计算机组成与系统结构复习.doc

计算机组成与系统结构 上海交通大学继续教育学院 陈泽宇 博士 副教授 第1章 计算机系统概论 第2章 运算方法和运算器 第3章 存储系统 第4章 指令系统 第5章 中央处理器（CPU） 第6章 总线系统 第7章 输入输出（I/O）系统 第8章 并行计算机系统 第2章 运算方法和运算器 2.1 数据信息的表示 2.2 定点运算和定点运算器 2.3 浮点运算和浮点运算器 2.1 数据信息的表示 2.1.1 数值数据的表示 2.1.2 非数值数据的表示 2.1.3 数据信息的校验 数据有两大类 数值数据，有“量”的概念 非数值数据 数据在计算机中用二进制数码表示 信息的数字化编码 用“0”和“1”按照一定的组合规则来表示数据、文字、声音、图像、视频等复杂信息 2.1.1 数值数据的表示 1. 进位计数制 2. 各种进制数之间的转换 3. 数的机器码表示 4. 定点数的表示 5. 浮点数的表示 6. 十进制数串的表示方法 在计算机系统中， 通常将十进制数作为人机交互的媒介， 而数据则以二进制数的形式存储和运算 计算机采用二进制的原因 易于物理实现 具有两种稳定状态的物理器件很多（如门电路的导通/截止、电压的高/低），恰好可以对应表示“1”和“0” 采用十进制，就要制造具有10种稳定状态的物理电路，非常困难 运算规则简单 数学推导已经证明，对R进制数进行算术求和或求积运算，其运算规则各有R(R+1)/2种 采用十进制（R=10），就有55种求和或求积的运算规则 采用二进制（R=2），仅有3种求和或求积的运算规则，可以大大简化运算器等物理器件的设计 机器可靠性高 电压高/低、电流有/无都是质的变化，两种物理状态稳定、分明 因此二进制码传输的抗干扰能力强，鉴别信息的可靠性高 逻辑判断方便 二进制的“1”和“0”正好与逻辑命题的“真”和“假”相对应，能够方便地使用逻辑代数工具来分析和设计计算机的逻辑电路 但是，用二进制表示一个数所使用的位数比十进制长得多 通常使用十六进制来弥补二进制的这一不足 1. 进位计数制 1）十进制 2）二进制 3）十六进制 进位计数制 采用从低位向高位进位的方式进行计数的数据表示方法 讨论进位计数制要涉及两个基本概念 基数（Radix） 每个数位所用到的数码符号的个数 权（Weight） 数码在不同的数位上所表示的数值是不同的 每个数码所表示的数值等于该数码本身乘以一个与它所在数位有关的常数, 这个常数叫做权 1）十进制 基数为10，逢10进1 一个数的数值大小就是它的各位数码按权相加之和 (6543.21)10 = 6×103 + 5×102 + 4×101 + 3×100 + 2×10-1 + 1×10-2 任何一个十进制数都可以用一个多项式来表示： 式中：Ki的取值是0~9中的一个数码；m和n为正整数 推而广之，一个基数为R的R进制数可表示为 式中：Ri是第i位的权；Ki取值可以是0,1,…,R-1共R个数码中的任意一个 进位原则：逢R进1 2）二进制 二进制只有两个不同的数码“0”和“1” 基数为2，逢2进1 任意数位的权是2i 任何一个二进制数都可表示为 3）十六进制 基数为16，逢16进1 每个数位可取0,1,…,9,A,B,…,F共16个不同的数码和符号中的任意一个 其中A~F分别表示十进制数值10~15 任何一个十六进制数可表示为 不同进制的表示 用下标表示 (1010)2、(1010)10、(1010)16 用后缀字母表示 B：二进制（Binary）数 H：十六进制（Hexadecimal）数 D：十进制（Decimal）数，可省略 375D、101B、AFEH 三种常用进位计数制的对应关系 十进制 二进制 十六进制 十进制 二进制 十六进制 0 0000 0 8 1000 8 1 0001 1 9 1001 9 2 0010 2 10 1010 A 3 0011 3 11 1011 B 4 0100 4 12 1100 C 5 0101 5 13 1101 D 6 0110 6 14 1110 E 7 0111 7 15 1111 F 2. 各种进制数之间的转换 1）二进制数转换为十六进制数 2）十六进制数转换为二进制数 3）二进制数转换为十进制数 4）十进制数转换为二进制数 1）二进制数转换为十六进制数 整数部分和小数部分分别转换 以小数点为界， 整数部分：从小数点开始往左数，每4位分成一组（可在最左边添“0”） 小数部分：从小数点开始往右数，每4位分成一组（可在最右边添“0”） 最终使二进制数的总的位数是4的倍数 然后用相应的十六进制数取而代之 111011.1010011011B = 0011 1011.1010 0110 1100B = 3B