1、計(jì) 算 機(jī) 導(dǎo) 論(2),盧昌荊 主講 2009.10,計(jì)算機(jī)中為什么采用二進(jìn)制？,計(jì)算機(jī)中，數(shù)是用物理器件的狀態(tài)表示的，二進(jìn)制只有兩種狀態(tài)（0，1），容易用電路表示。電位的高低，脈沖的有無(wú)，電路的通斷等都可表示。 二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，容易用數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)。 二進(jìn)制可方便的表示邏輯值，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。,二進(jìn)制表示的位模式 進(jìn)行編碼存儲(chǔ),一、數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理,二進(jìn)制的存儲(chǔ)問題 位模式 位（bit）:信息表示的最小單位。凡是能表示兩種狀態(tài)的物質(zhì)就可以構(gòu)成一個(gè)位（bit），分別表示0和1。 位的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)開關(guān)、磁極、電容器、觸發(fā)器、 位模式：由若干個(gè)位(bit)組成的位的集合。一般以8個(gè)位構(gòu)成一個(gè)

2、字節(jié)（Byte），即 1Byte=8bit,1字節(jié)（B）,1 0 0 1 0 0 1 0,t,計(jì)算機(jī)應(yīng)用位模式存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)模型,編碼,譯（解）碼,內(nèi)存,文本,數(shù)字,音頻,圖像,視頻,計(jì)算機(jī)對(duì)文本（字符）的處理ASCII編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼, 英文字母可以用一個(gè)字節(jié)中的7位編碼表示，即ASCII編碼（見P32） 數(shù)字09在ASCII中有編碼，可作為字符串應(yīng)用，作為運(yùn)算用的則是 用8421BCD編碼(見P33) 漢字編碼則用Unicode編碼系統(tǒng)，要用兩個(gè)字節(jié)（16位）,計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字的位模式存儲(chǔ)處理(1),Bit Pattern- 000 001 010 011,Oct Digit- 0 1 2

3、3,Bit Pattern- 100 101 110 111,Oct Digit- 4 5 6 7,計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字的位模式存儲(chǔ)處理(2),數(shù)字09作為字符也有相應(yīng)的編碼。這樣，數(shù)值0.6875就有兩種表示格式。一種是2.2節(jié)中討論的數(shù)字表示方法，即把十進(jìn)制數(shù)值0.6875表示為二進(jìn)制數(shù)值0.1011；另一種是把十進(jìn)制數(shù)值0.6875表示為如下的字符的ASCII碼 0 . 6 8 7 5 00110000 00101110 00110110 00111000 00110111 00110101 前一種格式的文件稱為二進(jìn)制文件，后一種格式的文件稱為ASCII碼文件或文本文件。顯然，數(shù)值的ASCII碼

4、文件要比相應(yīng)的二進(jìn)制文件大很多。,顯然，字符編碼的二進(jìn)制碼形式可以用字符編碼的十六進(jìn)制碼形式替代。字符hello的十六進(jìn)制碼形式如圖所示。要說明的是，字符編碼的十六進(jìn)制形式只是字符編碼二進(jìn)制形式的另外一種表示方式，它只是表示形式上的一種轉(zhuǎn)換，字符在計(jì)算機(jī)內(nèi)只能以二進(jìn)制碼形式存儲(chǔ)和傳送。,計(jì)算機(jī)對(duì)音頻信號(hào)的處理采樣(AD),計(jì)算機(jī)對(duì)圖像和視頻的存儲(chǔ)處理(1),計(jì)算機(jī)對(duì)圖像和視頻的存儲(chǔ)處理(2),計(jì)算機(jī)對(duì)圖像和視頻的存儲(chǔ)處理(3),視頻的表示：視頻是圖像（幀）在時(shí)間上的表示,幀,1000001010100011,存儲(chǔ)器的物理實(shí)現(xiàn) 歷史上存儲(chǔ)器的進(jìn)化發(fā)展過程 繼電器（ENIAC） 磁心列陣（20世紀(jì)

5、60年代） 電容存儲(chǔ)器 觸發(fā)器 觸發(fā)器的存儲(chǔ)功能與邏輯原理 邏輯門,至今還是主流產(chǎn)品,1 1 0 1,用一串脈沖表示數(shù)字信號(hào),1 0 1 0 1,t,t,用一組電平信號(hào)表示數(shù)字信號(hào),定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù),二、數(shù)的表示,定點(diǎn)數(shù),定點(diǎn)數(shù)：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，其中小數(shù)點(diǎn)的位置由計(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。 常用的定點(diǎn)數(shù)：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù),定點(diǎn)整數(shù),定點(diǎn)整數(shù)表示的數(shù)都是整數(shù)，而小數(shù)點(diǎn)則固定在數(shù)值位最低位之后。其格式為：,符號(hào)位,數(shù)值位,.,假想小數(shù)點(diǎn),如果參加運(yùn)算的數(shù)是小數(shù)，在送入計(jì)算機(jī)以前，乘以一個(gè)比例因子，將其放大為整數(shù)。,定點(diǎn)小數(shù),定點(diǎn)小數(shù)表示的數(shù)都是小

6、數(shù)，而小數(shù)點(diǎn)在最左邊符號(hào)位與數(shù)值位之間。其格式為：,符號(hào)位,數(shù)值位,.,假想小數(shù)點(diǎn),如果參加運(yùn)算的數(shù)是大于等于1的數(shù)，在送入計(jì)算機(jī)以前，除以一個(gè)比例因子，將其縮小為小于1的數(shù)。,定點(diǎn)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)單方便，但需要對(duì)參加運(yùn)算的數(shù)進(jìn)行比例因子的計(jì)算，增加了額外的計(jì)算量。,浮點(diǎn)數(shù)基本概念,1.浮點(diǎn)數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)一格式：N=MRE E：指數(shù)，階碼 M：有效數(shù)字或尾數(shù) R:基數(shù) 101101.0101B10110101012-4 1011010.1012-1 10110101.012-2 101101010.12-3 0.101101010126,2.規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù),尾數(shù)是純小數(shù)，且小數(shù)點(diǎn)后面是1不是0；

7、 階碼為整數(shù)（正整數(shù)或負(fù)整數(shù)）,3.浮點(diǎn)機(jī)器數(shù),存儲(chǔ)格式：,階符 階碼 尾符 尾數(shù),浮點(diǎn)機(jī)器數(shù)有兩種： 階碼和尾數(shù)采用相同的碼制。 階碼和尾數(shù)采用不同的碼制。,4 EXCESS (幻數(shù)) 系統(tǒng)及應(yīng)用,應(yīng)用:用來(lái)存儲(chǔ)小數(shù)的指數(shù)值.,1。將階數(shù)表示為EXCESS系統(tǒng)（幻數(shù)） 1）將階數(shù)與幻數(shù)相加； 2）把結(jié)果轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，并從左邊補(bǔ)0使它的總的位數(shù)為N位。 例：1101.00101表示成計(jì)算機(jī)內(nèi)的記法（32位存儲(chǔ)）。 解：1).規(guī)范化：23 1.110100101； 2).階數(shù)化為相應(yīng)的幻數(shù)EXCESS_127: 127+3=130 3).將階數(shù)的相應(yīng)幻數(shù)化為二進(jìn)制表示：10000010 4).

8、計(jì)算機(jī)內(nèi)表示：1 10000010 1101001010000000000000,符號(hào),指數(shù),尾數(shù),利用幻數(shù)表示階數(shù)指數(shù)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)時(shí)可以省去階符， 使數(shù)的表示更加簡(jiǎn)潔,2.將機(jī)器內(nèi)的表示數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù). 例：將機(jī)器數(shù) 1 01111100 11001100000000000000000 解：符號(hào)為；階數(shù)指數(shù)為124，1241273 位數(shù)為：0.110011 規(guī)范化的浮動(dòng)二進(jìn)制表示為：23 1.110011,計(jì)算機(jī)中的數(shù)的表示,機(jī)器數(shù)：一個(gè)帶符號(hào)數(shù)在機(jī)器中的表示形式。最高位定義為符號(hào)位，“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)。如： 01100000B，10110000B稱機(jī)器數(shù),真 值,真值：機(jī)器數(shù)的

9、數(shù)值 例：X原=11011100 機(jī)器數(shù) - 1011100 真值,機(jī)器數(shù)的表示法,原碼：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，最高位表示數(shù)的符號(hào)（0正，1負(fù)），其余各位表示數(shù)值本身。 整數(shù)的原碼公式: X 0 X 1 X原 = 1-X - 1 X 0 一般方法：對(duì)于最左邊的符號(hào)，如果是正數(shù)，則原碼的符號(hào)位為0，如果是負(fù)數(shù)，則原碼的符號(hào)位為1，然后其余數(shù)值位不變寫到符號(hào)右邊。 例：求0.1011,0.1011的原碼 原碼的特點(diǎn)： 數(shù)的原碼與真值之間的關(guān)系較簡(jiǎn)單，與真值的轉(zhuǎn)換方便 適于作乘除運(yùn)算 在機(jī)器中進(jìn)行加減法運(yùn)算時(shí)比較復(fù)雜,機(jī)器數(shù)的表示法,反碼： X 0 X 1 X反 = （2 2-n） X - 1 X 0 一般

10、方法：對(duì)于最左邊的符號(hào)，如果是正數(shù)，則反碼的符號(hào)位為0，其余數(shù)值位不變;如果是負(fù)數(shù)，則反碼的符號(hào)位為1，然后其余數(shù)值位按位取反。 例：求1011，1011，0.1011,0.1011的反碼 反碼的特點(diǎn)： 進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，若在最高位有進(jìn)位，則要在最低位1，此時(shí)要多進(jìn)行一次加法運(yùn)算，增加了復(fù)雜性，又影響了速度，因此很少使用。,機(jī)器數(shù)的表示法,補(bǔ)碼： X 0 X 1 X補(bǔ) = 2 X - 1 X 0 一般方法：對(duì)于最左邊的符號(hào)，如果是正數(shù)，補(bǔ)碼的符號(hào)位為0，其余數(shù)值位不變;如果是負(fù)數(shù)，則補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，然后其余數(shù)值位按位取反后加1。 例：求1011，1011，0.1011,0.1011的補(bǔ)碼 補(bǔ)碼

11、的特點(diǎn)： 無(wú)溢出的情況下，補(bǔ)碼的運(yùn)算簡(jiǎn)單，能獲得正確結(jié)果。 與原碼相比較，補(bǔ)碼在正數(shù)軸方向上表示數(shù)的范圍與原碼相同，但在負(fù)數(shù)軸方向上補(bǔ)碼表示范圍比原碼增大了一個(gè)單位。,三種碼制的比較,相同點(diǎn)： 解決數(shù)值數(shù)據(jù)的符號(hào)在機(jī)器中的表示。 最高位都表示符號(hào)位。 不同點(diǎn)： 原碼的符號(hào)位和數(shù)值位必須分開進(jìn)行運(yùn)算。 原碼和反碼的零各自都有兩種表示方法。 當(dāng)需要擴(kuò)展代碼字長(zhǎng)時(shí)，采用的處理方法各不相同。 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，而補(bǔ)碼的負(fù)數(shù)表示范圍比正數(shù)表示范圍要寬。,機(jī)器數(shù)的表示法,從要求補(bǔ)碼的原數(shù)的最右邊的0到第一個(gè)1（包括1）外所有的位取反就得到其補(bǔ)碼。 【例3：】 求-1011

12、的補(bǔ)碼，存入8位得存儲(chǔ)單元中。 解：1)補(bǔ)齊8位：00001011 2)從最右邊的0到第一個(gè)1（包括1）外所有的位取反,得：11110101,實(shí)際上，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)有非常簡(jiǎn)單的直接把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示為補(bǔ)碼的方法。具體方法是：1）.當(dāng)二進(jìn)制數(shù)為正數(shù)時(shí)，其補(bǔ)碼的數(shù)值部分和該二進(jìn)制數(shù)相同，符號(hào)位為0； 2）.當(dāng)二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，其補(bǔ)碼的數(shù)值部分為先把該二進(jìn)制數(shù)各位的0變?yōu)?，1變?yōu)?，然后再加1，符號(hào)位為1。如例3-6中的-1011的補(bǔ)碼求法是： 第一步：補(bǔ)齊：00001011 第一步：求反，00001011變?yōu)?1110100。 第二步：末位加1，11110100+00000001=11110101

13、。 所以，-1011的補(bǔ)碼為11110101，這和例3-6求出的結(jié)果相同。 對(duì)一個(gè)數(shù)取兩次二進(jìn)制補(bǔ)碼（反碼），就得原數(shù)，所以，由補(bǔ)碼（反碼）求原數(shù)是簡(jiǎn)單的。,表1 長(zhǎng)度為2的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼,表2 長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼,是否還可以取掉減法裝置呢？回答是肯定的。但要求二進(jìn)制數(shù)采用一種稱為補(bǔ)碼的表示方法。補(bǔ)碼是把二進(jìn)制的正數(shù)和負(fù)數(shù)表示成一種統(tǒng)一的取掉符號(hào)的純數(shù)值形式。 一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼由兩部分組成。一部分是數(shù)值部分，取值方法為：當(dāng)二進(jìn)制數(shù)為正數(shù)時(shí)，其補(bǔ)碼的數(shù)值部分和該二進(jìn)制數(shù)相同；當(dāng)二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，其補(bǔ)碼的數(shù)值部分為用高位為1、低位為0的足夠大的二進(jìn)制數(shù)減去該數(shù)的差。另一部分是符號(hào)位，當(dāng)二進(jìn)

14、制數(shù)為正數(shù)時(shí)，符號(hào)位為0；當(dāng)二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，符號(hào)位為1。,【例4：】 用補(bǔ)碼求1001 + 0011。 解： 補(bǔ)碼加法 二進(jìn)制加法 0 1 0 0 1 1 0 0 1 + 0 0 0 1 1 + 0 0 1 1 符號(hào)位 0 1 1 0 0 1 1 0 0 二進(jìn)制數(shù) + 1 1 0 0 可見，補(bǔ)碼加法和二進(jìn)制加法得到的結(jié)果相同。,【例5】 用補(bǔ)碼求1001-1011。 解：減去一個(gè)數(shù)等于加上該數(shù)的負(fù)數(shù)，因此可把減數(shù)表示為負(fù)數(shù)。 補(bǔ)碼加法 二進(jìn)制減法 0 1 0 0 1 -1 0 1 1 + 1 0 1 0 1 -) +1 0 0 1 符號(hào)位 1 1 1 1 0 -0 0 1 0 二進(jìn)制數(shù) -

15、0 0 1 0 可見，補(bǔ)碼加法和二進(jìn)制減法得到的結(jié)果相同。,【例6】 用補(bǔ)碼求-1000-0011。 解： 補(bǔ)碼加法 二進(jìn)制加法 1 1 0 0 0 -1 0 0 0 + 1 1 1 0 1 + -0 0 1 1 丟掉 1 1 0 1 0 1 -1 0 1 1 符號(hào)位 二進(jìn)制數(shù) -1 0 1 1 可見，補(bǔ)碼加法和兩個(gè)二進(jìn)制負(fù)數(shù)相加得到的結(jié)果相同。,【例7】 用補(bǔ)碼求1001-1011。 解：減去一個(gè)數(shù)等于加上該數(shù)的負(fù)數(shù)，因此可把減數(shù)表示為負(fù)數(shù)。 補(bǔ)碼加法 二進(jìn)制減法 0 1 0 0 1 -1 0 1 1 + 1 0 1 0 1 -) +1 0 0 1 符號(hào)位 1 1 1 1 0 -0 0 1

16、0 二進(jìn)制數(shù) - 0 0 1 0 可見，補(bǔ)碼加法和二進(jìn)制減法得到的結(jié)果相同。,補(bǔ)碼的運(yùn)算 對(duì)于補(bǔ)碼來(lái)說，不僅兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算可以用補(bǔ)碼的加法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算也可以用補(bǔ)碼的加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)碼運(yùn)算不僅用加法實(shí)現(xiàn)了減法，而且實(shí)現(xiàn)了正號(hào)和負(fù)號(hào)的數(shù)字化表示。補(bǔ)碼運(yùn)算的基本公式是： x+y補(bǔ) = x補(bǔ) + y補(bǔ) 上式表示，兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加后的補(bǔ)碼等于這兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)分別求補(bǔ)碼后再相加。這個(gè)公式的證明并不難，有興趣的讀者可自己證明。,從上面的例子可見，補(bǔ)碼有以下重要特點(diǎn)： (1) 機(jī)器0的表示唯一 (2) 二進(jìn)制的加法運(yùn)算和減法運(yùn)算都轉(zhuǎn)換成了補(bǔ)碼的加法運(yùn)算。 (3) 符號(hào)位直接參加運(yùn)算。

17、 因此，計(jì)算機(jī)中是用補(bǔ)碼加法運(yùn)算代替二進(jìn)制數(shù)的加法和減法運(yùn)算的。當(dāng)用補(bǔ)碼求出運(yùn)算結(jié)果后，把補(bǔ)碼再變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)的方法是：當(dāng)符號(hào)位為0時(shí)，相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為正數(shù)，其數(shù)值部分為該補(bǔ)碼的數(shù)值部分，例如，補(bǔ)碼0 0011的二進(jìn)制數(shù)為+0011；當(dāng)符號(hào)位為1時(shí)，相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)，其數(shù)值部分為再次對(duì)該補(bǔ)碼的數(shù)值部分求補(bǔ)碼的結(jié)果，例如，補(bǔ)碼1 0101的二進(jìn)制數(shù)為-1011。,這樣，從理論上對(duì)于數(shù)值的四則運(yùn)算，可以用只包含加法操作的一個(gè)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)乘法，用只包含減法操作的一個(gè)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)除法，用補(bǔ)碼編碼方法來(lái)實(shí)現(xiàn)減法。這樣，計(jì)算機(jī)硬件只需設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加的加法器，就可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)的四則運(yùn)算。 輸入和輸出

18、過程的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)加法和減法運(yùn)算的完整過程為：,(1) 把用戶輸入的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)； (2) 把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼； (3) 實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼加法； (4) 把補(bǔ)碼形式的運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)； (5) 把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)輸出給用戶。 在以上各步驟中，除完成補(bǔ)碼加法操作的任務(wù)由硬件中的加法器實(shí)現(xiàn)外，其余任務(wù)一般均用軟件實(shí)現(xiàn)。,計(jì)算機(jī)“只要做加法和邏輯運(yùn)算”,二進(jìn)制 加法,二進(jìn)制 乘法,二進(jìn)制 加、減法,二進(jìn)制 除法,補(bǔ)碼運(yùn)算,邏輯運(yùn)算器,加法器,移位器,邏輯運(yùn)算,ALU,移 碼,移碼（又叫增碼）是符號(hào)位取反的補(bǔ)碼，一般用做浮點(diǎn)數(shù)的階碼，引入的目的是為了保證浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)器零為全0。 通俗點(diǎn)說，

19、移碼就是無(wú)論正負(fù)，在真值上加一個(gè)常數(shù)2n 移碼的定義：設(shè)由1位符號(hào)位和n位數(shù)值位組成的階碼，則 X移=2n + X -2nX 2n 例如： X=1011 X移=11011 符號(hào)位“1”表示正號(hào) X=1011 X移=00101 符號(hào)位“0”表示負(fù)號(hào),碼的名字是這樣來(lái)的： 在數(shù)軸上，移碼所表示的范圍，恰好對(duì)應(yīng)于真值在數(shù)軸上的范圍向正方向移動(dòng)2n個(gè)單元。引入移碼是這樣的考慮： 補(bǔ)碼表示的好處在于去掉了負(fù)號(hào)，但人們很難從形式上判斷真值大小，與人們的習(xí)慣不符；因?yàn)檠a(bǔ)碼表示中符號(hào)也成了一位二進(jìn)制的數(shù)，補(bǔ)碼的表示中與真值相差一個(gè)符號(hào)位，而且可以從補(bǔ)碼看出真值的大小，轉(zhuǎn)換方便 。移碼主要用于表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼，

20、在浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算中有優(yōu)勢(shì)，而且還有用兩位符號(hào)位的移碼，也就是說加上4n，這就加上了溢出處理了。在原碼上加上一個(gè)數(shù)，成為移碼。,移碼與補(bǔ)碼的關(guān)系： X移與X補(bǔ)的關(guān)系是符號(hào)位互為相反數(shù)（僅符號(hào)位不同）， 例如： X=1011 X補(bǔ)=01011 X移=11011 X=1011 X補(bǔ)=10101 X移=00101,移碼運(yùn)算應(yīng)注意的問題： 對(duì)移碼運(yùn)算的結(jié)果需要加以修正，修正量為2n ，即對(duì)結(jié)果的符號(hào)位取反后才是移碼形式的正確結(jié)果。 移碼表示中，0有唯一的編碼100000，當(dāng)出現(xiàn)00000時(shí)（表示2n），屬于浮點(diǎn)數(shù)下溢。,三、 計(jì)算機(jī)中數(shù)字的編碼 和十進(jìn)制數(shù)四則運(yùn)算一樣，二進(jìn)制數(shù)四則運(yùn)算也有加、減、乘、除。要

21、在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)四則運(yùn)算，計(jì)算機(jī)中就應(yīng)該有加法裝置、減法裝置、乘法裝置和除法裝置。我們知道，乘法運(yùn)算可以用若干次加法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，除法運(yùn)算可以用若干次減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。這樣，為簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，硬件就可以不包含乘法裝置和除法裝置。,BCD碼與ASCII碼,BCD碼：是一種二十進(jìn)制的編碼，使用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。 十進(jìn)制數(shù)與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換：可按位（或四位二進(jìn)制數(shù)組）直接進(jìn)行。 ASCII(American Standards Committee of Iformation)碼:是由美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定的、國(guó)際上使用最廣泛的字符編碼方案。 ASCII碼的編碼方案：采用7

22、位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，把7位二進(jìn)制數(shù)分為高三位（b7b6b5）和低四位 （b4b3b2b1） 7位ASCII編碼表：如表2-3所示（見教材P38），利用該表可以查找數(shù)字、運(yùn)算符、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)以及控制符等字符與ASCII碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,三、計(jì)算機(jī)中的有關(guān)編碼,二-十進(jìn)制數(shù) (BCD: Binary Coded Decimal),特點(diǎn): BCD碼是計(jì)算機(jī)中十進(jìn)制數(shù)的表示方法,二-十進(jìn)制碼用4位二進(jìn)制碼表示1位十進(jìn)制數(shù).最常用的是8421編碼，其方法是用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù),自左至右每一位對(duì)應(yīng)的位權(quán)是8、4、2、1。 壓縮BCD碼 每一位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，即一個(gè)字節(jié)表示2位十進(jìn)

23、制數(shù)(見教材P38)。 例:壓縮BCD碼(10001001)BCD，表示十進(jìn)制數(shù)89。 非壓縮BCD碼 每一位十進(jìn)制數(shù)用8位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，即一個(gè)字節(jié)表示1位十進(jìn)制數(shù)。且只用每個(gè)字節(jié)的低4位來(lái)表示09，高4位為0 例：十進(jìn)制數(shù)89，用非壓縮BCD碼表示為： (00001000 00001001)BCD,3,漢字編碼體系,漢字輸入碼：由輸入設(shè)備產(chǎn)生的漢字編碼，如區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、拼音碼、新全拼、新雙拼、五筆字型碼、簡(jiǎn)碼、表形碼、自然碼、智能ABC漢字輸入碼等。 漢字內(nèi)碼：用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)和處理的漢字編碼，通常由該漢字的國(guó)標(biāo)碼的兩個(gè)字節(jié)（最高位置“1”）形成。 漢字字形碼：確定一個(gè)漢字字形點(diǎn)陣的編

24、碼，用于漢字顯示和打印輸出。保留在存儲(chǔ)介質(zhì)中的全部漢字字形碼稱為字庫(kù)。 漢字交換碼：用于在不同的漢字信息處理系統(tǒng)之間或與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換。 漢字地址碼：表示漢字字形信息在漢字庫(kù)中的地址，用于在漢字庫(kù)中查找漢字字形信息的漢字地址碼等。,數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼,奇偶校驗(yàn)碼：在表示數(shù)據(jù)的N位代碼中增加一位奇偶校驗(yàn)位，使N1位中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。 海明校驗(yàn)碼：在有效信息代碼中增加校驗(yàn)位，用來(lái)校驗(yàn)代碼中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)（奇校驗(yàn)）還是偶數(shù)（偶校驗(yàn)），通過奇偶校驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)代碼傳輸過程中的錯(cuò)誤并自動(dòng)校正。 應(yīng)用：用于計(jì)算機(jī)各部件之間信息傳輸以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。,作業(yè)布置,

25、1.閱讀教材：P26-38 2.書面作業(yè)：P79 10-16 3. 3.登錄系FTP服務(wù)器(IE地址欄中輸入“3/cms”后按回車，然后雙擊“學(xué)生作業(yè)”并下載，解壓后雙擊 ，在的“登錄”命令，輸入用戶名“ksxt”，密碼“tmg”），完成第二章第二部分選擇題（1）（58）。,2.3 計(jì)算機(jī)運(yùn)算、存儲(chǔ)和控制的邏輯實(shí)現(xiàn),邏輯門構(gòu)成的基本電路、基本元件,基本邏輯門元件的構(gòu)成,復(fù)雜的邏輯電路是有簡(jiǎn)單的邏輯門元件組成：,表3,1.半加法器,表2-4 一位全加器真值表,加法器電路示意圖：,計(jì)算機(jī)“自動(dòng)計(jì)算”的關(guān)鍵,采用二進(jìn)制 馮偌依曼原理存儲(chǔ)程序控制原理 存儲(chǔ)程序 順序執(zhí)

26、行 馮偌依曼機(jī)的體系結(jié)構(gòu),馮偌依曼機(jī)的體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) CPU的制造 加法器 控制器 寄存器 存儲(chǔ)器 板上存儲(chǔ)器 高速存儲(chǔ)器寄存器 中速存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache） 低速存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 板外存儲(chǔ)器 磁盤（硬盤、軟盤、U盤） 光盤（CD、DVD） 磁帶,邏輯門 部件集成制造,模擬/數(shù)字電路基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)組成,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),匯編語(yǔ)言,集成電路技術(shù)基礎(chǔ),相關(guān)課程和理論,總線的制造 數(shù)據(jù)總線 地址總線 控制總線 各類接口技術(shù)及其制造 SCSI 火線 USB 有關(guān)技術(shù)方法 IO設(shè)備尋址方法 IO獨(dú)立尋址 IO存儲(chǔ)器映射尋址 IO端口操作方法 程序控制IO法 中斷控制I

27、O法 直接存儲(chǔ)器存取法,計(jì)算機(jī)軟、硬件的聯(lián)系示意圖,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)軟件/應(yīng)用軟件 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),微操作控制部件,脈沖控制信號(hào),機(jī)器語(yǔ)言（0、1編碼）,指令碼,編譯/解釋器,源程序,譯碼器,預(yù)處理器,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),控制信號(hào) 發(fā)生器,（主機(jī)/外設(shè)）,計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn) 分類 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介,應(yīng)用軟件,操作系統(tǒng)（OS）,計(jì)算機(jī)裸機(jī),計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng),指令：能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)能完成的某一種操作。 指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的所有指令的集合。 指令的格式：一條指令由操作碼和地址碼組成。操作碼規(guī)定了該指令進(jìn)行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)、結(jié)果以及下一條指令的地址。,操作

28、碼地址碼,操作碼：規(guī)定CPU執(zhí)行什么操作； 地址碼：指出源操作數(shù)從哪里取，結(jié)果送往什么 地方以及下一條指令從哪里,指令的分類： 數(shù)據(jù)傳送型指令 數(shù)據(jù)處理型指令 輸入輸出型指令 硬件控制指令,指令的執(zhí)行過程,取指令：即按照指令計(jì)數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令，并送往指令寄存器中。 分析指令：即對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由操作碼確定執(zhí)行什么操作，由地址碼確定操作數(shù)的地址。 執(zhí)行指令：即根據(jù)分析的結(jié)果，由控制器發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。 上述步驟完成后，指令計(jì)數(shù)器加1，為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備。如果遇到轉(zhuǎn)移指令，則將轉(zhuǎn)移地址送入指令計(jì)數(shù)器。,指令的具體執(zhí)行過程,指令流水執(zhí)行示意圖：,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng),ROM,RAM,主存儲(chǔ)器,ROM,RAM,主存儲(chǔ)器,OS,OS,2.自舉、自檢過程,3.引導(dǎo)程序把OS調(diào)入 內(nèi)存，并把控制權(quán)傳 遞給OS后,就可以執(zhí)行應(yīng)用程序了。,1.計(jì)算機(jī)啟動(dòng),觸發(fā)激活引導(dǎo)程序,執(zhí)行前內(nèi)存