1,第2章 计算机系统组成及工作原理,二进制数与信息表示 二进制数据表示——二进制表示、与十进制、十六进制的转换 非数值型数据——ASCII码于汉字编码 定点与浮点的二进制表示 补码——规则、特点、运算逻辑电路 逻辑电路的基础知识 逻辑“门”电路 组合逻辑电路——加法器、编码器、译码器 触发器 基本时序电路——寄存器、计数器计算机的硬件组成 CPU组成与工作原理 指令系统、寻址方式的概念 CPU的工作过程举例,2,2.1 二进制数与信息表示——关于二进制,在计算机内一切信息必须进行数字化编码（即用二进制代码形式），才能在机内传送、存储和处理 二进制：只有0和1，按“逢二进一”规律，第k位权是2k 二进制 十进制 bn-1bn-2 ……b0 = dn-1dn-2 …. d0 = 1011=1X23+0X22+1X21+1X20 305 = 3X102 + 0X101 + 5X100 = 1X8 + 0X4 + 1X2 + 1X1 = 3X100 + 0X10 + 5X1,3,2.1 二进制数与信息表示——二进制变换,二进制整数：第n位的权是2n。
二进制：b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 27 26 25 24 23 22 21 20 权值： 128 64 32 16 8 4 2 1 二进制小数：小数点后第n位权值位2-n = 1/2n 二进制：0 . b-1 b-2 b-3 b-4 2-1 2-2 2-3 2-4 权值： 1/2 1/4 1/8 1/16 0.5 0.25 0.125 0.0625 1101.1001 (二进制) = 1X8 + 1X4 + 0X2 + 1X1 + 1X0.5 + 0X0.25 + 0X0.125 + 1X0.0625 = 13.5625 (十进制) 以上规律可以推广到K进制，整数部分第n位的权值是Kn，小数部分第n位的权是K-n4,2.1 二进制数与信息表示——二进制变换,十进制―→二进制 整数部分连续除2取余数，小数部分连续乘2取整数。
123.456(十进制) ≈ 1111011.01110100101 (二进制) 2 | 1 2 3 0.456 X 2 = 0.912 2 | 6 1 …1 .912 X 2 = 1.824 2 | 3 0 …1 .824 X 2 = 1.648 2 | 1 5 …0 .648 X 2 = 1.296 2 | 7 …1 .296 X 2 = 0.592 2 | 3 …1 .592 X 2 = 1.184 2 | 1 …1 .184 X 2 = 0.368 0 …1 .368 X 2 = 0.736 123 = 64 + 32 + 16 + 8 .736 X 2 = 1.472 + 2 +1 .472 X 2 = 0.994 .994 X 2 = 1.888 八进制和十六进制：八进制——每3位二进制对应一位八进制，十六进制——每4位二进制对应一位十六进制,5,2.1 二进制数与信息表示——ASCII码,ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码），它已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准，称为ISO 646标准。
内容包括：控制码：00H～1FH数字：30H～39H大写字母：41H～5AH小写字母：61H～7AH其他代码为符号,6,2.1 二进制数与信息表示——汉字编码的概念,输入编码：通过西文键盘进行汉字输入的编码规则，如拼音、双拼、五笔字型等 汉字内码：汉字文本信息在计算机中进行存储和处理的二进制编码规则，如GB码（国标码）、GBK码（扩展国标码）、Big5（台湾、香港的繁体字编码）等 汉字字库：描述汉字字形的二进制编码规则，有点阵字库和矢量字库两类7,2.1 二进制数与信息表示——常见汉字编码,GB2312-80 全称是GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集 基本集》，1980年发布，是中文信息处理的国家标准，中文Windows3.2就是以GB2312-80为基本汉字编码GB2312-80码共收录6763个简体汉字、682个符号，其中汉字部分：一级字3755，以拼音排序，二级字3008，以偏旁排序GB12345-90 《信息交换用汉字编码字符集 第一辅助集》，目的在于规范必须使用繁体字的各种场合，以及古籍整理等BIG5 是目前台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5401个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。
8,2.1 二进制数与信息表示——常见汉字编码,ISO 10646 国际标准化组织制定的，初始的版本包含GB 3212-80、GB 12345、Big 5 以及日、韩文字汉字部分的国际标准 ISO10646从3.0版开始扩展4字节编码，实现字符编码空间150万个实现中、日、韩、蒙、藏、彝、维等多文种并存 Unicode是和ISO10646相近的另一个工业标准 ISO 10646-1:2000 = Unicode 3.0 ISO 10646-2:2003 = Unicode 4.0 GBK GBK编码是中文编码扩展国家规范兼容GB2312，GBK收录汉字21003个(包括日韩文中的汉字)、符号883个，简、繁体字融于一库9,2.1 二进制数与信息表示——定点与浮点,定点表示法所有数据的小数点位置固定不变小数点“.”在机器中的位置是隐含约定的，并不需要真正地占据一个二进制位一般有两种：纯整数（小数点在最右边）纯小数（小数点在最左边）,10,2.1 二进制数与信息表示——定点与浮点,浮点表示法 小数的规格化： -5678.1234 = - 0.56781234 × 10+4 0.0056781234 = + 0.56781234 ×10-2 任何一个数十进制数N的浮点表示形式为： N=M×10E 记为 N=M E任何一个二进制数N的浮点表示形式为： N=M×2E 式中：E和M都是带符号的定点数，E为阶码部分，M为尾数部分。
在计算机中，尾数为纯小数，阶码为纯整数11,2.1 二进制数与信息表示——定点与浮点,IEEE 754标准浮点数 CPU的浮点处理指令支持的浮点数据格式基于IEEE 754标准，支持浮点运算的浮点部件包括早期的浮点处理器（FPU：intel 8087/287/387）和现代的具备浮点处理指令的CPU 符合IEEE 754标准的浮点数有32位(单精度)、64位(双精度)和80位(扩展精度)三种如32位单精度浮点数 ms：符号位，一位 E： 阶码，8位移码(偏移量127)表示的指数部分 m: 尾数，23位原码表示的纯小数12,一个机器浮点数由阶码和尾数及其符号位组成（尾数：用定点小数表示，给出有效数字的位数决定了浮点数的表示精度；阶码：用整数形式表示，指明小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围）,2.浮点数的表示法,在计算机中存放一个完整的浮点数，应该包括阶码、阶符、尾数以及尾数的符号（数符）共4部分，即：,,,,,阶符,阶码,数符,尾数,,,,,13,一般按照IEEE 754标准，采用32位浮点数和64位浮点数两种标准格式,(1) 32位浮点数标准格式,在32位浮点数中，约定基数R=2， S是尾数的符号位，即浮点数的符号位，它占一位，安排在最高位，0表示正数，1表示负数，尾数M占23位，放在低位部分，当然是纯小数。
E是阶码，占8位，阶码采用了移码方法来表示，将阶码上移127，即E=e+127,14,例【1-1】 X=2011×0.1011101 =200000011×0.10111010000000000000000 =200000010×1.01110100000000000000000 于是求得数X的32位浮点数格式：S=0，E=e+127=00000010+01111111=10000001，M = 01110100000000000000000，M值左移一位 根据规格化32位浮点数的表示形式，求数X的真值为：X=(-1)S×(1.M)×2E-127 (2.5),15,(2) 64位浮点数格式,它与32位浮点数的组成原理相同，约定基数R=2，尾数符号位S占一位，置于最高位，规格化的尾数M占52位，最左边一位1已被隐藏，阶码e上移1023，即E=e+1023，移码形式的阶码占共计11位反过来，已知一个规格化的64位浮点数，求浮点数X的真值可表示为：X=(-1)S×(1.M)×2E-1023 (2.6),16,同一个浮点数的表示方法不是唯一的，如:(1.75)10=1.11×20 (IEEE规格化表示)=0.111×21 (传统规格化表示) =0.0111×22=0.00111×23,17,为提高数据的表示精度，当尾数的值不为 0 时，其绝对值应≥0.5，即尾数域的最高有效位应为1，否则以修改阶码同时左右移小数点的办法，使其变成这一表示形式，这称为浮点数的规格化表示当浮点数的尾数为 0，不论其阶码为何值，或者当阶码的值遇到比它能表示的最小值还小时，不管其尾数为何值，计算机都把该浮点数看成零值，称为机器零,18,[例1] 若浮点数ｘ的二进制存储格式为(41360000)16，求其32位浮点数的十进制值 解：将16进制数展开后，可得二进制数格式为：0 100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000 指数e=阶码－127＝10000010－01111111＝00000011＝（3）10 包括隐藏位1位的尾数1.M＝1.011 0110 0000 0000 0000 0000＝1.011011 于是有：x＝（－1）S 1.M 2e＝＋（1.011011) 23 ＝+1011.011＝（11 .375）,,,,S,阶码（8位）,尾数（23位）,19,[例2] 将十进制数数20.59375转换成32位浮点数的二进制格式来存储 [解:] 首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375＝10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011＝1.010010011×24 e＝4于是得到： S＝0， E＝4＋127＝131， M＝010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为： 0100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000 ＝(41A4C000)16,20,2.1 二进制数与信息表示——原码、反码和补码,原码：二进制的最高位为符号位，0正1负，其余各位同无符号二进制。
[125D]原 = 0 1111101 [-125D]原 = 1 1111101 符号位 ━┛ ┗━ 数值位 8位原码表示数的范围：-127 ~ +127，且00000000和10000000含义相同反码：正数的反码和原码相同，负数的反码为其原码将数值位求反，即0变1，1变0 [125D]反 = 0 1111101 [-125D]反 = 1 0000010 符号位 ━┛ ┗━数值位 8位反码表示数的范围：-127 ~ +127，且0 0000000和11111111含义相同。