徐福培计算机组成原理(第2章)
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计算机组成原理ch02
地
址 线
……
译 码
驱
动
片选线
地址线 （单向） 10 14 13
存
读
数
储
写
…… 据
矩
电
线
阵
路
读/写控制线
数据线 （双向） 4 1 8
芯片容量 1K × 4位 16K × 1位 8K × 8位
2.2 主存储器
2. SRAM读写周期波形图
2.2 主存储器
3. 动态存储器(DRAM) 1)DRAM存储元的记忆原理
(1) EPROM ( 2)EPROM (3) EEPROM (4)FlashROM
2.2 主存储器
四、存储器与CPU的连接方法 1. 存储容量的扩展
? (1)位扩展 ? (2)字扩展 ? (3)字、位扩展
(1) 位扩展（增加存储字长）
10根地址线
用 2片 1K ×4位 存储芯片组成 1K×8位 的存储器
2.1 存储器概述
4. 按信息的可保存性分类
? 易失性存储器：断电后存储信息即消失的存储器， 如半导体RAM。
? 非易失性存储器：断电后信息仍然保存的存储器， 称。例如，ROM、磁芯存储器、磁表面存储器和 光存储器。
? 破坏性读出：如果某个存储单元所存储的信息被读 出时，原存信息将被破坏，必须紧接一个重写(再 生)的操作。
A9
???
8根数据线
A0
2114
?D?7
D4
?? D0 CS WE
2114
(2) 字扩展（增加存储字的数量）
4.2
11根地址线
用 2片 1K ×8位 存储芯片组成 2K×8位 的存储器
8根数据线
A10
计算机组成原理课件第2章课件
压力测试
通过长时间运行高负载任务来 测试计算机的稳定性和可靠性 。
温度和散热测试
测试计算机在高温环境下的稳 定性和散热性能。
计算机性能优化
01
02
03
04
硬件优化
通过升级硬件配置，如 更快的处理器、更大的 内存和存储空间等，提 高计算机性能。
软件优化
通过优化软件算法、操 作系统和应用程序等， 提高计算机性能。
计算机安全重要性
随着计算机技术的快速发展，计算机安全问题日益突出，保护计算机安全对于保障国家安全、社会稳定和经济发展具 有重要意义。
计算机安全威胁
计算机安全面临的威胁包括病毒、木马、黑客攻击、网络钓鱼、拒绝服务攻击等，这些威胁可能导致数 据泄露、系统瘫痪、经济损失等严重后果。
计算机安全技术
防火墙技术
感谢您的观看
THANKS
Excel
电子表格软件，用于数据处理、图表制作和 数据分析。
应用软件
PowerPoint
演示文稿软件，用于制作幻 灯片、演示文稿和会议报告 等。
图像处理软件
用于处理和编辑图像，如 Photoshop等。
图像裁剪
对图像进行裁剪，保留需要 的部分。
应用软件
色彩调整
调整图像的色彩、亮度和对比度 等参数。
数据库管理系统
用于管理大量数据，提供数据存储、检索、更新和保护功能。
系统软件
数据模型
定义数据的组织方式和数据之间的关系。
数据操作语言
用于执行数据的插入、删除、更新和检索等 操作。
数据控制语言
用于控制对数据的访问权限和数据的安全性。
应用软件
Word
文本编辑软件，用于撰写文档、排版和打印。
计算机组成原理第2版01
有无乘法指令
计算机 程序员所见到的计算机系统的属性 体系结构 概念性的结构与功能特性
（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机 组成
实现计算机体系结构所体现的属性
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.2 计算机的基本组成 一、冯· 诺依曼计算机的特点
1. 计算机由五大部件组成
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，
运算器
1.2
指令
减 M
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
ACC
[M] [ACC]
被乘数
MQ X
0
[X]×[MQ]
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
初态 除 M
4位（4004） 8位 16位 32位 64位
存储器芯片 1970年 256位 1K位 4K位 16K位 64K位 256K位 1M位 4M位 16M位 64M位
Moore 定律
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出 微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
2.1
Intel 公司的典型微处理器产品
1.2
X 加数 减数
ACC
ALU
MQ
加法 被加数 和 被减数 减法 差 乘数 乘法 乘积高位 乘积低位
X
运算器
被乘数
被除数高位 被除数低位 除法 余数 除数 商
① 加法操作过程
ACC ALU X
计算机 程序员所见到的计算机系统的属性 体系结构 概念性的结构与功能特性
（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机 组成
实现计算机体系结构所体现的属性
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.2 计算机的基本组成 一、冯· 诺依曼计算机的特点
1. 计算机由五大部件组成
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，
运算器
1.2
指令
减 M
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
ACC
[M] [ACC]
被乘数
MQ X
0
[X]×[MQ]
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
初态 除 M
4位（4004） 8位 16位 32位 64位
存储器芯片 1970年 256位 1K位 4K位 16K位 64K位 256K位 1M位 4M位 16M位 64M位
Moore 定律
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出 微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
2.1
Intel 公司的典型微处理器产品
1.2
X 加数 减数
ACC
ALU
MQ
加法 被加数 和 被减数 减法 差 乘数 乘法 乘积高位 乘积低位
X
运算器
被乘数
被除数高位 被除数低位 除法 余数 除数 商
① 加法操作过程
ACC ALU X
《计算机组成原理》第2章习题答案.doc
第二章习题解答1．设机器数的字长8位(含1位符号位)，分别写出下列各二进制数的原码、补码和反码：0，-0，0.1000，-0.1000，0.1111，-0.1111，1101，-1101。
解：真值原码补码反码O -O 0.1OOO -O.1OOO O.1111 -O.1111 110l -110l OOOOOOO01OOOOOOOO.1OOOOOOl.1OOOOOOO.11110001.11110000000110110001101OOOOOOO0OOOOOOO0O.1OOOOOO1.1OOOOOOO.1111000l.00010000000110111110011OOOOOOO011111111O.1OOOOOO1.0111111O.11110001.000011100001101111100102．写出下列各数的原码、补码和反码：7/16，4/16，1/16，±0，-7/16,-4/16,-1/16。
解：7/16=7*2-4=0.01114/16=4*2-4=0.01001/16=1*2-4=0.0001真值原码补码反码7/16 0.0111 0.0111 0.01114/16 0.0100 0.0100 0.01001/16 0.0001 0.0001 0.0001+0 O.0OOO O.0OOO O.0OOO-0 1.0OOO O.0OOO 1.1111-1/16 1.0OO1 1.1111 1.1110-4/16 1.0100 1.1100 1.1011-7/16 1.0111 1.1001 1.10003．已知下列数的原码表示，分别写出它们的补码表示：[X1]原=O.10100，[X2]原=l.10111。
解：[X1]补=0.10100，[X2]补=1.01001。
4．已知下列数的补码表示，分别写出它们的真值：[X1]补=O.10100，[X2]补=1.10111。
解： X1=O.10100， X2=-0.01001。
最新计算机组成原理课件第二章
1、原码表示法
定点整数x0. x1x2…xn
例：x=+11001110 , y=-11001110 [x]原=011001110 , [y]原=111001110
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
1、原码表示法
原码特点： 表示简单，易于同真值之间进行转换，实现乘除运
算规则简单。 进行加减运算十分麻烦。
52位，指数偏移值是1023。因此规格化的64位浮点 数x的真值为：
x=(-1)S×(1.M)×2E-1023
e=E-1023
一个规格化的32位浮点数x的真值表示为
x=(-1)S×(1.M)×2E-127
e=E-127
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
真值x为零表示：当阶码E为全0且尾数M也为全0时的值，结 合符号位S为0或1，有正零和负零之分。
计算机组成原理课件第二章
第二章 运算方法和运算器
2.1数据与文字的表示方法 2.2定点加法、减法运算 2.3定点乘法运算 2.4定点除法运算 2.5定点运算器的组成 2.6浮点运算方法和浮点运算器
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
4、定点表示法的特点 定点数表示数的范围受字长限制，表示数的范围有
真值x为无穷大表示：当阶码E为全1且尾数M为全0时，结合 符号位S为0或1，也有+∞和-∞之分。
这样在32位浮点数表示中，要除去E用全0和全1（25510）表 示零和无穷大的特殊情况，指数的偏移值不选128 （10000000），而选127（01111111）。对于规格化浮点数， E的范围变为1到254，真正的指数值e则为-126到+127。因此 32位浮点数表示的绝对值的范围是10-38～1038（以10的幂表
计算机组成原理第2章课件
位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式：(N)R =an-1×Rn-1 + an-2×Rn-2 + ... +
a1×R1 + a0×R0 + a-1×R-1 + ...
示例：
694＝6×102＋9×101＋4×100
(1011.11) 2 =1×23+0×22+1×21 +1×20 +1×2-1+ 1×2-2
十六进制数转换成二进制数：
只要将每一位十六进制数转换成相应的4位 二进制数，依次连接起来即可。
二进制与十六进制转换举例
例1：把二进制数 11010011111.01111 转换为十六进制数
（0110 1001 1111. 0111 1000）2
（6
9
F.
7
8）16
例2：把十六进制数 C2.A8 转换为二进制数 （ C 2 . A 8 ）16
十进制数
R进制数
整数部分－采用除基取余法，即逐次
除以基数R，直至商为0，得出的余数 倒排，即为R进制各位的数码。
小数部分－采用乘基取整法，即逐次
乘以基数R ，从每次乘积的整数部分 得到R进制数各位的数码。
例：185.8125＝？B
整数、小数部分分别转换
185 余数 2 9 2 ………1 （185）10 = （? ）2 2 4 6 ………0 2 2 3 ………0 2 1 1 ………1 （185）10 =（10111001）2 2 5 ………1 2 2 ………1 2 1 ………0 0 ……… 1
2
185.8125＝？B
0.8125 2 × 1.6250 … 1 0.6250 × 2 1.2500… 1 0. 2500 × 2 0. 5000… 0 0. 5000 × 2 1. 0000… 1 整 数
计算机组成原理第二章课后习题答案
第二章运算方法和运算器练习一、填空题1. 补码加减法中，（符号位）作为数的一部分参加运算，（符号位产生的进位）要丢掉。
2. 为判断溢出，可采用双符号位补码，此时正数的符号用（00）表示，负数的符号用（11）表示。
3. 采用双符号位的方法进行溢出检测时，若运算结果中两个符号位（不相同），则表明发生了溢出。
若结果的符号位为（01），表示发生正溢出；若为（10），表示发生负溢出。
4. 采用单符号位进行溢出检测时，若加数与被加数符号相同，而运算结果的符号与操作数的符号（不一致），则表示溢出；当加数与被加数符号不同时，相加运算的结果（不会产生溢出）。
5. 利用数据的数值位最高位进位C和符号位进位Cf的状况来判断溢出，则其表达式为over=（C⊕Cf）。
6. 在减法运算中，正数减（负数）可能产生溢出，此时的溢出为（正）溢出；负数减（正数）可能产生溢出，此时的溢出为（负）溢出。
7. 补码一位乘法运算法则通过判断乘数最末位Yi和Yi-1的值决定下步操作，当YiYi-1=（10）时，执行部分积加【-x】补，再右移一位；当YiYi-1=（01）时，执行部分积加【x】补，再右移一位。
8. 浮点加减运算在（阶码运算溢出）情况下会发生溢出。
9. 原码一位乘法中，符号位与数值位（分开运算），运算结果的符号位等于（两操作数符号的异或值）。
10. 一个浮点数，当其补码尾数右移一位时，为使其值不变，阶码应该（加1）。
11. 左规的规则为：尾数（左移一位），阶码（减1）。
12. 右规的规则是：尾数（右移一位），阶码（加1）。
13. 影响进位加法器速度的关键因素是（进位信号的传递问题）。
14. 当运算结果的补码尾数部分不是（11.0×××××或00.1×××××）的形式时，则应进行规格化处理。
当尾数符号位为（01）或（10）时，需要右规。
《计算机组成原理》教学课件 第二章
=3×163+10×162+6×161+14×160+5×16−1 =12 288+2 560+96+14+0.312 5 =(14 958.312 5)10
第20页
数制与编码
第21页
（2）十进制转换为二进制。整数部分的转换采用“除2取余法”，即整数部分不 断除以2，并记下每次所得余数，所有余数按倒序排列即为相应的二进制数。小数部分的转换 则采用“乘2取整法”，并将所得整数按顺序排列。
第15页
数制与编码
（4）十六进制（Hexadecimal，用H表示）
有16个不同的数字符号（0～9，A～F），其进位规律
是“逢十六进一”。例如：
2AB.1CH=(2AB.1C)16=2×162+A×161+B×160+1×16−1 +C×16−2
其中，16称为十六进制的基数，162，161，160，16−1， 16−2称为各数位的权。
=(22.625)10
第18页
数制与编码
例2-2
将八进制数转换成十进制数。 按权展开(654.23)8
=6×82+5×81+4×80+2×8−1+3×8−2 =384+40+4+0.25+0.046 875 =(428.296 875)10
第19页
数制与编码
例2-3
将十六进制数转换成十进制数。 按权展开(3A6E.5)16
而文字、声音、图形和图像等信息要在计算机中处理，都要
事先数字化，即把声音、图形、图像等信息转换为二进制数
码。在计算机内部，各种信息都必须采用数字化编码的形式 才能传送、存储和处理加工。
第20页
数制与编码
第21页
（2）十进制转换为二进制。整数部分的转换采用“除2取余法”，即整数部分不 断除以2，并记下每次所得余数，所有余数按倒序排列即为相应的二进制数。小数部分的转换 则采用“乘2取整法”，并将所得整数按顺序排列。
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数制与编码
（4）十六进制（Hexadecimal，用H表示）
有16个不同的数字符号（0～9，A～F），其进位规律
是“逢十六进一”。例如：
2AB.1CH=(2AB.1C)16=2×162+A×161+B×160+1×16−1 +C×16−2
其中，16称为十六进制的基数，162，161，160，16−1， 16−2称为各数位的权。
=(22.625)10
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数制与编码
例2-2
将八进制数转换成十进制数。 按权展开(654.23)8
=6×82+5×81+4×80+2×8−1+3×8−2 =384+40+4+0.25+0.046 875 =(428.296 875)10
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数制与编码
例2-3
将十六进制数转换成十进制数。 按权展开(3A6E.5)16
而文字、声音、图形和图像等信息要在计算机中处理，都要
事先数字化，即把声音、图形、图像等信息转换为二进制数
码。在计算机内部，各种信息都必须采用数字化编码的形式 才能传送、存储和处理加工。
计算机组成原理第2章2
此外，影响记录方式优劣的因素还有：读出信息的分辨能力、 频带宽度、抗干扰能力、实现电路 的复杂性等。 为了提高记录方式的性能，人们不断对记录方式进行改进 ，出现了改进不归零制(NREP)、改进的调频制(MFM)、二次改 进的调频制(M2FM)等。如单密度软磁盘采用FM记录方式，倍 密度软磁盘采用MFM记录方式。
单位长度磁道所能记录的二进制信息的位数称为位密度 或线密度，单位是bpi(bits per inch)或bpm(位/mm)。磁带 存储器主要用位密度来衡量，常用的磁带有800 bpi，1 600 bpi，6 250 bpi等。对于磁盘，位密度Db按下式计算 Db=ft / π dmin 其中，ft为每道总位数，dmin为同心圆中的最小直径。 5.25英寸的磁盘的存储密度有如下几种： · 单密度：位密度为2 581 bpi，道密度为48 TPI。 · 倍密度：位密度为5 876 bpi，道密度为48 TPI。
软磁盘格式化。有硬分段和软分段两种格式化方法。硬分段 是靠在盘片上冲上若干个等弧度的孔所产生扇段脉冲来划分 扇区。这种方法已经不用。软分段是用专门的格式化软件来 划分扇区。 软分段的磁道由首部、扇区部分和尾部3部分组成。当磁 盘驱动器检索到索引孔时，便以此作为磁道的起始位置。首 部是考虑不同的软盘驱动器的索引检测器和磁头的机械尺寸 误差以免引起读写错误而留下的一段空隙。尾部是依次设置 首部和各扇区后所剩下的间隙(余头)，起转速变化缓冲作用 。首部和尾部之间的弧被划分成为若干扇区。5.25英寸盘的 每磁道扇区数有15，8，9等。每个扇区由ID段和数据段两部 分组成，段之间留有间隙。 目前广泛使用的软磁盘磁道格式有IBM格式和ISO格式。 图2.30为IBM 5.25软磁盘格式。ID段
4.数据传输率 数据传输率是指单位时间存储器读/写的二进制信息量。 它与存储密度和磁介质通过磁头的速度之间关系为 R=D· V 式中，R为数据传输率，单位为字节/秒或位/秒；D为存储密 度(磁盘为位密度，磁带为位密度与数据道数的乘积)；V为速 度(注意，速度、密度中的长度单位要一致)。 在计算一批数据的平均传输率时，还应考虑其他因素，如 磁盘应考虑换道寻址时间，磁带应考虑记录之间的间隙等。 5. 误码率 误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数，它等于从辅 存读出时，出错信息位数和读出的总信息
计算机组成原理(白中英)第二章2
x 1>x≥ =0 (2.7) 1-x=பைடு நூலகம்+∣x∣ x=1+∣ 0≥ x>-1 x>-
[x]原={
式中[ 式中[ｘ]原是机器数，ｘ是真值 例如，ｘ＝+0.1001,则[ｘ]原＝0.1001 +0.1001,则 ｘ＝-0.1001,则[ｘ]原＝1.1001 0.1001,则 对于0，原码机器中往往有“+0” 对于0，原码机器中往往有“+0”、“-0”之分，故有两种形式： [+0]原=0.000...0 [-0]原=1.000...0 若定点整数的原码形式为ｘ0ｘ1ｘ2…ｘn,则原码表示的定义是 定点整数的原码形式为
我们比较反码与补码的公式 －n [ｘ]反＝(2－2 )＋x [ｘ]补＝2＋ｘ 可得到 － ｘ]补＝[ｘ]反＋2 n [ (2.12) 这就是通过反码求补码的重要公式。这个公式告诉我们，若要一个负数变补 这就是通过反码求补码的重要公式。这个公式告诉我们，若要一个负数变补 码,其方法是符号位置1,其余各位0变1,1变0,然后在最末位(2-n)上加1。 对定点整数, 对定点整数,反码表示的定义为 x 2n＞ｘ≥0 ＞ｘ≥ [ｘ]反＝{ (2.13) n+1 n (2 －1)＋ｘ 0≥ｘ＞－2 4.移码表示法 4.移码表示法 移码通常用于表示浮点数的阶码。由于阶码是个n 移码通常用于表示浮点数的阶码。由于阶码是个n位的整数，所以假定定点 整数移码形式 为 ｘ0ｘ1ｘ2…ｘn时，对定点整数,移码的定义是 时，对定点整数, [ｘ]移＝2n＋ｘ 2n＞ｘ≥－2n (2.14) 表示真值, 若阶码数值部分为5 若阶码数值部分为5位,以ｘ表示真值,则 [ｘ]移＝25＋ｘ 25＞ｘ≥－ 25 例如, 例如,当正数ｘ＝＋10101 时,[ｘ]移＝1，10101 ；当负数ｘ＝－10101 ＝＋10101 ＝－10101 5＋ｘ＝25－10101＝0，01011。移码中的逗号不是小数点,而 10101＝ 01011。移码中的逗号不是小数点, 时,[ｘ]移＝2 是表示左边一位是符号位。显然, 是表示左边一位是符号位。显然,移码中符号位ｘ0表示的规律与原码、补码、 反码相反。
[x]原={
式中[ 式中[ｘ]原是机器数，ｘ是真值 例如，ｘ＝+0.1001,则[ｘ]原＝0.1001 +0.1001,则 ｘ＝-0.1001,则[ｘ]原＝1.1001 0.1001,则 对于0，原码机器中往往有“+0” 对于0，原码机器中往往有“+0”、“-0”之分，故有两种形式： [+0]原=0.000...0 [-0]原=1.000...0 若定点整数的原码形式为ｘ0ｘ1ｘ2…ｘn,则原码表示的定义是 定点整数的原码形式为
我们比较反码与补码的公式 －n [ｘ]反＝(2－2 )＋x [ｘ]补＝2＋ｘ 可得到 － ｘ]补＝[ｘ]反＋2 n [ (2.12) 这就是通过反码求补码的重要公式。这个公式告诉我们，若要一个负数变补 这就是通过反码求补码的重要公式。这个公式告诉我们，若要一个负数变补 码,其方法是符号位置1,其余各位0变1,1变0,然后在最末位(2-n)上加1。 对定点整数, 对定点整数,反码表示的定义为 x 2n＞ｘ≥0 ＞ｘ≥ [ｘ]反＝{ (2.13) n+1 n (2 －1)＋ｘ 0≥ｘ＞－2 4.移码表示法 4.移码表示法 移码通常用于表示浮点数的阶码。由于阶码是个n 移码通常用于表示浮点数的阶码。由于阶码是个n位的整数，所以假定定点 整数移码形式 为 ｘ0ｘ1ｘ2…ｘn时，对定点整数,移码的定义是 时，对定点整数, [ｘ]移＝2n＋ｘ 2n＞ｘ≥－2n (2.14) 表示真值, 若阶码数值部分为5 若阶码数值部分为5位,以ｘ表示真值,则 [ｘ]移＝25＋ｘ 25＞ｘ≥－ 25 例如, 例如,当正数ｘ＝＋10101 时,[ｘ]移＝1，10101 ；当负数ｘ＝－10101 ＝＋10101 ＝－10101 5＋ｘ＝25－10101＝0，01011。移码中的逗号不是小数点,而 10101＝ 01011。移码中的逗号不是小数点, 时,[ｘ]移＝2 是表示左边一位是符号位。显然, 是表示左边一位是符号位。显然,移码中符号位ｘ0表示的规律与原码、补码、 反码相反。
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1.R进制数转换成十进制数 1.R进制数转换成十进制数 •任何一个R进制数转换成十进制数时，只要 任何一个R 任何一个 进制数转换成十进制数时， 按权展开”即可。 “按权展开”即可。 二进制数转换成十进制数。 例1 二进制数转换成十进制数。 =(1× +0× +1× +0× +1× (10101.01)2=(1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+ +1× 0× 2-1+1×2-2)10=(21.25)10 八进制数转换成十进制数。 例2 八进制数转换成十进制数。 307. =(3 (307.6)8=(3×82+7×80+6×8-1) 10=(199.75) 10 =(199.75) 199 十六进制数转换成十进制数。 例3 十六进制数转换成十进制数。 C)=(3 10× 12× (3A.C)=(3×161+10×160+12×16-1) =(58.75) 10 =(58.75) 58
2
高位
1 0 1 1 低位
整数部分 0.6875× 0.6875×8=5.5 0.5× 0.5×8=4.0 (0.6875) 10=(0.54) 例3
8
高位
5 4
低位 将十进制小数0.63转换成二进制数。 进制小数0.63转换成二进制数。 小数0.63转换成二进制数 整数部分 0.63× 0.63×2=1.26 0.26× 0.26×2=0.52 0.52× 0.52×2=1.04 0.04× 0.04×2=0.08 (0.63) 10=(0.1010)
2.1.1 数据 •数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式， 这种特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动 化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理 。 •在计算机系统中所指的数据均是以二进制编码形式 出现的。 •计算机内部由硬件实现的基本数据区分为数值型数 据和非数值型数据。
2.1.2 信息 •信息是对人有用的数据，这些数据可能影响 到人们的行为和决策。 •信息是对数据的解释，数据是信息的载体。 信息是对数据的解释， 信息是对数据的解释 数据是信息的载体。 •计算机信息处理，实质上就是由计算机进行数据处理 计算机信息处理， 计算机信息处理 的过程。 2.1.3 媒体 •媒体又称媒介、媒质，是指承载信息的载体。 •与计算机信息处理有关的媒体有 种： 与计算机信息处理有关的媒体有5种 与计算机信息处理有关的媒体有 感觉媒体 存储媒体 表示媒体 表现媒体 传输媒体
•在计算机系统中，常用的几种进位计数制 在计算机系统中， 在计算机系统中 有下列几种： 有下列几种： 二进制 R=2, 基本符号为 0和1 八进制 R=8, 基本符号为 0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16, 基本符号为 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A,B,C,D,E,F 十进制 R=10, 基本符号为 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 例：十进制数2585.62代表的实际值是 十进制数2585.62代表的实际值是 2585 2x103+5x102+8x101+5x100+6x10-1+2x10-2 例：二进制数(100101.01)2代表的实际值是： 二进制数(100101.01) 代表的实际值是： (100101.01)2 = 1x25 + 0x24+ 0x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20+ 0x2-1 + 1x2-2=(37.25)10
对于任意一个二进制数X 对于任意一个二进制数X，可以表示成 如下形式： 如下形式： E X= ± M×R 其中： 为尾数，常用定点纯小数表示； 为阶， 其中：M为尾数，常用定点纯小数表示；E为阶，一般 q 用定点整数表示； 为基数，隐含为2 也可以为2 用定点整数表示；R为基数，隐含为2，也可以为2 ， 可取2 等正整数。 q可取2，3，4等正整数。 (1Nmax = (1-2 ) ×2
10
十进制数转换成R 2. 十进制数转换成R进制数 任何一个十进制数转换成R进制数时， •任何一个十进制数转换成R进制数时，要将 整数和小数部分分别进行转换。 整数和小数部分分别进行转换。 （1）整数部分的转换 •整数部分的转换方法是“除基取余，上右下左”。 整数部分的转换方法是“ 整数部分的转换方法是 除基取余，上右下左” 例1 将十进制整数835分别转换成二、八进制数。 将十进制整数835分别转换成二、八进制数。 835分别转换成二 余数 低位 835 3 8 8 8 8 104 13 1
文 字 、 图 、 表 、 声 音、 视频等各种媒体信息 或命题、计算等信息
用 户 角 度（ 感 觉 媒 体 ）
媒体输 入设备
媒体输 出设备
（表现媒体）
二进制编码表示的各种数据
程序员角度 ( 表 示 /存 储 /传 输 媒 体 )
结构化描述
指令系统能识别 的基本数据类型
系统设计者角度
数值型数据
非数值型数据
·
± 1 0 1
小数点位置（隐含约定） 小数点位置（隐含约定） 0 0 0 1
·
小数点位置（ 小数点位置（隐含 约定） 约定）
利用定点表示进行计算， 利用定点表示进行计算，须将所有数据之 值按一定比例予以缩小（或放大） 值按一定比例予以缩小（或放大）后送入 计算机， 计算机，同时须将计算结果以同一比例增 或缩小）后才能得正确结果值。 大（或缩小）后才能得正确结果值。 由于采用定点数表示数的范围较小， 由于采用定点数表示数的范围较小，因此运算很容易 产生溢出，另外选择适当的比例因子有时也很困难。 产生溢出，另外选择适当的比例因子有时也很困难。 2．浮点表示 在计算机中所表示的数，其小数点位置是可变的， 在计算机中所表示的数，其小数点位置是可变的，这 种数称为浮点数。 种数称为浮点数。 数符1 阶符1 数符1 阶符1 阶e 尾数m 尾数m
第2 章
数据的表示
本章学习导读：
（1）计算机中如何来表示数据，包括数值数据和 非数值数据。 （2）数值数据的编码表示：包括数制，原码、反 码、补码，以及定点与浮点数。 （3）非数值数据（文字、图形、图像、声音、视 频）的简单表示法。
•本章讨论在计算机内部各类基本数据 的表示方法及其相互间的等值转换。 数据、 2．1 数据、信息和媒体
图 2.1
计算机外部信息与内部数据的转换
2．2 数字化信息编码
•所谓编码，就是用少量简单的基本符号，对 所谓编码，就是用少量简单的基本符号， 所谓编码 大量复杂多样的信息进行一定规律的组合。 大量复杂多样的信息进行一定规律的组合。 •在计算机系统中，凡是要进行处理（包括计算、查 在计算机系统中，凡是要进行处理（包括计算、 在计算机系统中 排序、分类、统计、合并等）、 ）、存储和传输的信 找、排序、分类、统计、合并等）、存储和传输的信 都是用二进制进行编码的。 息，都是用二进制进行编码的。 •计算机内部采用二进制表示的原因： 计算机内部采用二进制表示的原因： 计算机内部采用二进制表示的原因 二进制只有两种状态，在数字电路中很容易实现。 1）二进制只有两种状态，在数字电路中很容易实现。 二进制编码、运算规则非常简单。 2）二进制编码、运算规则非常简单。 二进制的“ 、 与二值逻辑一致， 3 ） 二进制的 “ 0”、 “ 1”与二值逻辑一致， 很容易实现 与二值逻辑一致 逻辑运算。 逻辑运算。
-m (2e--1)
上溢区 负数区
下溢区 机器零） （机器零）
上溢区 正数区
0
•浮点表示法的最大特点是它可以表示 浮点表示法的最大特点是它可以表示 很大的数据范围以及较高的数据精度。 很大的数据范围以及较高的数据精度。 2.3.3 编码系统 •确定一个数值数据的三要素是：进位计数制、 确定一个数值数据的三要素是：进位计数制、 确定一个数值数据的三要素是 定点/浮点表示和编码表示。 定点/浮点表示和编码表示。它们分别用来解决数值 数据的基本表示符号、小数点位置和数的正负号表示。 数据的基本表示符号、小数点位置和数的正负号表示。 •符号数字化：0表示正号，1表示负号。 符号数字化： 表示正号， 表示负号。 符号数字化 机器数：数值数据在计算机内部编码表示的数。 机器数：数值数据在计算机内部编码表示的数。 真值：机器数真正的值（ 原来带有正负号的数）。 真值：机器数真正的值（即：原来带有正负号的数）。
2.3 数值数据的编码表示
•数值数据是表示数量多少和数值大小的数据。 数值数据是表示数量多少和数值大小的数据。 数值数据是表示数量多少和数值大小的数据 •在计算机内部，数值数据的表示方法有两大类：第一 在计算机内部， 在计算机内部 数值数据的表示方法有两大类： 种是直接用二进制数表示； 种是直接用二进制数表示；另一种是采用二进制编码的 十进制数（ Number，简称BCD BCD） 十进制数（Binary Coded Decimal Number，简称BCD） 表示。 表示。 •表示一个数值数据要确定三个要素：进位计数制、 表示一个数值数据要确定三个要素： 表示一个数值数据要确定三个要素 进位计数制、 浮点表示和数的编码表示。 定／浮点表示和数的编码表示。 2.3.1 进位计数制及其各进位制数之间的转换 •在某个数字系统中，若采用R个基本符号（0，1， 在某个数字系统中，若采用R个基本符号（ 在某个数字系统中 ，．．．，R 表示各位上的数字，则称其为基R 2，．．．，R-1）表示各位上的数字，则称其为基R 数制，或称R进制数字系统， 被称为该数字系统的基， 数制，或称R进制数字系统，R被称为该数字系统的基， 采用“ 进一”的运算规则，对于每一个数位i 采用“逢R进一”的运算规则，对于每一个数位i，其 该 位上的权为R 位上的权为R i。
8
0 5 1 高位
0 (835) 10=(1503)
余数 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 835 1 1 0 0 0 0