第2章體系結(jié)構(gòu)與組織

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

?了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展、存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組織、接口與通信等基礎(chǔ)知識(shí)。

?掌握數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示、非數(shù)值數(shù)據(jù)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、匯編級(jí)計(jì)算機(jī)組成

等基礎(chǔ)知識(shí)。

本章主要學(xué)習(xí)數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示與運(yùn)算、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示、數(shù)據(jù)的機(jī)器編

碼、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成等基礎(chǔ)知識(shí)。

2.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指根據(jù)屬性和功能不同而劃分的計(jì)算機(jī)組成部,針，.人工如“啟，

分及計(jì)算機(jī)基本工作原理、理論的總稱，即指適當(dāng)?shù)亟M織在一起的一

系列系統(tǒng)元素的集合，這些系統(tǒng)元素相互配合、協(xié)作，通過對(duì)信息處理而完成預(yù)先定義的

目標(biāo)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性，即計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)和功能特征,

包括其各個(gè)硬件和軟件之間的相互關(guān)系。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指

研究計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想和由此產(chǎn)生的邏輯結(jié)構(gòu)；對(duì)程序設(shè)計(jì)者而言，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

是指對(duì)系統(tǒng)功能的描述（如指令集、編制方式等）。亞當(dāng)（Adam）等人從程序設(shè)計(jì)角度看到了

計(jì)算機(jī)的屬性（外特性），并于1964年率先提出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念。至今為止，計(jì)算機(jī)

共經(jīng)歷了四個(gè)不同的發(fā)展階段。

1.第一階段

20世紀(jì)60年代中期以前，是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的早期。在這個(gè)時(shí)期通用硬件已經(jīng)

相當(dāng)普遍，軟件卻是為每個(gè)具體應(yīng)用而專門編寫的，大多數(shù)人認(rèn)為軟件開發(fā)無須預(yù)先計(jì)劃。

這時(shí)的軟件實(shí)際上就是規(guī)模較小的程序，程序編寫起來相對(duì)容易，沒有系統(tǒng)化的方法，也

沒有進(jìn)行任何管理，除了程序清單之外，根本沒有保存其他文檔資料。

2.第二階段

從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，多道程序、多用戶系統(tǒng)引入了人機(jī)交互的新概

念，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新境界，使硬件和軟件的配合上了一個(gè)新的層次。這個(gè)階段的一

個(gè)重要特征是出現(xiàn)了“軟件作坊”，廣泛使用產(chǎn)品軟件。但是，“軟件作坊”基本上仍然

沿用著早期形成的個(gè)體化軟件開發(fā)方法。許多程序的個(gè)體化特性使得它們最終成為不可維

護(hù)的產(chǎn)品，“軟件危機(jī)”開始出現(xiàn)。

3.第三階段

從20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)又有了很大進(jìn)步。分布式系統(tǒng)極大

地增加了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、寬帶數(shù)字通信以及對(duì)“即時(shí)”數(shù)據(jù)訪問

需求的增加，都對(duì)軟件開發(fā)者提出了更高的要求。但是，這個(gè)時(shí)期軟件仍然主要在工業(yè)界

和學(xué)術(shù)界應(yīng)用，個(gè)人應(yīng)用還很少。這個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)是出現(xiàn)了微處理器，以微處理器為

核心的“智能”產(chǎn)品精彩紛呈，PC逐漸成為大眾化的商品。

4.第四階段

從20世紀(jì)80年代中期開始，人們感受到的是硬件和軟件的綜合效果。由復(fù)雜操作系

統(tǒng)控制的強(qiáng)大的桌面機(jī)及局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和Internet網(wǎng)，與先進(jìn)的應(yīng)用軟件相配合，已經(jīng)成

為當(dāng)時(shí)的主流。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)已迅速地從集中的主機(jī)環(huán)境轉(zhuǎn)變成分布式環(huán)境，集群、網(wǎng)

絡(luò)、云計(jì)算等概念層出不窮。

2.2數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示

計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制編碼的指令和數(shù)據(jù)，其他的如數(shù)字、字符、聲音、圖形、圖像

等信息都必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的形式，計(jì)算機(jī)才能識(shí)別和處理。二進(jìn)制只有兩個(gè)狀態(tài)(即o和

1),這正好與物理器件的兩種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，例如電壓信號(hào)的高與低、門電路的導(dǎo)通與截止

等。而十進(jìn)制電路則需要用10種狀態(tài)來描述，這將使電路十分復(fù)雜，處理起來也非常困難。

因此，采用二進(jìn)制將使計(jì)算機(jī)在物理實(shí)現(xiàn)上變得簡(jiǎn)單，且具有可靠性高、處理簡(jiǎn)單、抗干

擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.1數(shù)的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)是日常生活中常用的，一直伴隨著人們的生活。在商數(shù)的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換.mp4

代時(shí)，我國就已采用了十進(jìn)制。十進(jìn)制的記數(shù)法是古代世界中最先

進(jìn)、最科學(xué)的記數(shù)法，對(duì)世界科學(xué)和文化的發(fā)展起著不可估量的作

用。正如李約瑟(JosephTerenceMontgomeryNeedham,1900—1995)

所說的，“如果沒有這種十進(jìn)制，就不可能出現(xiàn)我們現(xiàn)在這個(gè)統(tǒng)一

化的世界了”。除了十進(jìn)制外，其他進(jìn)制，例如十二進(jìn)制(時(shí)鐘)等也

在生活中廣泛使用。在計(jì)算機(jī)內(nèi)所有的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制代碼的形

式存儲(chǔ)、處理和傳送，但是在輸入/輸出或書寫時(shí)，為了用戶的方便,李約瑟

也經(jīng)常用到八進(jìn)制和十六進(jìn)制。

在十進(jìn)制(decimal)系統(tǒng)中，進(jìn)位原則是“逢十進(jìn)一”.由此可知，在二進(jìn)制(binary)系

統(tǒng)中，其進(jìn)位原則是“逢二進(jìn)一”；在八進(jìn)制(octal)系統(tǒng)中，其進(jìn)位原則是“逢八進(jìn)一”；

在十六進(jìn)制(hexadecimal)系統(tǒng)中，其進(jìn)位原則是“逢十六進(jìn)一”。為了弄清進(jìn)制的概念及

其關(guān)系，故而有必要掌握各種進(jìn)位制數(shù)的表示方法以及不同進(jìn)位制數(shù)之間相互轉(zhuǎn)換的方法。

1.數(shù)制的相關(guān)概念

在進(jìn)位記數(shù)的數(shù)字系統(tǒng)中，如果只用R個(gè)基本符號(hào)(如0,1,2,…,RT)來表示數(shù)值，那

么稱其為“基R數(shù)制”。在各種進(jìn)制中，基和位權(quán)這兩個(gè)基本概念對(duì)數(shù)制的理解和多種數(shù)

制之間的轉(zhuǎn)換起著至關(guān)重要的作用。

(1)基。稱R為數(shù)制的“基數(shù)”，簡(jiǎn)稱“基”或"底”o例如，十進(jìn)制數(shù)制的基R=10。

(2)位權(quán)。數(shù)值中每一固定位置對(duì)應(yīng)的單位被稱為“位權(quán)”，簡(jiǎn)稱“權(quán)”。它以數(shù)制

的基為底，以整數(shù)為指數(shù)組成。例如,一個(gè)十進(jìn)制數(shù)制的位權(quán)為10"I…,103,102,10),10°,

10102,103,…，10%

對(duì)十進(jìn)制數(shù),7?=10,它的基本符號(hào)有10個(gè)，分別為0,1,2,…,9。對(duì)二進(jìn)制數(shù)，R=2,

其基本符號(hào)為0和1?

進(jìn)位記數(shù)的編碼符合“逢R進(jìn)位”的規(guī)則。各位的權(quán)是R為底的累，一個(gè)數(shù)可按權(quán)展

開成多項(xiàng)式。例如，十進(jìn)制數(shù)523.47可按權(quán)展開如下：

523.47=5X102+2X10'+3x10°+4x10-1+7xl0-2

因此，可將任意數(shù)制的數(shù)N表示為以下通式：

(N)R=D'R"'+D.-R"-'+…+〃?*+&R°+￡)「Ri+■■■+D.-RDR1

、/Nmm—\iv-i-Ki

i=-k

式中，(N)R表示R進(jìn)制的數(shù)N,數(shù)共有機(jī)+A+1位，且加和后為正整數(shù)；2可以是R進(jìn)制的

基本符號(hào)中的任意一個(gè)；R為該進(jìn)制的權(quán)，R為基數(shù)或“底”。

在計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)制，它們的基、位權(quán)

及基本符號(hào)總結(jié)如表2.1所示。

表2.1各種進(jìn)制的基、位權(quán)及基本符號(hào)

進(jìn)制名稱基（M位權(quán)基本符號(hào)

十進(jìn)制10-JOMO^IO'JOMO-'JO-2,io-3,-0,12…,9

二進(jìn)制2…,23,22,2:2。,2-1,2々,2-3,…0,1

八進(jìn)制8…,83,82,8:8。,8」,8々,8-3,…0,1,2,-,7

十六進(jìn)制16…,163,162,161160,16116-2,mW…0,l,2,-,9,A,B,C,D,E,F

2.數(shù)制的表示

數(shù)制的表示方法有很多種，常用的有以下兩種。

1)下標(biāo)法

下標(biāo)法是指用小括號(hào)將所表示的數(shù)括起來，然后在括號(hào)外的右下角寫上數(shù)制的基上

例2.1(862)10、(1010.11)2,(356)8、(93BF)i6分別表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、八

進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。

2)字母法

字母法是指在所表示的數(shù)的末尾加上相應(yīng)數(shù)制的首字母。進(jìn)制對(duì)應(yīng)的字母如表2.2所示。

表2.2進(jìn)制與字母

進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

所用字母DBOH

八進(jìn)制的字母0為與數(shù)字零區(qū)別，故而有時(shí)用Q表示。而由于生活中常用的數(shù)制為十

進(jìn)制，因此，對(duì)于十進(jìn)制數(shù)，可以省略其后的字母D。

例2.2862D或862、1010.1IB、356Q、93BFH分別表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、

八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。

3.數(shù)制間的基本關(guān)系

十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)制之間的基本關(guān)系如表2.3所示。

表2.3數(shù)制間的基本關(guān)系

十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

00000000

10001011

20010022

30011033

40100044

50101055

60110066

70111077

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15111117F

4.數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換有一定的規(guī)律，只要掌握了

它們之間的基本規(guī)律，就很容易進(jìn)行這些數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換，具體內(nèi)容如下所述。

1)其他進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

其他進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的具體轉(zhuǎn)換方法為：相應(yīng)位置的數(shù)碼乘以對(duì)應(yīng)位的權(quán)，再將所

有的乘積進(jìn)行累加，即得對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

321123

例2.3(1001.101)2=(1X2+0X2+0X2+1x20+1x2+0x2+1x2)io

=(8+0+0+1+0.5+0+0.125)io

=(9.625)io

例2.4(8A.F)i6=(8xl6l+10xl60+15xl6')io

=(128+10+0.9375)l0

=(138.9375)io

2)二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)是從二進(jìn)制數(shù)演變而來的。其具體轉(zhuǎn)換方法為：由3位二進(jìn)制

數(shù)組成1位八進(jìn)制數(shù)，由4位二進(jìn)制數(shù)組成1位十六進(jìn)制數(shù)。對(duì)于同時(shí)有整數(shù)和小數(shù)部分

的數(shù)，則以小數(shù)點(diǎn)為界，對(duì)小數(shù)點(diǎn)前后的數(shù)分別進(jìn)行分組處理，不足的位數(shù)用0補(bǔ)足，對(duì)

于整數(shù)部分將0補(bǔ)在數(shù)的左邊，對(duì)于小數(shù)部分則將0補(bǔ)在數(shù)的右邊。

例2.5(1001.1111)2=(001001.111100)2=(11.74)8

例2.6(11011.1001)2=(00011011.1001)2=(lB.9)i6

例2.7(5A.F3)i6=(01011010.11110011)2=(.)2

3)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)

(1)整數(shù)的轉(zhuǎn)換方法為：除基取余法。即用十進(jìn)制整數(shù)除以要轉(zhuǎn)換的進(jìn)制數(shù)的基，取

余數(shù)，從低位向高位逐次進(jìn)行，然后對(duì)商繼續(xù)這一操作，直到商為零為止。

例2.8現(xiàn)以(156)io為例，利用除2取余法將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)的過程如下：

21156xo=O

2178........xi=0

2|39x2=l

2|19迎=1

2l9X4=\

2|4后=0

212X6=0

I........X7=l

即

(156)1O=(JC7X6X5X4X3X2X\X0)2

=()2

將除2取余法推廣開來，可以得到將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)的方法。

(2)小數(shù)的轉(zhuǎn)換方法為：乘基取整法。即將十進(jìn)制小數(shù)乘以要轉(zhuǎn)換的進(jìn)制數(shù)的基，取

整數(shù)，然后對(duì)小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)繼續(xù)這一操作，直到小數(shù)點(diǎn)后為零或達(dá)到所要求的精度為止。

例2.9以(0.5625)10轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)為例，說明其轉(zhuǎn)換過程。

0.5625

x2

1.1250...XT=1

0.1250

x2

0.2500...x-2=0

0.2500

x2

0.5000...x-3=0

0.5000

x2

1.0000...x-4=l

即

(0.5625)io=(O.x\x2x3x4)2

=(0.1001)2

(3)十進(jìn)制混合小數(shù)的轉(zhuǎn)換為：將十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)和小數(shù)分別按上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，

然后再組合到一起。十進(jìn)制混合小數(shù)由整數(shù)和純小數(shù)組成。將十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分按除R

取余法轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制的整數(shù)部分，將十進(jìn)制的純小數(shù)部分按乘R取整法轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制的小

數(shù)部分，然后再將R進(jìn)制的整數(shù)部分和小數(shù)部分組合起來構(gòu)成R進(jìn)制混合小數(shù)。

例2.10十進(jìn)制混合小數(shù)(156.5625),0的整數(shù)部分是156,其純小數(shù)部分是0.5625。將

156用除以2取余法轉(zhuǎn)換得到二進(jìn)制數(shù)()2,將0.5625用乘2取整法得到二進(jìn)制數(shù)(0.1001)2,

再將()2和(0.1001)2相加，可以得到(156.5625)10=(.1001)2。

總之，各種進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2.1所示?

八講制乘2取整

竺位對(duì)應(yīng)3位除以2取余力十進(jìn)制

3位對(duì)應(yīng)1成、^位權(quán)展開

乘R取整

(二進(jìn)制除以H取余

4位對(duì)應(yīng)1多分

------土)/1位對(duì)應(yīng)4位

十六進(jìn)制YR進(jìn)制

圖2.1各種進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系

5.計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)

(1)二進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。二進(jìn)制中只有o和1兩種狀態(tài)，很容易用物理

器件實(shí)現(xiàn)。例如，在計(jì)算機(jī)中常用電位的“高”和“低”、脈沖的“有”和“無”、晶體

管的“導(dǎo)通”和“截止”來表示“1”和“0”。在磁盤中，用鐵氧體磁芯沿不同方向的磁

化等來表示“1”和“0”兩種狀態(tài)。在光盤中，用激光是否在光盤上燒制小的凹坑來表示

“1”和“0”。

(2)邏輯操作簡(jiǎn)單。二進(jìn)制的“1”和“0”兩個(gè)數(shù)碼正好與邏輯命題中的“是”和“否”、

“真”和“假”相對(duì)應(yīng)，而布爾代數(shù)中，正好與二進(jìn)制的操作相對(duì)應(yīng)。因此，用二進(jìn)制轉(zhuǎn)

換為布爾代數(shù)來進(jìn)行研究，為程序中的邏輯判斷和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算提供了便利條

件，同時(shí)也為計(jì)算機(jī)的邏輯線路設(shè)計(jì)提供了方便。

(3)二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。任何進(jìn)位制進(jìn)行四則運(yùn)算時(shí)，都需要記住兩個(gè)整數(shù)的求

和及乘積的規(guī)則。對(duì)于R進(jìn)制，需要記住RX(R+I)/2個(gè)和與積的運(yùn)算規(guī)則，例如，對(duì)于十

進(jìn)制數(shù)制需要記住10x(10+1)/2=55個(gè)和與積的運(yùn)算規(guī)則(加法表和九九表)。但如果采用二

進(jìn)制，由于R=2,所以需要記住的運(yùn)算規(guī)則數(shù)為2x(2+l)/2=3。同

時(shí)，0和1這兩個(gè)數(shù)進(jìn)行相加或相乘的運(yùn)算也極其簡(jiǎn)單。

2.2.2數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼

一個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)要在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行表示，也應(yīng)該與實(shí)際使用中數(shù)的原碼、反碼和樸碼mp4

的要求相同。數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示必須明確指明符號(hào)表示方法和小數(shù)點(diǎn)的位置表示

方法。

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)值數(shù)據(jù)的符號(hào)表示方法簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)中使用二進(jìn)制。和1,正好與正

號(hào)“+”和負(fù)號(hào)“-”相對(duì)應(yīng)。因此，在計(jì)算機(jī)中，表示一個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)符號(hào)的方法是占用

一位二進(jìn)制數(shù)位，用“0”表示正號(hào)，用“I”表示負(fù)號(hào)。為了區(qū)別符號(hào)和數(shù)值，二進(jìn)制數(shù)

值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方法。

1.真值與機(jī)器數(shù)

機(jī)器數(shù)是指數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式。為了表示普通的數(shù)與機(jī)器數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故而

將普通的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)的真值。因此，在計(jì)算機(jī)中只有機(jī)器數(shù)，不存在數(shù)的真值。

例如，兩個(gè)數(shù)M和N2的真值分別為

M：+10H011

N2：-1011011

則所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)分別為

N,：01011011

M：11011011

2.原碼

原碼是一種簡(jiǎn)單的機(jī)器數(shù)表示法，其符號(hào)位用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)，數(shù)值部分

按二進(jìn)制書寫。

其表示方法：對(duì)于最左邊的符號(hào)位，若為正數(shù)，則原碼符號(hào)位為0；若為負(fù)數(shù)，則符

號(hào)位為1,其余的數(shù)值位不變，寫到符號(hào)右邊。

整數(shù)的原碼用公式定義如下：

X,0WX<2"

［X］原一（2"_x=2"+|x|,-2"<X<0

小數(shù)的原碼用公式定義如下：

X,0〈X<2"

1-X=1+|X|,-r<x<o

即以］原=符號(hào)位+|x|。

例2?11X=+1110,[X]原=01110

X=-1110,[X]原=11110

X=+0.1110,[X]原=0.1110

X=-0.1110,[X]原=1.1110

原碼的特點(diǎn)：數(shù)的原碼與真值之間的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，且與真值的轉(zhuǎn)換也方便。在進(jìn)行

乘除法運(yùn)算時(shí)，可將符號(hào)位和數(shù)值位分開處理，運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)可用參加操作的兩個(gè)操作

數(shù)符號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算求得，運(yùn)算結(jié)果的數(shù)值可由操作數(shù)原碼的數(shù)值部分按乘除規(guī)則運(yùn)算獲

得，因此，原碼適合于乘除運(yùn)算。它的最大缺點(diǎn)是在機(jī)器中進(jìn)行加減法運(yùn)算時(shí)比較復(fù)雜。

3.反碼

反碼就是把二進(jìn)制數(shù)按位求反。如果X,=1,則反碼X,.=0；如果X,=0,則反碼X,.=1?

在X,.上面加一橫線表示反碼的意思。

表示方法：對(duì)于正數(shù)，符號(hào)位為0,后面的數(shù)值位不變；若為負(fù)數(shù)，符號(hào)位為I,數(shù)值

位按位求反。

整數(shù)的反碼用公式定義如下：

X,0WXW2"T-l

[X]反='",

2-Sf-l+X,-(2"T-l)WX<0

小數(shù)的反碼用公式定義如下：

_JX,OWX<1

陽反-12-2-"i>+X,-l<X<0

即[X4=(2-2-")x符號(hào)位+Xmod(2-2-"),其中，"為小數(shù)點(diǎn)后有效位數(shù)。

例2.12x=+1110,[X]反=01110

X=-1110,[X]反=10001

X-40.1110,[X]反=0.1110

X=-0.1110,[X]反=1.0001

反碼的特點(diǎn)：反碼進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，若最高位有進(jìn)位，則要在最低位加1,此時(shí)要多

進(jìn)行一次加法運(yùn)算，這樣既增加了運(yùn)算的復(fù)雜性，又影響了速度，因此很少采用0

4.補(bǔ)碼

補(bǔ)碼是一種很好的機(jī)器數(shù)表示法。補(bǔ)碼可以將負(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為正數(shù)，將減法轉(zhuǎn)換為加法，

從而將正負(fù)數(shù)的加減運(yùn)算轉(zhuǎn)化為單純的正數(shù)相加的運(yùn)算，簡(jiǎn)化了判斷過程，提高了計(jì)算機(jī)

的運(yùn)算速度，并相應(yīng)地節(jié)省了設(shè)備開銷。因此，補(bǔ)碼是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)器數(shù)表示方法。

表示方法：對(duì)于正數(shù)，符號(hào)位為0,后面的數(shù)值位不變；若為負(fù)數(shù)，符號(hào)位為1,數(shù)值

位按位求反，然后在最末位加1。

整數(shù)的補(bǔ)碼用公式定義如下：

X,0WX<2"

[X%=

2"i+X=2"”-|X|,-1WX<O

小數(shù)的補(bǔ)碼用公式定義如下:

X,OWX<1

[X]補(bǔ)

2+X=2-|X|,-1WX<O

即[X4=2x符號(hào)位+X(mod2)。

例2.13X=+1110,[X]撲=01110

X=—1110,—=10010

X=+0.1110,[X]補(bǔ)=0.1110

X=-0.1110,[X]?=i.oolo

補(bǔ)碼的特點(diǎn)：與原碼相比,補(bǔ)碼在數(shù)軸正方向上表示數(shù)的范圍與原碼相同，在負(fù)軸方

向上表示數(shù)的范圍比原碼增大了一個(gè)單位。

5.三種碼制的比較

數(shù)值數(shù)據(jù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼的表示方法有許多異同點(diǎn)，具體內(nèi)容如下所述.

三種碼制的共同點(diǎn)如下。

(1)三種碼制主要是解決數(shù)值數(shù)據(jù)的符號(hào)在機(jī)器中的表示問題。正數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和

反碼都等于真值，而對(duì)于負(fù)數(shù)，表示方法各有不同。

(2)三種碼制中的最高位都表示符號(hào)位，其中真值為正數(shù)時(shí)，符號(hào)位用“0”來表示；

真值為負(fù)數(shù)時(shí)，符號(hào)位用“1”來表示。

三種碼制的相異點(diǎn)如下。

(1)原碼的符號(hào)位和數(shù)值位運(yùn)算必須分開進(jìn)行，運(yùn)算完后再組合到一起，計(jì)算上不方

便。補(bǔ)碼和反碼的符號(hào)位可以和數(shù)值位一起參與運(yùn)算，方便了計(jì)算機(jī)的處理。

(2)原碼和反碼對(duì)于數(shù)值零各自都有兩種表示方法：[+0]s=00000000B,

[-0]l5i=100000006以及[+0]反=00000000B,[-0],.=11111111B0而補(bǔ)碼則只有唯一的表

示法：[0]后B,這使得補(bǔ)碼的運(yùn)算更方便。

(3)當(dāng)需要將較短字長(zhǎng)的代碼向高位擴(kuò)展為較長(zhǎng)字長(zhǎng)的代碼，或代碼向右移位時(shí)，原

碼、補(bǔ)碼和反碼采用的處理方法不同。原碼的方法是符號(hào)位固定在最高位，擴(kuò)展位或數(shù)值

位右移后空出的位填0。而補(bǔ)碼和反碼的方法，則是符號(hào)位固定在最高位，擴(kuò)展位或數(shù)值

位右移后空出的位填寫“與符號(hào)位相同的代碼”。

(4)原碼和反碼能表示的正數(shù)和負(fù)數(shù)的范圍相對(duì)于零是對(duì)稱的。例如，對(duì)于整數(shù)的表

示，都是±(2"T-1)。然而補(bǔ)碼的負(fù)數(shù)表示范圍比正數(shù)表示范圍要寬，能夠多表示一個(gè)最小

負(fù)數(shù)。例如，對(duì)于整數(shù)的表示，其值等于-2"T。

2.2.3定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

對(duì)于數(shù)值數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法，在計(jì)算機(jī)中分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù).mp4

兩種表示形式。

1.定點(diǎn)數(shù)

定點(diǎn)數(shù)是指計(jì)算機(jī)在運(yùn)算過程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變。小數(shù)點(diǎn)的位置是由

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者在機(jī)器的結(jié)構(gòu)中指定一個(gè)不變的位置，并不一定都必須具有小數(shù)點(diǎn)的指示裝

置。定點(diǎn)數(shù)一般有小數(shù)和整數(shù)兩種表示形式。

定點(diǎn)整數(shù)是指所表示的數(shù)都為整數(shù)，而小數(shù)點(diǎn)則固定在數(shù)值位最低位之后，其格式為

〃位

________

1

符號(hào)位數(shù)值位假想小數(shù)點(diǎn)

即定點(diǎn)整數(shù)用〃位二進(jìn)制表示一個(gè)數(shù)，一般選擇最左邊一位作為符號(hào)位。若該位為1,

表示該數(shù)為負(fù)數(shù)；若為0,則表示該數(shù)為正數(shù)。由于小數(shù)點(diǎn)在最低位之后，最低位的位權(quán)

值為2。，因此它所表示的數(shù)都為整數(shù)。

定點(diǎn)小數(shù)是指所表示的數(shù)都為小數(shù)，它的小數(shù)點(diǎn)固定在符號(hào)位與最左邊的數(shù)值位之間,

其格式為

〃位

-----/X

個(gè)個(gè)個(gè)

符號(hào)位假想小數(shù)點(diǎn)數(shù)值位

定點(diǎn)小數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置在數(shù)值位的最左端，即在符號(hào)位之后。由于小數(shù)點(diǎn)右邊各位的

位權(quán)值分別為2,29,…，因此它所表示的數(shù)只能是小數(shù)。

如果計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)整數(shù)表示，則要求參加運(yùn)算的數(shù)都是大于或等于1的整數(shù)。如果

參加運(yùn)算的數(shù)有小數(shù)部分，則在送入計(jì)算機(jī)運(yùn)算之前，就要乘以一個(gè)大于1的比例因子，

將其放大后變?yōu)檎麛?shù)。如果計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)小數(shù)表示，則參與運(yùn)算的數(shù)都是小于1的數(shù)。

如果參加運(yùn)算的數(shù)有整數(shù)部分，那么在送入計(jì)算機(jī)運(yùn)算之前，就要乘以一個(gè)小于1的比例

因子，將其縮小后變?yōu)樾?shù)。

無論是定點(diǎn)小數(shù)還是定點(diǎn)整數(shù)，由于小數(shù)點(diǎn)始終固定在一個(gè)確定的位置，所以計(jì)算機(jī)

在運(yùn)算時(shí)可以直接進(jìn)行加減運(yùn)算而不必對(duì)位。因此，當(dāng)參與運(yùn)算的數(shù)值本身就是定點(diǎn)數(shù)的

形式時(shí)，計(jì)算就會(huì)簡(jiǎn)單且方便。但若需要對(duì)參加運(yùn)算的數(shù)進(jìn)行比例因子的計(jì)算，就會(huì)增加

額外的計(jì)算量。

2.浮點(diǎn)數(shù)

在科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理中，經(jīng)常需要處理和計(jì)算非常大或者非常小的數(shù)值。定點(diǎn)表示

法表示的數(shù)值有范圍大小的限制，不能夠精確地完成這種數(shù)值的表示。為了表示更大取值

范圍的數(shù)，可以采用以下表示方法：

N=M-R*

式中，N為浮點(diǎn)數(shù)；例和E為帶符號(hào)的定點(diǎn)數(shù)，E為階碼；R稱為“階的基數(shù)”（或底）。

尾數(shù)M可用原碼、反碼和補(bǔ)碼三種碼制中的任意一種來表示，可以是整數(shù)，也可以是

小數(shù)。目前，大多數(shù)計(jì)算機(jī)都把M規(guī)定為純小數(shù)，把階碼E規(guī)定為純整數(shù)。M中的小數(shù)點(diǎn)可

以隨E值的變化而左右浮動(dòng)。所以把這種表示法叫作數(shù)的浮點(diǎn)表示法，而這樣的數(shù)又被稱

為浮點(diǎn)數(shù)。

例2.14十進(jìn)制數(shù)0.可以寫成：

尸=0.00012345

=0.00000012345x!0+3

=0.12345x103

雖然它們的數(shù)字部分都是0.,但因幕次不同，所以表示的數(shù)值差異也很大。同理，二

進(jìn)制數(shù)也可以寫成以下形式：

011011=0.1101lx2+l01

0.0000011011=0.11011x2-'°'

機(jī)器中浮點(diǎn)數(shù)的表示格式分為階碼和尾數(shù)兩部分，其中，階碼一般用定點(diǎn)整數(shù)表示，

尾數(shù)用定點(diǎn)小數(shù)表示。在計(jì)算機(jī)中的表示格式如下:

N位

階碼符號(hào)尾數(shù)符號(hào)

----77------/

階碼-------尾數(shù)

其中，階碼占m位(階碼符號(hào)占1位)，尾數(shù)占n位(尾數(shù)符號(hào)占1位)，階碼和尾數(shù)共占

N=m+n位o

例2.15要表示真值戶(42)必對(duì)某一機(jī)器，用N=12位的二進(jìn)制代碼表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù),

階碼為位，尾數(shù)為"=8位，則其浮點(diǎn)數(shù)的表示如下：

x=(42)10=(101010)2

=(0.)x2+ll0

基數(shù)R為2,其基數(shù)都為2。

階碼：+110

尾數(shù)：+0.

因此，在機(jī)器中如以原碼表示階碼和尾數(shù)，則X的浮點(diǎn)可以表示為

01100

階碼尾數(shù)

考慮到表示方便，在階碼與尾數(shù)之間用空格分開，即x的浮點(diǎn)表示形式為

01100.

2.2.4數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)編碼和匯編編碼

計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息分為兩大類，即控制信息和數(shù)據(jù)信息?？刂菩畔?/p>

是指揮計(jì)算機(jī)如何操作的指令，數(shù)據(jù)信息是計(jì)算機(jī)加工的對(duì)象。數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)編碼

計(jì)算機(jī)指令是指揮機(jī)器工作的指示和命令，程序是一系列按一定順和匯編編碼.mp4

序排列的指令，執(zhí)行程序的過程就是計(jì)算機(jī)的工作過程.計(jì)算機(jī)的工作基本上體現(xiàn)為執(zhí)行

指令，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令的集合構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。從設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的角度來看,

機(jī)器指令系統(tǒng)提出了對(duì)中央處理器(centralprocessingunit,CPU)的功能要求。CPU任務(wù)的

大部分實(shí)現(xiàn)都涉及機(jī)器指令系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，所以指令系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。從

用戶角度來看，選取機(jī)器語言(實(shí)際上是匯編語言)的用戶，必須熟悉所用機(jī)器的指令系統(tǒng),

熟悉機(jī)器所直接支持的寄存器和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(arithmetic

andlogicunit,ALU）的功能。

1.數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)編碼

計(jì)算機(jī)是通過執(zhí)行指令序列來解決問題的，因此，每種計(jì)算機(jī)都有一組指令集供給用

戶使用。計(jì)算機(jī)中的指令由操作碼字段和操作數(shù)字段兩部分組成。操作碼字段指明計(jì)算機(jī)

所要執(zhí)行的操作。而操作數(shù)字段則指明在指令執(zhí)行操作的過程中所需要的操作數(shù)。例如，

乘法指令除J'需要指定做乘法操作外，還需要提供被乘數(shù)和乘數(shù)。

計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制代碼，所以機(jī)器指令是由二進(jìn)制代碼組成的。機(jī)器指令由操作

碼和地址碼組成。操作碼規(guī)定CPU執(zhí)行什么操作。地址碼指明源操作數(shù)從哪里取，結(jié)果送

往什么地方以及下一條指令從哪里取。因此，機(jī)器指令的基本格式表示如下。

操作碼地址碼

由于機(jī)器指令與CPU緊密相關(guān)，所以不同種類的CPU所對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令也就不同，

而且它們的指令系統(tǒng)往往相差很大。但對(duì)同一系列的CPU來說，為了使各型號(hào)之間具有良

好的兼容性，應(yīng)做到新一代CPU的指令系統(tǒng)必須包括先前同系列CPU的指令系統(tǒng)。只有

這樣，先前開發(fā)出來的各類程序才能在新一代CPU上正常運(yùn)行。

機(jī)器語言是CPU能直接識(shí)別的唯一語言，用來直接描述機(jī)器指令、使用機(jī)器指令的規(guī)

則等。用機(jī)器語言編寫的程序不易讀、出錯(cuò)率高、難以維護(hù)，也不能直觀地反映用計(jì)算機(jī)

解決問題的基本思路。

2.數(shù)據(jù)的匯編編碼

為便于使用和記憶，一般用匯編語言來代替機(jī)器指令進(jìn)行程序編寫。匯編語言是一種

符號(hào)語言，它用助記符來表示操作碼，用符號(hào)或符號(hào)地址來表示操作數(shù)或操作數(shù)地址。匯

編語言與機(jī)器指令是一一對(duì)應(yīng)的，但計(jì)算機(jī)只能識(shí)別機(jī)器指令。因此，用匯編指令編寫的

程序必須首先轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令，然后才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。

匯編語言是一種介于機(jī)器語言和高級(jí)語言之間的計(jì)算機(jī)編程語言，它既不像機(jī)器語言

那樣直接使用計(jì)算機(jī)所認(rèn)識(shí)和理解的二進(jìn)制代碼來構(gòu)成，也不像高級(jí)語言那樣獨(dú)立于機(jī)器

之外直接面向用戶。

用匯編語言編寫的程序叫匯編語言程序，匯編語言的源代碼是用很像英文縮寫的助記

符編寫而成的，因此，較適合英語為第一語言的國家使用。將匯編語言翻譯成機(jī)器語言需

要用到匯編程序。

用匯編語言編寫的程序要比用與它等效的高級(jí)語言程序生成的目的代碼精簡(jiǎn)得多，占

用的內(nèi)存儲(chǔ)器空間少，執(zhí)行的速度快。使用匯編語言編寫程序，最主要的缺點(diǎn)是所編寫的

程序與所要解決的問題的數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系不直觀，使得編制程序的難度加大，而且編

寫的程序可讀性也差，導(dǎo)致出錯(cuò)的可能性增加，因此程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)，

匯編語言程序在不同機(jī)器間的可移植性也較差。

2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)

在計(jì)算機(jī)中，除了可以對(duì)數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行處理外，還能處理非數(shù)值數(shù)

據(jù)。非數(shù)值數(shù)據(jù)有字符、聲音、圖形、圖像等數(shù)據(jù)信息。由于計(jì)算機(jī)只非數(shù)值數(shù)據(jù)mp4

處理二進(jìn)制編碼形式的數(shù)據(jù)，因此非數(shù)值數(shù)據(jù)都必須轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的編碼形式才能提供給

計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

2.3.1文字信息的編碼

文字信息處理是指對(duì)語言文字符號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)、加工、復(fù)制等處理的

一種技術(shù)，是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行文字處理的主要工作有以下幾種。

(1)語言文字信息的輸入(獲取)。主要包括由鍵盤實(shí)現(xiàn)的字符代碼輸入、由語音識(shí)別方

法實(shí)現(xiàn)的語音輸入、由圖像識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)的書面文字輸入等。

(2)語言文字信息的傳輸(通信)。通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(由調(diào)制解調(diào)器、編/譯碼器和傳輸

線等組成)傳送數(shù)字信息。

(3)語言文字信息的加工。主要利用計(jì)算機(jī)作為信息加工設(shè)備，使用軟件和接口設(shè)備

對(duì)信息進(jìn)行加工。其操作主要包括篩選、編排、分析、存儲(chǔ)、翻譯、還原等。

(4)語言文字信息的輸出。即文字資料的顯示或復(fù)制。

文字信息根據(jù)不同國家使用的文字不同進(jìn)行分類。在我國常用的主要是英文字符和中

文字符兩種形式。

1.英文字符的編碼

在計(jì)算機(jī)中，對(duì)非數(shù)值的文字和其他符號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，要對(duì)文字和符號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處

理，即采用二進(jìn)制編碼來表示文字和符號(hào)。字符編碼就是規(guī)定用二進(jìn)制數(shù)表示文字和符號(hào)

的方法。目前，通用的西文字符編碼方法主要為美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(American

StandardCodeforInformationInterchange,ASCH),該代碼已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International

OrganizationforStandardization,ISO)批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO646標(biāo)準(zhǔn)。它適用于所有

的拉丁文字字母，已在全世界通用。我國相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是《信息技術(shù)信息交換用七位編

碼字符集》(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T1988—1998)?ASCH碼分為7位和8位兩種版本。常用的7位

版是二進(jìn)制編碼形式，如表2.4所示。

7位ASCII碼的每個(gè)字符都由7個(gè)二進(jìn)制位D6、Ds、D4、D3、D2.Di、Do表示，總

共可以組成128種編碼。因此，7位ASCII碼最多可表示128種字符，其中包括10個(gè)數(shù)字、

26個(gè)小寫字母、26個(gè)大寫字母以及各種運(yùn)算符號(hào)和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。

ASCH碼表中第000?001歹lj、010列第一個(gè)字符和最右下角的字符，共34個(gè)字符，其

編碼值為0-32和127,是不可顯示或打印的。它們是控制碼，用來控制計(jì)算機(jī)某些外圍

設(shè)備的工作特性和某些計(jì)算機(jī)軟件的運(yùn)行情況。例如，CR稱為回車字符，編碼為，是使顯

示器光標(biāo)或打印機(jī)換行的控制字符。

表2.4中第010?111歹U(共6歹I」)中共有94個(gè)可打印或顯示的字符，稱為圖形字符。圖

形字符有確定的結(jié)構(gòu)形狀，可在打印機(jī)和顯示器等輸出設(shè)備上輸出。同時(shí)，這些字符均可

在計(jì)算機(jī)鍵盤上找到相應(yīng)的鍵，按鍵后就可以將相應(yīng)字符的二進(jìn)制編碼輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展和深入，7位的字符集已顯得不夠用。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

又制定了ISO2022標(biāo)準(zhǔn)“7位字符集的代碼擴(kuò)充技術(shù)”。它在保持與ISO646兼容的基礎(chǔ)

上，規(guī)定了擴(kuò)充ASCII字符集8位代碼的方法。當(dāng)最高位D7置0時(shí)，稱為基本ASCII碼(編

碼同7位ASCII碼)。當(dāng)最高位置1時(shí)，形成擴(kuò)充ASCII碼，它表示數(shù)值的范圍為128?255,

可表示128個(gè)字符。

表2.47位版ASCII

D4

000001010011100101110111

D3D2DiDo^\

，

0000NULDLESP0@pP

1

0001SOHDC11AQaq

0010STXDC22BRbr

0011ETXDC3#3CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENQNAK%5EUeu

0110ACKSYN&6FVfV

0111BELETB7GWgw

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYjy

1010LFSUB*JZjz

1011VTESC+K[kI

1100FFFS<L、1I

1101CRGS—M]m)

1110SORS>NTn?

1111SIUS/90<—0DEL

2.漢字字符的編碼

為適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理漢字信息的需要，我國于1980年3月9日發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《信息交

換用漢字編碼字符集——基本集》（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T2312—1980）.它以94個(gè)可顯示的ASCH

碼字符為基集，由兩個(gè)字節(jié)（Byte,簡(jiǎn)稱B）構(gòu)成，每個(gè)字節(jié)為7位二進(jìn)制碼。其中圖形字符

構(gòu)成一個(gè)二維平面，它分成94行、94歹！J,行號(hào)稱為區(qū)號(hào)，列號(hào)稱為位號(hào)。每一個(gè)漢字或

符號(hào)在二維平面的碼表中都各自唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)號(hào)和位號(hào)。區(qū)號(hào)在左，位號(hào)在右，區(qū)號(hào)和

位號(hào)合在一起構(gòu)成4位十進(jìn)制數(shù)碼，叫作該字的區(qū)位碼。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)行一般漢字信息

處理交換用的6763個(gè)漢字和682個(gè)非漢字圖形字符的代碼，合計(jì)7445個(gè)。

為了與國際標(biāo)準(zhǔn)一致，漢字又用國標(biāo)碼來表示。每個(gè)漢字的區(qū)號(hào)和位號(hào)上必須加上

32（十進(jìn)制數(shù)）之后再轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)形式，叫作漢字的國標(biāo)碼。國標(biāo)碼用兩個(gè)字節(jié)的十

六進(jìn)制數(shù)表示，例如“中華人民共和國”這幾個(gè)字的國標(biāo)碼分別是“5650H”“3B2AH”

“484BH”“4371H”“3932H”“3A4DH”“397AH”。

2.3.2聲音的編碼

隨著多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，音頻數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的處理與存儲(chǔ)成為現(xiàn)實(shí)。聲音等非數(shù)值

信息也是通過數(shù)值化的方法在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行表示的。復(fù)雜的聲波由許多具有不同振幅和頻

率的正弦波組成，這些連續(xù)的模擬量不能由計(jì)算機(jī)直接處理，必須將其數(shù)字化后才能被計(jì)

算機(jī)識(shí)別和處理。計(jì)算機(jī)獲取聲音信息的過程即是聲音信號(hào)數(shù)字化的處理過程。聲音被計(jì)

算機(jī)處理主要經(jīng)過音頻信號(hào)的采樣、量化和編碼等過程。在計(jì)算機(jī)中，存儲(chǔ)聲音的文件格

式有很多，常用的聲音文件擴(kuò)展名有.wav、.au、.voc、.mp3、.mp4等。

2.3.3圖形數(shù)據(jù)的編碼

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的圖形信息要求用計(jì)算機(jī)來存儲(chǔ)和處理。在計(jì)算機(jī)中，

有兩種不同的圖形編碼方式，即位圖編碼和矢量編碼方法。不同的編碼方式會(huì)影響圖像的

質(zhì)量、存儲(chǔ)圖像的空間大小、圖像傳送的時(shí)間和修改圖像的難易程度。

圖像的存儲(chǔ)方式最直接的就是點(diǎn)陣方式，點(diǎn)陣即點(diǎn)的陣列，陣列中的點(diǎn)稱為像素。圖

像中的像素越多，能表示的細(xì)節(jié)（如物體）也就越多；每個(gè)像素的表示范圍越大，能表示的

細(xì)節(jié)（如顏色、灰度）也就越多。目前，常用的圖像存儲(chǔ)方式很多，GIF（graphicsinterchange

format）和JPEG（jointphotographicexpertsgroup）等格式，這些格式的優(yōu)點(diǎn)是壓縮率高，因此

傳輸速率高。

2.4數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)

在計(jì)算機(jī)中，所有的數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算都是用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行的，處理二進(jìn)制數(shù)的基本電

路是邏輯門。早期的邏輯門是由分立元件構(gòu)成的，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，如今邏輯門

均已集成化，成為集成邏輯門。數(shù)字邏輯是數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)稱，其內(nèi)容是應(yīng)用數(shù)字

電路進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)。用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路被

稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。

2.4.1基本邏輯關(guān)系及邏輯門

邏輯門是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元，每一種邏輯門的輸入和輸出之間都

基本邏輯關(guān)系

有一定的邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系都可以用“與”“或”“非”三種基本的邏輯與邏輯門.mp4

運(yùn)算來表示，而實(shí)現(xiàn)這些基本邏輯關(guān)系的電路就是邏輯門。最基本的邏輯門

是“與門”“或門”和“非門”。

1.“與”邏輯關(guān)系及“與門”

“與”邏輯關(guān)系又稱為邏輯乘，運(yùn)算符號(hào)是“A”“n”或“AND”?！芭c”邏輯

關(guān)系可以用串聯(lián)開關(guān)電路來說明，如圖2.2所示。燈亮的條件是開關(guān)A和3同時(shí)連通，否則

燈不會(huì)亮。“與”運(yùn)算、“與”邏輯關(guān)系或“與門”的運(yùn)算規(guī)則可表示為：只有當(dāng)所有的

輸入都為1時(shí)，輸出才為1。換言之，當(dāng)輸入中有一個(gè)不為1時(shí)，輸出就為0。

“與”邏輯關(guān)系用邏輯函數(shù)表示為

F=A-B

讀作“F等于A與8"，符號(hào)讀作“與”（注意:不能讀作“乘”），可略寫為/勿及

“與”運(yùn)算的真值表如表2.5所示。

在表2.5中，設(shè)開關(guān)接通為“1”，斷開為“0”；燈亮為“1”，燈滅為“0”。在數(shù)

字電路中，實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算的電路稱為“與門”，“與門”的邏輯符號(hào)如圖2.3所示。

表2.5“與”運(yùn)算的真值表

ABF=AB

000

010

100

111

2.“或”邏輯關(guān)系及“或門”

“或”邏輯關(guān)系又稱為邏輯加，運(yùn)算符號(hào)是“+”“V”“U”或“OR”?！盎颉边?/p>

輯關(guān)系可以用并聯(lián)開關(guān)電路來說明，如圖2.4所示。燈亮的條件是開關(guān)A和B只要有一個(gè)

連通即可，只有當(dāng)開關(guān)4和8都不接通時(shí)，燈才會(huì)不亮?！盎颉边\(yùn)算、“或”邏輯關(guān)系或

“或門”的運(yùn)算規(guī)則可表示為：只有當(dāng)所有的輸入都為0時(shí)，輸出才為0。換言之，當(dāng)輸

入中有一個(gè)不為0時(shí)，輸出就為1。

“或”邏輯關(guān)系用邏輯函數(shù)表示為

F=A+B

讀作“F等于A或8"，符號(hào)“+”讀作“或”（注意:不能讀作“加”）。“或”運(yùn)算的真

值表如表2.6所示。

在數(shù)字電路中，實(shí)現(xiàn)“或”運(yùn)算的電路稱為“或門”?！盎蜷T”的邏輯符號(hào)如圖2.5

所示。

_——------

AR

B—B

F

圖2.2串聯(lián)開關(guān)電路圖2.3“與門”的邏輯圖2.4并聯(lián)開關(guān)電路圖2.5“或門”的邏輯

符號(hào)符號(hào)

表2.6“或”運(yùn)算的真值表

ABF=A+B

000

01