【正文】 形式，把各位的權(quán)與該位上的數(shù)碼相乘，乘積 逐項(xiàng)相加，其和便是相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 符號(hào)數(shù)的機(jī)器碼表示 : （ 1）機(jī)器數(shù)和真值 數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)。實(shí)用的數(shù)據(jù)有正數(shù)和負(fù)數(shù)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能表示 0、 1 兩種狀態(tài)，數(shù)據(jù)的正號(hào) “+”或負(fù)號(hào) “”，在機(jī)器里就用一位二進(jìn)制的 0 或 1 來(lái)區(qū)別。因?yàn)橛蟹?hào)占據(jù)一位，數(shù)的形式值就不等于真正的數(shù)值，帶符號(hào)位的機(jī)器數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器內(nèi)部設(shè)備一次能表示的二進(jìn)制位數(shù)叫機(jī)器的字長(zhǎng)，一臺(tái)機(jī)器的字長(zhǎng)是固定的。 符號(hào)位數(shù)值化之后，為能方便的對(duì)機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、提高運(yùn)算速度，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了多種符號(hào)位與數(shù)值一 起編碼的方法，最常用的機(jī)器數(shù)表示方法有三種 :原碼、反碼和補(bǔ)碼。設(shè)符號(hào)位為 X 0 ， X 真值的絕對(duì)值 |X|=X 1 X 2 …X n ， X 的機(jī)器數(shù)原碼表示為 :［ X］ 原 =X 0 X 1 X 2 …X n 當(dāng) X≥0時(shí)， X 0 =0 當(dāng) X0 時(shí)， X 0 =1 原碼表示很直觀，但原碼加減運(yùn)算時(shí)符號(hào)位不能視同數(shù)值一樣參加運(yùn)算，運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，而計(jì)算機(jī)大量的數(shù)據(jù)處理工作是加減運(yùn)算，原碼表示就很不方便了。正數(shù)的反碼與原碼相同。 ② 使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化成加法運(yùn)算，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)中運(yùn)算器的線路設(shè)計(jì)。 n 位二進(jìn)制整數(shù)的模是 2 n 。 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)還有一種更加簡(jiǎn)單的方法由原碼求得補(bǔ)碼。 真值 +0 和 0 的補(bǔ)碼表示是一致的，但在原碼和反 碼表示中具有不同的形式。應(yīng)該注意，不存在 128 的 8 位原碼和反碼形式。 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù) : （ 1）定點(diǎn)數(shù)（ fixedpoint number） 計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)不僅有符號(hào)，而且大量的數(shù)帶有小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)不占有二進(jìn)制位而是隱含有機(jī)器數(shù)里某固定位置上。 另一種約定是所有機(jī)器數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置隱含在符號(hào)位之后、有效數(shù)值部分最高位之前，叫定點(diǎn)純小數(shù)機(jī)器數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)定點(diǎn)小數(shù)。 n 位原碼定點(diǎn)整數(shù)的表示范圍是 （ 2 n1 1） ≤X≤2 n1 1， n 位原碼定 第 5 頁(yè) 20201127 5 點(diǎn)小數(shù)的表示范圍是 （ 12 （ n1） ） ≤X≤12 （ n1） 。 定點(diǎn)數(shù)表示方法簡(jiǎn)單直觀，不過(guò)定點(diǎn)數(shù)表示數(shù)的范圍小，不易選擇合適的比例因子，運(yùn)算過(guò)程容易產(chǎn)生溢出。 SN 的尾數(shù)（ mantissa），是數(shù)值的有效數(shù)字部分，一般規(guī)定取 二進(jìn)制定點(diǎn)純小數(shù)形式。所謂規(guī)格化，對(duì)于原碼尾數(shù)應(yīng)使最高數(shù)字位 S 1 =1，如果不是 1，且尾數(shù)不是全為 0 時(shí)就要移動(dòng)尾數(shù)直到 S 1 =1，階碼相應(yīng)變化，保證 N 值不變。 十進(jìn)制數(shù)在機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，有時(shí)也以一種中間數(shù)字編碼形式存在，它把每一位十進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制編碼表達(dá)，每一組只表達(dá) 0～ 9 的數(shù)值運(yùn)算時(shí)，有專(zhuān)門(mén)的電路在每四位二進(jìn)制間按 “十 ”進(jìn)位處理，故稱(chēng)為二進(jìn)制編碼的 十進(jìn)制數(shù) BCD 碼（ Binary Coded Decimal）或稱(chēng)二 十進(jìn)制數(shù)。 0～ 9 的 8421 碼與通常的二進(jìn)制一樣進(jìn)位，十分簡(jiǎn)單，當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò) 9時(shí)，需要采取辦法自動(dòng)向十進(jìn)制高位進(jìn)一，即要進(jìn)行 “十進(jìn)制調(diào)整 ”才能得到正確結(jié)果。 奇偶校驗(yàn)碼 : 將每個(gè)數(shù)據(jù)代碼擴(kuò)展一個(gè)二進(jìn)位作校驗(yàn)位（ parity bit），這個(gè)校驗(yàn)取 0 還是取 1 的原則是 :若是奇校驗(yàn)（ odd parity），編碼是含 “1”的個(gè)數(shù)連同校驗(yàn)位的取值在內(nèi)共有奇數(shù)個(gè) “1”。 交 *校驗(yàn) : 計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量字節(jié)傳送時(shí)一次傳送幾百甚至更多字節(jié)組成的數(shù)據(jù)塊，如果不僅每一個(gè)字節(jié)有一個(gè)奇偶校驗(yàn)位 稱(chēng)橫向校驗(yàn)，而且全部字節(jié)的同一位也設(shè)置了一個(gè)奇偶校驗(yàn)位 稱(chēng)縱向校驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)塊代碼的橫向縱向同時(shí)校驗(yàn)，這種情況叫交 *校驗(yàn)。循環(huán)冗余碼（簡(jiǎn)稱(chēng) CRC 碼）就是一種檢驗(yàn)?zāi)芰軓?qiáng)，在串行通信中廣泛采用的 校驗(yàn)編碼。 CRC 碼到達(dá)接收方時(shí)，接收方的設(shè)備一方面接收 CRC 碼，一方面用同樣的生成多項(xiàng)式相除，如果正好除盡，表示無(wú)信息差錯(cuò)，接收方去掉 CRC 碼后面 r位校驗(yàn)位，收下 k 位有效信息 。一般要求重新傳送一次或立即糾錯(cuò)。作模 2 除法時(shí)，取商的原則是當(dāng)部分余數(shù)首位為 1 時(shí)商取 1，反之商取 0，然后按模 2 減，求部分余數(shù)。當(dāng)被除數(shù)逐位除完時(shí)，最后余數(shù)的位數(shù)比除數(shù)少一位。它拼接在有效信息后面組成 CRC 碼。 （ 3）生成多項(xiàng)式 CRC 碼是 M（ X）除以某一個(gè)預(yù)先選定的多項(xiàng)式后產(chǎn)生的，所以這個(gè)多項(xiàng)式叫生成多項(xiàng)式。有兩個(gè)生成多項(xiàng)式，其檢錯(cuò)率很高。 （ 1）字符數(shù)據(jù) 字符數(shù)據(jù)主要指數(shù)字、字母、通 用符號(hào)、控制符號(hào)等 ，在機(jī)內(nèi)它們都被變換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制編碼形式。 ASCII碼選擇了四類(lèi)共 128 種常用的字符 :① 數(shù)字 0～ 9。 ③ 通用符號(hào)。 （ 2）邏輯數(shù)據(jù) 邏輯數(shù)據(jù)是指計(jì)算機(jī)不帶符號(hào)位的一位二進(jìn)制數(shù)。 ② 邏輯數(shù)據(jù)的 “0”和 “1”代表兩種成對(duì)出現(xiàn)的邏輯概念，與一般數(shù)學(xué)中代表 “0”和 “1”的數(shù)值概念截然不同。 漢字 : （ 1）漢字字音編碼 （ 2）漢字字形編碼 （ 3）漢字音形編碼 （ 4）電報(bào)碼 （ 5）整字編碼 為了能在不同的漢字系第一部分 統(tǒng)之間交換信息、高效率高質(zhì)量共享漢字信息，近年來(lái)國(guó)家推出了一系列有關(guān)中文信息處理的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)標(biāo)碼收集、制定的基本圖形字符有 7 千余個(gè)，其中常用漢字 3755 個(gè)，次常用漢字 3008 個(gè)，共 6763 個(gè)漢字，還有俄文字母、日語(yǔ)假名、拉丁字母、希臘字母、漢語(yǔ)拼音，每字節(jié)內(nèi)占用 7bit 信息，最高位補(bǔ) 0，例如漢字 “啊 ”的國(guó)際碼，前一字節(jié)是 01100000，后一字節(jié)是 00100001，編碼為 3021H。 漢字內(nèi)部碼的特點(diǎn)十分明顯 : ① 漢字內(nèi)部碼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)短。 ② 便于和西文字符兼容。標(biāo)識(shí)符是 “0”，即是 ASCII碼 。 語(yǔ)音產(chǎn)生機(jī)理的研究表明，每一種語(yǔ)言的語(yǔ)音都有自己特定的音素特征，語(yǔ)音是不同頻率振動(dòng)的結(jié)果。與此相反，如果選擇已知音素的參數(shù)，應(yīng)用語(yǔ)音系統(tǒng)模型，就能得到指定的音素，進(jìn)一步按照一定的規(guī)則合成語(yǔ)言。 一位算術(shù) /邏輯運(yùn)算單元的邏輯表達(dá)式為 : F i =X i Y i C n+i C n+i+1 =X i Y i +Y i C n+i +C n+i X i 上式中，進(jìn)位下標(biāo)用 n+i代替原 來(lái)一位全加器中的 i， i代表集成在一片電路上的 ALU 的二進(jìn)制位數(shù)，對(duì)于四位一片的 ALU， i=0，1， 2， 3。 （ 2）邏輯表達(dá)式 第 7 頁(yè) 20201127 7 ALU 的某一位邏輯表達(dá)式如下 : Y i =S 3 B i +S 2 B i X i =A i +S 0 B i F i =X i Y i C n+i C n+i+1 =Y i +X i 對(duì)一片 ALU 來(lái)說(shuō)，可有三個(gè)進(jìn)位輸出。在電路中，多加這兩個(gè)進(jìn)位輸出的目的是為了便于實(shí)現(xiàn)多片（組） ALU 之間的先行進(jìn)位，為此，還需一個(gè)配合電路，它稱(chēng)為先行進(jìn)位發(fā)生器（ CLA）。內(nèi)部總線是指 CPU 內(nèi)各部件的連線，而外部總線是指系統(tǒng)總線，即 CPU與存儲(chǔ)器、 I/O 系統(tǒng)之間的連線。所謂單向總線，就是信息只能向一個(gè)方向傳送。換句話說(shuō)，總線既可以用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，也 可以用來(lái)接收數(shù)據(jù)。 運(yùn)算器包括 ALU、陣列乘除器件、寄存器、多路開(kāi)關(guān)或三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。 ① 單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器 ② 雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器 ③ 三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器 七、控制器 CPU 中的位置 中央處理器（ CPU）由兩個(gè)主要部分 控制器及運(yùn)算器組成。它是對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)布命 令的 “決策機(jī)構(gòu) ”，協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作，因此，它處于 CPU 中極其重要的位置。反之，當(dāng)向內(nèi)存存入一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字時(shí)，也暫時(shí)將它們存放在這里。② 補(bǔ)償 CPU 和內(nèi)存、外部設(shè)備之間在操作速度上的差別 。 （ 2）指令寄存器（ IR） 指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。為執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以便指出所要求的操作。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號(hào)。而程序計(jì)數(shù)器（ PC）正是起到這種作用，所以通常又稱(chēng)其為指令計(jì)數(shù)器。由于在內(nèi)存和 CPU 之間存在著操作速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來(lái)保持地址信息，直到內(nèi)存讀 /寫(xiě)操作完成為止。它的功能是 :當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù) /邏輯單元（ ALU）執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)，為 ALU 提供一個(gè)工作區(qū)。顧名思義，累加寄存器用來(lái)暫時(shí)存放 ALU 運(yùn)算的結(jié)果信息。 由于運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)不同，可采用多個(gè)累加寄存器。 （ 7）操作控制器 操作控制器的功能，就是根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào)，產(chǎn)生各種操作控制信號(hào)，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。第一種稱(chēng)為常規(guī)控制器，它是 第 8 頁(yè) 20201127 8 采用組合邏輯技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。第三 種稱(chēng)為 PLA 控制器，它是吸收前兩種的設(shè)計(jì)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)序產(chǎn)生器的作用，就是對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制。 八、存儲(chǔ)器 （ 1）存儲(chǔ)器的基本組成 主存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)體、 地址譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、讀寫(xiě)電路和控制電路等組成。通常是二維陣列組織，是可供 CPU 和計(jì)算機(jī)其他部件訪問(wèn)的地址空間。在存儲(chǔ)體與譯碼器之間的驅(qū)動(dòng)器的功能是減輕譯碼線驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。需要增夾犖動(dòng)器，以譯碼線連叫犖動(dòng)器的輸入端，由驅(qū)動(dòng)器的輸出端控 制連接在譯碼線上的所有存儲(chǔ)單元。 ④ 控制電路 :接收 CPU 傳來(lái)的控制命令，經(jīng)過(guò)控制電路一系列的處理，產(chǎn)生一組時(shí)序信號(hào)控制存儲(chǔ)器的操作。不同的存儲(chǔ)器都是由這幾部分組成，只是在選用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)和不同的存取方式時(shí)，各部分的結(jié)構(gòu)與工作方式略有變化。若干記憶元件組成存儲(chǔ)單元，一個(gè)存儲(chǔ)單元能夠存儲(chǔ)一個(gè)或幾個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制信息。信息按地址存入指定的存儲(chǔ)單元中，按地址從指定的存儲(chǔ)單元中取出。由于存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)單元的每個(gè)二進(jìn)制位必須并行工作，因此將存儲(chǔ)單元按其地址的順序組成存儲(chǔ)陣列。地址譯碼器將地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)地址線（字線）上的控制信號(hào)，以表示選中某一單元 ，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫(xiě)電路，完成對(duì)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。譯碼器輸出的每條譯碼線對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元。另外一種是雙譯碼方式，將譯碼器分成 X向和 Y 向兩個(gè)譯碼器，通過(guò)雙譯碼器的相互作用確定存儲(chǔ)單元的地址。將后 5 位輸入到Y(jié) 地址譯碼器中譯出 Y 0 到 Y 31 譯碼線，分別選擇 0～ 31 列。若采用 X向和 Y 向交 *選擇，可以選擇從存儲(chǔ)單元（ 0， 0）至（ 31， 31）共 2 5 2 5 =1024 個(gè)存儲(chǔ)單元地址。 （ 4）存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作 在 CPU 向存儲(chǔ)體發(fā)生讀操作命令時(shí)，首先由 CPU 將相應(yīng)存儲(chǔ)單元的地址碼送至地址寄存器中 。然后在 CPU 的統(tǒng) 一控制下，由控制電路將讀命令轉(zhuǎn)換成讀寫(xiě)電路的操作，執(zhí)行將指定存儲(chǔ)單元的內(nèi)容傳送到數(shù)據(jù)寄存器的操作，完成了整個(gè)存儲(chǔ)器讀的操作。不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器根據(jù)其特點(diǎn)有不同的讀寫(xiě)操作控制電路、控制機(jī)構(gòu)、讀寫(xiě)電路及地址譯碼器，但它們的基本操作原理大同小異。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類(lèi)很多，就其制造工藝可以分成雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和金屬 氧化物 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（簡(jiǎn) 稱(chēng) MOS 型存儲(chǔ)器）。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器必須增設(shè)恢復(fù)信息的電路，外部線路復(fù)雜。因此經(jīng)常用做大容量的 RAM。但無(wú)論雙極型或 MOS 型存儲(chǔ)器，其保持的信息將隨電源的撤消而消失。一般計(jì)算機(jī)中使用的 RAM 芯片均有自己的存儲(chǔ) 體陣列、譯碼電路、讀寫(xiě)控制電路和 I/O 電路。 ② RAM 的串聯(lián) 為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)量，可以采用多個(gè)芯片地址串聯(lián)的方式解決。其所需地址線隨之增加，為了保持芯片的外部封裝不變，一般采用地址復(fù)用的技術(shù)，即采用地址分批送入的結(jié)構(gòu)保證不增加芯片的地址引腳。 如果設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器容量有 x 字，字長(zhǎng)為 y，而采用的芯片為 N M 位。根據(jù)容量要求，組成要求容量的 RAM 所需芯片數(shù)為 :（ x/N） （ y/M）。 ROM 中的信息一旦寫(xiě)入就不能進(jìn)行修改，其信息斷電之后也仍然保留。 ROM 和 RAM 相比，使用時(shí)不需寫(xiě)入、再生和刷新等操作，所以其電路比較簡(jiǎn) 單，但同樣有地址譯碼器、數(shù)據(jù)讀出電路等。因制造工藝和功能不同，一般分為普通 ROM、可編程 ROM（ PROM）、可擦寫(xiě)可編程 ROM（ EPROM）和電可擦寫(xiě)可編程 ROM（ EEPROM）等。這類(lèi) ROM 由生產(chǎn)廠家做成，用戶(hù)不能加以修改。在實(shí)際使用過(guò)程中，部分用戶(hù)希望自己根據(jù)需 要填寫(xiě) ROM 的內(nèi)容，因此產(chǎn)生可編程 ROM（ PROM）。 PROM 的使用相當(dāng)于由用戶(hù) ROM 生產(chǎn)的最后一道工序中 向 ROM 中寫(xiě)入編碼，其余同掩模 ROM 的使用完全相同。其特點(diǎn)是可以根據(jù)用戶(hù)的要求用工具擦去 ROM 中原有的存 儲(chǔ)內(nèi)容，重新寫(xiě)入新的編碼。擦除和寫(xiě)入可以多次進(jìn)行，其內(nèi)容同樣不會(huì)因斷電而丟失。出廠時(shí)全部置 “0”或 “1”，由用戶(hù)通過(guò)高壓脈沖寫(xiě)入信息。平時(shí)窗口上必須貼有不透明膠紙，以防光線進(jìn)入而造成信息流失。 外存儲(chǔ)器是指那些不能被 CPU 直接訪問(wèn)的，讀取速度較內(nèi)存慢，容量比內(nèi)存大，通常用來(lái)存放不常用的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。而光盤(pán)是外存發(fā)展的方向，有必要了解它們的原理和應(yīng)用。磁盤(pán)存儲(chǔ)器避免了磁帶存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。使用時(shí)，通過(guò)磁盤(pán)面的高速旋轉(zhuǎn)代替磁帶的直線運(yùn)動(dòng)，減少尋找特定位置的時(shí)間。根據(jù)盤(pán)片的基本組成材料將磁盤(pán)分為硬盤(pán)和軟盤(pán)兩種。 軟盤(pán)和硬盤(pán)盤(pán)片記錄信息的方式相同，都是將每個(gè)盤(pán)面由外向內(nèi)分成若干個(gè)磁道，每個(gè)磁道也劃分為多個(gè)扇區(qū)，信息以扇區(qū)為 單位存儲(chǔ)。扇區(qū)包括頭空、序標(biāo)、數(shù)據(jù)區(qū)、檢驗(yàn)字段和尾空等幾個(gè)部分。 磁盤(pán)區(qū)域的劃分隨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同而不同，其存儲(chǔ)容量也有較大的差別