信息處理技術(shù)員第一章計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

1、信息處理技術(shù)員教程全國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試辦公室學(xué)時(shí)：72主講教師：劉愛(ài)國(guó)電話Q：709412000第一章第一章 計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)v計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)歷來(lái)都是信息處理技術(shù)員考試計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)歷來(lái)都是信息處理技術(shù)員考試的一個(gè)重點(diǎn)。的一個(gè)重點(diǎn)。v考試大綱中涉及本章的考點(diǎn)如下：考試大綱中涉及本章的考點(diǎn)如下：v（1）數(shù)據(jù)運(yùn)算）數(shù)據(jù)運(yùn)算v（2）數(shù)據(jù)表示）數(shù)據(jù)表示v（3）主板的結(jié)構(gòu)）主板的結(jié)構(gòu)v（4）CPU的組成的組成v（5）存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器v（6）常用）常用I/O設(shè)備設(shè)備1.1 計(jì)算機(jī)概述v計(jì)算機(jī)是一種能自動(dòng)、高速、正確地完成數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理

2、和實(shí)施控制等功能的電子設(shè)備。v1946年，世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC誕生在美國(guó)，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力、外形結(jié)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域等都發(fā)生了極大的變化。v它的誕生、發(fā)展和應(yīng)用徹底改變了人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活學(xué)習(xí)和娛樂(lè)方式。1.1.1 計(jì)算機(jī)的組成部件v一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。成。v1、 馮馮諾依曼提出的設(shè)計(jì)思路。主要內(nèi)容如下：諾依曼提出的設(shè)計(jì)思路。主要內(nèi)容如下：v(1)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。出設(shè)備五大部分組成。v(2)計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)

3、來(lái)表示程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示程序和數(shù)據(jù)。v(3)采用采用“存儲(chǔ)程序并順序執(zhí)行存儲(chǔ)程序并順序執(zhí)行”的原理。的原理。圖圖 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制器控制器 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM） 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM）硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù) 庫(kù)管理程序、診斷維護(hù)程序等）庫(kù)管理程序、診斷維護(hù)程序等） 應(yīng)用軟件（各種應(yīng)用軟件（各種MISMIS系統(tǒng)、系統(tǒng)、OfficeOffice、Photo

4、shopPhotoshop等）等）中央處理器中央處理器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器輸入設(shè)備（鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀、其他）輸入設(shè)備（鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀、其他）輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等）輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等）外外存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)）存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)）2、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)v組成計(jì)算機(jī)的基本部件有運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，它們通過(guò)總線互連，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的入設(shè)備和輸出設(shè)備，它們通過(guò)總線互連，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)。v中央處理器（中央處理器（CPU）是運(yùn)算器和控制器的合稱，是硬件的核）是運(yùn)算器和控制器的合稱，是硬

5、件的核心，主要廠家心，主要廠家Intel和和AMD。v1、CPU。主要工作時(shí)執(zhí)行指令，按照指令的要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)。主要工作時(shí)執(zhí)行指令，按照指令的要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，這部分工作由運(yùn)算器和控制器分工合作完成。行運(yùn)算和處理，這部分工作由運(yùn)算器和控制器分工合作完成。v運(yùn)算器：由算術(shù)邏輯部件（運(yùn)算器：由算術(shù)邏輯部件（ALU）、寄存器組以及一些控制）、寄存器組以及一些控制電路組成。電路組成。v控制器負(fù)責(zé)對(duì)指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號(hào)，指揮和控制器負(fù)責(zé)對(duì)指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號(hào)，指揮和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有序工作。包括部件如下：協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有序工作。包括部件如下：v指令寄存器（指令寄存

6、器（IR）指令譯碼器（）指令譯碼器（ID）程序計(jì)程序計(jì)數(shù)器（數(shù)器（PC）微操作信號(hào)發(fā)生器）微操作信號(hào)發(fā)生器2、主存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱主存，用于存放當(dāng)前執(zhí)行的程序和需要使用的數(shù)簡(jiǎn)稱主存，用于存放當(dāng)前執(zhí)行的程序和需要使用的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)速度快，據(jù)，存儲(chǔ)速度快，CPU可直接訪問(wèn)?？芍苯釉L問(wèn)。v存儲(chǔ)體v地址譯碼器v地址寄存器v數(shù)據(jù)緩沖寄存器v讀/寫(xiě)控制電路地址譯碼器地址寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器存儲(chǔ)體讀/寫(xiě)控制電路主存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖外存儲(chǔ)器v也稱為輔助存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、成本低，可脫機(jī)保存信息，但CPU不可以直接訪問(wèn)。v常見(jiàn)的外存儲(chǔ)器包括軟盤(pán)存儲(chǔ)器、硬盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器、移動(dòng)硬盤(pán)以及U盤(pán)等。高速緩存存儲(chǔ)器 Ca

7、chev它是位于CPU和主存儲(chǔ)器之間，容量較小但存取速度很高的存儲(chǔ)器，用于保存主存儲(chǔ)器中一部分內(nèi)容的副本。當(dāng)主機(jī)讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，首先訪問(wèn)Cache，只有在Cache中不含所需數(shù)據(jù)時(shí)，CPU才會(huì)訪問(wèn)主存，從而很好地解決了CPU和主存儲(chǔ)器的速度不匹配問(wèn)題。外部設(shè)備v也稱外圍設(shè)備，簡(jiǎn)稱外設(shè)，主要包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。常用外部設(shè)備包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀及掃描儀等。v總線：連接計(jì)算機(jī)中各部件的數(shù)據(jù)通路。v總線包括數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。3.計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)v系統(tǒng)軟件v應(yīng)用軟件1.1.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用v科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算v自動(dòng)控制自動(dòng)控制v信息處理信息處理v計(jì)算機(jī)

8、輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助制造（輔助制造（CAD/CAM）v輔助教學(xué)和醫(yī)療輔助教學(xué)和醫(yī)療v人工智能人工智能1.1.3計(jì)算機(jī)的分類v目前計(jì)算機(jī)種類非常多，按照用途可以分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。按照運(yùn)算速度可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)。按照所處理的數(shù)據(jù)類型可分為模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字計(jì)算機(jī)和混合計(jì)算機(jī)等。1.2 數(shù)據(jù)運(yùn)算v二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)功能得以實(shí)現(xiàn)的數(shù)字基礎(chǔ)，任何計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)在機(jī)器內(nèi)部都表示為“0”和“1”組成的二進(jìn)制代碼串，數(shù)據(jù)處理最終都將轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基本運(yùn)算。1.2.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換v1、進(jìn)位計(jì)數(shù)制數(shù)制：用一組固定的數(shù)字符號(hào)和一套統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)數(shù)制：用一組固定的數(shù)字符號(hào)和

9、一套統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)目的方法表示數(shù)目的方法。常用常用的進(jìn)制有：的進(jìn)制有：2 2進(jìn)制，進(jìn)制，8 8進(jìn)制，進(jìn)制，1010進(jìn)制，進(jìn)制，1616進(jìn)制。進(jìn)制?；鶖?shù)：某進(jìn)制所允許使用的基本數(shù)字符號(hào)。基數(shù)：某進(jìn)制所允許使用的基本數(shù)字符號(hào)。2 2，8 8，1010，1616。位權(quán)位權(quán)( (數(shù)的值不僅取決于數(shù)碼的大小還取決于它所數(shù)的值不僅取決于數(shù)碼的大小還取決于它所在的位置）：基數(shù)的在的位置）：基數(shù)的i i次方。如：次方。如： 1 110102 23 310101 12 210100 0 5 5的的1010-1-1v基數(shù)：基數(shù)：1010位權(quán)：位權(quán)：10102 2，10101 1，10100 0，1010-1-

10、12、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換v一、一、R進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制 v 方法：按權(quán)展開(kāi)求和。方法：按權(quán)展開(kāi)求和。1、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制101B 1 220 211 20 5 D D10101B=124+023+122+021+120=21D111.11B=122+121+120+12-1+12-2=7.75D2、八進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制、八進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制(172)8 1 827 812 80 (122)10v3、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制v(5C)16 516112160 (92)10二、十進(jìn)制轉(zhuǎn)二、十進(jìn)制轉(zhuǎn)N進(jìn)制進(jìn)制v方法方法: v將十進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換將十進(jìn)

11、制數(shù)整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換,再將結(jié)再將結(jié)果合并。果合并。v整數(shù)部分：整數(shù)部分： 除以基數(shù)逆向取余法除以基數(shù)逆向取余法.v小數(shù)部分：小數(shù)部分： 乘以基數(shù)順向取整法乘以基數(shù)順向取整法.v1、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制v十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換：除以十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換：除以2逆向取余逆向取余v10D=1010Bv十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換：乘十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換：乘2順向取整順向取整 20.125 20.250 20.5001.000結(jié)束標(biāo)志結(jié)束標(biāo)志0.001取整取整（10.125）10（1010.001）2（0.125）10 （0.001）2 (172)8 1 827 812 80 (122)10八進(jìn)制八進(jìn)制(172)8

12、172 O 172 Q (336)8？2、八進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制、八進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制 (5C)16 516112160 (92)10十六進(jìn)制十六進(jìn)制(5C)165C H(A2)16？ (FF)16？3、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制方法方法: : 將十進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換將十進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換, ,再再將結(jié)果合并。將結(jié)果合并。整數(shù)部分：整除（基數(shù)）逆向取余法整數(shù)部分：整除（基數(shù)）逆向取余法. .小數(shù)部分：乘基（數(shù)）小數(shù)部分：乘基（數(shù)）順向順向取整法取整法. .二、十進(jìn)制轉(zhuǎn)二、十進(jìn)制轉(zhuǎn)R進(jìn)制進(jìn)制(P11)v1、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制v十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換：除以十進(jìn)制整

13、數(shù)轉(zhuǎn)換：除以2逆向取余逆向取余v10D=1010Bv v 逆向取余逆向取余注：除到商為零停止注：除到商為零停止50221210021102v十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換：乘十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換：乘2順向取整順向取整 20.125 20.250 20.5001.000結(jié)束標(biāo)志結(jié)束標(biāo)志0.001取整取整（10.125）10（1010.001）2（0.125）10 （0.001）2練習(xí)題v將下列十進(jìn)制轉(zhuǎn)為二進(jìn)制，精確到4位小數(shù)(54)10 (110110)2(15.73)10(1111.1011)22、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除8逆向取余逆向取余264D？3、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制、十

14、進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除16逆向取余逆向取余287D？171D=?（71）10=( )2|8|16三、二進(jìn)制與八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換三、二進(jìn)制與八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制八進(jìn)制000000110102011310041015110611171、二進(jìn)制、二進(jìn)制 八進(jìn)制八進(jìn)制 (三位一組法三位一組法)111101001B=111 101 001B=751Q10110B=010 110B=26Q11000.11=011 000. 110B=30.6Q2、八進(jìn)制、八進(jìn)制 二進(jìn)制二進(jìn)制 (擴(kuò)展三位法擴(kuò)展三位法)345Q=011 100 101B=11100101B632Q=110 011 010B=1

15、10011010B四、二進(jìn)制與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換四、二進(jìn)制與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F1、二進(jìn)制 十六進(jìn)制(四位一組法)111001B=0011 1001B=39H1111000111B=0011 1100 0111B=3C7H2、十六進(jìn)制 二進(jìn)制 (擴(kuò)展四位法)2CH=0010 1100B=101100B62DH=0110 0010 1101B=11000101101B1D2H=001 1101 010B=11101010

16、B計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位1.1.位：一個(gè)二進(jìn)制位，一個(gè)位：一個(gè)二進(jìn)制位，一個(gè)“1”1”，或者一，或者一個(gè)個(gè)“0”0”。最小單位，英文名。最小單位，英文名bitbit2.2.字節(jié)：八位為一個(gè)字節(jié)。英文名字節(jié)：八位為一個(gè)字節(jié)。英文名ByteByte，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)寫(xiě)為寫(xiě)為B , B , 1Byte=8bit1Byte=8bit千字節(jié)千字節(jié) KB KB 1 KB = 1024Byte = 21 KB = 1024Byte = 21010ByteByte兆字節(jié)兆字節(jié) MB 1 MB = 1024KBMB 1 MB = 1024KB吉字節(jié)吉字節(jié) GB 1 GB = 1024MBGB 1 GB

17、= 1024MB三、帶符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示（三、帶符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示（P13) 在計(jì)算機(jī)中，對(duì)于在計(jì)算機(jī)中，對(duì)于n n位二進(jìn)制數(shù)將其位二進(jìn)制數(shù)將其 最高位作為符號(hào)位，最高位作為符號(hào)位，0表示正數(shù)，表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)表示負(fù)數(shù)如：如： 帶符號(hào)數(shù)（有符號(hào)數(shù)）帶符號(hào)數(shù)（有符號(hào)數(shù)） 01101101 01101101 正數(shù)正數(shù) 11000110 11000110 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) 11101101 11101101 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) 01101101 01101101 正數(shù)正數(shù) 10001111 10001111 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) 01110001 01110001 正數(shù)正數(shù) 數(shù)的符號(hào)位連同該數(shù)值本身一起作為一個(gè)數(shù)

18、稱為機(jī)器數(shù)的符號(hào)位連同該數(shù)值本身一起作為一個(gè)數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，機(jī)器數(shù)的二進(jìn)制編碼有原碼、反碼、補(bǔ)碼三種。數(shù)，機(jī)器數(shù)的二進(jìn)制編碼有原碼、反碼、補(bǔ)碼三種。 原碼、反碼、補(bǔ)碼(P13-14)1、 原碼原碼v符號(hào)位除外（符號(hào)位除外（0正正1負(fù)），數(shù)值部分為該數(shù)絕負(fù)），數(shù)值部分為該數(shù)絕對(duì)值的二進(jìn)制對(duì)值的二進(jìn)制v用用1個(gè)字節(jié)表示個(gè)字節(jié)表示v（12）原碼）原碼 = 0000 1100v（-12）原碼）原碼= 1000 1100v用用2個(gè)字節(jié)表示個(gè)字節(jié)表示v（12）原碼）原碼 = 00000000 00001100v（-12）原碼）原碼= 10000000 00001100原碼、反碼、補(bǔ)碼2 2、反碼、反碼v正數(shù)

19、的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位不變，其余數(shù)位取反。不變，其余數(shù)位取反。v（1212）反碼）反碼 = 0000 1100 = 0000 1100 v（-12-12）反碼）反碼= 1111 0011= 1111 00113 3、補(bǔ)碼、補(bǔ)碼v正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于反正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于反碼加碼加1 1v（1212）補(bǔ)碼）補(bǔ)碼=0000 1100=0000 1100v（-12-12）補(bǔ)碼）補(bǔ)碼=1111 0100=1111 0100原碼、反碼、補(bǔ)碼正數(shù)：原碼，反碼，補(bǔ)碼都相同正數(shù)：原碼，反碼，補(bǔ)碼都相同負(fù)數(shù)：原碼，負(fù)數(shù)：原碼，符號(hào)

20、位除外，數(shù)值部分為該數(shù)絕對(duì)符號(hào)位除外，數(shù)值部分為該數(shù)絕對(duì) 值的二進(jìn)制值的二進(jìn)制反碼反碼= =原碼除符號(hào)位外求反原碼除符號(hào)位外求反 補(bǔ)碼補(bǔ)碼= =反碼反碼+1+1v例例1 1：十進(jìn)制數(shù)：十進(jìn)制數(shù)5 5在微機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)形式是（在微機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)形式是（D D）vA00000101 B10000101vC11111010 D11111011 例例2 2：用一個(gè)字節(jié)表示十進(jìn)制數(shù)：用一個(gè)字節(jié)表示十進(jìn)制數(shù)-15-15的補(bǔ)碼是的補(bǔ)碼是 :1111 0001數(shù)值數(shù)據(jù)編碼數(shù)值數(shù)據(jù)編碼非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)西文字符西文字符中文字符中文字符聲音聲音圖像圖像視頻視頻整數(shù)整數(shù)小數(shù)小數(shù)有符號(hào)整數(shù)有

21、符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)計(jì)算機(jī)中計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與編碼的存儲(chǔ)與編碼數(shù)值數(shù)據(jù)編碼數(shù)值數(shù)據(jù)編碼（1）定點(diǎn)數(shù)的表示）定點(diǎn)數(shù)的表示定點(diǎn)整數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置約定在最低位后面定點(diǎn)整數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置約定在最低位后面有符號(hào)整數(shù)有符號(hào)整數(shù)：最高位為符號(hào)位，最高位為符號(hào)位，0為正；為正；1為負(fù)為負(fù)無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)：都是數(shù)值位，沒(méi)有符號(hào)位。都是數(shù)值位，沒(méi)有符號(hào)位。例：例： 00100011100011118位有符號(hào)整數(shù)位有符號(hào)整數(shù)35 15(原碼）原碼）8位位無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)35 143下列數(shù)值能用下列數(shù)值能用8位二進(jìn)制表示的是位二進(jìn)制表示的是 A. 257 B. 300 C. 200 D. 29 定點(diǎn)

22、小數(shù)的小數(shù)點(diǎn)約定在最高數(shù)值位的前面，符號(hào)位的后面定點(diǎn)小數(shù)的小數(shù)點(diǎn)約定在最高數(shù)值位的前面，符號(hào)位的后面。浮點(diǎn)數(shù)由階碼和尾數(shù)兩部分組成：浮點(diǎn)數(shù)由階碼和尾數(shù)兩部分組成：階符階符階碼階碼數(shù)符數(shù)符尾數(shù)尾數(shù)階碼部分階碼部分尾數(shù)部分尾數(shù)部分（2）浮點(diǎn)數(shù)）浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù)）的表示實(shí)數(shù)）的表示(P15)例1：二個(gè)字節(jié)存放一個(gè)整數(shù)，如：+11136例2：四個(gè)字節(jié)存放一個(gè)實(shí)數(shù)，如：11060010101110000000數(shù)值位符號(hào)位0000011011111111 11111111 11111111 1階符階碼數(shù)符尾數(shù)非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼1 1、ASCIIASCII碼碼最基本、最常用的非數(shù)值數(shù)據(jù)是由字符（漢字字

23、符和西文最基本、最常用的非數(shù)值數(shù)據(jù)是由字符（漢字字符和西文字符）組成的。西文字符普遍采用字符）組成的。西文字符普遍采用ASCIIASCII碼表示（碼表示（P14P14) )ASCIIASCII碼是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼碼是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(American standard (American standard code for Information Interchange),code for Information Interchange),是微型計(jì)算機(jī)中是微型計(jì)算機(jī)中表示字符的常用編碼。表示字符的常用編碼。 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的ASCIIASCII碼是用一個(gè)字節(jié)表示的，最高位置為碼是用一個(gè)字節(jié)表示

24、的，最高位置為“0”0”，用用7 7位二進(jìn)制數(shù)編碼，總共可以表示位二進(jìn)制數(shù)編碼，總共可以表示128128個(gè)字符。個(gè)字符。 ASCIIASCII碼的新版本是把原來(lái)的碼的新版本是把原來(lái)的7 7位碼擴(kuò)展成位碼擴(kuò)展成8 8位碼，因此位碼，因此它可以表示它可以表示256256個(gè)字符。個(gè)字符。教材教材P207P207和下頁(yè)列出了和下頁(yè)列出了ASCIIASCII編碼表。其中，每個(gè)字符的編碼表。其中，每個(gè)字符的列標(biāo)題為其編碼的高三位，行標(biāo)題為其編碼的低四位：列標(biāo)題為其編碼的高三位，行標(biāo)題為其編碼的低四位：若干重要字符的編碼為：若干重要字符的編碼為：vNUL（空） （000 0000）2 = （0）10=（0）

25、16v回車（CR） （000 1101）2 = （13）10=（0D）16v空格（SP） （010 0000）2 = （32）10=（20）16v數(shù)字0 （011 0000）2=（48）10=（30）16v數(shù)字9 （ 57）10=（39）16v字母A （ 65）10=（41）16v字母Z （ 90）10=（5A）16 v字母a （ 97）10=（61）16v字母z （ 122）10=（7A）161、定點(diǎn)加減運(yùn)算 二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則是：X+Y補(bǔ) = X補(bǔ) + Y補(bǔ)XY補(bǔ) = X補(bǔ) + Y補(bǔ) 已知Y補(bǔ)，求Y補(bǔ)的方法是將Y補(bǔ)各位按位取反(包括符號(hào)位在內(nèi))末位加1。 現(xiàn)舉例說(shuō)明以上兩個(gè)公

26、式的正確性。1.2.3 算術(shù)運(yùn)算 【例1-18】 設(shè)X1= + 0001100 X2 =0001100 Y1 = + 0000101 Y2 =0000101則X1補(bǔ) = 00001100X2補(bǔ) = 11110100Y1補(bǔ) = 00000101Y2補(bǔ) = 11111011 計(jì)算X1 + Y1。 + 0001100 X1 0 0001100 X1補(bǔ)+) + 0000101 Y1 +) 0 0000101 Y1補(bǔ) + 0010001 X1+Y1 0 0010001 X1補(bǔ)+Y1補(bǔ)因?yàn)椋?X1+Y1補(bǔ) = +0010001補(bǔ) = 0 0010001 = X1補(bǔ)+ Y1補(bǔ)所以： X1+Y1補(bǔ) = X1補(bǔ)

27、 + Y1補(bǔ) 計(jì)算X1Y1。 + 0001100X10 0001100X1補(bǔ)) + 0000101Y1 +) 1 1111011Y1補(bǔ) + 0000111X1Y1 10 0000111X1補(bǔ)+Y1補(bǔ)自然丟失 因?yàn)椋?X1Y1補(bǔ) = +0000111補(bǔ) = 0 0000111 = X1補(bǔ)+ Y1補(bǔ)所以： X1Y1補(bǔ) = X1補(bǔ) + Y1補(bǔ) 計(jì)算X2 + Y2。 0001100 X2 1 1110100 X2補(bǔ)+) 0000101 Y2+) 1 1111011 Y2補(bǔ) 0010001 X2+Y2 1 1101111 X2補(bǔ)+Y2補(bǔ)自然丟失因?yàn)椋?X2+ Y2補(bǔ) = 0010001補(bǔ) = 1 110

28、1111 = X2補(bǔ)+ Y2補(bǔ)所以： X2 + Y2補(bǔ) = X2補(bǔ) + Y2補(bǔ) 計(jì)算X2 - Y2。 0001100X21 1110100X2補(bǔ)) 0000101Y2 +) 0 0000101Y2補(bǔ) 0000111X2 - Y2 1 1111001X2補(bǔ)+Y2補(bǔ)因?yàn)椋?X2 - Y2補(bǔ) = 0000111補(bǔ) = 1 1111001 = X2補(bǔ)+ Y2補(bǔ)所以： X2 - Y2補(bǔ) = X2補(bǔ) + Y2補(bǔ) 由此可看出，計(jì)算機(jī)引入了補(bǔ)碼編碼后，帶來(lái)了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1) 減法轉(zhuǎn)化成了加法，這樣大大簡(jiǎn)化了運(yùn)算器硬件電路的設(shè)計(jì)，加減法可用同一硬件電路進(jìn)行處理。 (2) 運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位與數(shù)值位同等對(duì)待，都

29、按二進(jìn)制數(shù)參加運(yùn)算，符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位丟掉不管，其結(jié)果是正確的。這大大簡(jiǎn)化了運(yùn)算規(guī)則。 運(yùn)用以上兩個(gè)公式時(shí)，要注意以下兩點(diǎn)： (1) 公式成立有個(gè)前提條件，就是運(yùn)算結(jié)果不能超出機(jī)器數(shù)所能表示的范圍，否則運(yùn)算結(jié)果不正確，按“溢出”處理。 例如，設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，則128N+127，計(jì)算(+64)+(+65)。 + 640 1000000+) + 65+)0 1000001 +1291 0000001127 顯然這個(gè)結(jié)果是錯(cuò)誤的。究其原因是：(+64)+(+65)= +129+127，超出了字長(zhǎng)為8位所能表示的最大值，產(chǎn)生了“溢出”，所以結(jié)果值出錯(cuò)。 再如，計(jì)算(125)+(10)。 1251 00

30、00011+) 10+)1 1110110 135 10 1111001+121顯然，計(jì)算結(jié)果也是錯(cuò)誤的。其原因是：(125)+(10)= 135128，超出了字長(zhǎng)為8位所能表示的最小值，產(chǎn)生了“溢出”，所以結(jié)果出錯(cuò)。 (2) 采用補(bǔ)碼運(yùn)算后，結(jié)果也是補(bǔ)碼，欲得運(yùn)算結(jié)果的真值，還需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2、浮點(diǎn)加減運(yùn)算v完成加減運(yùn)算，需要包括下述步驟：v(1)零操作數(shù)檢查v(2) “對(duì)階”操作v(3)尾數(shù)相加減v(4)尾數(shù)規(guī)格化v(5)舍入處理v3、浮點(diǎn)乘除運(yùn)算1) “與”運(yùn)算(AND)“與”運(yùn)算又稱邏輯乘，用符號(hào)或表示。其運(yùn)算規(guī)則為00 = 001 = 010 = 011 = 1當(dāng)兩個(gè)邏輯變量取值均為1

31、時(shí)，它們“與”的結(jié)果才為1。1.2.4 邏輯運(yùn)算 2) “或”運(yùn)算(OR)“或”運(yùn)算又稱邏輯加，用符號(hào) + 或表示。其運(yùn)算規(guī)則為0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 1當(dāng)兩個(gè)邏輯變量的取值只要一個(gè)為1，它們“或”的結(jié)果就會(huì)為1。3) “非”運(yùn)算(NOT)“非”運(yùn)算用符號(hào)來(lái)表示。其運(yùn)算規(guī)則為1=00=14) “異或”運(yùn)算(XOR)“異或”運(yùn)算用符號(hào) 或來(lái)表示。其運(yùn)算規(guī)則為0 0 = 00 1 = 11 0 = 11 1 = 0當(dāng)兩個(gè)邏輯變量取值不相同時(shí)，它們“異或”的結(jié)果才為1。 要注意的是，一個(gè)邏輯數(shù)據(jù)用一位基2碼表示，這樣，8個(gè)邏輯數(shù)據(jù)用8位基2碼表示，這8位

32、基2碼可存放在一個(gè)字節(jié)中。反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)32位的字就可以表示32個(gè)邏輯數(shù)據(jù)。1.2.5 字符編碼v1、字符的表示v2、漢字的表示v（1）國(guó)標(biāo)碼v（2）區(qū)位碼v（3）機(jī)內(nèi)碼1.3 指令系統(tǒng)v指令是指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令，一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有指令的集合構(gòu)成該機(jī)器的指令系統(tǒng)。v1.3.1計(jì)算機(jī)指令v每條指令都包含兩個(gè)基本部分：操作碼，表示指令執(zhí)行什么功能；地址碼，表示參與操作的數(shù)據(jù)的地址。操作碼 地址碼 1.3.2 指令執(zhí)行控制v在CPU中，一條指令的運(yùn)行包括取指、分析和執(zhí)行3個(gè)步驟。v(1)取指v(2)分析（指令譯碼）v(3)執(zhí)行v常用的指令執(zhí)行方式包括下述3種。v（1）順序執(zhí)行方式（2）超前執(zhí)行

33、方式v（3）流水線方式1.4 存儲(chǔ)體系v存儲(chǔ)介質(zhì)是指用來(lái)制作存儲(chǔ)信息的物質(zhì)。存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)介質(zhì)分類可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器。v該存儲(chǔ)體系存在下述兩個(gè)存儲(chǔ)層次。v（1）Cache-主存存儲(chǔ)層次v（2）主存-輔存存儲(chǔ)層次CPUCache主存輔存輔助硬件輔助硬件1.4.1 主存儲(chǔ)器v1、主存記憶元件v主存儲(chǔ)器按照存取限制可以分為RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)和ROM(只讀存儲(chǔ)器)兩種。前者既可以在線存(寫(xiě))又可以在線取(讀)，后者只能在線取(讀)。v(1)RAM:SRAM,DRAM.v(2)ROM:PROM,EPROM,EEPROM.v2、主存儲(chǔ)器組成v主存儲(chǔ)器主要由存儲(chǔ)體、地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路、讀/

34、寫(xiě)電路和時(shí)序控制電路等組成。v3、主存工作模式v(1)SDRAMv(2)DDR SDRAMv(3)RDRAMv(4)XDR DRAM4、主存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)（1）每位成本（2）容量（3）存取速度 訪問(wèn)時(shí)間Ta 存取周期Tm 主存帶寬Bm（4）信息的可靠保存性、非易失性和可更改性（5）可靠性1.4.2 輔助存儲(chǔ)器v1、磁表面存儲(chǔ)器v磁盤(pán)、磁帶都是磁表面存儲(chǔ)器，其信息存儲(chǔ)于涂覆在載體表面，厚度為0.0245um左右的磁層上。v磁記錄格式規(guī)定了一連串的二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與磁層存儲(chǔ)元的相應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式互相轉(zhuǎn)換的規(guī)則，常用的有下面幾種。v(1)歸零制(RZ)v(2)不歸零制(NRZ)v(3)調(diào)相制(PE或

35、PM)v(4)調(diào)頻制(FM或FD)評(píng)價(jià)硬盤(pán)性能好壞，主要參照下述指標(biāo)v1、記錄密度v2、硬盤(pán)容量v3、主軸轉(zhuǎn)速v4、尋道時(shí)間v5、平均存取時(shí)間v6、緩沖存儲(chǔ)區(qū)大小v7、數(shù)據(jù)傳輸率v8、誤碼率v2、磁盤(pán)陣列、磁盤(pán)陣列RAIDv3、光盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器v特點(diǎn)：特點(diǎn)：v（1）記錄密度高、存儲(chǔ)容量大。）記錄密度高、存儲(chǔ)容量大。v（2）采用非接觸方式讀）采用非接觸方式讀/寫(xiě)，沒(méi)有磨損，可靠性高寫(xiě)，沒(méi)有磨損，可靠性高v（3）可長(zhǎng)期保存信息）可長(zhǎng)期保存信息v（4）成本低廉，易于大量復(fù)制）成本低廉，易于大量復(fù)制v（5）存儲(chǔ)密度高，體積小，能自由更換盤(pán)片）存儲(chǔ)密度高，體積小，能自由更換盤(pán)片v（6）誤碼率在）誤碼率在10-1010-17以下以下v（7）存取時(shí)