chap1_2-概述_机系计算统组成与工作原理

1电子工程学院陈客松第12章2信息在计算机中的表示计算机结构与组成微机发展概况计算机系统展望3现代信息科学的六大组成部分信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分从计算机学科的角度分析，嵌入式系统在一定程度上代表了未来计算机发展的方向计算机在信息的后五部分都起到关键作用计算机的发展一直和数字电路设计的发展相辅相成，互相促进4信息(数据)在计算机中的存在形式•电位的高低状态（H、L）•二进制逻辑的0、1记忆•表示数值（数制）•表示符号（码制）信息在计算机中的表示形式数值的运算（数值数据）符号的编码（非数值数据）5二进制的特点•计数特点简单•更加贴近生活•电子记忆方便0、1；L、H；低、高对立、统一饱和、截止6拉丁文汉文意大利文英文1、2、3、4、5、6、7、8、9一、二、三、四、五、六、七、八、九Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸone、two、three、four、five、six、．．．7人类对数制认识非常深刻，应用广泛。每一个人每天都会用到不同的数制。例如：一天有24小时，即逢24进1；一小时有60分，即逢60进1。数量是确定的，而表示数量进制是可变的，例如：我们常说的“半斤八两”表示的数量相同，而“半斤”是十进制；“八两”是十六进制。8（N）R=∑KiRi=Kn-1Rn-1+Kn-2Rn-2+…+K0R0+…K-mR-mi=-mi=n-1R：进制的基数，例：二进制R=2；八进制R=8；十进制R=10；十六进制R=16。Ri：进制的位权，i愈大则位权愈大。Ki：位权的系数，Ki值在进制集合的符号中。n：整数部分的数位。m：小数部分的数位。9多项式表示例（572）10=5×102＋7×101＋2×100（110）2=1×22＋1×21＋0×20=（6）10（12B）16=1×162＋2×161＋11×160=256＋32＋11=（299）10（10.11）2=1×21＋0×20＋1×2-1＋1×2-2=2＋0＋0.5＋0.25=（2.75）1010二进制表示十进制表示八进制表示十六进制表示符号0、1集合，尾符B《例》00010101B符号0~9集合，尾符D或缺省《例》21D或21符号0~9、A~F集合，尾符H《例》1AH符号0~7集合，尾符Q《例》27Q（Binary）（Decimal）（Hexadecimal）（Octal）11常用类型常用方法2←→10、2←→16、10←→16多项式法：2→10、16→10、N→10权位法：2←→10、10←→16定位法：2←→16、2←→812001010111101000100111111=001010111101000100111111=2BD13F4位二进制数与1位十六进制数定位法00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111FE7H=1110，0111=11100111B13二进制→十进制间的权位法b7b6b5b4b3b2b1b02726252423222120128643216842101101101B=64＋32＋8＋4＋1=109114=64＋32＋16＋2=01110010B14十六进制→十进制间的权位法h1h01611601615BH=5×16＋11×1=80＋11=91114=7×16＋2×1=72H15无符号数有符号数计算机中所有二进制位均有值的作用计算机中二进制数的高位表示值的符号(约定)《例》10001000B=136《例》10001000B=-8注：b7=0表示正数、b7=1表示负数16原码表示反码表示补码表示+8=00001000B、-8=10001000B+8=00001000B、-8=11110111B+8=00001000B、-8=11111000B注：正数的原、反、补相同负数的原、反、补不同求反码方法：原码的符号位保持，其他数值位求反求补码方法1：反码+1；法2：在原码基础上，从右开始找第一个“1”，符号位和这个1之间的数值位求反。概念：模和补数17计算机中所有符号（机器）数用补码表示根据机器数求真值根据真值得机器数00001000=[phone]=-8+12=00001100-12=11110100188位二进制无符数的表值范围•二进制表示00000000B~11111111B•十进制表示0~255•十六进制表示00H~FFH198位二进制有符数的表值范围•原码表示-127~+127•反码表示-127~+127•补码表示-128~+127数的补码表示中已经约定：10000000B表示（－128）D20算术运算法则逻辑运算法则0＋0＝0、0＋1＝1、1＋0＝1、1＋1＝00－0＝0、0－1＝1、1－0＝1、1－1＝00∩A＝0、1∩A＝A（A为0或1）0∪A＝A、1∪A＝10⊕0＝0、1⊕1＝0、0⊕1＝1、1⊕0＝1/0＝1、/1＝021两二进制数的补码运算计算机中仅有加法器ALU，用补码可变减为加【X＋Y】补＝【X】补＋【Y】补【X－Y】补＝【X】补＋【－Y】补【【X】补】补＝【X】原22设X＝＋37＝00100101、Y＝＋51＝00110011，求【X】补、【Y】补、【－X】补、【－Y】补、【X＋Y】补、【X－Y】补、【－X－Y】补解：【X】补＝00100101、【－X】补＝11011011【Y】补＝00110011、【－Y】补＝11001101【X＋Y】补＝【X】补＋【Y】补＝00100101＋00110011＝（01011000）补＝＋8823解：【X】补＝00100101、【－X】补＝11011011【Y】补＝00110011、【－Y】补＝11001101【X－Y】补＝【X】补＋【－Y】补＝00100101＋11001101＝（11110010）补＝（10001110）原＝－1424解：【X】补＝00100101、【－X】补＝11011011【Y】补＝00110011、【－Y】补＝11001101【－X－Y】补＝【－X】补＋【－Y】补＝11011011＋11001101＝（110101000）补＝（11011000）原＝－8825二进制位与二进制字节常用数据类型的表示（老教材及IBMPC汇编）b——位（bit）B——字节（Byte）B——字节数据（Byte）“8位”W——字数据（Word）“16位”DW——双字数据（DoubleWord）“32位”QW——四字数据（QuadWord）“64位”常用数据类型的表示（新教材及ARM汇编）半字－“16位”单字－“32位”双字－“64位”26定点表示浮点表示小数点的位置在数的表示中是固定的小数点的位置在数的表示中是浮动的注：处理小数点的表示方法27定点纯小数定点纯整数符号位纯小数小数点固定位置符号位纯整数小数点固定位置28十进制实型数表示二进制实型数表示+542.689=+0.542689×103-0.00689=-0.689×10-2-1011.0110B=-0.10110110×24B+0.000110B=+0.110×2-3B注：实型数可用纯小数和指数表示29一般公式N=±M×2±E尾符尾数阶符阶码注：实型数的浮点表示由四部分组成浮点表示阶符阶码尾符尾数注：阶符、尾符由一位二进制数0或1组成，阶码、尾数由多位二进制数01序列组成。30-1011.0110的浮点表示设阶符、尾符各占1bit；阶码、尾数各占7bit，阶码、尾数用原码表示。-1011.0110=-0.10110110×2+4阶符=0阶码=0000100尾符=1尾数=101101116bit浮点表示为000001001101101131浮点表示的特点•要扩大浮点数的表值范围，增加阶码的位数•要提高浮点数的表值精度，增加尾数的位数注：在实际应用中浮点表示的方法有所不同。32用指数和尾数来表示实数表示式（-1）S2E（b0b1b2b3…bp-1）规格化的形式其中：（-1）S是该数的符号位S=0表正数；S=1表负数E为指数及位数（b0b1b2b3…bp-1）是P位尾数表示隐含的小数点位置SE1E2E3…b1b2b3…bp-1符号指数尾数注：b0=1，与小数点一起被隐含33浮点数中的参数单精度浮点双精度浮点扩充精度浮点浮点数总长度326480尾数长p长度235264符号位S长度111指数E长度81115最小指数-126-1022-16382最大指数+127+1023+16383指数的偏移量值+127+1023+16383注：浮点数总长度越多精度越高34解：•+219.125D=+11011011.001B•规格化形式：+11011011.001=+1.1011011001×27•符号位S=0（1位）•指数E=+7+127=134=10000110（8位）•尾数P=10110110010000000000000（23位）•单精度浮点表示：+219.125=0100001101011011001000000000000035解：•分为三部分：11001000010101100010000000000000•求符号位S：S=1为负数•求指数E：10010000=144、E=144–127=17•求尾数P：1．10101100010000000000000•真值：-1．1010110001×217=-110101100010000000=-21926436BCD码(BinaryCodedDecimal)ASCII码汉字编码用4位二进制数表示1位十进制数用7位二进制数表示常用符号（基本ASCII码）用8位二进制数表示特殊符号（扩展ASCII码）用16位二进制数表示1个汉字符号注：符号编码具有数据压缩功能378421码5421码余3码格雷码0000010001200103001140100501016011070111810009100138012345670NULDLESP0@P`p1SOHDC1!1AQaq2STXDC2“2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB‘7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;K[k{CFFFS,L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.N^n~FSIUS/?O_oDELHLNUL空SOH标题开始STX正文结束ETX本文结束EOT传输结束ENQ询问ACK承认BEL报警符BS退格HT横向列表LF换行VT垂直制表FF走纸控制CR回车SO移位输出SI移位输入DLE数据链换码DC1设文字备控制1DC2设备控制2DC3设备控制3DC4设备控制4NAK否定SYN空转同步ETB信息组传送结束CAN作废EM纸尽SUB减ESC换码FS分隔符GS组分隔符RS记录分隔符US单元分隔符SP空格DEL作废39常用符号的ASCII码输入ASCII码的分类•0~9的ASCII码30H~39H•A~Z的ASCII码41H~5AH•a~z的ASCII码61H~7AH•符号ASCII码21H~7EH（共94个）•控制ASCII码00H~20H、7FH（共34个）400123456789ABCDEF0NL►SP0@P`pĢÉá░└╨∝≡1☺◄!1AQaqüæí▒┴╤β±2☻↨“2BRbréÆó▓┬╥Γ≥3♥‼#3CScsâôú│├╙π≤4♦¶$4DTdtäöñ┤─╘Σ⌠5♣§%5EUeuàòÑ╡┼╒σ⌡6♠▬&6FVfvåûạ╢╞╓μ÷7●↕‘7GWgwçùọ╖╟╫≈8◘↑(8HXhxêÿ¿╕╚╪Φ˚9○↓)9IYiyëÖ⌐╣╔┘θ•A◙→*:JZjzēܬ║╩┌Ω·B♂←+;K[k{ïǽ╗╦█δ√C♀∟,L\l|╝╠▄∞ⁿD♪↔-=M]m}쥡╜═▌φ²E♫▲.N^n~Ä«╛╬▐▮F☼▼/?O_oΔŃ»┐╧▄∩41