,000晶體管

1999:PentiumIII 24,000,000晶體管

2000:Pentium4 42,000,000晶體管

摩爾定律不會(huì)在不久的將來(lái)結(jié)束2023/6/262023/6/26第25頁(yè)第二節(jié)數(shù)制系統(tǒng)2023/6/26編程語(yǔ)言編程機(jī)器編程語(yǔ)言進(jìn)展通過(guò)重寫(xiě)電路來(lái)編程機(jī)器語(yǔ)言二進(jìn)制代碼,0/1馮諾依曼機(jī)：

一個(gè)可以接受指令并將指令存儲(chǔ)在內(nèi)存中的系統(tǒng).匯編語(yǔ)言Mnemoniccodes(助記符)01000111ADD高級(jí)語(yǔ)言FLOWMATIC,Fortran,ALGOL,COBOLBasic,Pascal教學(xué)語(yǔ)言C/C++多用于底層或與硬件相關(guān)的編程Java主要用于網(wǎng)絡(luò)編程2023/6/26數(shù)制計(jì)算機(jī)化的信息計(jì)算機(jī)是基于電磁學(xué)原理來(lái)進(jìn)行工作的計(jì)算機(jī)化的信息通常采用一定電壓的信號(hào)來(lái)處理的12V電壓用于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器5/3V電壓用于總線接口或外部通信接口1.5/1.3V電壓用于CPU等計(jì)算機(jī)通常采用電壓的開(kāi)關(guān)來(lái)表示和處理信息的電壓開(kāi)（VoltageOn,PowerOn）為1電壓關(guān)（VoltageOff,PowerOff）為0采用上述兩種工作狀態(tài)時(shí)，電子設(shè)備的性價(jià)比最高，即價(jià)格最便宜、性能最穩(wěn)定可靠數(shù)制二進(jìn)制電路所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是基于二進(jìn)制信息處理過(guò)程二進(jìn)制由兩個(gè)數(shù)組成10

電路斷開(kāi)

電路閉合數(shù)制字節(jié)與位數(shù)制字長(zhǎng)位字節(jié)：8位字：2字節(jié)，16位雙字：4字節(jié)，32位數(shù)量級(jí)μ：10-6m：10-3K：103M：106G：109T：1012數(shù)制數(shù)的表示從數(shù)字到數(shù)：數(shù)的進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示10進(jìn)制表示、16進(jìn)制表示、2進(jìn)制表示、12進(jìn)制表示等等數(shù)的不同進(jìn)制表示之間的相互轉(zhuǎn)化數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示真值和機(jī)器數(shù)二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算機(jī)表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼基于機(jī)器數(shù)的運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）其它表示：BCD碼2023/6/26數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示一般地，對(duì)任意一個(gè)K進(jìn)制數(shù)S都可表示為2023/6/26其中：Si

--

S的第i位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)；n,m--

含義同前；K

--

基數(shù)(radix或numberbase)；Ki

--K進(jìn)制數(shù)的權(quán)(weight)數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)舉例進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示實(shí)例后綴：B,

O,H,D例

1:6進(jìn)制表示下的25.2冪6^1 6^06^-1權(quán)6

1.167數(shù)2 5.2數(shù)值12+5.+.333=17.333例

2:2進(jìn)制表示下的110.101冪2^22^12^02^-12^-22^-3權(quán)4210.50.250.125數(shù)110.101數(shù)值4+2+0

+0.5+0+0.125=6.6252023/6/26不同進(jìn)制的數(shù)之間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，再按十進(jìn)制求和。(整數(shù)和小數(shù)均遵循該原則)

例：10110010B

=(?)1013FAH

=(?)102023/6/26數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)數(shù)制二進(jìn)制數(shù)不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制→二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除2取余；小數(shù)部分：乘2取整。十進(jìn)制→十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除16取余；小數(shù)部分：乘16取整。

以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。2023/6/26數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（不帶小數(shù)和帶小數(shù)）數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)958710=100101011100112八進(jìn)制數(shù)958710=(|010|010|101|110|011)2958710=(2|2|5|6|3)8958710=2256382023/6/26第41頁(yè)數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制BCH(二進(jìn)制編碼的十六進(jìn)制)二進(jìn)制數(shù)958710=100101011100112十六進(jìn)制數(shù)958710=|0010|0101|0111|00112958710=2773162023/6/26第42頁(yè)數(shù)制二進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)制十六進(jìn)制數(shù)數(shù)制基本概念：機(jī)器數(shù)及其真值在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)數(shù)連同它的符號(hào)都用二進(jìn)制的編碼形式來(lái)表示，這種數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。(MachineNumber)一個(gè)機(jī)器數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值稱為這個(gè)機(jī)器數(shù)的真值

(TrueValue)基本概念：二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼2023/6/26二進(jìn)制數(shù)之間的運(yùn)算無(wú)符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算

有符號(hào)數(shù)邏輯運(yùn)算注意它們之間的區(qū)別2023/6/26數(shù)制無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍

一個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為

0≤

X≤2n-1

若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。溢出的判斷判別方法：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出機(jī)器數(shù)具有固定的位數(shù)一個(gè)8位機(jī)器數(shù)只能表示從(0)000000002到(255)111111112之間的數(shù)。如果在計(jì)算的過(guò)程中，如果結(jié)果超過(guò)255，這該計(jì)算機(jī)不能表示該數(shù)，產(chǎn)生“溢出”。無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算思考：X位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)可表示的真值的范圍是多少？ X=1時(shí) X=2時(shí) X=4時(shí) X=8時(shí) X=16時(shí) X=32時(shí) X=64時(shí)2023/6/26有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算有符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位符號(hào)位為0

表示正數(shù)，符號(hào)位為1

表示負(fù)數(shù)連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。

有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算舉例:真值和機(jī)器數(shù)+52=+0110100=0

0110100

符號(hào)位數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機(jī)器數(shù)有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算有符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示 對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)。

注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。原碼[X]原定義 符號(hào)位：0表示正，1表示負(fù)；數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼[X]原=00010010[X]原=10010010符號(hào)符號(hào)位n位原碼表示數(shù)值的范圍是 -(2n-1-1)~+(2n-1-1)對(duì)應(yīng)的原碼是1111～0111。原碼表示存在問(wèn)題8位數(shù)0的原碼：+0=00000000-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一負(fù)數(shù)不滿足算術(shù)運(yùn)算法則如-2+1=-3 -2=

10000010

+ +1=

00000001 -3= 10000011反碼[X]反定義若X>0，則[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反反碼的例子X(jué)=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=11001011反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號(hào)符號(hào)位n位反碼表示數(shù)值的范圍是-(2n-1-1)~+(2n-1-1)對(duì)應(yīng)的反碼是1000～0111。反碼表示存在問(wèn)題8位數(shù)0的反碼：+0=00000000-0=1

1111111即：數(shù)0的反碼不唯一數(shù)“零”的運(yùn)算不滿足算術(shù)運(yùn)算法則如-0+1=+0 -0=

1

1111111

+ +1=

00000001 +0= 00000000補(bǔ)碼[X]補(bǔ)定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+1補(bǔ)碼的例子X(jué)=–52=–0110100（真實(shí)數(shù)）[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是-2n-1~+(2n-1-1)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000～0111。0的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1

=11111111+1

=00000000

對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉∴[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=000000000的補(bǔ)碼編碼表示得到統(tǒng)一正負(fù)數(shù)滿足算術(shù)運(yùn)算特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-128對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：(10000000)２

=128補(bǔ)碼計(jì)算方法以計(jì)算-12為例方法1計(jì)算+12的編碼，有000011002反轉(zhuǎn)所有位，有111100112加1，有111101002故有-1210=111101002方法2寫(xiě)出+12的編碼，有000011002從后往前，依次寫(xiě)0，直到找到第一個(gè)不為0的位，在該位對(duì)應(yīng)位置寫(xiě)1再往前，依次寫(xiě)入相反的位即可故同樣有-1210=111101002計(jì)算機(jī)的數(shù)制表示機(jī)器數(shù)的表示法機(jī)器數(shù)的正負(fù)數(shù)表示采用機(jī)器數(shù)的最高位來(lái)表示。0表示該數(shù)是正數(shù)1表示該數(shù)是負(fù)數(shù)，通常采用補(bǔ)碼表示01111111 12700010001 1700000001 100000000 011111111 -111110100 -1210000001 -12710000000 -128有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算8位二進(jìn)制有符號(hào)數(shù)的表示范圍(表示范圍問(wèn)題)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+127思考：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：1）求出真值2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換思考：如何計(jì)算一個(gè)十進(jìn)制數(shù)(包含整數(shù)和小數(shù)部分)的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示？有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算例：將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。1)[X]補(bǔ)=00101110B真值為：+0101110B

正數(shù)

所以：X=+462)[X]補(bǔ)=11010010B

負(fù)數(shù)X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-

0101110B所以：X=

-

46有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則

通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算，不需要特別單獨(dú)處理。2023/6/26有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算例:基于補(bǔ)碼表示的計(jì)算 X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補(bǔ)

[X]原=10110100

[X]補(bǔ)=[X]反+1

=11001100

[Y]補(bǔ)=[Y]原

=01110100 所以：[X+Y]補(bǔ)

=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100+01110100

=010000002023/6/26TongjiUniversityPage69有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題進(jìn)(借)位在加法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。溢出運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。2023/6/26TongjiUniversityPage70有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算溢出的判斷方法方法１：同號(hào)相減或異號(hào)相加——不會(huì)溢出。同號(hào)相加或異號(hào)相減——可能溢出：兩種情況： 同號(hào)相加時(shí)，結(jié)果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相反——溢出；

異號(hào)相減時(shí)，結(jié)果符號(hào)與減數(shù)符號(hào)相同——溢出。方法２：兩個(gè)帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若

C7C6＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。C7為最高位的進(jìn)(借)位；C６為次高位的進(jìn)(借)位。2023/6/26TongjiUniversityPage71有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算2023/6/26TongjiUniversityPage72有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯(cuò)誤的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

100001111情況1:情況2:情況3:基礎(chǔ)知識(shí)小數(shù)表示定點(diǎn)表示法將小數(shù)點(diǎn)約定在機(jī)器數(shù)的某一固定位置上，如將小數(shù)點(diǎn)約定在符號(hào)位和數(shù)值的最高位之間，這可以表示有符號(hào)純小數(shù)X=010100002=0.62510將小數(shù)點(diǎn)約定在最低位之后，則表示整數(shù)。X=010100002=4810數(shù)制小數(shù)表示浮點(diǎn)表示法小數(shù)點(diǎn)位置不固定通常一個(gè)既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的十進(jìn)制小數(shù)D可以表示為

D=R×10NR為純小數(shù)，其小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，N為指數(shù)，是一個(gè)整數(shù)如123.456可以表示為0.123456×1030.00123456可以表示為0.123456×10-2數(shù)制小數(shù)表示浮點(diǎn)表示法同樣，對(duì)于既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的二進(jìn)制小數(shù)D，也可以表示為

D=R×2NR為二進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)，稱為D的尾數(shù)。其小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，N為二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，稱為D的階碼。如101(+5.0)可以表示為1.01×22=1.01×210-0.0001101(-0.1015625)可以表示為-1.101×2-4=-1.101×211111100目前多采用IEEE754浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于單精度型，由符號(hào)位(1位)、階碼位(8位+127)和尾數(shù)位(23位)三部分組成故有101=01000000101000000000000000000000=40A00000-0.0001101=10111101110100000000000000000000=BDD00000符號(hào)位(1位)階碼(8位)尾數(shù)(23位)第三節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式2023/6/26第76頁(yè)內(nèi)存基本架構(gòu)內(nèi)存中的字節(jié)內(nèi)存基本架構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)字節(jié)Byte-例1-20,24字Word–例1-26,27雙字DoubleWord–例1-28,29實(shí)數(shù)RealNumber–例1-28,29字符串String–例1-302023/6/26第78頁(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式ASCII字符編碼-p34ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼128字符。從00000002到01111112.采用擴(kuò)展編碼(extendedASCII)時(shí)，可以充分利用256個(gè)字符。從000000002到111111112計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式字符編碼信息“Hello.”的編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式字符編碼GB2312-80編碼《信息交換用漢字編碼字符集》全部國(guó)標(biāo)漢字和符號(hào)組成94×94的矩陣每一行稱為一個(gè)“區(qū)”，有94個(gè)區(qū)每一列稱為一個(gè)“位”，有94個(gè)位這樣由一個(gè)區(qū)位碼(區(qū)碼在前，位碼在后)可以唯一確定一個(gè)字符區(qū)域劃分1-15區(qū)為圖形符號(hào)區(qū)16-55區(qū)為一級(jí)常用漢字區(qū)，漢字啊的編碼為16011656-87區(qū)為二級(jí)常用漢字區(qū)88-94區(qū)為用戶自定義漢字區(qū)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式字符編碼GB2312-80編碼作為直接編碼會(huì)導(dǎo)致與ASCII編碼沖突在區(qū)碼和位碼上均增加A016,即10100000這樣漢字“啊”的編碼為B0A116。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式字符編碼GB2312-80編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式字符編碼GB2312-80編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式圖像編碼1代表黑.0代表白.=010101010101010101010110101101001001000111110000011010101010101010101001011010010110010100000110100101010101010101010110110001010000101001010100101101101011011010110101100110010110100010001001011010010110100101101010001001100100101101010010100101101100101011010101110110011001010010101100011010010011010110010010001001100110101010010001010101101100101100100101110110011001010100100101010101010101010011011010001001100010100001010100101010101010101100010010110010001101001110100001010101010101010001000101000101101000010000001101110110101010010100110100011010010011100101101000101001010100100010100101100101101100001010000010101011010001001001001001011110101011010100101100101010000100010010010111110101111100101001001001010100101001000100101010101110101011010010010000101001000010011001101111101011101010101000100101010010010100100011011000011110111011010110101000000100000001001100100111111111110110111000000010101000101010010011011000010101011101000010101000000010000100101101010011111111111111011101000101001000101001101010100100011101111110100010010000010010010110001001001001111011110101101100100101100100100000111010010010010111111111011001001000計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式4級(jí)灰度意味著使用四種形狀.每個(gè)像素需要兩位：

00–代表白色01–代表淺灰色10–代表深灰色11–代表黑色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式256級(jí)灰度

意味著每個(gè)像素點(diǎn)需要8位來(lái)表示256種灰色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式我們?nèi)钥梢杂?位(即一個(gè)字節(jié))來(lái)代表每個(gè)像素點(diǎn)的顏色.一個(gè)字節(jié)可以表示256個(gè)不同的數(shù)，因此我們?cè)谶@幅圖像中可以有256種不同的顏色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式更多的字節(jié)？

3個(gè)字節(jié)紅綠藍(lán)像素點(diǎn)的顏色高級(jí)話題8位數(shù)16位數(shù)/32位數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)十進(jìn)制數(shù)的表示——BCD碼用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，0000~1001表示0~9，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是0000，低4位的0000~1001表示0~9。2023/6/26第90頁(yè)第四節(jié)微處理器與PC系統(tǒng)2023/6/26第91頁(yè)

微處理器架構(gòu)內(nèi)存與IO系統(tǒng)2023/6/26第92頁(yè)微處理器內(nèi)存I/O系統(tǒng)總線總線動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)靜態(tài)RAM(SRAM)高速緩存只讀存儲(chǔ)器(ROM)閃速存儲(chǔ)器