第二章计算机组成原理教材
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计算机组成原理第二章 第3讲 数的机器码表示.ppt
◊ 例：写出下列定点8位机器码的真值。 [x1]原＝0.0110101 [x2]原＝10000101 解： x1=0.0110101 x2=-101
◊ 例：写出下列定点8位机器码的真值。 [x3]反＝1.1010101 [x4]反＝0.0000101 解： X3= -0.0101010 X4= 0.0000101
2.1.2数的机器码表示
【例2.7】将十进制真值(－127,－1,0,＋1, ＋127)列表表示成二进制数及原码、反码、 补码、移码值。
补码形式的八位二进制 数的示数范围讨论：
符号位1位，数值位7位 即-27 ～ 27-1 -128～127 -128怎样表示？
原码 0111 1111 0111 1110 … … 0000 0011 0000 0010 0000 0001 0000 0000 1000 0000 1000 0001 1000 0010 1000 0011 … … 1111 1110 1111 1111
3 、补码
具体地，
在计算机中，机器能表示的数据位数是一 定的，其运算都是有模运算。如果是n位整数， 其模为2n+1。如果是n位小数，其模为2。
若运算结果超出了计算机所能表示的数值 范围，则只保留它的小于模的低n位的数值， 超过n位的高位部分就自动舍弃了。
3 、补码
定义：正数的补码就是正数的本身，负数 的补码是原负数加上模。
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原码表示定点小数的临界值
x=0.00...0 x=0 x=1.00...0
正0和负0都是0
x=0.11...1 x=0.00...01 x=1.00...01
x=1-2-n x=2-n x=-2-n
最大正数 最接近0的正数 最接近0的负数
计算机组成原理第二章(第三讲)
[例16] 参见图2.6，已知两个不带符号的二进制整 数A ＝ 11011，B ＝ 10101，求每一部分乘积项aibj 的值与p9p8……p0的值。 请同学们自己完成。
本讲总结
1. 溢出及其检测方法 2.基本的二进制加/减法器（难点，熟练掌握）
理解并熟练掌握图2.3
3.十进制加法器 4.原码并行乘法（难点，掌握） 理解并掌握图2.6
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ ]补 ＋ [ｙ ]补
[ ｘ＋ｙ] 补
无进位
[ｙ]补＝0.1001 0.1011 0.1001 1.0100
有进位
两正数相加，结果为负，显然错误。
－－运算中出现了“上溢”
[又例] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.0010， 求ｘ＋ｙ。
[解:]
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ]补 ＋ [ｙ]补 无进位
计算机组成原理
3
2.2.3 溢出概念与检验方法
两个正数相加，结果为负（即：大于机器
所能表示的最大正数），称为上溢。 两个负数相加，结果为正（即：小于机器 所能表示的最小负数)，称为下溢。 运算出现溢出，结果就是错误的。
[例12] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.1001，求ｘ＋ｙ。
[解:]
计算机组成原理?第一章计算机系统概论?第二章运算方法和运算器?第三章存储系统?第四章指令系统?第五章中央处理器?第六章总线系统?第七章外围设备?第八章输入输出系统?第九章并行组织目录计算机组成原理3?上一讲回顾1
计算机组成原理
目录
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
现在我们计算一个n位的行波进位加法器的时间延迟。 假如采用图2.3(a)所示的一位全加器并考虑溢出检测，那么n 位行波进位加法器的延迟时间ta为 ta＝n·2T＋9T＝(2n＋9)T (2.24) 9T为最低位上的两极“异或”门再加正溢出“异或”门 的总时间，2T为每级进位链的延迟时间。 当不考虑溢出检测时，有 ta＝(n-1)·2T＋9T (2.25) ta意味着加法器的输入端输入加数和被加数后，在最坏 情况下加法器输出端得到稳定的求和输出所需的最长时间。 显然这个时间越小越好。注意，加数、被加数、进位与和数 都是用电平来表示的，因此，所谓稳定的求和输出，就是指 稳定的电平输出。
北科大计算机组成原理课件第二章
5
2.2 数字化信息编码
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编码
编码：就是用少量简单的基本符号的组合， 表示大量复杂多样的信息。 在计算机系统中，凡是要进行处理、存储和 传输的信息，都是用二进制进行编码的。
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计算机内部采用二进制表示的原因
只有0、1两个数码，易于用物理器件表 示； 2. 电位的高低, 脉冲的有无, 电路通断, 磁 化方向等都比较容易区别，可靠性高； 3. 运算规则简单； 4. 二进制的0、1与逻辑命题中的真假相对 应，为计算机中实现逻辑运算和逻辑判 断提供有利条件。 缺点：书写冗长，难认，难记，不易发现错 误。
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数值数据的表示
三个要素： 1. 进位计数制； 2. 符号的数字化？带符号数的编码表示？ 3. 小数点？位置？定/浮点表示。 问题：计算机中的字可表示的最大的数是多 少？计算机中的字可表示的最小的数是 多少？运算结果超出怎么办？ 计算机的特性：离散性、有限性。
11
进位计数制
基数：允许使用的基本符号个数。 位权：不同数位的权值(数量级别)。 例：十进制数， 123.4 = 1102 + 2101+3100+410-1
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机器数位的编号
一个字节：
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0
最高位
0 0 1
0 1
0
最低位
问题：一个字节能表示几种码字(模式)? 能表示数的数量?
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数值数据的编码表示
计算机用数字表示正负，隐含规定小数点 (定点与浮点)。 计算机中常用的数据表示格式有两种： 定点格式：容许的数值范围有限，但要求的 处理硬件比较简单。 浮点格式：容许的数值范围很大，但要求的 处理硬件比较复杂。
1 1011
计算机组成原理 第2章
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
原码、反码与补码
• 例2：已知[x]补=11101110，求[-x]补、[x]反、[x]原及真值x。 解：[-x]补=00010010 （[x]补取反加1） [x]反=11101101 （[x]补减1） [x]原=10010010 （[x]原低7位取反） 真值x=-0010010B=-12H=-18D
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 对定点整数，补码的定义是： X [X]补= 2n > x 0 （mod 2n+1）
2n+1+x=2n+1-|x|
0 > x -2n
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 利用补码可以将减法运算变成加法运算来实现。但是 根据补码定义，求负数的补码要从2减去|X|。为了用加 法代替减法，结果还得在求补码时作一次减法，这显 然是不方便的。可以利用反码的方式解决负数的求补 问题。 • 另一方面，利用补码实现减法运算，可以和常规的加 法运算使用用一加法器电路，从而简化了计算机的设 计。
移码表示法
• 移码的定义：[X]移=2n +X （-2n = <x< 2n）n为阶码数值位 (除符号位)
• 移码的计算：先求出X的补码，再对其符号位取反或直接利用定 义计算。
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
移码的特点
（1）在移码中，最高位为“0”表示负数，最高位为“1”表示正数。 （2）移码为全0时，它所对应的真值最小，为全1时，它所对应的真 值最大。因此，移码的大小比较直观地反映了真值的大小，这有 助于比较两个浮点数阶码的大小。 （ 3 ） 真 值 0 在 移 码 中 的 表 示 形 式 是 唯 一 的 ， 即 [+0] 移 =[-0] 移 = 100…0。 （4）移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数， 直接按无符号数规 则比较大小。 （5）同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。
计算机组成原理华科版第二章运算方法与运算器课件
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计算机组成原理
⑵补码表示法
第二章 运算方法与运算器
• 由于补码在作二进制加、减运算时较方便,所以 在计算机中广泛采用补码表示二进制数。
• 补码运算中，可以用加法代替减法，节省元件， 降低成本。
5
计算机组成原理
第二章 运算方法与运算器
⑵补码表示法
原码求补码方法：正数不变（相同）。负数符号位不变， 数值位求反加1
第二种浮点表示的格式为
1，10001001，01111111110000000000000
17
计算机组成原理
⑶ 浮点数的表示举例
第二章 运算方法与运算器
某机用32b表示一个数，阶码部分占8b（含一位符号 位2格5式6）.。5，，尾x数2=1部27分/2占56，2 4试b（写含出一x1和位x符2的号两位种）浮。点数设表x1示=-
最小负数 最大负数
最小正数
最大正数
1.0000000 1.1111111
0.0000001
0.1111111
-1
-2－7
2－7
1-2－7
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计算机组成原理
第二章 运算方法与运算器
定点整数的表示范围：
①设字长为8b，用原码表示时，其表示范围如下：
最小负数 最大负数 最小正数 最大正数
11111111 10000001 00000001 01111111
计算机组成原理
１．真值与机器数
第二章 运算方法与运算器
采用正、负符号加上二进制的绝对值，则这种 数值称为真值。
将正负号分别用一位数码0和1来代替，一般将 这种符号位放在数的最高位。这种在机器中使 用的连同数符一起数码化的数，称为机器数。
1
计算机组成原理
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
计算机组成原理课程教学内容和教学要求
计算机组成原理课程教学内容和教学要求本教材共分为8章，重点需要学员掌握的是第二章数据表示和运算方法，第三章计算机的运算器部件以及第四章指令系统和第五章计算机的控制器部件。
（注：用红色标注的为每章重点掌握的内容）第一章计算机系统概述本章简要介绍计算机组成的五大功能部件及其相互连接关系，计算机系统组成的层次概念，计算机的发展进程等内容，要求学员从层次的观点初步认识完整计算机的基本组成，能够指出计算机的体系结构、计算机组成和计算机实现之间的联系与区别。
第二章数据表示和运算方法本章主要涉及到了很多设计与实现运算器部件的基础理论知识，例如信息的编码知识、数据表示和运算算法等。
二进制编码，数制转换，定点小数和整数的原、反、补码表示，补码加减运算，原码一位乘除运算是本章的重点内容。
学习过程中，要求学员掌握两种常用检错、纠错码的实现原理；掌握定点小数、整数、浮点数在计算机内的表示，补码加减法的运算规则，原码一位乘除法的实现算法和完成算术运算所用到的原理性逻辑电路；了解文字和多媒体信息的表示的基本概念。
教学要求:了解：数字化编码理解：检错纠错码掌握：数制及转换、数据表示、算术与逻辑运算、十进制数与浮点数间的转换运算第三章计算机的运算器部件运算器部件是学习计算机整机运行原理与系统设计的最为基础的一个环节，因此本章不仅仅是考试考查的重点，同时也是课程学习中的重中之重。
重点掌握定点运算器的功能、组成、设计和实现；了解主要完成浮点数算术运算的浮点运算器的运算规则和组成。
理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点。
运算器，3大件，运算、暂存、乘除快，多路选通连起来。
第四章指令系统和汇编语言程序设计本章主要讲解指令系统设计和汇编语言程序设计的简单知识，这是设计与实现控制器部件的出发点和基本依据；学员在学习过程中应该掌握指令的功能、格式和常用的几种寻址方式；了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；理解3个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句。
计算机组成原理第四版第二章
[x]补=0.1001, [y]补=0.0101 [x]补 0. 1 0 0 1
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
Back
第二章 运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。 解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果 小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
Back
第二章 运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算， 运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围 却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才 发生溢出。
Back
3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接 处理十进制形式表示的数据。十进制数串 在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设 定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运 算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当， 往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
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第二章 运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。 解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果 小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
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第二章 运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算， 运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围 却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才 发生溢出。
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3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接 处理十进制形式表示的数据。十进制数串 在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设 定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运 算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当， 往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。
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(白中英)第2章
原码表示 1111 1111 1000 0001
反码表示
补码表示
移码表示
1000 0000 1000 0001 0000 0001 1111 1110 1111 1111 0111 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000 1000 0000 1111 1111
实际机器中保存时 并不保存小数点
定点小数： [x]补＝
定点整数： [x]补＝
x 2+x = 2 - |x| x 2n+1+x = 2n+1-|x|
（mod 2）
（mod 2n+1）
举例： x为n+1位 [+0.110 ] 补 ＝ 0.110
[+110]补 ＝ 0110
[-0.110] 补 ＝ 10 + (-0.110) = 1.010
按编码不同又可分为原码、反码、补码、移码……
2013年7月26日星期五 5
2.1 数据与文字的表示方法
2.1.1 数据格式
2.1.2 数的机器码表示
2.1.1 数据格式
2.1.3 字符与字符串的表示方法
2.1.4 汉字的表示方法
2.1.5 校验码
2013年7月26日星期五 6
2.1.1 数据格式——定点数
由[-X]补 求[X]补， 此规则同 样适用。
2013年7月26日星期五
20
3、移码表示法
移码通常用于表示浮点数的阶码
xnxn-1xn-2……x1x0
4位补码与移码 真值 -8 补码 1000 1001 1010 移码 0000 0001 0010
用定点整数形式的移码
第二章计算机组成原理——23教材
央
器
处
数据
理
器
启动 完成
I/O 控制器 k 控制
I/O 设备 k
I/O操作中若干控制部件的作用
CPU
负责启动I/O操作
I/O控制器
负责在I/O操作期间对I/O设备进行全程控制
DMA控制器（Direct Memory Access）
DMA: 直接存储器访问 负责实现I/O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制
2.3 PC机的主机
2.3.1 主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器 2.3.3 I/O总线和I/O接口
PC机的物理组成
- 机箱、显示器、键盘、鼠标器等
台式
机
机箱内包含
- 主板、硬盘、软驱、光驱、电
源、风扇等
主板上安装
– CPU、芯片组、内存条、总线
插槽、I/O控制器、I/O端口、
机
显示器接口 扬声器接口
箱
麦克风接口
背
板
电话线/MODEM接口
照
片
鼠标接口 电源接口
打印机(并行)接口 (游戏)操纵杆接口
名称
串行口
并行口 (增强式) USB（1.1）
USB（2.0）
IEEE 1394a IEEE 1394b
SATA
数据传 输方式
串行, 双向
并行, 双向
串行, 双向
串行, 双向
串行, 双向
I/O控制器
键盘、鼠标器等的I/O控制器较简单，集成在主板 的芯片内；
音频、视频等设备的I/O控制器较复杂，制作成适 配卡（扩充卡或控制卡），插在主板的PCI扩充槽 内，如：显卡等。
I/O 操作过程
计算机组成原理第四版课后答案第二章清华大学出版社课件
总称为
。
解：记录面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、 记录块、道密度、位密度、存储密度。
2.19 某磁盘组有4个盘片，5个记录面。每个记录面的内磁 道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600 位/cm，道密度为80道／cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址的方案。
18根，可用其中A0～A15 16根接到芯片组， 余下两根A16、A17 接到片选译码器。
(3)组织结构图:
D15
…
数 据 总 线
D5 D3 D1
D4 D2
D0
地 A17
址 总
A16
线
A15 A14
片 选 译 码
…
A0
A15
AD14 D
A15
AD14 D
A15
AD14 D
DD
… … …
D
D
D
D
A0
1Kx4
A9
1Kx4
CS WB CS WB
1Kx4
CS WB
1Kx4
CS WB
2.11 设某机采用1Kx4位的动态RAM芯片（片内是 64x64结构)组成的16Kx8位的存储器。请回答： (1)设计该存储器共需几片RAM芯片? (2)画出存储体组成框图?
解： (1) 存储器共需16/1 x 8/4＝32片 (2) 存储器组成框图（略）。
组织结构图：
… … … …
…ห้องสมุดไป่ตู้
D15
数 据
D14
总 线
D3 D1
D2
D0
《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
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。
如何评价王道计算机组成原理第二章
如何评价王道计算机组成原理第二章摘要：一、引言二、王道计算机组成原理第二章的主要内容概述三、评价王道计算机组成原理第二章的优点四、评价王道计算机组成原理第二章的不足五、总结与建议正文：【引言】随着信息技术的飞速发展，计算机组成原理这门课程越来越受到广大师生的关注。
王道计算机组成原理教材的第二章，作为课程的核心章节之一，备受学子们瞩目。
本文将对第二章的内容进行简要概述，并从优点和不足两方面对其进行评价，最后给出一些建议。
【王道计算机组成原理第二章的主要内容概述】第二章主要讲述了计算机组成原理的基本概念、计算机系统的层次结构、数据表示与运算、存储系统、输入输出系统等内容。
其中，数据表示与运算部分是重点，涵盖了计算机内部的数制、编码、算术运算、逻辑运算等方面。
这些内容为读者奠定了理解计算机硬件系统的基础。
【评价王道计算机组成原理第二章的优点】1.逻辑清晰：第二章在讲述计算机组成原理时，条理分明，层次清晰，使得读者能够更好地把握计算机系统的基本概念和组成。
2.内容详实：第二章对数据表示与运算部分的讲解十分详细，既有理论阐述，也有实例分析，有助于读者深入理解计算机内部的运算过程。
3.结合实际：第二章在阐述计算机组成原理时，充分结合实际应用，让读者明白所学知识在实际中的重要作用。
【评价王道计算机组成原理第二章的不足】1.知识难度较大：第二章涉及的部分内容较为复杂，对于初学者来说，理解起来可能有一定难度。
2.更新速度较快：随着计算机技术的不断发展，第二章的部分内容已经难以满足现代计算机的发展需求。
【总结与建议】总的来说，王道计算机组成原理第二章在阐述计算机组成原理方面具有较高的价值。
针对其中的不足，建议如下：1.对于知识难度的处理，可以通过增设习题、案例分析等方式，帮助读者巩固理解。
2.及时更新教材内容，以满足现代计算机技术的发展需求。
3.在讲解过程中，加强对实际应用的拓展，提高读者的实践能力。
计算机组成原理电子教案第2章
完整版课件ppt
5
2.3 校验码
数据校验码是一类能够发现甚至自动纠正某些数 据错误的数据编码方法。
通常，将正确的数据编码称为合法编码，而将错 误的数据编码称为非法编码。
校验码的设计原则：当一个合法编码中的数据位 发生错误时，就变为一个非法编码，而不是变为 另一个合法编码。这样，只要检测到非法编码， 就能发现数据错误。
海明校验码的设计原理：将几个校验位编入到数 据码的特定位置，全部数据位被分成几个奇偶校 验组，每个数据位被按一定的规则分配到其中几 个组中，各校验位分别作为各组的奇偶校验（一 般为偶校验）位。当某个数据位出错时，将会导 致含有该数据位的几个校验组的校验结果出错。 根据出错校验组的不同组合，就能确定是哪个数 据位发生错误，进而自动纠正这个错误。
表示形式为HmHm-1…H2H1，则此海明码的编码规 则是：
计算机组成原理电子教案 陆 遥
第二章 计算机的数据表示
完整版课件ppt
1
2.1 字符数据的表示
2.2 逻辑数据的表示
2.3 校验码
2.3.1 码距与校验位的概念 2.3.2 奇偶校验码 2.3.3 海明校验码 2.3.4 循环冗余校验码
2.4 数值数据的表示
2.4.1 数的二进制真值表示 2.4.2 用BCD码表示十进制数 2.4.3 定点数的表示 2.4.4 浮点数的表示
完整版课件ppt
2
2.1 字符数据的表示
字符在计算机中的二进制编码称为字符代码。目 前，计算机中普遍使用的字符代码是长度为7位的 ASCII码（美国信息交换标准代码）。
ASCII码在存储器中存放时，需要占用存储器的 一个字节（8位），其中的最高位（b7）置为0或 用作奇偶校验位。
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• 通常含有4、8、16、32个甚至更多个CPU; • 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持 的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
使用计算机
计算机的组成与分类
计算机的应用模式
• 集中计算模式(50～70年代) • 分散计算模式(80年代) • 网络计算模式(90年代)
发展趋势：智能化
计算机的组成与分类
计算机的巨大作用
• 信息处理工具 • 应用于科学研究 • 应用于工农业生产 • 应用于社会服务 • 应用于社会文化 • 应用于办公室和家庭
计算机的组成与分类
计算机的组成
＋
硬件
软件
计算机的组成与分类
计算机的组成
硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称 软件：在计算机中运行的各种程序及其处理的数据 和相关文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作 数据：程序处理的对象 文档：提供给用户使用的操作说明、技术资料等
硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互依存，相互促进
• 微处理器: 简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路 制成的、具有运算和控制功能的部件
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 • 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件
• 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高； 直接与CPU相连接； 易失性；
计算机的组成与分类
总线与I/Oபைடு நூலகம்口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：连接CPU和内存的总线 I/O 总线：连接内存和I/O设备(包括外存)的总线
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
外存储器
计算机硬件的逻辑组成
计算机的组成与分类
输入设备 : 用来向计算机输入信息的设备 功能：把人可直接识别和感知的形式转换成计算机
中用“0” 和“1”表示的信息 常见的输入设备
键盘、鼠标器、扫描仪、麦克风、摄像头等
计算机的组成与分类
中央处理器
• 处理器：负责对输入信息进行各种处理（例如：计算、 排序、分类、检索等）的部件
计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU）
内存储器
计算机硬件 外存储器
系 统
总
输入设备
线
输出设备
CPU 主机 主存储器
总线
外围设备 （外设）
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
中央处理器 系统总线
内存储器 存储控制器
控制器
控制器
I/O接口
输入设备
输出设备
控制器 外存储器接口
50 年 代 中 后 期 ～ 60 年 代 中期
60 年 代 中 期 ～ 70 年 代 初期
主要元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓
CPU：晶体管 内存：磁芯
CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 半导体存储器
第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.按计算机的性能、用途和价格分为：
• 巨型计算机（Supercomputer） • 大型计算机（Mainframe） • 小型计算机（Minicomputer） • 个人计算机（Personal Computer）
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用 便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成 在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
计算机的组成与分类
计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成与分类
第1～4代计算机的对比
代别 第1代
第2代
第3代
年代
20 世 纪 40 年 代 中 期 ～ 50 年代末期
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算 • 程序和数据预先存放在存储器内 • 计算机工作时，CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据，
按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止
CPU的结构与原理
外存储器
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
配置的软件
主要应用
使用机器语言和汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算
使用FORTRAN等高级 开始广泛应用于
程序设计语言
数据处理领域
操作系统，数据库 在科学计算、数
管理系统等开始使 据处理、工业控
用
制等领域得到广
泛应用
软件工程、分布式 深入到各行各业，
计算、网络软件等 家庭和个人开始
开始广泛使用
• 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低； 不直接与CPU相连接； 非易失性；
计算机的组成与分类
输出设备：完成信息输出的设备
功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直 接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等
输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成；
• 速度达到每秒数万亿次以上； • 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性 高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持 的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
使用计算机
计算机的组成与分类
计算机的应用模式
• 集中计算模式(50～70年代) • 分散计算模式(80年代) • 网络计算模式(90年代)
发展趋势：智能化
计算机的组成与分类
计算机的巨大作用
• 信息处理工具 • 应用于科学研究 • 应用于工农业生产 • 应用于社会服务 • 应用于社会文化 • 应用于办公室和家庭
计算机的组成与分类
计算机的组成
＋
硬件
软件
计算机的组成与分类
计算机的组成
硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称 软件：在计算机中运行的各种程序及其处理的数据 和相关文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作 数据：程序处理的对象 文档：提供给用户使用的操作说明、技术资料等
硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互依存，相互促进
• 微处理器: 简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路 制成的、具有运算和控制功能的部件
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 • 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件
• 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高； 直接与CPU相连接； 易失性；
计算机的组成与分类
总线与I/Oபைடு நூலகம்口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：连接CPU和内存的总线 I/O 总线：连接内存和I/O设备(包括外存)的总线
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
外存储器
计算机硬件的逻辑组成
计算机的组成与分类
输入设备 : 用来向计算机输入信息的设备 功能：把人可直接识别和感知的形式转换成计算机
中用“0” 和“1”表示的信息 常见的输入设备
键盘、鼠标器、扫描仪、麦克风、摄像头等
计算机的组成与分类
中央处理器
• 处理器：负责对输入信息进行各种处理（例如：计算、 排序、分类、检索等）的部件
计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU）
内存储器
计算机硬件 外存储器
系 统
总
输入设备
线
输出设备
CPU 主机 主存储器
总线
外围设备 （外设）
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
中央处理器 系统总线
内存储器 存储控制器
控制器
控制器
I/O接口
输入设备
输出设备
控制器 外存储器接口
50 年 代 中 后 期 ～ 60 年 代 中期
60 年 代 中 期 ～ 70 年 代 初期
主要元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓
CPU：晶体管 内存：磁芯
CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 半导体存储器
第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.按计算机的性能、用途和价格分为：
• 巨型计算机（Supercomputer） • 大型计算机（Mainframe） • 小型计算机（Minicomputer） • 个人计算机（Personal Computer）
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用 便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成 在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
计算机的组成与分类
计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成与分类
第1～4代计算机的对比
代别 第1代
第2代
第3代
年代
20 世 纪 40 年 代 中 期 ～ 50 年代末期
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算 • 程序和数据预先存放在存储器内 • 计算机工作时，CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据，
按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止
CPU的结构与原理
外存储器
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
配置的软件
主要应用
使用机器语言和汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算
使用FORTRAN等高级 开始广泛应用于
程序设计语言
数据处理领域
操作系统，数据库 在科学计算、数
管理系统等开始使 据处理、工业控
用
制等领域得到广
泛应用
软件工程、分布式 深入到各行各业，
计算、网络软件等 家庭和个人开始
开始广泛使用
• 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低； 不直接与CPU相连接； 非易失性；
计算机的组成与分类
输出设备：完成信息输出的设备
功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直 接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等
输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成；
• 速度达到每秒数万亿次以上； • 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性 高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件