第2章 計算機體系結構與組織 - 復件

1、第第2 2章章 計算機體系計算機體系結構與組織結構與組織3/27/20222計算機科學導論計算機科學導論學習目標學習目標u了解數(shù)據(jù)的機器編碼、微型計算機系統(tǒng)的組成、了解數(shù)據(jù)的機器編碼、微型計算機系統(tǒng)的組成、存儲系統(tǒng)的組織結構、基本的輸入存儲系統(tǒng)的組織結構、基本的輸入/ /輸出系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)的分類、多核技術、高性能計算機、計算機系統(tǒng)的分類、多核技術、高性能計算機、并行計算機、網絡計算機、分布式系統(tǒng)。并行計算機、網絡計算機、分布式系統(tǒng)。u掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的表示和計算、非數(shù)值數(shù)據(jù)的編掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的表示和計算、非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)。碼、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)。第第2 2章章 計算機

2、體系結構與組織計算機體系結構與組織3/27/20223計算機科學導論計算機科學導論2.1 數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù) 計算機只能識別二進制編碼的指令和數(shù)據(jù)，其它的如數(shù)計算機只能識別二進制編碼的指令和數(shù)據(jù)，其它的如數(shù)字、字符、聲音、圖形、圖像等信息都必須轉換成二進字、字符、聲音、圖形、圖像等信息都必須轉換成二進制的形式，才能提供給計算機進行識別和處理。制的形式，才能提供給計算機進行識別和處理。 由于二進制只有兩個狀態(tài)即由于二進制只有兩個狀態(tài)即0和和1，這正好與物理器件的，這正好與物理器件的兩種狀態(tài)相對應，如電壓信號的高與低、門電路的導通兩種狀態(tài)相對應，如電壓信號的高與低、門電路的導通與截止等，因此，采用二

3、進制將使得計算機在物理上實與截止等，因此，采用二進制將使得計算機在物理上實現(xiàn)簡單，且具有可靠性高、處理簡單、抗干擾能力強等現(xiàn)簡單，且具有可靠性高、處理簡單、抗干擾能力強等優(yōu)點。優(yōu)點。3/27/20224計算機科學導論計算機科學導論2.1.1 數(shù)的表示及數(shù)制轉換數(shù)的表示及數(shù)制轉換 日常生活中常用十進制數(shù)、十二進制日常生活中常用十進制數(shù)、十二進制(時鐘時鐘)，而在計算機，而在計算機內所有的數(shù)據(jù)都是以二進制代碼的形式存儲、處理和傳內所有的數(shù)據(jù)都是以二進制代碼的形式存儲、處理和傳送。為了在輸入送。為了在輸入/輸出或書寫時方便用戶，也經常用到八輸出或書寫時方便用戶，也經常用到八進制和十六進制。進制和十六

4、進制。 在十進制系統(tǒng)中，進位原則是在十進制系統(tǒng)中，進位原則是“逢十進一逢十進一”。由此可知，由此可知，在二進制系統(tǒng)中，其進位原則是在二進制系統(tǒng)中，其進位原則是“逢二進一逢二進一”；在八進在八進制系統(tǒng)中，其進位原則是制系統(tǒng)中，其進位原則是“逢八進一逢八進一”；在十六進制系在十六進制系統(tǒng)中，其進位原則是統(tǒng)中，其進位原則是“逢十六進一逢十六進一”。3/27/20225計算機科學導論計算機科學導論進位計數(shù)制（位置計數(shù)法）進位計數(shù)制（位置計數(shù)法）uDi：數(shù)碼（數(shù)字符號）數(shù)碼（數(shù)字符號） uR：基數(shù)基數(shù),簡稱簡稱“基基”或或“底底” （數(shù)碼的個數(shù)）（數(shù)碼的個數(shù)）uRi：位權（數(shù)值中每一固定位置對應的單位）

5、位權（數(shù)值中每一固定位置對應的單位）u計數(shù)規(guī)則：逢基數(shù)進一計數(shù)規(guī)則：逢基數(shù)進一 例：例： (123.45)10=1102+2101+3100+410-1+510-2 (101.01)2=122+021+120+02-1+12-2 i=m-k(N)R=DiRi2.1.1 數(shù)的表示及數(shù)制轉換數(shù)的表示及數(shù)制轉換3/27/20226計算機科學導論計算機科學導論各種進制的基、位權及基本符號各種進制的基、位權及基本符號進制名稱進制名稱基基R位位 權權基本符號基本符號十進制十進制10,103,102,101,100,10-1,10-2, 10-3,0,1,2,9二進制二進制2,23,22,21,20,2-1

6、,2-2, 2-3,0,1八進制八進制8,83,82,81,80,8-1,8-2, 8-3,0,1,2,7十六進制十六進制16,163,162,161,160,16-1,16-2, 16-3,0,1,9,A,B,C,D,E,F3/27/20227計算機科學導論計算機科學導論數(shù)制的表示數(shù)制的表示下標法：用小括號將所表示的數(shù)括起來，然后下標法：用小括號將所表示的數(shù)括起來，然后在右括號右下角寫上數(shù)制的基在右括號右下角寫上數(shù)制的基R。字母法：在所表示的數(shù)的末尾寫上相應數(shù)制字字母法：在所表示的數(shù)的末尾寫上相應數(shù)制字母。詳見下圖。母。詳見下圖。3/27/20228計算機科學導論計算機科學導論進制的簡化符號

7、進制的簡化符號 進進 制制 符符 號號 數(shù)數(shù) 碼碼二二 進進 制制 B(Binary) 01八八 進進 制制 O (Octal) 07十十 進進 制制 D(Decimal) 09十六進制十六進制H(Hexadecimal)09,AF3/27/20229計算機科學導論計算機科學導論數(shù)制間的基本關系數(shù)制間的基本關系十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F3/27/2

8、02210計算機科學導論計算機科學導論數(shù)制之間的轉換數(shù)制之間的轉換其它進制轉換為十進制其它進制轉換為十進制 二進制與八進制、十六進制的相互轉換二進制與八進制、十六進制的相互轉換 十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)3/27/202211計算機科學導論計算機科學導論其它進制轉換為十進制其它進制轉換為十進制 方法：按位置計數(shù)法展開計算后得到十進制。即相應位置方法：按位置計數(shù)法展開計算后得到十進制。即相應位置的數(shù)碼乘以對應位的權，再將所有的乘積進行累加。的數(shù)碼乘以對應位的權，再將所有的乘積進行累加。例例1：將二進制數(shù)：將二進制數(shù)1101.101B轉換為十進制數(shù)轉換為十進制數(shù) 解：解：(1

9、011.101)2=123+022+121+120+12-1+02-2+12-3=8+0+2+1+0.5+0+0.125=11.6253/27/202212計算機科學導論計算機科學導論其它進制轉換為十進制其它進制轉換為十進制例例2：將十六進制數(shù)：將十六進制數(shù)2AE.4H轉換為十進制數(shù)轉換為十進制數(shù)解：解： 2AE.4H =2162+10161+14160+416-1 =512+160+14+0.25 =686.25 練習：將八進制數(shù)練習：將八進制數(shù)705.3O轉換為十進制數(shù)轉換為十進制數(shù)3/27/202213計算機科學導論計算機科學導論二進制轉換為十六進制二進制轉換為十六進制方法：方法：4位二

10、進制對應位二進制對應1位十六進制，不足位十六進制，不足4位則補位則補0（整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右）（整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右）例例1：將：將1011101001.110101B轉換為十六進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)解：解：整數(shù)部分：整數(shù)部分：0010 1110 1001 （前面補（前面補0） 2 E 9小數(shù)部分：小數(shù)部分：1101 0100 （后面補（后面補0） D 4故故1011101001.110101B=2E9.D4H 3/27/202214計算機科學導論計算機科學導論十六進制轉換為二進制十六進制轉換為二進制方法：方法：1位十六進制對應位十六進制對應4位二進制位二進制例例2

11、：將：將5A.3BH轉換為二進制數(shù)轉換為二進制數(shù) 解：解： 5 A . 3 B 101 1010. 0011 1011 故故5A.3BH=1011010.00111011B u二進制與八進制的相互轉換與二進制與十六進制的轉二進制與八進制的相互轉換與二進制與十六進制的轉換同理，但應注意換同理，但應注意“3位二制數(shù)對應位二制數(shù)對應1位八進制數(shù)位八進制數(shù)”。u八進制與十六進制的轉換可借助二進制實現(xiàn)。八進制與十六進制的轉換可借助二進制實現(xiàn)。u練習練習將二進制數(shù)將二進制數(shù)1001101.01101B轉換為八進制轉換為八進制將八進制數(shù)將八進制數(shù)705.3O轉換為二進制轉換為二進制3/27/202215計算

12、機科學導論計算機科學導論方法：整數(shù)部分方法：整數(shù)部分除除基數(shù)基數(shù)取余取余，直到商為，直到商為0；小數(shù)部分；小數(shù)部分乘乘基數(shù)基數(shù)取整取整，直到小數(shù)部分為，直到小數(shù)部分為0或達到相應精度?；蜻_到相應精度。例例1：將十進制整數(shù)：將十進制整數(shù)(105)10轉換為二進制整數(shù)轉換為二進制整數(shù)解：解： 2 105 2 52 余數(shù)為余數(shù)為1 2 26 余數(shù)為余數(shù)為0 2 13 余數(shù)為余數(shù)為0 2 6 余數(shù)為余數(shù)為1 2 3 余數(shù)為余數(shù)為0 2 1 余數(shù)為余數(shù)為1 0余數(shù)為余數(shù)為1 所以，所以，(105)10(1101001)2十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)除除2逆取余逆取余3/27/2022

13、16計算機科學導論計算機科學導論十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)例例2：將十進制小數(shù)：將十進制小數(shù)(0.8125)10轉換為二進制小數(shù)：轉換為二進制小數(shù)：0.812521.625 取整數(shù)位取整數(shù)位10.62521.25 取整數(shù)位取整數(shù)位1 0.2520.5 取整數(shù)位取整數(shù)位00.521.0 取整數(shù)位取整數(shù)位1 所以，所以，(0.8125)10(0.1101)2注意：如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為注意：如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以，則可以 根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。u思考：思考： (1) 將十進制轉換為八進制、十六進制？將

14、十進制轉換為八進制、十六進制？ (2) 既有整數(shù)，又有小數(shù)部分的情況？既有整數(shù)，又有小數(shù)部分的情況？乘乘2順取整順取整3/27/202217計算機科學導論計算機科學導論1.1.整數(shù)部分：除以整數(shù)部分：除以R R取余數(shù)，直到商為取余數(shù)，直到商為0 02.2.小數(shù)部分：乘以小數(shù)部分：乘以R R取整數(shù)，直到小數(shù)部分為取整數(shù)，直到小數(shù)部分為0 0或達到相應精度或達到相應精度3.3.合并整數(shù)分部和小數(shù)部分合并整數(shù)分部和小數(shù)部分100(D)100.345(D)八進制八進制100812818044110016604616十六進制十六進制動態(tài)演示動態(tài)演示1.380 0.34520.69022 0.760 2

15、1.520 2 1.0401011=144(O)=64(H)100250225212262321000100112練習：課后習題練習：課后習題1.63/27/202218計算機科學導論計算機科學導論計算機中采用二進制的優(yōu)點計算機中采用二進制的優(yōu)點狀態(tài)簡單，容易實現(xiàn)。計算機中，數(shù)是用物理器件狀態(tài)簡單，容易實現(xiàn)。計算機中，數(shù)是用物理器件的狀態(tài)描述的，二進制只有兩種狀態(tài)（的狀態(tài)描述的，二進制只有兩種狀態(tài)（0和和1），很），很容易表示。電位的高低，脈沖的有無，電路的通斷容易表示。電位的高低，脈沖的有無，電路的通斷等都可表示。等都可表示。邏輯操作簡單。二進制可方便的表示邏輯值，進行邏輯操作簡單。二進制可

16、方便的表示邏輯值，進行邏輯運算。邏輯運算。算術運算規(guī)則簡單。求和和乘積的規(guī)則只有算術運算規(guī)則簡單。求和和乘積的規(guī)則只有3條。條。3/27/202219計算機科學導論計算機科學導論練練 習習將（將（11.375）10轉換為二進制數(shù)轉換為二進制數(shù) 將將301.6875D轉換為十六進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)將將3ADH轉換為十進制數(shù)轉換為十進制數(shù)將將10001110010001010B轉換為八進制轉換為八進制 3/27/202220計算機科學導論計算機科學導論2.1.2 數(shù)的原碼、反碼和補碼數(shù)的原碼、反碼和補碼一個數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中進行表示，應該與實際使用中一個數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中進行表示，應該與實際使用

17、中的要求相同。主要涉及到的要求相同。主要涉及到符號表示符號表示和和小數(shù)點的位置表示小數(shù)點的位置表示兩個問題。兩個問題。在計算機中，表示一個數(shù)值數(shù)據(jù)的符號的方法是：占用在計算機中，表示一個數(shù)值數(shù)據(jù)的符號的方法是：占用一位二進制數(shù)位，用一位二進制數(shù)位，用“0”表示正號，用表示正號，用“1”表示負號。表示負號。為了區(qū)別符號和數(shù)值，二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中有原為了區(qū)別符號和數(shù)值，二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中有原碼、反碼和補碼碼、反碼和補碼3種表示方法。種表示方法。3/27/202221計算機科學導論計算機科學導論真值與機器數(shù)真值與機器數(shù)機器數(shù)機器數(shù)是指數(shù)在計算機中的表示形式（包括原、反、補是指數(shù)在計算機中

18、的表示形式（包括原、反、補碼三種）。為了表示通常的數(shù)與機器數(shù)的對應關系，將碼三種）。為了表示通常的數(shù)與機器數(shù)的對應關系，將通常的數(shù)稱為機器數(shù)的通常的數(shù)稱為機器數(shù)的真值真值。在計算機中只有機器數(shù)，。在計算機中只有機器數(shù)，不存在數(shù)的真值。不存在數(shù)的真值。 例如，兩個數(shù)例如，兩個數(shù)N1和和N2的真值分別為：的真值分別為： N11101010 N21011100 則所對應的機器數(shù)分別為則所對應的機器數(shù)分別為（使用原碼表示）：（使用原碼表示）： N1：01101010 N2：110111003/27/202222計算機科學導論計算機科學導論0X1|X| 0=X X=0+127： 01111111 +0：

19、00000000 - 127： 11111111 - 0：10000000X原原=0X1|X| 0=X X=0 +127： 01111111 +0：00000000 -127： 10000000 - 0：11111111(2)反碼反碼X反反=(1)(1)原碼原碼補碼多了一個編碼補碼多了一個編碼 10000000， 用于表示用于表示-128(3)補碼補碼+127： 01111111 +0：000000000X1|X|+1 0=X X=0 -127： 10000001 - 0：00000000X補補=假定一個數(shù)在機器中占用假定一個數(shù)在機器中占用8位。位。3/27/202223計算機科學導論計算機科

20、學導論原碼原碼u一般方法：對于最左邊的符號，如果是一般方法：對于最左邊的符號，如果是正數(shù)正數(shù)，則原碼的，則原碼的符符號位為號位為0，如果是，如果是負數(shù)負數(shù)，則原碼的，則原碼的符號位為符號位為1，然后，然后其余數(shù)其余數(shù)值位不變值位不變寫到符號右邊。寫到符號右邊。例：求例：求1001，1001，0.1001,0.1001的原碼的原碼u原碼的特點：原碼的特點：數(shù)的原碼與真值之間的關系較簡單，與真值的轉換方便。數(shù)的原碼與真值之間的關系較簡單，與真值的轉換方便。適于作乘除運算。適于作乘除運算。在機器中進行加減法運算時比較復雜，容易出錯。在機器中進行加減法運算時比較復雜，容易出錯。 10000101 -5

21、 的機器數(shù) + 00000100 4 的機器數(shù) 10001001 運算結果為-9 3/27/202224計算機科學導論計算機科學導論反碼反碼u一般方法：對于最左邊的符號，如果是一般方法：對于最左邊的符號，如果是正數(shù)正數(shù)，則反碼的，則反碼的符符號位為號位為0，其余，其余數(shù)值位不變數(shù)值位不變;如果是如果是負數(shù)負數(shù)，則反碼的，則反碼的符號位符號位為為1，然后其余，然后其余數(shù)值位按位取反數(shù)值位按位取反。例：求例：求1001，1001，0.1001,0.1001的反碼的反碼u反碼的特點：反碼的特點：進行加減運算時，若在最高位有進位，則要在最低位進行加減運算時，若在最高位有進位，則要在最低位1，此時要多進

22、行一次加法運算，增加了復雜性，又影響了速此時要多進行一次加法運算，增加了復雜性，又影響了速度，因此度，因此很少使用很少使用。3/27/202225計算機科學導論計算機科學導論補碼補碼u一般方法：對于最左邊的符號，如果是一般方法：對于最左邊的符號，如果是正數(shù)正數(shù)，補碼的，補碼的符號符號位為位為0，其余，其余數(shù)值位不變數(shù)值位不變;如果是如果是負數(shù)負數(shù)，則補碼的，則補碼的符號位為符號位為1，然后其余，然后其余數(shù)值位按位取反后加數(shù)值位按位取反后加1。例：求例：求1001，1001，0.1001,0.1001的補碼的補碼u補碼的特點：補碼的特點：無溢出的情況下，補碼的無溢出的情況下，補碼的加減運算簡單，

23、結果正確加減運算簡單，結果正確。與原碼相比較，補碼在正數(shù)軸方向上表示數(shù)的范圍與原碼與原碼相比較，補碼在正數(shù)軸方向上表示數(shù)的范圍與原碼相同，但相同，但在負數(shù)軸方向上在負數(shù)軸方向上補碼補碼表示范圍比原碼表示范圍比原碼增大了增大了一個一個單位單位。使用補碼計算使用補碼計算 -5+4=?3/27/202226計算機科學導論計算機科學導論3種碼制的比較種碼制的比較u 相同點相同點正數(shù)的原反補碼都等于真值。正數(shù)的原反補碼都等于真值。最高位都表示符號位。最高位都表示符號位。u 不同點不同點1.原碼的符號位和數(shù)值位必須分開進行乘除運算。原碼的符號位和數(shù)值位必須分開進行乘除運算。2.原碼和反碼的零各自都有兩種表

24、示方法。原碼和反碼的零各自都有兩種表示方法。3.當需要擴展代碼字長時，采用的處理方法各不相同。當需要擴展代碼字長時，采用的處理方法各不相同。4.原碼和反碼能表示的正數(shù)和負數(shù)的范圍相對于零是對稱原碼和反碼能表示的正數(shù)和負數(shù)的范圍相對于零是對稱的，而補碼的負數(shù)表示范圍比正數(shù)表示范圍要寬。的，而補碼的負數(shù)表示范圍比正數(shù)表示范圍要寬。3/27/202227計算機科學導論計算機科學導論機器數(shù)的表示法機器數(shù)的表示法 正正 數(shù)數(shù)負負 數(shù)數(shù)范圍（范圍（n位）位）正正0負負0原原碼碼0數(shù)值數(shù)值1絕對值絕對值-(-）+(- - )0000000010000000反反碼碼0數(shù)值數(shù)值1按位取反按位取反-(-) +(-

25、)0000000011111111補補碼碼0數(shù)值數(shù)值1按位取反按位取反+1-(-) +(-)00000000000000003/27/202228計算機科學導論計算機科學導論定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)和浮點數(shù)u對于數(shù)值數(shù)據(jù)的小數(shù)點表示方法對于數(shù)值數(shù)據(jù)的小數(shù)點表示方法 定點數(shù)定點數(shù) 浮點數(shù)浮點數(shù)3/27/202229計算機科學導論計算機科學導論定點數(shù)定點數(shù)u定點數(shù)定點數(shù) 計算機在運算過程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)點的位置計算機在運算過程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)點的位置固定不變，其中小數(shù)點的位置由計算機設計固定不變，其中小數(shù)點的位置由計算機設計者在機器的結構中指定一個不變的位置。者在機器的結構中指定一個不變的位置。 常用的分

26、為定點整數(shù)和定點小數(shù)常用的分為定點整數(shù)和定點小數(shù)3/27/202230計算機科學導論計算機科學導論定點整數(shù)定點整數(shù) 定點整數(shù)表示的數(shù)都是整數(shù)，而小數(shù)點則固定在數(shù)值位最定點整數(shù)表示的數(shù)都是整數(shù)，而小數(shù)點則固定在數(shù)值位最低位之后。其格式為：低位之后。其格式為： 如果參加運算的數(shù)是小數(shù)，在送入計算機以前，乘以一個如果參加運算的數(shù)是小數(shù)，在送入計算機以前，乘以一個比例因子，將其放大為整數(shù)。比例因子，將其放大為整數(shù)。符號位符號位數(shù)值位數(shù)值位.假想小數(shù)點假想小數(shù)點3/27/202231計算機科學導論計算機科學導論定點小數(shù)定點小數(shù) 定點小數(shù)表示的數(shù)都是小數(shù)，而小數(shù)點在最左邊符號位與定點小數(shù)表示的數(shù)都是小數(shù)，

27、而小數(shù)點在最左邊符號位與數(shù)值位之間。其格式為：數(shù)值位之間。其格式為：符號位符號位數(shù)值位數(shù)值位.假想小數(shù)點假想小數(shù)點 如果參加運算的數(shù)是大于等于如果參加運算的數(shù)是大于等于1的數(shù)，在送入計算機以前，的數(shù)，在送入計算機以前，除以一個比例因子，將其縮小為小于除以一個比例因子，將其縮小為小于1的數(shù)。的數(shù)。 優(yōu)點：對于整數(shù)和純小數(shù)，計算簡單方便。優(yōu)點：對于整數(shù)和純小數(shù)，計算簡單方便。 缺點：若參加運算的數(shù)不是整數(shù)或純小數(shù)，則需進行比缺點：若參加運算的數(shù)不是整數(shù)或純小數(shù)，則需進行比例因子的計算，增加了額外的計算量。例因子的計算，增加了額外的計算量。3/27/202232計算機科學導論計算機科學導論浮點數(shù)浮點

28、數(shù) 浮點數(shù)特別適用于處理非常大或非常小的數(shù)據(jù)。其統(tǒng)一浮點數(shù)特別適用于處理非常大或非常小的數(shù)據(jù)。其統(tǒng)一格式為：格式為：N=MREE：階碼（指數(shù)，為帶符號定點整數(shù)）：階碼（指數(shù)，為帶符號定點整數(shù)）M：尾數(shù)（有效數(shù)字，為帶符號定點小數(shù)）：尾數(shù)（有效數(shù)字，為帶符號定點小數(shù)）R：基數(shù)（底）：基數(shù)（底）101101.0101B1011010.1012-1 101101010.12-3 0.101101010126科學計數(shù)法科學計數(shù)法規(guī)格化浮點數(shù)規(guī)格化浮點數(shù) 尾數(shù)是純小數(shù)，絕對值大于等于尾數(shù)是純小數(shù)，絕對值大于等于0.1并且小于并且小于1 階碼為整數(shù)（正整數(shù)或負整數(shù)）階碼為整數(shù)（正整數(shù)或負整數(shù)） 3/27/

29、202233計算機科學導論計算機科學導論浮點機器數(shù)浮點機器數(shù)存儲格式存儲格式 N=m+n 階符階符 尾符尾符階碼（階碼（m位）位） 尾數(shù)（尾數(shù)（n位）位） N位位3/27/202234計算機科學導論計算機科學導論 例例1:設字長為設字長為16位，其中階符位，其中階符1位，階碼位，階碼4位，尾符位，尾符1位，尾數(shù)位，尾數(shù)10位，要求將位，要求將X=101101.0101寫成規(guī)格寫成規(guī)格化浮點補碼數(shù)，化浮點補碼數(shù)，階碼和尾數(shù)均用補碼表示階碼和尾數(shù)均用補碼表示。 X=-101101.0101-0.10110101012110 0011010100101011 階符階符 尾符尾符浮點機器數(shù)浮點機器數(shù)階

30、碼階碼 尾數(shù)尾數(shù) 3/27/202235計算機科學導論計算機科學導論 例例2:設階碼用原碼表示，尾數(shù)用補碼表示，求下列機器數(shù)設階碼用原碼表示，尾數(shù)用補碼表示，求下列機器數(shù)的真值。的真值。 u解解:真值真值-0.110110011122 0001010010011001 階符階符 階碼階碼 尾符尾符 尾數(shù)尾數(shù) 浮點機器數(shù)浮點機器數(shù)3/27/202236計算機科學導論計算機科學導論2.1.4 十進制數(shù)的編碼十進制數(shù)的編碼u常用的十進制數(shù)的編碼方法有常用的十進制數(shù)的編碼方法有BCD碼、余碼、余3碼、格雷碼碼、格雷碼等。等。 十進制數(shù)轉換成十進制數(shù)轉換成8421BCD碼的方法很簡單，將每碼的方法很簡單

31、，將每1位十位十進制數(shù)用進制數(shù)用4位二進制數(shù)碼表示即可。位二進制數(shù)碼表示即可。例例2.16 將十進制數(shù)將十進制數(shù)578.43轉換為轉換為8421BCD碼。碼。 578.43=(0101 0111 1000.0100 0011)BCD 8421BCD碼轉換成十進制數(shù)就是將每碼轉換成十進制數(shù)就是將每4位二進制數(shù)用位二進制數(shù)用1位位十進制數(shù)表示即可。十進制數(shù)表示即可。例例2.17 將將8421BCD碼碼1001 1001 0111.0011 0110轉換為轉換為十進制數(shù)。十進制數(shù)。 (1001 1001 0111.0011 0110)BCD=997.363/27/202237計算機科學導論計算機科學

32、導論8421BCD碼的格式碼的格式 8421BCD8421BCD碼分為壓縮的碼分為壓縮的8421BCD8421BCD碼碼( (也叫組合的也叫組合的BCDBCD碼碼) )和非和非壓縮壓縮8421BCD8421BCD碼碼( (也叫非組合的也叫非組合的BCDBCD碼、分離的碼、分離的BCDBCD碼碼) ) (1) (1) 壓縮壓縮8421BCD8421BCD碼。每一位十進制數(shù)用碼。每一位十進制數(shù)用4 4位二進制數(shù)來位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示表示，即一個字節(jié)表示2 2位十進制數(shù)。位十進制數(shù)。例如，壓縮例如，壓縮BCD碼碼(01100101)，表示為十進制數(shù)為，表示為十進制數(shù)為65。 (2) (2

33、) 非壓縮非壓縮8421BCD8421BCD碼。每一位十進制數(shù)用碼。每一位十進制數(shù)用8 8位二進制數(shù)位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示來表示，即一個字節(jié)表示1 1位十進制數(shù)，且只用每個字節(jié)位十進制數(shù)，且只用每個字節(jié)的低的低4 4位來表示位來表示0 09 9，高，高4 4位為不確定的數(shù)碼。位為不確定的數(shù)碼。例如，十進制數(shù)例如，十進制數(shù)65，用非壓縮，用非壓縮BCD碼表示為：碼表示為：(- 0110 - 0101)BCD，其中，其中“-”為不確定的數(shù)碼。為不確定的數(shù)碼。3/27/202238計算機科學導論計算機科學導論2.2 非數(shù)值數(shù)據(jù)非數(shù)值數(shù)據(jù) 計算機中，除了對數(shù)值數(shù)據(jù)的處理外，還能處理非數(shù)值計算

34、機中，除了對數(shù)值數(shù)據(jù)的處理外，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。息。 由于計算機只處理二進制編碼形式的數(shù)據(jù)，因此非數(shù)值由于計算機只處理二進制編碼形式的數(shù)據(jù)，因此非數(shù)值數(shù)據(jù)都必須轉換為二進制表示的形式才能提供給計算機數(shù)據(jù)都必須轉換為二進制表示的形式才能提供給計算機進行處理。進行處理。3/27/202239計算機科學導論計算機科學導論2.2.1 文字信息的編碼文字信息的編碼u文字處理工作主要有文字處理工作主要有: 語言文字信息的輸入語言文字信息的輸入 語言文字信息的傳輸語言文字信息的傳輸 語言文字的信息加工語言文字的信

35、息加工 語言文字的輸出語言文字的輸出3/27/202240計算機科學導論計算機科學導論英文字符的編碼英文字符的編碼 ASCII碼碼(American Standard Code for Information Interchange):美國信息交換標準碼，是微機中表示字美國信息交換標準碼，是微機中表示字符的常用碼制。最多可表示符的常用碼制。最多可表示128種字符，其中包括種字符，其中包括10個個數(shù)字，數(shù)字，26個小寫字母，個小寫字母，26個大寫字母，以及各種運算個大寫字母，以及各種運算符號和標點符號。符號和標點符號。編碼位編碼位0-31和和127，是不可顯示和打，是不可顯示和打印的字符，稱為控

36、制碼印的字符，稱為控制碼。 占占7位，位，b7位為位為0，稱為基本，稱為基本ASCII碼；可擴充為碼；可擴充為8位，位，b7位為位為1，稱為擴充，稱為擴充ASCII碼。碼。3/27/202241計算機科學導論計算機科學導論7位位ASCII碼表碼表3/27/202242計算機科學導論計算機科學導論v b8 b7b6b5 b4b3b2b1u例如：字符例如：字符 “a” 的編碼為的編碼為1100001，對應的十進制數(shù)（即，對應的十進制數(shù)（即碼值）是碼值）是97。 字符字符 編碼編碼 碼值碼值 換行換行 0AH 10 回車回車 0DH 13 空格空格 20H 3209 30H39H 4857AZ 41

37、H5AH 6590az 61H7AH 97122校驗位校驗位 高三位高三位 低四位低四位3/27/202243計算機科學導論計算機科學導論表中特殊標識的含義表中特殊標識的含義NUL:空空 DLE:數(shù)據(jù)鍵換碼數(shù)據(jù)鍵換碼 SOH:標題開始標題開始DC1:設備控制設備控制1STX:正文開始正文開始 DC2:設備控制設備控制2ETX:正文結束正文結束DC3:設備控制設備控制3 EOT:傳輸結束傳輸結束DC4:設備控制設備控制4 ENG:詢問詢問 NAK:否定否定ACK:認可認可SYN:同步字符同步字符 BEL:報警報警(可聽見聲音可聽見聲音)ETB:信息組傳送結束信息組傳送結束 BS:退一格退一格 C

38、AN:作廢作廢HT:橫向制表橫向制表 EM:紙盡紙盡 LF:換行換行SUB:減減VT:縱向制表縱向制表 ESC:換碼換碼FF:走紙控制走紙控制 FS:文字分隔符文字分隔符 CR:回車回車GS:組分隔符組分隔符 SO:移位輸出移位輸出 RS:記錄分隔符記錄分隔符SI:移位輸入移位輸入 US:單元分隔符單元分隔符 DEL:刪除刪除SP:空格空格 3/27/202244計算機科學導論計算機科學導論漢字字符的編碼漢字字符的編碼u漢字編碼分為機內碼和機外碼漢字編碼分為機內碼和機外碼 機內碼是在計算機內部使用的用二進制代碼表示的機內碼是在計算機內部使用的用二進制代碼表示的漢字編碼，用于在計算機內部存儲、交

39、換、處理加漢字編碼，用于在計算機內部存儲、交換、處理加工漢字信息；工漢字信息； 機外碼是不在計算機內使用的漢字編碼，主要是指機外碼是不在計算機內使用的漢字編碼，主要是指漢字輸入碼。此外還有供輸出的漢字字形點陣碼。漢字輸入碼。此外還有供輸出的漢字字形點陣碼。3/27/202245計算機科學導論計算機科學導論漢字字符的編碼漢字字符的編碼 區(qū)位碼、區(qū)位碼、GB2312國標碼國標碼 漢字機內碼漢字機內碼 漢字輸入碼漢字輸入碼 漢字的輸出漢字的輸出漢字漢字 國標碼國標碼 漢字內碼漢字內碼中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 華華 5942(00

40、111011 00101010)B (10111011 10101010)B 3/27/202246計算機科學導論計算機科學導論漢字字形碼：確定一個漢字字形點陣的編碼，用于漢字字形碼：確定一個漢字字形點陣的編碼，用于漢字顯示和打印輸出。漢字顯示和打印輸出。點陣有點陣有16161616、24242424、32323232、48484848等等編碼、存儲方式簡單編碼、存儲方式簡單無需轉換直接輸出無需轉換直接輸出放大后產生的效果差放大后產生的效果差由所有漢字字形碼組成漢字庫由所有漢字字形碼組成漢字庫3/27/202247計算機科學導論計算機科學導論2.2.2 聲音的編碼聲音的編碼 用計算機對音頻信息

41、處理，就要將模擬信號（如用計算機對音頻信息處理，就要將模擬信號（如語音、音樂等）轉換成為數(shù)字信號。語音、音樂等）轉換成為數(shù)字信號。采樣采樣 每隔一定時間間隔對模每隔一定時間間隔對模擬波形上取一個幅度值。擬波形上取一個幅度值。量化量化 將每個采樣點得到的幅將每個采樣點得到的幅度值以數(shù)字存儲。度值以數(shù)字存儲。編碼編碼 將采樣和量化后的數(shù)字將采樣和量化后的數(shù)字數(shù)據(jù)以一定的格式記錄下來。數(shù)據(jù)以一定的格式記錄下來。模擬信號模擬信號采樣采樣量化量化編碼編碼數(shù)字信號數(shù)字信號 振幅振幅 頻率頻率1/T 采樣點采樣點 T 振幅振幅1/TT3/27/202248計算機科學導論計算機科學導論 數(shù)字音頻的文件格式數(shù)字

42、音頻的文件格式 u Wave格式文件（格式文件（. Wav） 記錄了真實聲音的二進制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大。記錄了真實聲音的二進制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大。uMIDI格式文件（格式文件（.MID） 數(shù)字音樂的國際標準數(shù)字音樂的國際標準. 記錄的是音符數(shù)字，文件小。記錄的是音符數(shù)字，文件小。 uMPEG音頻文件（音頻文件（.MP1/.MP2/.MP3） 采用采用MPEG音頻壓縮標準進行壓縮的文件。音頻壓縮標準進行壓縮的文件。 3/27/202249計算機科學導論計算機科學導論2.2.3 圖形數(shù)據(jù)的編碼圖形數(shù)據(jù)的編碼u圖形和圖像圖形和圖像 圖形：由點、線等組成的有邊界畫面，文圖形：由點、線等組成的有

43、邊界畫面，文件中存放描述圖形的指令。件中存放描述圖形的指令。 圖像：由圖像設備輸入的無邊界畫面，數(shù)圖像：由圖像設備輸入的無邊界畫面，數(shù)字化后以位圖形式存儲。字化后以位圖形式存儲。u圖形編碼方法圖形編碼方法 矢量編碼和位圖編碼矢量編碼和位圖編碼u圖形存儲方式圖形存儲方式 點陣式方式點陣式方式3/27/202250計算機科學導論計算機科學導論常用圖像文件格式常用圖像文件格式u BMP和和DIB格式文件格式文件 與設備無關的位圖格式文件，與設備無關的位圖格式文件，Windows環(huán)境中經常使用。環(huán)境中經常使用。u GIF格式文件格式文件 Internet上的重要文件格式之一，最大不超過上的重要文件格式

44、之一，最大不超過64 KB，256色以內，色以內，壓縮比較高，與設備無關。壓縮比較高，與設備無關。u JPEG格式文件（格式文件（.JPG） 利用利用JPEG方法壓縮方法壓縮, Internet上重要文件格式之一，用于處理上重要文件格式之一，用于處理256色以上、大幅面圖像。色以上、大幅面圖像。u WMF格式文件格式文件 位圖與矢量圖的混合體位圖與矢量圖的混合體, Windows中許多剪貼畫圖像。廣泛應用中許多剪貼畫圖像。廣泛應用于桌面出版印刷領域。于桌面出版印刷領域。 3/27/202251計算機科學導論計算機科學導論2.3 數(shù)據(jù)的機器編碼數(shù)據(jù)的機器編碼u計算機內部的信息分為兩大類，即控制信

45、息和數(shù)據(jù)計算機內部的信息分為兩大類，即控制信息和數(shù)據(jù)信息?？刂菩畔⑹侵笓]計算機如何操作的指令；數(shù)信息?？刂菩畔⑹侵笓]計算機如何操作的指令；數(shù)據(jù)信息是計算機加工的對象。據(jù)信息是計算機加工的對象。u指令是規(guī)定計算機執(zhí)行某種操作的指示和命令，又指令是規(guī)定計算機執(zhí)行某種操作的指示和命令，又稱為機器指令。一臺計算機的所有指令的集合構成稱為機器指令。一臺計算機的所有指令的集合構成該機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)的設計是計算機系統(tǒng)設該機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)的設計是計算機系統(tǒng)設計的一個最有影響的方面。計的一個最有影響的方面。3/27/202252計算機科學導論計算機科學導論2.3.1 數(shù)據(jù)的機器級編碼數(shù)據(jù)的機器級編碼

46、u計算機中的指令由操作碼字段和操作數(shù)字段兩計算機中的指令由操作碼字段和操作數(shù)字段兩部分組成。操作碼字段指明計算機所要執(zhí)行的部分組成。操作碼字段指明計算機所要執(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)。過程中所需要的操作數(shù)。u機器指令的基本格式表示為：機器指令的基本格式表示為：操作碼操作碼地址碼地址碼3/27/202253計算機科學導論計算機科學導論指令：能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，規(guī)定一種操作。指令：能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，規(guī)定一種操作。操作碼操作碼 地址碼地址碼 數(shù)據(jù)傳送型指令數(shù)據(jù)傳送型指令數(shù)據(jù)處理型指令數(shù)據(jù)

47、處理型指令程序控制型指令程序控制型指令輸入輸出型指令輸入輸出型指令硬件控制型指令硬件控制型指令If Goto And OrCPUCPU內存內存I/O設備設備主機主機對計算機的硬件進行管理等對計算機的硬件進行管理等指令指令 結構結構分分類類操作碼：要完成的操作類型或性質操作碼：要完成的操作類型或性質地址碼：操作的內容或其所在地址地址碼：操作的內容或其所在地址 一臺計算機的所有指令的集合，一臺計算機的所有指令的集合，稱為該計算機的指令系統(tǒng)。稱為該計算機的指令系統(tǒng)。2.3.1 數(shù)據(jù)的機器級編碼數(shù)據(jù)的機器級編碼3/27/202254計算機科學導論計算機科學導論指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程 取指令：按照

48、指令計數(shù)器中的地址，從內存儲器中取出指令，取指令：按照指令計數(shù)器中的地址，從內存儲器中取出指令， 并送往指令寄存器。并送往指令寄存器。 分析指令：對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對分析指令：對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對 操作碼進行譯碼，將指令的操作碼進行譯碼，將指令的“操作碼操作碼”轉換成相應的控制電位轉換成相應的控制電位信信 號；而號；而“操作數(shù)操作數(shù)”則確定操作的內容或所在地址。則確定操作的內容或所在地址。 執(zhí)行指令：由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控執(zhí)行指令：由操作控制線路發(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。制信息，去完成

49、該指令所要求的操作。 一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1 或將轉移地址碼送入指令或將轉移地址碼送入指令 計數(shù)器，然后回到計數(shù)器，然后回到。演示：演示：計算機基本工作原理計算機基本工作原理3/27/202255計算機科學導論計算機科學導論計算機的指令周期 u計算機完成一條指令所花費的時間稱為計算機完成一條指令所花費的時間稱為1 1個個指令周期。指令周期。指令周期的長短，由指令周期的長短，由CPUCPU主頻（也稱為工作頻主頻（也稱為工作頻率）來反映。率）來反映。3/27/202256計算機科學導論計算機科學導論2.3.2 數(shù)據(jù)的匯編級編碼數(shù)據(jù)的匯編級編碼u匯編語言是一種

50、符號語言，它用助記符來表示操作碼，用匯編語言是一種符號語言，它用助記符來表示操作碼，用符號或符號地址來表示操作數(shù)或操作數(shù)地址，它與機器指符號或符號地址來表示操作數(shù)或操作數(shù)地址，它與機器指令是一一對應的。令是一一對應的。u匯編語言是一種介于機器語言和高級語言之間的計算機編匯編語言是一種介于機器語言和高級語言之間的計算機編程語言。用匯編語言編寫的程序叫匯編語言程序。程語言。用匯編語言編寫的程序叫匯編語言程序。u匯編程序是一種翻譯程序，將匯編語言程序轉換成機器代匯編程序是一種翻譯程序，將匯編語言程序轉換成機器代碼。其主要功能如下：碼。其主要功能如下：檢查源程序。檢查源程序。檢測出源程序中的語法錯誤，

51、并給出出錯的信息。檢測出源程序中的語法錯誤，并給出出錯的信息。產生源程序的目標程序，并可給出列表文件。產生源程序的目標程序，并可給出列表文件。將宏指令展開。將宏指令展開。3/27/202257計算機科學導論計算機科學導論2.4 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)u在計算機中，所有的數(shù)據(jù)表示與運算都是用二進制數(shù)進在計算機中，所有的數(shù)據(jù)表示與運算都是用二進制數(shù)進行的，而處理二進制數(shù)的基本電路是邏輯門。早期的邏行的，而處理二進制數(shù)的基本電路是邏輯門。早期的邏輯門是由分立元件構成，由于集成電路技術的發(fā)展，如輯門是由分立元件構成，由于集成電路技術的發(fā)展，如今邏輯門均已集成化而成為集成邏輯門。今邏輯門均

52、已集成化而成為集成邏輯門。3/27/202258計算機科學導論計算機科學導論2.4.1 基本邏輯關系及邏輯門基本邏輯關系及邏輯門u邏輯門是構成數(shù)字電路的基本單元，每一種邏輯邏輯門是構成數(shù)字電路的基本單元，每一種邏輯門的輸入和輸出之間有一定的邏輯關系。所有的門的輸入和輸出之間有一定的邏輯關系。所有的邏輯關系都可以由邏輯關系都可以由“與與”、“或或”、“非非”3種種基本的邏輯關系來表示，而實現(xiàn)這些基本邏輯關基本的邏輯關系來表示，而實現(xiàn)這些基本邏輯關系的電路就是邏輯門，最基本的邏輯門是系的電路就是邏輯門，最基本的邏輯門是“與與”門、門、“或或”門、門、“非非”門。門。3/27/202259計算機科學

53、導論計算機科學導論v命題：有具體意義且能夠判斷真假的命題：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句陳述句。v命題的真值：命題所具有的結論值命題的真值：命題所具有的結論值“真真”(true，簡記為簡記為T)或或“假假”（false，簡記為，簡記為F）。）。v命題標識符：表示命題的符號，也稱為命題常量，命題標識符：表示命題的符號，也稱為命題常量，通常書寫為通常書寫為大寫字母大寫字母。命題邏輯命題邏輯例：例：1 1、我是一名大學教師。、我是一名大學教師。2 2、我是一名在讀大學生。、我是一名在讀大學生。3 3、站?。?、站??！4 4、她要么是一名醫(yī)生要么是一名護士。、她要么是一名醫(yī)生要么是一名護士。3/27/

54、202260計算機科學導論計算機科學導論2.4.1 基本邏輯關系及邏輯門基本邏輯關系及邏輯門 “與與”邏輯關系及邏輯關系及“與與”門門: 運算符號可以是運算符號可以是“”、“”、“”或或“AND”。 邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： FAB “與與”門的邏輯符號：門的邏輯符號： “或或”邏輯關系及邏輯關系及“或或”門門：運算符號可以是：運算符號可以是“”、“”、“”或或“OR”。 邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： FAB “或或”門的邏輯符號：門的邏輯符號： “非非”邏輯關系及邏輯關系及“非非”門門邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： F “非非”門的邏輯符號：門的邏輯符號： “異或異或”邏輯關系及邏輯關系及“異或異或”門門邏輯函數(shù)

55、：邏輯函數(shù)： “異或異或”門的邏輯符號：門的邏輯符號：ABFABFAFABF3/27/202261計算機科學導論計算機科學導論2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)u邏輯代數(shù)也稱為布爾代數(shù)，廣泛用于數(shù)字電路的分邏輯代數(shù)也稱為布爾代數(shù)，廣泛用于數(shù)字電路的分析與設計。析與設計。u邏輯變量與函數(shù)：邏輯變量與函數(shù)：賦予邏輯值賦予邏輯值“真真”或或“假假”的變量稱為邏輯變量。的變量稱為邏輯變量。邏輯函數(shù)由邏輯變量邏輯函數(shù)由邏輯變量A、B、C、和算符和算符“”、“”、“”及括號、等號等構成的一個表達式。及括號、等號等構成的一個表達式。例如：例如： F=A+B G=AB u基本邏輯運算：基本邏輯運

56、算： “與與”運算、運算、“或或”運算、運算、“非非”運算。運算。3/27/202262計算機科學導論計算機科學導論u 邏輯代數(shù)的定理及常用公式邏輯代數(shù)的定理及常用公式（1）公理系統(tǒng)）公理系統(tǒng)公理公理1交換律：交換律：A+BB+A ABBA公理公理2結合律：結合律： (A+B)+CA+(B+C) (AB)CA(BC)公理公理3分配律：分配律：A+(BC)(A+B)A+C) A(B+C)AB+AC公理公理401律：律：A+0A AlA A+11 A00公理公理5互補律：互補律：01AAAA2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)3/27/202263計算機科學導論計算機科學導論（2）基本

57、定理）基本定理定理定理1：0+00 1+010+111+11 000 100010111推論：推論： 定理定理2： A+AAAAA定理定理3： A+ABAA(A+B)A 定理定理4： 定理定理5： 定理定理6： 定理定理7： 定理定理8: 1001BABAABABAA)(AABABABABAABABAABABA)()(CABACBCABA2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)3/27/202264計算機科學導論計算機科學導論（3 3）邏輯代數(shù)的重要規(guī)則）邏輯代數(shù)的重要規(guī)則對偶規(guī)則對偶規(guī)則 如果將邏輯函數(shù)表達式如果將邏輯函數(shù)表達式F F中所有的中所有的“”變成變成“”，“”變成變成“”

58、“0”“0”變成變成“1”1”，“1”1”變成變成“0”0”，而邏輯變量保持不變，則所得到的新邏輯表達式稱為而邏輯變量保持不變，則所得到的新邏輯表達式稱為函數(shù)函數(shù)F F的對偶式，記作的對偶式，記作FF )()(DBCAFDBCAF2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)3/27/202265計算機科學導論計算機科學導論 反演規(guī)則反演規(guī)則 如果將邏輯函數(shù)表達式如果將邏輯函數(shù)表達式F F中所有的中所有的“”變成變成“十十”，“”變成變成“”，“0”0”變成變成“1”1”，“1”1”變成變成“0”0”，原，原變量變成反變量，反變量變成原變量，則所得到的新函數(shù)表變量變成反變量，反變量變成原變量

59、，則所得到的新函數(shù)表達式為原函數(shù)達式為原函數(shù)F F的反函數(shù)的反函數(shù) 。 已知：已知： 根據(jù)規(guī)則得：根據(jù)規(guī)則得： 代入規(guī)則代入規(guī)則 代入規(guī)則是指任何一個含有變量代入規(guī)則是指任何一個含有變量A A的邏輯等式，如果將所的邏輯等式，如果將所有出現(xiàn)有出現(xiàn)A A的位置都代之以同一個邏輯函數(shù)的位置都代之以同一個邏輯函數(shù)F F，則等式仍然成立，則等式仍然成立 。DCBAF)()(DCBAF2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)3/27/202266計算機科學導論計算機科學導論邏輯表達式的化簡邏輯表達式的化簡u代數(shù)化簡法代數(shù)化簡法 運用邏輯代數(shù)的公理、定理和規(guī)則對邏輯運用邏輯代數(shù)的公理、定理和規(guī)則對邏

60、輯函數(shù)進行化簡函數(shù)進行化簡例例 = = u卡諾圖化簡法卡諾圖化簡法 最小項之和最小項之和 CBAABCBCAAB)(CABABCAB2.4.2 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)3/27/202267計算機科學導論計算機科學導論2.5 微型計算機系統(tǒng)的組成微型計算機系統(tǒng)的組成u自計算機從自計算機從1946年產生以來，經過多年的努力，計算機年產生以來，經過多年的努力，計算機技術已有了很大發(fā)展。技術已有了很大發(fā)展。1981年年8月美國月美國IBM公司成功推公司成功推出了出了IBM PC(Personal Computer)微型計算機，這是一微型計算機，這是一種面向個人用戶的微型計算機，故又稱種面