微機(jī)原理課件-第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)№

21.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及分類(lèi)1.2微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3本章介紹微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類(lèi)、技術(shù)指標(biāo)、體系結(jié)構(gòu)和工作原理，以及計(jì)算機(jī)中字符和數(shù)據(jù)的表示方法，為讀者學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容打下基礎(chǔ)。1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展與分類(lèi)4【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

了解微型計(jì)算機(jī)的基本概念、發(fā)展階段、分類(lèi)方式及應(yīng)用領(lǐng)域【主要內(nèi)容】

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的分類(lèi)微型計(jì)算機(jī)的組成5微處理器（microprocessor，簡(jiǎn)稱(chēng)μP或MP），也稱(chēng)為中央處理器（centralprocessingunit，CPU）它是將構(gòu)成計(jì)算機(jī)CPU的所有元件集成在一塊硅片上制成的。以微處理器為核心，配合存儲(chǔ)器、輸入/輸出（input/output，I/O）接口電路等外圍電路，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展6主要是指微處理器的發(fā)展，分為五個(gè)階段第一代（1971-1973）：4位和8位微處理器，采用機(jī)器語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言

Intel4004、Intel8008第二代（1974-1977）：8位中高檔微處理器，操作系統(tǒng)及高級(jí)語(yǔ)言的應(yīng)用

Intel8080/8085、MC6800、Z80

8位單片機(jī)：Intel8048、MC6801、Z8第三代（1978-1984）：16位微處理器，PC機(jī)推出

Intel8086/8088、80286，M68000，Z8000第四代（1985-1992）：32位微處理器，多任務(wù)多用戶(hù)作業(yè)

Intel80386/80486，M68030/68040第五代（1993年以后）：64位微處理器，多核技術(shù)奔騰（Pentium）系列，K6系列計(jì)算機(jī)的分類(lèi)7【功能】專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)【體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域等】巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類(lèi)8巨型計(jì)算機(jī)（Supercomputer）也稱(chēng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，采用大規(guī)模并行處理的體系結(jié)構(gòu)，有極強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，存儲(chǔ)容量大，主要用于尖端的科學(xué)研究和現(xiàn)代化軍事領(lǐng)域。大型計(jì)算機(jī)（Mainframe）是指運(yùn)算速度快、處理能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大、功能完善的計(jì)算機(jī)。多采用對(duì)稱(chēng)多處理器結(jié)構(gòu)，有數(shù)十個(gè)處理器，在系統(tǒng)中起著核心作用，發(fā)揮主服務(wù)器的作用。小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）主要應(yīng)用在企業(yè)管理、工業(yè)自動(dòng)控制、大學(xué)和研究單位的科學(xué)計(jì)算以及大型分析儀器和測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算等。工作站（Workstation）具有優(yōu)越的圖形功能，較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，簡(jiǎn)寫(xiě)為CAD）和辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域。微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）又稱(chēng)為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer，簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)）或個(gè)人電腦。計(jì)算機(jī)的分類(lèi)9【功能】專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)【體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域等】巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)【應(yīng)用】嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)10嵌入式計(jì)算機(jī)又稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystems），是一種以應(yīng)用為中心、以微處理器為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶(hù)的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器，分成4類(lèi)嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU，又稱(chēng)單片機(jī)）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit，MPU）嵌入式DSP處理器（DigitalSignalProcessor，DSP）嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SOC）。1.2微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)11【主要內(nèi)容】微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程以及微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)的硬件組成以及各組成部分的基本概念，熟悉微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)，主要技術(shù)指標(biāo)，了解指令執(zhí)行的基本流程。1.2微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)是由馮.諾依曼奠定的，稱(chēng)為“馮.諾依曼”結(jié)構(gòu)。馮.諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本思想是：采用二進(jìn)制計(jì)算、存儲(chǔ)程序，并在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件（hardware）是指組成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備，是看得見(jiàn)摸得著的物體，就像人的軀體。軟件（software）一般是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序以及計(jì)算機(jī)管理的數(shù)據(jù)和文檔資料等，是指示計(jì)算機(jī)工作的命令，就像人的思想。121.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)13微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)由五大部分組成運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備運(yùn)算器和控制器是微型計(jì)算機(jī)的核心，采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片內(nèi)，稱(chēng)為中央處理器CPU或微處理器。1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)14圖1-1微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器15微處理器是微型計(jì)算機(jī)的CPU，它具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，能夠發(fā)出控制信號(hào)，它是微機(jī)系統(tǒng)的核心或“大腦”，支配整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的工作。微處理器由運(yùn)算器和控制器以及寄存器組3個(gè)基本部分組成。微處理器161）運(yùn)算器運(yùn)算器又稱(chēng)為算術(shù)邏輯單元ALU（arithmeticlogicunit），用來(lái)執(zhí)行基本的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。2）控制器控制器（controlunit）發(fā)出控制信號(hào)，指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊的工作。它按照一定的順序從存儲(chǔ)器中讀取指令，進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作信號(hào)，控制CPU及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作。3）寄存器組寄存器組用來(lái)暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果以及反映運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)標(biāo)志位等。微處理器中的寄存器組17CPU中至少要有六類(lèi)寄存器：指令寄存器（instructionregister）用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。程序計(jì)數(shù)器（programcounter）存放CPU要取的指令在存儲(chǔ)器中的地址。又稱(chēng)為指令指針（instructionpointer）。數(shù)據(jù)地址寄存器（addressregister）用來(lái)保存當(dāng)前CPU所訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)單元在存儲(chǔ)器中的地址。數(shù)據(jù)緩沖寄存器（dataregister）用來(lái)暫存ALU的運(yùn)算結(jié)果，或CPU從存儲(chǔ)器或I/O接口中讀取的一個(gè)數(shù)據(jù)。通用寄存器（register）提供一組暫存寄存器狀態(tài)字寄存器（programstatusword，PSW）保存由算術(shù)或邏輯運(yùn)算指令結(jié)果建立的各種條件代碼。存儲(chǔ)器（memory）18主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。不管是程序還是數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中都用二進(jìn)制的0或1表示，統(tǒng)稱(chēng)為信息。一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)保存在一組半導(dǎo)體觸發(fā)器中，稱(chēng)為一個(gè)存儲(chǔ)單元。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)，稱(chēng)為地址。每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址只有一個(gè)，固定不變，而存儲(chǔ)在其中的信息是可以改變的。存儲(chǔ)器（memory）19向存儲(chǔ)單元中存放或取出信息，都稱(chēng)為訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器。向存儲(chǔ)器中存放信息，稱(chēng)為寫(xiě)操作；從存儲(chǔ)器中取出信息，稱(chēng)為讀操作。寫(xiě)操作改變了存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，是破壞性的；而讀操作是非破壞性的，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容被“讀”走之后仍保留原信息。存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，通常用KB、MB、GB來(lái)表示，如64KB、512MB、8GB。存儲(chǔ)容量越大，表示計(jì)算機(jī)記憶儲(chǔ)存的信息越多。計(jì)算機(jī)通常配備容量更大的磁盤(pán)存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器，稱(chēng)為外存儲(chǔ)器。相對(duì)的，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器或主存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存或主存。I/O設(shè)備和I/O接口20I/O設(shè)備是指微機(jī)上配備的輸入/輸出設(shè)備，也稱(chēng)為外部設(shè)備或外圍設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)外設(shè)）。輸入設(shè)備為計(jì)算機(jī)提供信息，它將人們熟悉的信息形式，如數(shù)字、字母、文字、圖像等，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制信息并送人計(jì)算機(jī)中。輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成人或其它設(shè)備能夠接收和識(shí)別的形式，如字符、文字、圖形等。磁盤(pán)、光盤(pán)、U盤(pán)等大容量存儲(chǔ)器也是計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備，它們既可以作輸入設(shè)備，也可以作輸出設(shè)備。此外，它們還有存儲(chǔ)信息的功能，可作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助存儲(chǔ)器使用。各種I/O設(shè)備的工作速度、驅(qū)動(dòng)方式等差別巨大，無(wú)法通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)與CPU直接相連，必須通過(guò)I/O接口電路進(jìn)行變換和中轉(zhuǎn)。I/O接口也稱(chēng)為適配器或接口卡?？偩€(xiàn)21總線(xiàn)是將組成計(jì)算機(jī)的多個(gè)功能部件連接起來(lái)，傳遞信息的公共通道?？偩€(xiàn)上能同時(shí)傳送二進(jìn)制信息的位數(shù)稱(chēng)為總線(xiàn)的寬度。微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線(xiàn)（systembus）是指從微處理器引出的總線(xiàn)，CPU通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)與存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。根據(jù)傳送信息的不同，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線(xiàn)分為地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)?？偩€(xiàn)221）地址總線(xiàn)（addressbus）傳送地址信息。CPU在地址總線(xiàn)上輸出將要訪(fǎng)問(wèn)的主存單元或I/O端口的地址，所以地址總線(xiàn)為單向輸出總線(xiàn)。地址總線(xiàn)的寬度決定了CPU能訪(fǎng)問(wèn)的主存儲(chǔ)器的最大容量。2）數(shù)據(jù)總線(xiàn)（databus）傳送數(shù)據(jù)信息。CPU進(jìn)行讀操作時(shí)，主存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往CPU；CPU進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，CPU的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往主存或外設(shè)，所以數(shù)據(jù)總線(xiàn)是雙向總線(xiàn)。數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度表示CPU處理數(shù)據(jù)的能力，CPU的位數(shù)指的就是數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度。3）控制總線(xiàn)（controlbus）傳送控制信息?？刂菩畔⒂糜谙到y(tǒng)各部件的工作?？刂瓶偩€(xiàn)中有雙向的，但大部分是單向的。單向控制總線(xiàn)中既有輸出總線(xiàn)，也有輸入總線(xiàn)。1.2.2微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)23系統(tǒng)軟件：面向所有用戶(hù)的，為計(jì)算機(jī)使用提供最基本的功能；用于控制、管理及維護(hù)計(jì)算機(jī)資源，由計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者提供的，目的是便于用戶(hù)使用和維護(hù)計(jì)算機(jī)。主要包括操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、診斷調(diào)試程序以及為提高計(jì)算機(jī)效率編寫(xiě)的各種工具類(lèi)程序等。應(yīng)用軟件：根據(jù)用戶(hù)的需要解決各種不同的問(wèn)題，提供不同的功能。如面向文字處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理類(lèi)的軟件或軟件包，如微軟的Office軟件，也可以是為了解決某一具體問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的軟件，如在線(xiàn)考試軟件。應(yīng)用軟件必須在系統(tǒng)軟件的環(huán)境下運(yùn)行。1.2.3微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程24當(dāng)使用計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，必須要將完成任務(wù)的過(guò)程分解成若干個(gè)步驟每一個(gè)步驟是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別并執(zhí)行的一個(gè)基本操作，即指令；將這些指令按照一定順序排列起來(lái)，就組成了程序。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，從存儲(chǔ)器中按照指定的順序，把這些指令一條條取出來(lái)，加以分析并執(zhí)行，周而復(fù)始，完成預(yù)定的任務(wù)。1.2.3微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程25步驟：1）把第一個(gè)數(shù)7，送到運(yùn)算器。2）將運(yùn)算器里的數(shù)與8相加。3）把加法運(yùn)算的結(jié)果，送至存儲(chǔ)器中指定的單元。助記符表示的程序：MOVAL,7ADDAL,8MOV[00H],ALHLT例【1-1】要求計(jì)算機(jī)將兩個(gè)數(shù)7和8相加。由助記符表示的指令稱(chēng)為匯編指令，由匯編指令組成的程序稱(chēng)為匯編程序。計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別并執(zhí)行匯編指令，必須將匯編指令用二進(jìn)制數(shù)表示，即機(jī)器指令。每條匯編指令均對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令，由機(jī)器指令組成的程序稱(chēng)為目標(biāo)程序。1.2.3微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程261.2.3微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程27圖1-3取指令的操作示意圖

取指令1.2.3微型計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行的基本流程28圖1-4取立即數(shù)的操作示意圖執(zhí)行指令1.2.4微型計(jì)算機(jī)的技術(shù)指標(biāo)291.字長(zhǎng)字長(zhǎng)是微處理器一次能并行處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，字長(zhǎng)取決于微處理器的內(nèi)部寄存器、運(yùn)算器以及數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，代表CPU能夠處理的數(shù)據(jù)精度越高，信息量大，處理速度也隨之加快。微處理器的字長(zhǎng)有8位、16位、32位和64位2.時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率也稱(chēng)為主頻。時(shí)鐘頻率越高，CPU的工作節(jié)律加快，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的速度越快。主頻的單位是MHz、GHz。3.外頻外頻指CPU與外部進(jìn)行交換數(shù)據(jù)的頻率，通常為系統(tǒng)總線(xiàn)的工作頻率，單位為MHz。早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主頻等于外頻?，F(xiàn)在CPU的主頻是外頻的倍數(shù)→倍頻技術(shù)。1.2.4微型計(jì)算機(jī)的技術(shù)指標(biāo)304.主存儲(chǔ)器容量主存儲(chǔ)器又稱(chēng)內(nèi)存，它是CPU能直接訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器的容量越大，計(jì)算機(jī)的效率就越高。主存的容量以字節(jié)（Byte，簡(jiǎn)寫(xiě)為B）為單位，MB/GB5.外存儲(chǔ)器容量硬磁盤(pán)和光盤(pán)存儲(chǔ)器等（或稱(chēng)輔助存儲(chǔ)器），用以存放大量的數(shù)據(jù)和程序。外存儲(chǔ)器的容量決定了微機(jī)能夠存放的軟件資源的多少。其他：計(jì)算機(jī)所配置的外部設(shè)備與CPU是否匹配，能否符合使用要求，計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比等。1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息31【主要內(nèi)容】數(shù)值數(shù)據(jù)以及字符數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示方式計(jì)算機(jī)中不同進(jìn)制的數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中有符號(hào)整數(shù)和實(shí)數(shù)的表示方法字符以及漢字的編碼【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼的概念以及表示定點(diǎn)整數(shù)的方法，掌握單精度浮點(diǎn)數(shù)、BCD碼以及ASCII碼的概念及格式，了解常用的漢字編碼方式。1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息32計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象包括整數(shù)、實(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，也有字符、文字、圖像、視頻等各種信息，這些數(shù)據(jù)和信息統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)。整數(shù)、實(shí)數(shù)等→數(shù)值數(shù)據(jù)。英文字母、數(shù)字、漢字等→字符型數(shù)據(jù)1.3.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制33Binary

二進(jìn)制Decimal十進(jìn)制Hexadecimal

十六進(jìn)制使用數(shù)字:

二進(jìn)制B：

0,1十進(jìn)制D：0,1,2,…,9十六進(jìn)制H：0,1,2,….,A,B,C,D,E,F例：1011.01B,11.25D或11.25,B.4H基：數(shù)制中表示數(shù)的符號(hào)個(gè)數(shù)→2→10→16位置表示法34同一數(shù)字在不同的位置上代表的數(shù)值大小不同數(shù)字1在不同位置上代表的數(shù)值大小，稱(chēng)為該位的“權(quán)”

冪 22 21 20 2-1 2-2 2-3權(quán) 4 2 1 0.5 0.25 0.125二進(jìn)制數(shù) 1 1 0. 1 0 1數(shù)值 4+2+ 0+ 0.5+ 0+ 0.125=6.6251.3.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換35其他進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)方法：按冪和權(quán)展開(kāi)并求和例冪 161 160 16-1

權(quán) 16 1 0.0625 十六進(jìn)制數(shù) 6 A. C 轉(zhuǎn)換結(jié)果 96+ 10+ 0.75=106.752.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)36整數(shù)部分：除基取余將十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分連續(xù)除以2（二進(jìn)制數(shù)）或16（十六進(jìn)制數(shù)）并保存余數(shù)作為結(jié)果的有效數(shù)字，直到商為0。最先得到的余數(shù)為轉(zhuǎn)換結(jié)果的最低位。小數(shù)部分：乘基取整將十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分連續(xù)乘以2（二進(jìn)制數(shù)）或16（十六進(jìn)制數(shù)）并取整數(shù)部分，直到滿(mǎn)足精度要求。最先得到的整數(shù)為轉(zhuǎn)換結(jié)果小數(shù)點(diǎn)右邊的第一位。2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)37例【1-2】將十進(jìn)制數(shù)94.65轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

（小數(shù)點(diǎn)后保留4位）。

整數(shù)部分

小數(shù)部分

94.65=1011110.1010B2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)38例【1-3】將十進(jìn)制數(shù)3358.275轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

（小數(shù)點(diǎn)后保留2位）。

整數(shù)部分

小數(shù)部分

3358.275=D1E.46H二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)Example：1110110101100.10101B=?H0001110110101100.101010001DAC.A8↓↓↓↓↓↓1110110101100.10101B=1DAC.A8H1110110101100.101011DAC.A8H4位一組，不足4位補(bǔ)0十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)Example:39F.E1AH=?B

3

9

F.E

1

A001110011111.111000011010↓↓↓↓↓↓39F.E1AH=0011

1001

1111.11100001

1010B1110011111.11100001101B表1-1十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表41十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制0123456780000B0001B0010B0011B0100B0101B0110B0111B1000B0H1H2H3H4H5H6H7H8H9101112131415161001B1010B1011B1100B1101B1110B1111B10000B9HAHBHCHDHEHFH10H1.3.3計(jì)算機(jī)中定點(diǎn)數(shù)的格式

42計(jì)算機(jī)中的數(shù)表現(xiàn)為0和1組成的二進(jìn)制編碼，稱(chēng)為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際值稱(chēng)為真值，用十進(jìn)制計(jì)數(shù)法表示常用的數(shù)據(jù)表示格式有兩種：定點(diǎn)格式和浮點(diǎn)格式。定點(diǎn)格式：小數(shù)點(diǎn)的位置是默認(rèn)并固定不變的。如果小數(shù)點(diǎn)的位置被固定在機(jī)器數(shù)最低位的右邊，則該數(shù)據(jù)為定點(diǎn)整數(shù)；如小數(shù)點(diǎn)的位置被固定在機(jī)器數(shù)最高位的左邊，則該數(shù)據(jù)是定點(diǎn)小數(shù)。計(jì)算機(jī)中位數(shù)不等的各類(lèi)整數(shù)均采用定點(diǎn)整數(shù)格式。1.3.3計(jì)算機(jī)中定點(diǎn)數(shù)的格式

43定點(diǎn)整數(shù)：無(wú)符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)符號(hào)數(shù)）表示范圍為正數(shù)和0，不含負(fù)數(shù)所有位均為數(shù)值位，沒(méi)有符號(hào)位。有符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)有符號(hào)數(shù)）對(duì)符號(hào)位進(jìn)行數(shù)值化處理將二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位通常用“0”表示“+”號(hào)，用“1”表示“-”號(hào)其余位為數(shù)值位表示形式：原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼原碼44符號(hào)位為0表示正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)數(shù)值部分等于真值的絕對(duì)值n位原碼所表示的數(shù)據(jù)范圍為1-2n-1~2n-1-1。8位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)據(jù)范圍：-127~+127?！纠?-4】0的原碼反碼45符號(hào)位為0表示正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)正數(shù)的反碼與其原碼相同負(fù)數(shù)，保持其原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位取反反碼的數(shù)據(jù)表示范圍與原碼相同例【1-5】0的反碼補(bǔ)碼46符號(hào)位為0表示正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同負(fù)數(shù)，保持其原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位取反+1n位補(bǔ)碼表示的數(shù)據(jù)范圍為-2n-1~2n-1-18位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)據(jù)范圍為-128~+127。例【1-6】0的補(bǔ)碼補(bǔ)碼47特點(diǎn)：補(bǔ)碼進(jìn)行加減法運(yùn)算時(shí)，無(wú)需判斷符號(hào)位的正負(fù)，符號(hào)位與數(shù)值位一起參與運(yùn)算，還可以將兩個(gè)數(shù)的減法運(yùn)算變?yōu)檠a(bǔ)碼加法運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼加減法運(yùn)算的電路相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中的有符號(hào)數(shù)普遍采用補(bǔ)碼的形式來(lái)表示[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=X，對(duì)某一數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼再次求補(bǔ)，可得到它的原值。移碼48符號(hào)位為1表示正數(shù)，為0表示負(fù)數(shù)無(wú)論正數(shù)、零還是負(fù)數(shù)，將某數(shù)的補(bǔ)碼符號(hào)位取反，數(shù)值部分不變得到的就是此數(shù)的移碼。移碼的表示范圍與補(bǔ)碼相同，即n位移碼表示的數(shù)據(jù)范圍是-2n-1~2n-1-1。例【1-7】

[+67]移=11000011B=C3H

[-67]移=00111101B=3DH0的移碼移碼49移碼可通過(guò)對(duì)補(bǔ)碼平移得到。例：8位移碼=補(bǔ)碼+80H（丟棄進(jìn)位）移碼表示的特點(diǎn)是：機(jī)器數(shù)字面顯示的值越大，它對(duì)應(yīng)的真值也越大。對(duì)于n位移碼，所有二進(jìn)制位均為0時(shí)表示的真值最小，即-2n-1。例：8位移碼00H對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)的真值是-128。兩個(gè)移碼數(shù)據(jù)可以直接比較大小，有利于浮點(diǎn)運(yùn)算中的對(duì)階操作，所以浮點(diǎn)數(shù)中的階碼通常采用移碼表示。表1-28位機(jī)器數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼50十進(jìn)制數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼移碼1270111111101111111011111111111111112601111110011111100111111011111110100000001000000010000000110000001000000000000000000000000010000000-010000000111111110000000010000000-110000001111111101111111101111111-12711111111100000001000000100000001-12810000000000000001.3.4計(jì)算機(jī)中實(shí)數(shù)的表示51計(jì)算機(jī)中的實(shí)數(shù)采用浮點(diǎn)格式表示?？茖W(xué)表達(dá)法M：有效數(shù)字e：指數(shù)底數(shù)為10二進(jìn)制數(shù)M：二進(jìn)制有效數(shù)字，純小數(shù)，稱(chēng)為尾數(shù)；e：指數(shù)，整數(shù)，稱(chēng)為階碼；底數(shù)為2Intel系統(tǒng)中浮點(diǎn)數(shù)的存放方式524字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)稱(chēng)為單精度浮點(diǎn)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)8字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)稱(chēng)為雙精度浮點(diǎn)數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)雙精度數(shù)）這種格式與IEEE754標(biāo)準(zhǔn)相同，3130

2322

0S階碼E尾數(shù)M單精度浮點(diǎn)數(shù)636252510S階碼E尾數(shù)M雙精度浮點(diǎn)數(shù)IEEE754規(guī)格化的32位單精度浮點(diǎn)數(shù)53S：符號(hào)位，1位

S=0表示正數(shù)，S=1表示負(fù)數(shù)。E：階碼，8位，采用移碼形式，為指數(shù)真值e加上偏移值

E=e+127M：尾數(shù)，共23位，小數(shù)點(diǎn)的位置在最高有效位的左邊注：浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)部分采用的是規(guī)格化表示，即尾數(shù)為大于1而小于2的數(shù)。因?yàn)橐?guī)格化后的實(shí)數(shù)有效數(shù)字最高位總是1，所有這一位不存儲(chǔ)，而認(rèn)為隱藏在小數(shù)點(diǎn)的左邊，因此23位字段可以存放24位尾數(shù)IEEE754規(guī)格化的32位單精度浮點(diǎn)數(shù)54例【1-8】將十進(jìn)制數(shù)12.75轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲(chǔ)格式。1.3.5計(jì)算機(jī)中的編碼55圖像、聲音、視頻等多媒體數(shù)據(jù)的編碼方法比較復(fù)雜，不在本書(shū)的討論范圍之內(nèi)。用二進(jìn)制編碼表示的字母、符號(hào)、文字等，稱(chēng)為符號(hào)數(shù)據(jù)字符、文字圖形、圖像視頻動(dòng)畫(huà)等二進(jìn)制編碼計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼56MSDLSD0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0@P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2〃2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC4$4DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB,7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYiyA1010LFSUB*：JZjzB1011V