1、第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),1.1 數(shù)據(jù)、信息、媒體和多媒體,1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)信息的表示,1.3 計(jì)算機(jī)中非數(shù)值數(shù)據(jù)信息表示,1.4 微型計(jì)算機(jī)基本工作原理,1.5 評(píng)估計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo),1.數(shù)據(jù) 對(duì)事實(shí)、概念或指令的一種特殊表達(dá)方式，并可由人工或 自動(dòng)進(jìn)行加工處理、傳輸或轉(zhuǎn)換。,1.1 數(shù)據(jù)、信息、媒體和多媒體,數(shù)字、文字、圖畫、聲音、視頻等都是數(shù)據(jù)，但不能直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，必須采用二進(jìn)制編碼形式才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，一般是二進(jìn)制編碼形式表示。,2.信息 對(duì)人們有用的數(shù)據(jù)稱為信息。 計(jì)算機(jī)信息處理（或數(shù)據(jù)處理）過程： 數(shù)據(jù)采集、輸入組織、存貯、建庫(kù)加工、轉(zhuǎn)換、分類

2、等 向人們輸出有用信息 信息處理的目的是獲取有用信息,與計(jì)算機(jī)信息處理有關(guān)的媒體有5種： 1 感覺媒體：用戶接觸信息的感覺形式，如視覺、聽覺和觸覺； 2 表示媒體： 信息的表示形式，如聲音、文字、圖畫等； 3 顯示媒體： 表現(xiàn)和獲取信息的物理設(shè)備， 感覺媒體表示媒體（磁盤、掃描儀、話筒等）， 表示媒體感覺媒體（顯示器、打印機(jī)、音箱等） ； 4 存儲(chǔ)媒體： 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的物理設(shè)備，如磁盤、光盤、半導(dǎo) 體存貯器等； 5 傳輸媒體： 傳輸數(shù)據(jù)的物理設(shè)備 ，如同軸電纜、光纖、電話線等。,4.多媒體 多媒體多種媒體（Multimedia） 多媒體技術(shù)能夠交互式地綜合處理多種不同媒體 的信息處理技術(shù)。 多媒體

3、計(jì)算機(jī)具有多媒體技術(shù)的計(jì)算機(jī),有關(guān)術(shù)語 1. 位 ( bit ) 2. 字節(jié) ( Byte ) 3. 字和字長(zhǎng) (word) 4. 位編號(hào) 5. 指令、指令系統(tǒng)和程序 6. 寄存器 7. 譯碼器,1. 位 ( bit) 指計(jì)算機(jī)能表示的最基本最小的單位 在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令，故： 位就是一個(gè)二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，“0” 和 “1”,2. 字節(jié) ( Byte ) 相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié) 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111,3字和字長(zhǎng),字長(zhǎng)是每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)。 常與CPU內(nèi)部的寄存器、 運(yùn)算裝置、總線寬度一致,字是CPU內(nèi)部進(jìn)

4、行數(shù)據(jù)處理的基本單位。,例 某CPU內(nèi)含 8位運(yùn)算器，則： 參加運(yùn)算的數(shù)及結(jié)果均以 8位 表示, 最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在8位運(yùn)算器中不保存， 而將其保存到標(biāo)志寄存器中,字長(zhǎng)是衡量CPU工作性能的一個(gè)重要參數(shù)。 不同類型的CPU有不同的字長(zhǎng)。 如: Intel 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486, Pentium是 32 位,處理器中字長(zhǎng)與數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)的關(guān)系,傳統(tǒng)上一個(gè)處理器的字長(zhǎng)與數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)相同。數(shù)據(jù)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)與處理的數(shù)據(jù)位數(shù)一致，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。根據(jù)數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)，往往能知道處理器字長(zhǎng)；或者反之。 但現(xiàn)在很多處理器并不完全遵循這個(gè)規(guī)則

5、。 例如，8088處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)、寄存器位數(shù)、指令處理數(shù)據(jù)的位數(shù)即字長(zhǎng)，是16位 (與8086一樣), 然而其外部數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)卻是8位，目的是方便與當(dāng)時(shí)流行的8位設(shè)備連接。 再如，Pentium處理器的字長(zhǎng)32位，但其外部數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)卻是64位數(shù)據(jù)線，能夠更快地傳輸主存數(shù)據(jù)，便于支持芯片內(nèi)部的高速緩沖存儲(chǔ)器。實(shí)際上，與外設(shè)連接只使用32位數(shù)據(jù)線。 總之，處理器中字長(zhǎng)與數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)的具體關(guān)系是：或者相等，或者是倍數(shù)關(guān)系。,8088 / 8086中： 把一個(gè)字定為16 位， 1 Word = 2 Byte 一個(gè)雙字定為32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte,例如：,4. 位編號(hào)

6、為便于描述，對(duì)字節(jié),字和雙字中的各位進(jìn)行編號(hào)。 從低位開始，從右到左依次為 0、1、2,5. 指令、指令系統(tǒng)和程序 一個(gè)CPU能執(zhí)行什么操作，是工程人員設(shè)計(jì)和制造好的， 是固定的，用戶不能改變。 指令是CPU能執(zhí)行的一個(gè)基本操作。 如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù) 等 指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。 不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。 程序是用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)，為解決問題，用一條條指令編寫的指令序列。 構(gòu)成程序的指令在存儲(chǔ)器中一般都是順序存放，要破壞這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作。,計(jì)算機(jī)通過內(nèi)存來記憶、存放數(shù)據(jù)和程序 數(shù)值計(jì)算 一般自然數(shù) * 數(shù)據(jù) 文字處理 字符型數(shù)據(jù) 圖像處理 像素等 *

7、 程序 依據(jù)用途、功能和數(shù)據(jù)類型不同而不同。,6寄存器 寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。,根據(jù)存放信息的不同， 分為：指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。,7譯碼器 譯碼器是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出信號(hào)的邏輯電路。,指令是CPU能執(zhí)行的一個(gè)基本操作; CPU的設(shè)計(jì)者對(duì)CPU的所有指令進(jìn)行編碼; 用戶用編碼形式的指令進(jìn)行編程，程序存放在內(nèi)存中; CPU從內(nèi)存取來編碼形式的指令, 對(duì)指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號(hào),根據(jù)譯碼內(nèi)容的不同，可分為： 指令譯碼器: 將指令代碼轉(zhuǎn)換成該指令所需的各種控制信號(hào)。 地址譯碼器: 將地址信號(hào)轉(zhuǎn)換成各地址單元相應(yīng)的選通信號(hào)。,1.2.1

8、機(jī)器數(shù)和真值 按進(jìn)位的方法計(jì)數(shù)稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，凡進(jìn)位計(jì)數(shù)制都可按權(quán)展開： anrn+an-1rn-1+ a1r1 + a0r0 +b1r-1+ b2r-2 + bmr-m r = 2，10，8，16 基數(shù) rk 位權(quán) 一個(gè)數(shù)，值的大小=各位權(quán)乘以各位上的值。 2#：（Binary B） 8# ：（Octal Q） 16#：（Hexadecimal H） 10#：（Decimal D）,在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行運(yùn)算和處理均是按二進(jìn)制數(shù)處理的； 而二進(jìn)制數(shù)寫起來麻煩，書寫時(shí)可以八進(jìn)制或十六進(jìn)制表示； 日常生活中又常用十進(jìn)制，涉及到十 二轉(zhuǎn)換； 在如商業(yè)統(tǒng)計(jì)等特殊應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)運(yùn)算非常簡(jiǎn)單，但數(shù)據(jù)的I/O量很

9、大，進(jìn)行十 二轉(zhuǎn)換的開銷太大。可以在計(jì)算機(jī)中直接使用十進(jìn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)表示處理 出現(xiàn)了 BCD 碼。 因此就有： 二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制和十進(jìn)制等數(shù)制之間以及和BCD碼之間的轉(zhuǎn)換問題,進(jìn)制數(shù)有二個(gè)要素： 1. 基數(shù)： 如：十進(jìn)制：0 9（逢 十 進(jìn) 一） 二進(jìn)制：0，1（逢 二 進(jìn) 一） 2. 位權(quán)：基數(shù)i 某一位數(shù)絕對(duì)值大小 = 數(shù)位權(quán). 二進(jìn)制數(shù)：基數(shù)2 位權(quán)2i 八進(jìn)制數(shù)：基數(shù)8 位權(quán)8i 十六進(jìn)制數(shù): 基數(shù)16 位權(quán)16i,數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換： （一）、 十 二 1. 整數(shù) 十 二 （除2取余法：整數(shù)除2取余，直到商為0為止，讀數(shù)由后向前。 ） 例： （217）10=k n 2n+ k n-

10、1 2 n-1+ k1 21 +k0 20 = 2(k n 2 n-1+k n-1 2 n-2+k1 20)+k0 2(k n 2 n-1+k n-1 2 n-2+k 1 20) 是2的倍數(shù)， k0 是余數(shù).,（217）102 -得到余數(shù)k0 /2 整數(shù) 商 余數(shù)： 按照相反的方向?qū)懴聛怼?/2 /2 /2 /2 /2 /2 /2 /2 217 108 54 27 13 6 3 1 0 -商 1 0 0 1 1 0 1 1 余數(shù) 低位 高位 (217)10=（11011001）2,書寫方向,小數(shù)十二: 乘2取整 方法：對(duì)十進(jìn)制數(shù)逐次乘2，小數(shù)點(diǎn)前邊的數(shù)為系數(shù)k i。 位數(shù)取決于要求精度。如：

11、(0.613)10 2=1.226 k-1=1 (0.226)10 2=0.452 k-2=0 (0.452)10 2=0.904 k-3=0 (0.904)10 2=1.808 k-4=1 （0. 1001）2 =（0. 5625）10 (0.808)10 2=1.616 k-5=1 （0.10011）2=（0. 609375）10 (0.616)10 2=1.232 k-6=1 (0.613)10=(0.1001)2 k-7=0,高位（書寫方向）,低位,結(jié)論：102數(shù)制轉(zhuǎn)換 整數(shù)：102，除2取余，直到商為0。 小數(shù)：102，乘2取整，直到要求精度 混合小數(shù)：102，整數(shù)小數(shù)分別轉(zhuǎn)換，然后

12、組合起來。 3.二十 用公式展開 （0. 1001）2 =1 2-1+1 2-4=0. 5+0. 0625=（0. 5625）10 （0.10011）2=1 2-1+1 2-4+1 2-5+1 2-6 =（0. 609375）10 看一下常用的幾種數(shù)制寫法：八位二進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制 BCD 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 2 10 2 2 10 3 11 3 3 11 4 100 4 4 100 5 101 5 5 101 6 110 6 6 110 7 111 7 7 1118 1000 10 8 1000 9 1001 11 9 1001 10 1010 1

13、2 0A 10000 11 1011 13 0B 10001 12 1100 14 0C 10010 13 1101 15 0D 10011 14 1110 16 0E 10100 15 1111 17 0F 10101 16 10000 20 10 10110 。 。 。 11 。 。 。 。 12 。 。 。 。 。 。 (255)D 11111111B 377Q 0FFH (10,0101,0101)BCD,（二）、二 八，二 十六，二 BCD之間轉(zhuǎn)換 1、二 八,二 八： 以小數(shù)點(diǎn)為界向左向右三位一段，不夠補(bǔ)0， 三位二進(jìn)制數(shù)用一位八進(jìn)制數(shù)表示。 例：（ 1，101，001.010，0

14、11，1 ）2 不夠補(bǔ)0 不夠補(bǔ)0 （001 101 001. 010 011 100）2=（151.234）8 八二： 一位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)表示. （151234）8=（001 101 001. 010 011 100）2,2、二 十六： 二十六： 以小數(shù)點(diǎn)為界向左向右四位一段， 不夠補(bǔ)0, 四位二進(jìn)制數(shù)用一位十六進(jìn)制數(shù)表示。 例：（ 110 1001.0100 111 ）2 ( 69.4E )16 不夠補(bǔ)0 不夠補(bǔ)0 (0 1 1 0,1 0 0 1 . 0 1 0 0,1 1 1 0)2=(69 . 4E)16 十六二：一位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示。 例： (69 . 4E)1

15、6 = (0 1 1 0,1 0 0 1 . 0 1 0 0,1 1 1 0)2,3、二 BCD BCD數(shù)： 常用8421碼，每一位十進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制編碼表示。 9D1001BCD 10D 0001 0000BCD BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換沒有直接關(guān)系， 必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制,然后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。 例：1111111B=255D=0010,0101,0101BCD 0010,0101,0101BCD255D=1111 1111B,1.2.1 機(jī)器數(shù)和真值,一、機(jī)器數(shù)：數(shù)在機(jī)器中的表示形式 例：1000001010 1010001010 一個(gè)數(shù)連同它的符號(hào)位均用（0，1）兩種數(shù)碼來表示,原碼的優(yōu)

16、點(diǎn)： 簡(jiǎn)單易懂、與真值轉(zhuǎn)換方便。 缺點(diǎn)： 不便于計(jì)算 （首先判符號(hào)，再?zèng)Q定用加或減）,例：x1=67=+1000011Bx1原=01000011 x2=67=1000011Bx2原=11000011,例：x1=67=+1000011B x1反=01000011 x1原 x2=67=1000011Bx2反=10111100,1. 同余的概念與補(bǔ)碼： 同余（余相等） 例： 鐘表3 = 15 （mod 12） 用12去除3和15，余數(shù)皆為3，稱 3、15在以12為模 時(shí)同余，記作：3 = 15 （mod 12） 或說：3和15在以12為模時(shí)相等 模為一個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的最大量程,推至一般：a+M = a

17、（mod M） a+2M = a（mod M） 因而有：4+10= 6 = 4 （mod 10） 6= 4 （mod 10） 稱：以10為模時(shí)，6與4相等；6為4的補(bǔ)碼。 或說：6與4對(duì)模10來說互為補(bǔ)數(shù)。 這時(shí)，我們可以將減法轉(zhuǎn)化為加法：7 4 = 7+6 （mod 10）,注意：對(duì)于字長(zhǎng)為n的計(jì)算機(jī)來說，模為2n， 2n在計(jì)算機(jī)中僅能以n個(gè)0表示，因此可以說， 2n與0在計(jì)算機(jī)中的表現(xiàn)形式是一樣的。 計(jì)算機(jī)中求補(bǔ)數(shù)的方法：,減去一個(gè)數(shù)等于加上這個(gè)數(shù)的補(bǔ)數(shù),即對(duì)于任意一個(gè)負(fù)數(shù)，我們都可以通過“2n?！钡姆绞剑蛊渎湓?2n的范圍內(nèi)，即用“同余”的正數(shù)來表示該負(fù)數(shù)，在限制字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)中，其計(jì)算

18、結(jié)果是相等的。,當(dāng)已知X補(bǔ)時(shí)，可由 X補(bǔ)補(bǔ)X原 求得X原。,當(dāng) -128 X 127時(shí)，其原碼、反碼、補(bǔ)碼見下頁表。 在表中： 0的原、反碼皆有兩個(gè)，而補(bǔ)碼只有一個(gè)； -128的原、反碼無法表示，但其補(bǔ)碼即為-0的原碼。,數(shù)制:二進(jìn)制,十進(jìn)制,十六進(jìn)制等; 碼制:不同的二進(jìn)制編碼,如原碼,反碼和補(bǔ)碼. 2. 三種編碼的最高位都是表示符號(hào)位。 S=0，真值為正數(shù)，其余位為真值； S=1，真值為負(fù)數(shù)，須按一定規(guī)律求出真值。,4. 當(dāng)計(jì)算機(jī)采用不同的碼制時(shí)，運(yùn)算器和控制器的結(jié)構(gòu)將不同。采用原碼、反碼、補(bǔ)碼形式的計(jì)算機(jī)分別稱為原碼計(jì)算機(jī)、反碼計(jì)算機(jī)和補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)。,3. 對(duì)正數(shù)，三種編碼都是一樣的，即x

19、原=x反=x補(bǔ)。 對(duì)于負(fù)數(shù)，三種編碼不同。 原、反和補(bǔ)碼的實(shí)質(zhì)是解決負(fù)數(shù)在機(jī)器中表示的三種 不同編碼方法。,當(dāng)表示純小數(shù)時(shí)： 原碼范圍：1.1111111 0.1111111, 其中 1.0000000 和 0.0000000 都表示0 -127/128 +127/128， -(1-2-7) +(1-2-7) 反碼范圍同原碼 補(bǔ)碼范圍：其中0.0000000表示0， 但是1.0000000表示-1(即 -128/128) -1 +127/128, -1 +(1-2-7),依定義可以證明： x-y補(bǔ)=2n+（x-y）=2n+2n-2n+(x-y)=2n+x-(2n+y)=x補(bǔ)-y補(bǔ) 所以 x-y

20、補(bǔ)=x補(bǔ)y補(bǔ) = x補(bǔ) + -y補(bǔ),結(jié)論：a. 兩個(gè)數(shù)差的補(bǔ)碼等于兩個(gè)數(shù)補(bǔ)碼的差。 b. 兩個(gè)數(shù)差的運(yùn)算，可以轉(zhuǎn)換為單純的加法運(yùn)算， 關(guān)鍵是求出- y補(bǔ)。,1.2.3 補(bǔ)碼的運(yùn)算,-y補(bǔ) 對(duì)y補(bǔ)連同符號(hào)位在內(nèi)一起求反+1 （稱此過程為 對(duì)y補(bǔ)求補(bǔ) 記作 y補(bǔ)求補(bǔ)） 所以： x-y補(bǔ)x補(bǔ)-y補(bǔ)x補(bǔ)+-y補(bǔ)x補(bǔ)+y補(bǔ)求補(bǔ) 由于補(bǔ)碼的引入，使正負(fù)數(shù)的加減運(yùn)算簡(jiǎn)化為單純的加法運(yùn)算。,結(jié)論：進(jìn)位舍掉已體現(xiàn)在模上。S=0，結(jié)果即為原碼。,結(jié)論：對(duì)無符號(hào)數(shù)，當(dāng)加法有進(jìn)位時(shí)，進(jìn)位位的權(quán)為28=256。 所以，結(jié)果=256+32+16=304，此數(shù)超過了8位字長(zhǎng)，故 最終結(jié)果用CF=1來體現(xiàn)。 對(duì)機(jī)器而言，需設(shè)

21、置CF標(biāo)志。,結(jié)論：對(duì)無符號(hào)數(shù)，減法轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼加法運(yùn)算。 原碼相減無借位=補(bǔ)碼相加有進(jìn)位，結(jié)果為正。,結(jié)論：對(duì)無符號(hào)數(shù)，減法轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼加法運(yùn)算。 原碼相減有借位，補(bǔ)碼相加無進(jìn)位，結(jié)果為負(fù)。 11110000補(bǔ) 10010000原16,補(bǔ)充： 可證明 2x補(bǔ)2x補(bǔ)；x/2補(bǔ)x補(bǔ)/2 算術(shù)移位： 對(duì)某個(gè)有符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)： 左移1位相當(dāng)于該數(shù)乘以2 右移1位相當(dāng)于該數(shù)除以2 條件：移動(dòng)之后的數(shù)值不得超過字的表示范圍,溢出與進(jìn)位及補(bǔ)碼運(yùn)算的進(jìn)位丟失之間的區(qū)別 a. 溢出與進(jìn)位是兩個(gè)不同性質(zhì)的概念 (CF)進(jìn)位主要用于對(duì)無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算，指的是超過一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)字的算術(shù)進(jìn)位(或借位）。在多字節(jié)的算術(shù)運(yùn)算中，

22、通常低字節(jié)是無符號(hào)數(shù)，只有最高字節(jié)有符號(hào)位。低字節(jié)有進(jìn)位時(shí)，須有個(gè)標(biāo)志CF。 (OF)溢出則主要用于帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算。,溢出：運(yùn)算過程中的數(shù)據(jù)超出計(jì)算機(jī)所能表示的范圍 （僅對(duì)帶符號(hào)數(shù)而言）,b. 溢出與補(bǔ)碼運(yùn)算中的進(jìn)位丟失也應(yīng)加以區(qū)別 帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)，由補(bǔ)碼運(yùn)算產(chǎn)生的符號(hào)位進(jìn)位要丟失。但若其結(jié)果未超出-128+127（8bit字長(zhǎng)）范圍，則不能認(rèn)為溢出。,2. 帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果可能溢出,3. 無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則 a. 凡參加運(yùn)算的數(shù)為正數(shù)，整個(gè)字長(zhǎng)表示數(shù)值。 b. 兩個(gè)無符號(hào)數(shù)相加，只要絕對(duì)值不超過n位， 和一定為正數(shù)。有進(jìn)位時(shí)，可增加字長(zhǎng)。 c. 兩個(gè)無符號(hào)數(shù)相減，差值符號(hào)取決于兩數(shù)絕對(duì)值的

23、大小,看CF值。,1.2.4 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù),計(jì)算機(jī)不僅要處理整數(shù)運(yùn)算，還需處理小數(shù)運(yùn)算，如何處 理小數(shù)點(diǎn)位置是十分重要的。通常有定點(diǎn)與浮點(diǎn)兩種方法。,結(jié)論：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)在格式上毫無差別，這是因?yàn)槎c(diǎn) 數(shù)的小數(shù)點(diǎn)是隱含的，但它們的真值卻不相同。,當(dāng) 1/2 | S | ，稱該浮點(diǎn)數(shù)為規(guī)格化了的浮點(diǎn)數(shù)。 表明： 小數(shù)點(diǎn)后面的第1位一定是1，不能是0。 即尾數(shù)S原碼的最高位為1。,Pentium中三種不同類型浮點(diǎn)數(shù)的格式: 單精度浮點(diǎn)數(shù): 浮點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度 32位; 尾數(shù)長(zhǎng)度 24位(b0=1隱含); 符號(hào)位 1位;指數(shù)P長(zhǎng)度 8位;指數(shù)偏移量127. 雙精度浮點(diǎn)數(shù): 浮點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度 64位; 尾數(shù)長(zhǎng)

24、度 53位(b0=1隱含); 符號(hào)位 1位;指數(shù)P長(zhǎng)度 11位;指數(shù)偏移量1023. 擴(kuò)充精度浮點(diǎn)數(shù): 浮點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度 80位; 尾數(shù)長(zhǎng)度 64位; 符號(hào)位 1位;指數(shù)P長(zhǎng)度 15位;指數(shù)偏移量16383.,1.2.5 BCD碼及其十進(jìn)制調(diào)整,1 . BCD碼 適合于十進(jìn)制的二進(jìn)制代碼的特殊形式。 用四位二進(jìn)代碼來表示一位十進(jìn)制數(shù)，簡(jiǎn)稱BCD(Binary Coded Decimal）。,2 . 自然BCD碼 采用與09各 數(shù)字所對(duì)應(yīng)的二進(jìn) 制數(shù)作為代碼，稱 為8421 BCD（簡(jiǎn)稱 NBCD）。如右表。,BCD碼貌似二進(jìn)制，實(shí)為十進(jìn)制。用于計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)備中,作為二進(jìn)制與十進(jìn)制間的過渡性編碼,

25、簡(jiǎn)化人機(jī)關(guān)系。,當(dāng)BCD碼運(yùn)算時(shí)，計(jì)算機(jī)總是將代碼當(dāng)成二進(jìn)制來處理,而BCD碼的運(yùn)算本質(zhì)上是十進(jìn)制的計(jì)算。因此,必須對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使之符合十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算和進(jìn)位的規(guī)律，才能得到正確的BCD碼。 例:用BCD碼求 38+49 0011 1000 (38)BCD + 0100 1001 (49)BCD 1000 0001 (81)BCD 正確結(jié)果應(yīng)為87,計(jì)算錯(cuò)誤. 原因: 十進(jìn)制加法 ”逢十進(jìn)一”,但計(jì)算機(jī)按照二進(jìn)制運(yùn)算,每4位一組,低4位向高4位進(jìn)位相當(dāng)于十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)位 ”逢十六進(jìn)一”,所以當(dāng)結(jié)果超過9時(shí), 將比正確結(jié)果少6, 應(yīng)采用”加6修正”. 同樣,在進(jìn)行減法計(jì)算時(shí),當(dāng)?shù)臀幌蚋呶挥?/p>

26、借位時(shí),由于 ”借一當(dāng)作十六” 和 ”借一當(dāng)作十” 的差別,將比正確結(jié)果多6, 應(yīng)采用”減6修正”.,調(diào)整規(guī)則如下： (1)加法：如果兩個(gè)BCD數(shù)相加結(jié)果 9且16 或 16（產(chǎn)生進(jìn)位) ，則應(yīng)作加6修正。 (2)減法： 如果兩個(gè)BCD數(shù)相減結(jié)果 產(chǎn)生借位，則應(yīng)減6修正。,注意： 在計(jì)算機(jī)中有專門的十進(jìn)制調(diào)整指令,例如用于壓縮BCD碼的DAA（DAS），非壓縮BCD碼的AAA(AAS), 分別使機(jī)器按照規(guī)則自動(dòng)進(jìn)行加(減)調(diào)整運(yùn)算。,例:用BCD碼求94+7 1001 0100 (94)BCD + 0000 0111 (7)BCD 1001 1011 低4位滿足加法9且16條件 + 0000

27、0110 +6調(diào)整 1010 0001 修正后高4位滿足修正條件 + 0110 0000 +6調(diào)整 1 0000 0001 結(jié)果為101,正確,3. BCD碼在計(jì)算機(jī)中的表示方法 壓縮BCD碼 用4位二進(jìn)制編碼表示1位十進(jìn)制數(shù)。即1個(gè)字節(jié)表示0099， 如(56)10=(0101 0110)BCD 非壓縮BCD碼 用8位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)。即用1個(gè)字節(jié)表示09，字節(jié)的高4位總置0。 如(56)10=(00000101 00000110)BCD,例：BEL Bell (07H，響鈴) Del deletion (7FH，刪除) CR Carriage Return (0DH，回車) LF

28、Line Feed (0AH，換行),我國(guó)的GB198880編碼字符集，除￥ $(24H)外，其余同ASCII碼。,1.3.2 中文信息的表示,1. 漢字總數(shù)多，字形復(fù)雜，在計(jì)算機(jī)中采用GB2312-80標(biāo)準(zhǔn)， 規(guī)定一個(gè)漢字用兩個(gè)字節(jié)來編碼，共可編碼： 25625665536種,2. 為與ASCII編碼相區(qū)別， 將每個(gè)字節(jié)的低7位用于編碼，每個(gè)字節(jié)的最高位用于區(qū)分漢字編碼和ASCII字符碼.稱為雙7位漢字編碼（國(guó)標(biāo)碼，漢字國(guó)際交換碼）， 共可編碼： 12812816384種 將每個(gè)字節(jié)的最高位bit7=1，形成漢字的另一種編碼（漢字機(jī)內(nèi)碼）。內(nèi)碼用于統(tǒng)一不同系統(tǒng)所使用的不同漢字輸入碼。,國(guó)標(biāo)碼

29、的每個(gè)字節(jié)80H 漢字機(jī)內(nèi)碼,3. 漢字的輸入輸出 輸入法很多，不同輸入法有自己的編碼方案，稱為輸入碼，如：數(shù)字編碼（如國(guó)際區(qū)位碼）、拼音編碼、字形編碼（如五筆字型）。 但輸入碼進(jìn)入機(jī)器后，必須轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼，以便統(tǒng)一。 輸出是先用漢字字型碼（點(diǎn)陣編碼）將漢字按字型排成點(diǎn)陣，常用點(diǎn)陣有：1616，2424，3232或更高。 然后將此圖形畫在屏幕上。信息量大，不適用于機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。,1.3.3 計(jì)算機(jī)中圖、聲、像的表示,圖、聲、像等模擬信號(hào) 采樣、量化、編碼 數(shù)字信息 再壓縮、存儲(chǔ) 還原處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換 原來信息。,1.4.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件組成 構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵是如何將部件有機(jī)地連接起來。 微型

30、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是以微處理器（CPU）為核心，通過總線連接內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口電路而構(gòu)成的，微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。,微處理器是計(jì)算機(jī)的中樞，是個(gè)商品化的集成電路芯片，它的引腳個(gè)數(shù)、引腳功能、引腳的有效電平及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力都是確定的，其引腳通常分為 3類：AB、DB、CB。,由于微處理器的結(jié)構(gòu)固定，因此決定了微型計(jì)算機(jī)只能以總線方式連接。 用戶無法直接控制內(nèi)部總線的工作，因此內(nèi)部總線對(duì)用戶而言是透明的。,1. 總線,總線的優(yōu)點(diǎn)： 減少計(jì)算機(jī)中信息傳送線根數(shù)，提高可靠性。 方便對(duì)存貯器及I/O接口芯片進(jìn)行擴(kuò)充。 但以犧牲“分時(shí)”工作速度為代價(jià)。,按總線性質(zhì)，總線可分為：AB、DB、CB

31、。 按總線連接對(duì)象不同，總線可分為： 1） 片總線 （又稱板內(nèi)總線，用于芯片級(jí)的連接。） 將CPU、ROM、RAM、基本I/O接口等連成一個(gè)系統(tǒng)。,2） 內(nèi)總線（又稱板間總線，系統(tǒng)總線，用于部件級(jí)的連接。） 在該總線上裝有58個(gè)通用I/O擴(kuò)展插槽，不同設(shè)備的接口電路通過擴(kuò)展槽與主機(jī)相連。,3) 外部總線（用于微機(jī)與外設(shè)間的連接） 常用的有：RS-232（標(biāo)準(zhǔn)串口），Centronic（標(biāo)準(zhǔn)并口）， IEEE-488（GPIB）, 片總線，又稱元件級(jí)總線。 內(nèi)總線（I BUS），又稱系統(tǒng)總線、微型計(jì)算機(jī)總線或板級(jí)總線。 外總線（E BUS），又稱通信總線。,用三類總線構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),總線是

32、連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線 微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸?shù)?地址總線 AB ( Address Bus) ：從微處理器輸出的一組地址線，用以指定微處理器所訪問的外界部件（存貯器、 I/O端口等）的地址。當(dāng)?shù)刂房偩€數(shù)為n時(shí)，直接尋址空間為2n。三態(tài)輸出，單向。,地址總線的條數(shù) 決定CPU的尋址能力。 10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M 32根 232 22 230 4G 36根 236 26 230 64G,數(shù)據(jù)總線 DB ( Data Bus )：微處理器與外界傳送數(shù)據(jù)的信號(hào)線的集合。它決定了微處理器和外部傳送數(shù)據(jù)通道的寬度，又稱為微處理器的字長(zhǎng)

33、。雙向、三態(tài)的。,數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。,8 根 一次傳送 8位 16 根 一次傳送 16位 32 根 一次傳送 32位 64 根 一次傳送 64位,控制總線CB ( Control Bus ) ： 用于傳送各種控制信號(hào)，使微處理器的工作與外部電路同步。有的高電平有效，有的低電平有效。有輸入，也有輸出。,例如： 有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫控制信號(hào)； 有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請(qǐng)信號(hào)。,此信息在存貯器中以 二進(jìn)制數(shù)表示,例：6264 8K8bit （8KB或64Kb）， 該RAM有8K字節(jié),3 . 地址與存貯單元 存貯單元：每個(gè)存貯單元存放著固定位

34、數(shù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即字或字節(jié)，多為字節(jié)。,指標(biāo) 存/取周期（速度）：存/取一個(gè)代碼的時(shí)間，越快越好（一般 在10ns50ns之間）,1. 作用 記憶、存放數(shù)據(jù)和程序,存取容量：存貯單元數(shù)每個(gè)單元的二進(jìn)制位數(shù),內(nèi)存 由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。（或者：存儲(chǔ)體輔助電路）,存貯器由存貯體+輔助電路構(gòu)成,內(nèi)存單元 存儲(chǔ)信息的基本單元。 每片內(nèi)存芯片有若干個(gè)內(nèi)存單元。 每個(gè)單元可存儲(chǔ)1位或多位等二進(jìn)制數(shù)。,內(nèi)存單元的地址 為區(qū)分各內(nèi)存單元，每個(gè)內(nèi)存單元對(duì)應(yīng)有一個(gè)地址。 地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中。,內(nèi)存單元的內(nèi)容 每個(gè)內(nèi)存單元所存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。,CPU對(duì)內(nèi)存的讀/寫操作 讀操作：

35、CPU送地址地址 Reg（MAR）譯碼器選中（取）相應(yīng)內(nèi)存單元，在讀控制信號(hào)控制下，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器（MDR）CPU 寫操作：CPU送地址地址 Reg（MAR）譯碼器選中（CPU存）相應(yīng)內(nèi)存單元，然后將待寫數(shù)據(jù)MDR中，在寫控制信號(hào)控制下，將MDR中的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。,內(nèi)存的分類 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM：DRAM、SRAM ）： 信息可寫入、可讀出；讀出不破壞其內(nèi)容。寫入新的內(nèi)容之 前，舊的保持。 但在斷電時(shí)內(nèi)容消失，通常用于存放數(shù)據(jù)。,當(dāng)一個(gè)字存放于內(nèi)存時(shí)：低對(duì)低，高對(duì)高。 （規(guī)則字和非規(guī)則字，或稱對(duì)準(zhǔn)存放和非對(duì)準(zhǔn)存放問題）,只讀存儲(chǔ)器（ROM： PROM、EPROM、E2PROM 等）： 信息

36、只可讀出，不可寫。 一經(jīng)寫入，幾乎可永久保持，用于存放程序。,3. CPU（微處理器） 作用 具有運(yùn)算與控制功能，指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作。 基本部件 CPU=ALU+CU+Reg.組 ALU 算術(shù)邏輯單元 CU 控制器 Reg. 組 寄存器組,ALU：完成各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 Acc：通用寄存器，提供ALU運(yùn)算的一個(gè)操作 數(shù)，并存放運(yùn)算結(jié)果。 FR：用來記錄計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)某些重要標(biāo)志 （ 如：溢出、 進(jìn)位、結(jié)果為0、正/負(fù)等） 有時(shí)根據(jù)這些狀態(tài)控制CPU的運(yùn)行。 Reg.組：用來存放少量數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果，提高 CPU的運(yùn)算速度,當(dāng)一個(gè)字存放于堆棧時(shí)：低對(duì)低，高對(duì)高。, 常用兩種棧的形式,堆棧與

37、堆棧指針SP（Stack Pointer） 堆棧 常用來存放信息，其特征為先進(jìn)后出 (FILO)或后進(jìn)先出(LIFO)。 寄存器 存貯器中的一段（通常用這種 “軟堆?！保?棧底,生成方向,生成方向,PC （程序計(jì)數(shù)器） 指出程序中將要執(zhí)行的指令地址 IR（指令寄存器） 寄存從內(nèi)存來的指令 ID（指令譯碼器） 分析指令用 PLA（控制邏輯） 發(fā)出相應(yīng)的節(jié)拍脈沖和電位，去完 成指令的所有操作。,控制器：CU=PC+IR+ID+PLA, 堆棧指針SP 作用 指示當(dāng)前棧頂，即SP中為當(dāng)前棧頂?shù)牡刂贰?對(duì)向下（低地址）生長(zhǎng)的堆棧 push sp-1 sp pop sp+1 sp 對(duì)向上（高地址）生長(zhǎng)的堆

38、棧 push sp+1 sp pop sp-1 sp 常用向下生長(zhǎng)的堆棧。(注：堆棧在內(nèi)存中，堆棧指針在CPU中),外存貯器（不能直接與CPU打交道） 外存的使用可解決數(shù)據(jù)、程序量大，不能都放于內(nèi)存或需永久記憶的場(chǎng)合（內(nèi)存在掉電后，則信息丟失）。 外存歸屬于外設(shè)，須通過接口才能將信息送至內(nèi)存。,常用外存 磁盤 軟盤 ：1.2MB/1.44MB 硬盤 如：1080GB 光盤 CD（只讀）：600MB,5. I/0設(shè)備 人機(jī)聯(lián)系,2. I/O接口 由于外設(shè)速度低，難以和CPU及MEM工作速度相匹配。 工作電平常常也不同。 需要一個(gè)中間環(huán)節(jié)I/O接口，以達(dá)到緩沖與鎖存、變換、隔離、外設(shè)選址和狀態(tài)聯(lián)絡(luò)

39、信號(hào)“忙、閑”的目的。 保證數(shù)據(jù)在外設(shè)與CPU間正常傳送。,1.4.2 微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng),微機(jī)的軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。,軟件系統(tǒng)是人們?yōu)槭褂煤烷_發(fā)計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的各種程序以及程序設(shè)計(jì)語言和有關(guān)資料的總稱。其基本功能是控制、管理、維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，解決用戶的各種實(shí)際問題。,1. 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理、調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)的軟件，一般包括以下幾類。 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的軟件，一 般將對(duì)計(jì)算機(jī)的全部硬件和軟件資源進(jìn)行統(tǒng)一 管理、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一分配的軟件系統(tǒng)稱為計(jì) 算機(jī)的“操作系統(tǒng)”。 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 各種程序設(shè)計(jì)語言及其解釋程序和編譯程序 機(jī)器的監(jiān)控管理程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序。 網(wǎng)絡(luò)軟件和窗口軟件等。,2. 應(yīng)用軟件 是用戶根據(jù)自己的需要，為解決某種問題而編制的一些軟件。 又可為通用應(yīng)用軟件和專用應(yīng)用軟件兩大類。,1.4.3 微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本過程