說(shuō)明成果微機(jī)ch

1、1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)及發(fā)展 計(jì)算機(jī)的定義計(jì)算機(jī)是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，它是一種高度自動(dòng)化、能夠進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯、信息處理和記憶的，能模仿人類的思維活動(dòng)、代替人的部分腦力勞動(dòng)，能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施某種等。計(jì)算機(jī)是一種在人預(yù)先設(shè)計(jì)好的指令（程序）下，自動(dòng)、高速地進(jìn)行數(shù)算、邏輯、信息處理與存貯的電子。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)及發(fā)展 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)= 運(yùn)算速度快：遠(yuǎn)高于人類和其它任何運(yùn)算工具的運(yùn)算速度。= 運(yùn)算精度高：理論上，可以進(jìn)行任意位數(shù)的運(yùn)算。= 具有“記憶”能力：一些器掉電后仍然能保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。= 具有邏輯能力：借助于數(shù)理邏輯和布爾代數(shù)而具有“智能”。= 自動(dòng)化程度高：一

2、旦為它配備了必備的硬件和，就可根據(jù)程序自動(dòng)完成規(guī)定的工作。= 通用性強(qiáng)：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、儀器儀表、自動(dòng)、通信、家用電器和，現(xiàn)代沒(méi)有了它人們就要缺少很多東西!1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)及發(fā)展 發(fā)展過(guò)程電子：19461957年，代表機(jī)型是ENIAC；特點(diǎn)：體積 龐大、運(yùn)算速度很慢、的基礎(chǔ)。器容量很小；但它奠定了計(jì)算機(jī)技術(shù)半導(dǎo)體晶體導(dǎo)體晶體管，：19571964年，特征是：邏輯器件采用半 器采用磁芯和磁盤(pán)；使用FORTRAN、COBOL等高級(jí)語(yǔ)言，還出現(xiàn)了操作系統(tǒng)；代表機(jī)型有美國(guó)TX10，國(guó)產(chǎn)108乙機(jī)。5 與第一代相比，體積小、耗電少，運(yùn)算速度、可靠性有所提高。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概

3、述 計(jì)算機(jī)及發(fā)展 發(fā)展過(guò)程= 半導(dǎo)體集成電路：19641970年，特征是：邏輯器件采用集成電路，操作系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善，代表機(jī)型IBM360機(jī)、國(guó)產(chǎn)130機(jī)等。5 性能上，比第二代提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，進(jìn)入了實(shí)用。 大規(guī)模集成電路：第四代計(jì)算機(jī)開(kāi)始于，特征是：硬更加完備；性能日件，器，使用大規(guī)模集成電路，益提高，代表機(jī)型有470V/6、M190等。L 第四代又分為：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述1 計(jì)算機(jī)及發(fā)展 發(fā)展趨勢(shì)= 大型及巨型化：解決天氣預(yù)雜數(shù)算等，需要計(jì)算機(jī)具有極高的運(yùn)算速度和極大的內(nèi)存容量；但體積大、價(jià)格高，給普及應(yīng)用帶來(lái)了極大的。小型及微型化：用于一般

4、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天和個(gè)人等廣大領(lǐng)域?；盒陀?jì)算機(jī)的功能已非常強(qiáng)大、且價(jià)格低，接起來(lái)以足 人們對(duì)信息共享與交換的需求、進(jìn)行分布式計(jì)算。L 將來(lái)有取代大型和巨型計(jì)算機(jī)的趨勢(shì)! 目前計(jì)算機(jī)的發(fā)展兩個(gè)，一是大型及巨型化，二是小型及微型化，化更是突飛猛進(jìn)。同時(shí)，人們已經(jīng)開(kāi)始物計(jì)算機(jī)。 用途：科學(xué)計(jì)算、工業(yè)、信息處理、信息存貯、軍事科學(xué)、航天科學(xué)、電子、信息家電等等。 應(yīng)用趨勢(shì)：1、個(gè)人化2、化 3、多化4、專業(yè)化背景知識(shí)：第一臺(tái)計(jì)算機(jī)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)：1946年在美國(guó)誕生，名稱為ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer 電子數(shù)字” ），每秒計(jì)算5

5、000次，平均工作時(shí)計(jì)算機(jī) “埃尼間7分鐘，使用18K個(gè)電子管，耗電130KW，重量達(dá)30T。奠定了計(jì)算機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)，使用/匯編語(yǔ)言；1946年2月14日，世界上第一臺(tái)電腦ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生。第二次期間，美國(guó)軍方要求賓州大學(xué)莫奇來(lái)（Mauchly）博士和他的學(xué)生愛(ài)（Eckert）設(shè)計(jì)以真空管取代繼電器的電子化電腦，目的是用來(lái)計(jì)算彈彈道。使用了18800個(gè)真空管，長(zhǎng)50英尺，寬30英尺， 占這部地1500平方英尺，重達(dá)30噸。它的計(jì)算速度快，每秒可從事5000次的加法運(yùn)算，了九年之久。由于吃電很兇，據(jù)傳ENIAC每一次開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈之黯然失色。另外，真空管的損

6、耗率相當(dāng)高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。15分鐘以上的時(shí)發(fā)明人來(lái)和愛(ài)世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)年，美國(guó)貝爾路的計(jì)算機(jī)，取名“催研制第一臺(tái)使用晶體管線”（），裝有個(gè)晶體管。 晶體管不僅能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，又具有小、重量輕、長(zhǎng)、效率高、發(fā)熱少的特點(diǎn)。又如：IBM7090機(jī)，有了OS及開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言（如Fortran語(yǔ)言，1956年），使用磁芯器。使用800只晶貝爾體管組裝的世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)催TRADIC超級(jí)計(jì)算機(jī)2013 世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排名網(wǎng)北京6月19日電 世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織于北京時(shí)間17日下午，在德國(guó)萊比錫舉行的

7、“2013國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)”上，正式發(fā)布第41屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名。具體排名如下：NO.1 天河二號(hào)天河二號(hào)是由中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，今年以持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次的優(yōu)越性能位居榜首。天河二號(hào)將于今年年底被部署到廣州的超級(jí)計(jì)算機(jī)中心。國(guó)自2010年11月它的出世比原計(jì)劃提兩，志號(hào)成為500強(qiáng)榜單第一位的超級(jí)計(jì)算機(jī)之后，第一次返回到世界超算第一位。天河二號(hào)有16,000個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)Intel XeonIvyBridge的處理器及合共3,120,000個(gè)計(jì)算器。的三個(gè)至強(qiáng)披處理天河二號(hào)NO.2是一臺(tái)安裝在美國(guó)能源部（DOE）的橡樹(shù)嶺Cray XK7系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)

8、，原世界排名第1位，現(xiàn)世界排名第2位。使用261,632個(gè)NVIDIA K20x，取得了持續(xù)上最節(jié)能的系統(tǒng)之計(jì)算速度每秒1.76億億次的。是一，共消耗8.21兆瓦，并提供2,143 MFLOPS / W。MFLOPS：百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作每秒NO.3是安裝在美國(guó)能源部勞倫斯利弗莫爾的一臺(tái)IBM/ Q系統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，今年名次也下滑一與2011出世，使用1572864位，現(xiàn)在位于榜單第三位。并已取得了持續(xù)計(jì)算速度每秒1.72億億次的性能。也是上最節(jié)能的系統(tǒng)之一，共消耗7.84兆瓦，提供2,031.6 MFLOPS / W。NO.4 K計(jì)算機(jī)富士通的“K計(jì)算機(jī)”安裝在神戶的理化學(xué)高級(jí)計(jì)（ AICS ），現(xiàn)

9、在以持續(xù)計(jì)算速度每秒1.05億億次算科學(xué)位列第四，使用705,024 SPARC64處理的。NO.5系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在安裝在阿是第二個(gè)爾貢使用786,432，名列第五位。持續(xù)計(jì)算速度每秒8.59千萬(wàn)億次，。其他進(jìn)入前10名的超級(jí)計(jì)算機(jī)安裝在得克薩斯大學(xué)德克薩斯高級(jí)計(jì)算中心的Stampede安裝在德國(guó)Forschungszentrum Juelich 的JUQUEEN（歐洲最強(qiáng)大的系統(tǒng)）；安裝在美國(guó)能源部美國(guó)勞倫斯利弗莫爾的IBM/ Q系統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)；安裝在德國(guó)的用IBM iDataPlex系統(tǒng)；RECHENZENTRUM的 SuperMUC，使安裝在中國(guó)超級(jí)計(jì)算中心的天河-1A。的號(hào)A20

10、10-11-15 排名中國(guó)史上首次奪魁！號(hào)A基于 NUDT YH Cluster集群，全新升級(jí)后的配備了Intel Xeon X5670 2.93GHz六處理器、和我國(guó)研發(fā)的飛騰FT-1000八224TB內(nèi)存、處理器、NVIDIA Tesla M2050高性能計(jì)算卡、專有互連架構(gòu)、Linux操作系統(tǒng)，總計(jì)186368個(gè)，最大性能2.566PFlops(每秒千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算)峰值性能4.701PFlops，系統(tǒng)效率54.6。國(guó)內(nèi)超級(jí)計(jì)算機(jī)研究機(jī)構(gòu):并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的依托計(jì)算技術(shù)江南計(jì)算技術(shù):高性能計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的依托計(jì)算技術(shù)曙光天演:工程技術(shù)研究中心的依托江南計(jì)算技術(shù)1 計(jì)算機(jī)

11、基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)的組成 CPU 輸入輸出：用于把數(shù)據(jù)等送入器中。：用于輸出計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的結(jié)果。器：用于存放數(shù)據(jù)。處理器CPU (Central Processing Unit)：運(yùn)算器和器的統(tǒng)稱運(yùn)算器：用于進(jìn)行算術(shù)和邏輯等運(yùn)算。器：是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的指揮中心，它從器中取出指令和數(shù)據(jù)送給運(yùn)算器進(jìn)行執(zhí)行和處理，指揮計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。L 這就是“馮.”型計(jì)算機(jī)，即計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行器中的行工作。迄今為止，所有計(jì)算機(jī)都是這樣組成的。輸入運(yùn)算器器輸出處理器 CPU器 MEM輸入/輸出1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)的工作原理用眼睛(輸入)把指令代碼逐條讀入她腦袋中；把指令代碼按照序號(hào)記憶在腦

12、細(xì)胞中器)，即按照地址有序地放在器中：(1000)=12、(1001)=63、.(； 這樣有序排列的指令代碼被稱為程序；啟動(dòng)大腦(器)從地址1000處取出第1條指令代碼送給運(yùn)算器；運(yùn)算器將代碼翻譯對(duì)應(yīng)的功能(指令譯碼)，如舉左手一次，和具體動(dòng)作指揮有關(guān)機(jī)構(gòu)(微操作)將左手(輸出取出第2條指令代碼，譯碼、微操作、)舉起一次；輸出；取出第3條，.；如此不斷地進(jìn)行下去，連續(xù)不斷、沒(méi)完沒(méi)了。L 可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)就像人們的大腦一樣，俗稱為電腦。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的性能是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、指令系統(tǒng)和配置及外部等諸多因素決定的，不能僅憑一兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量。 字長(zhǎng)：計(jì)

13、算機(jī)中作為整體處理和運(yùn)算的若干位二進(jìn)制數(shù)，是CPU一次能夠處理二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。常用的字長(zhǎng)有8、16、32和64位等，當(dāng)然位數(shù)越多、性能越高。人們通常將字長(zhǎng)稱為計(jì)算機(jī)的位數(shù)。容量：表示計(jì)算機(jī)通常以字節(jié)(Byte)為數(shù)據(jù)的能力，容量越大，1024(210)字節(jié)為1KB。能力越強(qiáng)。 存取周期：表示計(jì)算機(jī)從越短計(jì)算機(jī)性能越高。 運(yùn)算速度：指計(jì)算機(jī)每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。但由于指令執(zhí)行的時(shí)器中讀寫(xiě)一次數(shù)據(jù)所需的全部時(shí)間，時(shí)間間長(zhǎng)短不一，就出現(xiàn)了不同的表示平均速度:每秒鐘執(zhí)行加法指令的數(shù)量CPU主頻及周期1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的結(jié)構(gòu) CPU：處理器微型化的CPU叫微處理器MPU或P。目前P基

14、本都是單的。用P的計(jì)算機(jī)叫微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為微機(jī)。若該微機(jī)全部裝配在一塊PCB板上，就叫單板機(jī)（SBC,SinglComputer）。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的結(jié)構(gòu)器：內(nèi)部器(內(nèi)存) + 外部器(外存) 內(nèi)存工作速度快、容量有限，用于CPU將要執(zhí)行的處理的數(shù)據(jù)； 外存速度慢、容量大，用于庫(kù)存數(shù)據(jù)；當(dāng)CPU需要使用外存中的數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行程序裝入內(nèi)存。l 外部(外設(shè))：輸入、輸出和外存。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu) I/O(輸入/輸出)接口連接CPU與外設(shè)，種類繁多。 從系統(tǒng)的角度系統(tǒng)接口：微型計(jì)算機(jī)必不可少的組成部分應(yīng)用接口：相對(duì)系統(tǒng)接口而言的，但不是必須的； 從使用范圍

15、的角度通用接口：可以供不同的外設(shè)使用接口：專門(mén)用于某一特定外設(shè)的接口 從一次傳送的數(shù)據(jù)量并行接口：一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程能夠傳送多個(gè)bit數(shù)據(jù)串行接口：一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程只能傳送一個(gè)bit數(shù)據(jù) 從傳送信息類型的角度數(shù)字接口：僅能夠處理數(shù)字量的接口模擬接口：能夠進(jìn)行模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換的接口1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu) 總線(Bus)：公用的標(biāo)準(zhǔn)通信信道，將計(jì)算機(jī)各部分連接在一起。 地址總線AB(Adress Bus)：?jiǎn)蜗颍荖條信號(hào)線的集合，用于選擇某個(gè)存儲(chǔ)單元和I/O接口，數(shù)量(寬度N)決定了尋址范圍：2N。 數(shù)據(jù)總線DB(Date Bus)：雙向，是N條數(shù)據(jù)信號(hào)線的集合；數(shù)量(寬度N)

16、決定了一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)?？偩€CB(Control Bus)：CPU、內(nèi)存和I/O口息。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的分類 單片機(jī)：把CPU、器和I/O接口集成在一片IC中；特點(diǎn)：體積小、功耗低，在智能化儀器儀表及自控領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用極廣；除了指令系統(tǒng)外，沒(méi)有配備任何 單板機(jī)：把CPU、PCB上，配備有。器、I/O接口和簡(jiǎn)單的人機(jī)交互安裝在一塊程序，用于操作單板機(jī)；特點(diǎn)：體積小，減小了硬件設(shè)計(jì)工作，一般僅用于實(shí)驗(yàn)。L 外延：計(jì)算機(jī)。 個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)：將CPU、器、I/O接口和較完備的人機(jī)接口等裝配在一個(gè)主機(jī)箱內(nèi)；特點(diǎn)：在硬件上有更完美的器系統(tǒng)(內(nèi)存大、外存豐富硬盤(pán)、軟驅(qū))，有更完美的人機(jī)接

17、口及外設(shè)，如鍵盤(pán)、顯示器和打印機(jī)等；在上，配備系統(tǒng)，也可選配各種應(yīng)用。L 外延：工業(yè)微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)。單片機(jī)單板機(jī)1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的發(fā)展過(guò)程縱觀其發(fā)展，至今大致歷經(jīng)了五代的演變：= 第一代：19711972年，標(biāo)志：Intel首先研制4位微處理器Intel 4004 。= 第二代：19731977年，Intel研制的8位微處理器8080及MCS80微型計(jì)算機(jī)、Motorola研制的8位微處理器6800、Zilog研制的8位微處理器Z80，Zilog和Intel研制的8位微處理器8085； 第三代：微處理器升級(jí)為16位，代表為Intel的8086、Zilog的Z8000、

18、Motorola的M68000，典型的微型機(jī)為IBM的PCAT；1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的發(fā)展過(guò)程= 第四代：進(jìn)入上世紀(jì)80年代，先后出現(xiàn)了80286、80386、80486和80586等微處理器，字長(zhǎng)由16位上升到32位；= 第五代：1995年開(kāi)始，標(biāo)志是Intel操作系統(tǒng)由DOS變成了WINDOWS。的32位奔騰(Pentium)微處理器，L 第三、第四代微型機(jī)的功能已非常強(qiáng)大，它們淘汰了小型計(jì)算機(jī)；第五代功能更加強(qiáng)大，已經(jīng)替代了中型計(jì)算機(jī)。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 微型機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)= 發(fā)展高性能32位和64位微處理器；= 發(fā)展專業(yè)化、高性能的單片機(jī)；= 發(fā)展多微處理器微型計(jì)算

19、機(jī)，進(jìn)行并行計(jì)算；= 發(fā)展微型計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算；= 完善、優(yōu)化和發(fā)展I/O接口及外設(shè)。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件(CPU、器、I/O接口與顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī))(系統(tǒng)與各種應(yīng)用)而的系統(tǒng)1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制是人們利用符號(hào)表示數(shù)據(jù)的一種科學(xué) 十進(jìn)制(Decimal) 表示數(shù)據(jù)的基本符號(hào)：09共10個(gè)數(shù)碼； 數(shù)據(jù)的運(yùn)算中：逢十進(jìn)位、借位； 任何一個(gè)數(shù)碼的大?。号c數(shù)碼本身的值和在數(shù)據(jù)中的位置有關(guān)L 數(shù)據(jù)333：哪一個(gè)3大？數(shù)據(jù)123.45中，3大還是2大？ 任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以冪級(jí)數(shù)形式表示：L 123.45 = 110221013100410151021

20、02、101、100、101、102：指數(shù)數(shù)碼在數(shù)據(jù)中的位置10基數(shù)十進(jìn)制，基數(shù)i權(quán)與基數(shù)和位置(i)有關(guān) 任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N均可表示為i位置，ai第i位數(shù)碼，n整數(shù)部分的位數(shù)，m部分的位數(shù)。n-1n-20-1-2- mN = an-1 10+ an-2 10+ + a0 10 + a-1 10+ a-2 10+ + a- m 10-mi= ai 10i = n -11 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制 二進(jìn)制(Binary) 只有0和1共兩個(gè)數(shù)碼 基數(shù)為2，加法計(jì)算2進(jìn)1L10110.11 = 124+023+122+121+020+121+122 = 22.75 任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N均可

21、表示為 二進(jìn)制數(shù)易于電路表示、和運(yùn)算，計(jì)算機(jī)都采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)。n-1n-20-1-2- mN = an-1 2+ an-2 2+ + a0 2 + a-1 2+ a-2 2+ + a- m 2-mi=ai2i = n -11 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制 十六進(jìn)制(Hexadecimal) 自09、AF共有16個(gè)不同的數(shù)碼 基數(shù)為16，逢16進(jìn)位。L 70F.B1 = 7162+0161+F160+B161+11621807.6914 任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)N均可表示為 人們研究和使用二進(jìn)制數(shù)的一種形式，可大大減輕閱讀和書(shū)寫(xiě)二進(jìn)制數(shù)的負(fù)擔(dān)。例如：1001 0011 1111 0010B =

22、 93F2H。 為了便于人們閱讀和計(jì)算機(jī)區(qū)分，必須給不同進(jìn)制的數(shù)加上標(biāo)記： 下標(biāo)：10116，10110，1012。 字母后綴：101H，101D，101B。一般情況下常省略Dn -1n -20-1-2- mN = an -1 16+ an -2 16+ + a0 16 + a-1 16+ a-2 16+ + a- m 16-m= a 16iii = n - 11 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制 部分十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制的轉(zhuǎn)換L 以上三種不同的數(shù)制，各有特點(diǎn)，都必須使用。但CPU只能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就要求對(duì)不同進(jìn)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。1

23、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)= 二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)，按式122展開(kāi)求和即可，即按權(quán)相加法。L 11010.01B =124+123+022+121+020+021+122 = 26.25= 十進(jìn)制整數(shù)二進(jìn)制整數(shù)，常用除2取L 215D=11010111B。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)= 十進(jìn)制二進(jìn)制，采用乘2取整法。L 0.6879D0.1011B十進(jìn)制二進(jìn)制，不一定能進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換!= 既有整數(shù)又有分別轉(zhuǎn)換整數(shù)和再合并。的數(shù)據(jù)部，L 215.6879D11010111.1011B1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制的轉(zhuǎn)換 十六進(jìn)

24、制十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換與二進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)之間的相同，僅是進(jìn)制的差別。= 十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制，按式123展開(kāi)求和即可，即按權(quán)相加法。L 3FEAH = 3163+15162+14161+10160 = 16362= 十進(jìn)制整數(shù)十六進(jìn)制常用除16取L 3882D = F2AH= 十進(jìn)制十六進(jìn)制采用乘16取整法L 0.761718760.C3H1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)制的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)= 二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)，采用4位合一法。時(shí)：對(duì)于整數(shù)從最右端開(kāi)始，每4位合一，不足4位的從最左端補(bǔ)0；對(duì)于從最左端開(kāi)始，每4位合一，不足4位的從最右端補(bǔ)0。= 十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)，采用一位分四位法。L 11

25、01100111110.101001B 1B3E.A4H1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的表示使用二進(jìn)制數(shù)表示：整數(shù)與、正數(shù)與負(fù)數(shù)。 正數(shù)與負(fù)數(shù)表示：數(shù)（符號(hào)數(shù)值化）用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示正和負(fù)，通常0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)點(diǎn)表示：定點(diǎn)和浮點(diǎn)定點(diǎn)機(jī)：采用定點(diǎn)表示的計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)機(jī)：采用浮點(diǎn)表示的計(jì)算機(jī)1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的表示定點(diǎn)表示法點(diǎn)位置固定不變，可以在數(shù)值位之前，也可之后。或前或后：由設(shè)計(jì)者決定并按照約定進(jìn)行運(yùn)算程序設(shè)計(jì)。+/：數(shù)符，通常0表示正，1表示負(fù)；數(shù)值部分：尾數(shù)，表示數(shù)值的大小，其位數(shù)決定了表示范圍和精度；點(diǎn)：整數(shù)表示法時(shí)，點(diǎn)固定在最右邊，表示法時(shí)，點(diǎn)固定在最左邊，

26、但隱含，其位置由編程者記憶。L 一個(gè)8位二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，若最范圍是128+127、精度為1/256。為數(shù)符，其它7位是尾數(shù)，則其表示1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的表示 定點(diǎn)表示法L 整數(shù)表示法如何表示表示法如何表示整數(shù)?應(yīng)用中，采用適當(dāng)?shù)谋壤龑⒓舆\(yùn)算的數(shù)變成純整數(shù)或純完成后把結(jié)果按照同樣的比例還原。，運(yùn)算優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：表示范圍受尾數(shù)的位數(shù)限制。 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中，均采用整數(shù)定點(diǎn)表示法!1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的表示浮點(diǎn)表示法點(diǎn)位置是浮動(dòng)的、不固定的，思想來(lái)源于數(shù)值的科學(xué)表示法：N= 2PS階符：表示P的正負(fù)，階碼：表示大??；數(shù)符：表示S的正負(fù)，尾數(shù)：表示

27、大??；點(diǎn)：位置由P決定，隱含。優(yōu)點(diǎn)：表示范圍大(因?yàn)橛须A碼)缺點(diǎn)：要對(duì)階碼和尾數(shù)分別進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的形式數(shù)：采用二進(jìn)制數(shù)表示符號(hào)和值的數(shù)，即數(shù)的形式，有： 原碼、反碼、補(bǔ)碼 原碼：最是符號(hào)位： 0 表示正數(shù)、1 表示負(fù)數(shù)；其余為數(shù)值位，8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍：127+127。 反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼：符號(hào)位和原碼的相同，數(shù)值位是原碼數(shù)值的按位取反；8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍：127+127。 補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其反碼加1。8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍：128+127。 0的原碼、反碼有+0和0之分，而+0和0的補(bǔ)碼是

28、相同的； 原碼和反碼無(wú)法表示128，128只有補(bǔ)碼形式。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的形式 原碼、反碼和補(bǔ)碼的書(shū)寫(xiě)表示0B原=00001010B1010B反=11110101B，1010B補(bǔ)=11110110B CPU并不知道是原碼、反碼還是補(bǔ)碼，設(shè)計(jì)程序的人必須記憶，或者說(shuō)采用什么碼就按照相應(yīng)規(guī)則編寫(xiě)程序。 求負(fù)數(shù)反碼的真值：按照從原碼變成反碼的過(guò)程進(jìn)行逆運(yùn)算 求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的真值：補(bǔ)碼取反加1例：1010B補(bǔ)碼的真值：/11110110B + 1 = 00001001B + 1B = 1010B1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的形式補(bǔ)碼數(shù)的符號(hào)擴(kuò)展規(guī)則將一個(gè)N位補(bǔ)碼數(shù)擴(kuò)展為2N

29、位的補(bǔ)碼數(shù)：只要把符號(hào)位向左擴(kuò)展N位，其它值不變。L 8位11110110B(8位)11111111 11110110B (16位) 補(bǔ)碼數(shù)的右移規(guī)則一個(gè)N位的X的補(bǔ)碼數(shù)，其符號(hào)位連同數(shù)值位向右移動(dòng)一位、保持符號(hào)位不變，其值是X/2補(bǔ)碼(仍為N位)。L X補(bǔ) =11000B，右移1位：11100B = X/2補(bǔ)1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 數(shù)的形式 使用補(bǔ)碼的65 + 56 = 121 =100 (模) + 21，模自動(dòng)丟失：65 + 56 = 2165 44 = 21：(65 44) (65 + 56)。L (6544)可以用(65+56)來(lái)替代， 56恰恰是44的補(bǔ)碼，即用補(bǔ)碼加法代

30、替原碼減法(結(jié)果為補(bǔ)碼形式)，簡(jiǎn)化了CPU電路。 |原碼 + 補(bǔ)碼|=模：|44| +56= 100 (模)，56與44互為補(bǔ)碼。求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的另一：模 |原碼|1010B補(bǔ) = 1 0000 0000B 1010B = 11110110B求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼真值的另一：模 補(bǔ)碼1 0000 0000B 11110110B = 1010B 若數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為N位，則模為2N；8位二進(jìn)制數(shù)的模為28 = 100H1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除法，運(yùn)算規(guī)則： 加減運(yùn)算過(guò)程與十進(jìn)制的相同， 但是：滿2進(jìn)1、借1當(dāng)2 補(bǔ)碼的加減運(yùn)算XY補(bǔ) = X補(bǔ)

31、Y補(bǔ)XY補(bǔ) = X補(bǔ) Y補(bǔ)符號(hào)位和數(shù)值位一起參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果仍然為補(bǔ)碼形式，符號(hào)位的進(jìn)位忽略不理。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算 乘法運(yùn)算 手工乘法過(guò)程與十進(jìn)制的相同計(jì)算機(jī)使用的是部分積左移法，理論基礎(chǔ)： 左移一位等于乘以2：11010 = 110110 被乘數(shù)相加一次等于乘以2：110110 = 1101= 11010 這種算法將乘法變成了左移和加法運(yùn)算 補(bǔ)碼數(shù)的乘法運(yùn)算：必須將符號(hào)和數(shù)值部分進(jìn)行處理1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算-乘法運(yùn)算：部分積左移法1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算 除法運(yùn)算 手工除法過(guò)程與十進(jìn)制的相同 補(bǔ)碼數(shù)的除法運(yùn)算必須將符號(hào)

32、和數(shù)值部分進(jìn)行處理。 這種除法被稱為恢復(fù)余數(shù)法，但計(jì)算機(jī)中將它變成了左移和減法運(yùn)算。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算計(jì)算機(jī)的除法運(yùn)算1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算：乘/與、加/或、異或、非等，運(yùn)算規(guī)則： 邏輯乘：邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算符：“” 運(yùn)算規(guī)律：任何數(shù)和0相與，結(jié)果0；任何數(shù)和1相與，結(jié)果不變。L 與運(yùn)算將某些位取出，而其它位 邏輯加：邏輯或運(yùn)算，運(yùn)算符：“”0。 運(yùn)算規(guī)律：任何數(shù)與1 任何數(shù)與0，結(jié)果1；，結(jié)果不變。L 或運(yùn)算將某些位置1，而其它位不變。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 邏輯非邏輯取反運(yùn)算，運(yùn)算符：“”。L /10101010B

33、 = 01010101B。 邏輯異或半加運(yùn)算，運(yùn)算符：“”。 運(yùn)算規(guī)律：不相同的2個(gè)數(shù)相異或，結(jié)果1；相同的2個(gè)相異或，結(jié)果為0。L 異或運(yùn)算將某些位取反，而其它位不變。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 數(shù)的編碼房間編號(hào)、和學(xué)號(hào)等都是十進(jìn)制數(shù)，在計(jì)算機(jī)中如何?BCD碼(Binary Coded Decimal)十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼：用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)。BCD碼有多種，最常用的是8421 BCD碼，簡(jiǎn)稱8421碼。用4位二進(jìn)數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)例如：79 D0111,1001BCD1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 數(shù)的編碼 CPU只能進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算，BCD碼加法運(yùn)

34、算時(shí)必須進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整原則：結(jié)果大于9（10101111）或有進(jìn)位時(shí)，加6(0110)調(diào)整例：6+7：（0110）BCD+（0111）BCD=1101= （0001 0011）BCD1101例：9+9： （1001）BCD+（1001）BCD=10010=（0001 1000）1 0010BCD 避免BCD碼運(yùn)算：BCD碼十六進(jìn)制運(yùn)算BCD碼1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 字符的編碼有許多字母和符號(hào)，計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)，如何識(shí)別、處理和傳送它們?ASCII碼(American Standard Code for Information Interchange) 字母和符號(hào)的二進(jìn)

35、制編碼 美國(guó)制定的信息交換標(biāo)準(zhǔn) 比較完整的字符編碼，國(guó)際上通用，廣泛地用于計(jì)算機(jī)信息交換中。例如：“0”30H，“A” 41H其余為實(shí)體字符命令編碼回車(chē)刪除換行空格空1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)漢字的編碼采用2字節(jié)且MSB=1的擴(kuò)充ASCII碼。國(guó)標(biāo)GB2312-80中定義了6763個(gè)常用漢字，682個(gè)各類與符號(hào)分為94個(gè)區(qū)，每個(gè)規(guī) 定：u 第1到第15區(qū)為符號(hào)區(qū)（標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、漢語(yǔ)拼音符號(hào)、英文字母、羅馬符號(hào)、希臘字母、俄文字母、日文片假名等）；u 第16到第87區(qū)為漢字區(qū)。包含了6763個(gè)漢字u 1655區(qū)的漢字為拼音排序（一級(jí)字庫(kù)，3755個(gè)漢字）。u 5687區(qū)的漢字為筆劃排序（字庫(kù)，3008個(gè)漢字）。

36、這就是漢字的“區(qū)位碼”，例如： “中”、“國(guó)”的區(qū)位碼各為5448、2590符號(hào)，共計(jì)7445個(gè)圖形字符。將漢字94字符。將漢字的區(qū)碼與位碼分別轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制碼，再各自加上20H，就獲得了漢字的國(guó)標(biāo)碼。例如：“中”，其區(qū)位碼為5448D，經(jīng)過(guò)5448D3630H2020H=5650H。（54D36H，48D30H,高低字節(jié)分別轉(zhuǎn)換）則“中”字在計(jì)算機(jī)中是用5650H來(lái)代表的?！皣?guó)”字，其區(qū)位碼為2590D，經(jīng)過(guò)2590D195AH2020H=397AH則“國(guó)”字在計(jì)算機(jī)中是用397AH來(lái)代表的。區(qū)位碼容易記憶，但國(guó)標(biāo)碼是計(jì)算機(jī)處理漢字的基本編碼。1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 校

37、驗(yàn)編碼信息在和傳輸過(guò)程中，由于某些干擾而發(fā)生錯(cuò)誤。按照某種規(guī)則，根據(jù)有效數(shù)據(jù)得到一些“冗余”數(shù)據(jù)：校驗(yàn)編碼或時(shí)，同時(shí)那些冗余數(shù)據(jù)；接收或時(shí)，按照約定的規(guī)則和冗余數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行，判斷數(shù)據(jù)是否正確，若出現(xiàn)錯(cuò)誤則進(jìn)行糾正。 奇偶 方塊校驗(yàn)編碼 循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 校驗(yàn)編碼 奇偶只使用1bite冗余數(shù)據(jù)，該冗余數(shù)據(jù)被稱為校驗(yàn)位； 奇校驗(yàn)：編碼后的數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)保持奇數(shù)個(gè)；有效數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位)( 偶校驗(yàn)：編碼后的數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)保持偶數(shù)個(gè)。優(yōu)點(diǎn)：編碼與簡(jiǎn)單，且冗余數(shù)據(jù)只有1bite；缺點(diǎn)：只能檢出錯(cuò)誤，而不能糾正錯(cuò)誤；只能檢出編碼中的1bite錯(cuò)誤，而不能檢測(cè)到同時(shí)發(fā)生的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)碼，但這種可能是很小的，在微機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。L以字符/字節(jié)為進(jìn)行校驗(yàn)：稱為字符校驗(yàn)或垂直冗余校驗(yàn)VRC1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)與字符的編碼 校驗(yàn)編碼 方塊校驗(yàn)編碼 對(duì)連續(xù)N個(gè)字符/字節(jié)的每一個(gè)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)編碼， 再把N個(gè)字符/字節(jié)對(duì)應(yīng)的所有bite進(jìn)行奇偶校驗(yàn)編碼，得出一個(gè)校驗(yàn)字符/字節(jié)，作為方塊。偶校驗(yàn)