计算机中的信息表示：第2章概览

"指令部分-第3版第2章计算机中的信息表示" 在计算机系统中，信息的表示是至关重要的，这包括了数据信息和指令信息。本章主要探讨的是计算机如何表示数值型数据，尤其是带符号数的表示，以及指令信息的结构。具体来说，我们将深入理解带符号数的原码、补码和反码表示，定点数与浮点数的区别，以及指令中涉及的OPCODE、MOD/RM字段的作用。 2.1 数据型数据的表示 带符号数的表示是计算机处理数值的基础。机器数是指在计算机中以二进制形式表示的数，它包括数符和数值两部分。真值则是我们实际要表达的正负数值加上绝对值。原码是最直观的表示方法，其中最高位作为符号位，0代表正，1代表负。然而，原码在表示负数时存在一个问题，即0的表示不唯一。因此，出现了补码和反码，它们解决了原码表示负数的缺陷，使得减法运算可以直接通过加法来实现。例如，一个8位的机器字长下，-1101的原码、补码和反码都是10001101，而正数和0的原码、补码和反码保持一致。 2.1.1 定点数与浮点数 定点数分为无符号整数和带符号的定点数，如定点整数和定点小数。无符号整数仅包含数值部分，而定点小数则在数值前有一个固定的点，用于区分整数和小数部分。例如，8位的无符号整数范围是00000000到11111111，对应的十进制范围是0到255。定点小数则可以表示一定范围内的实数。 浮点数则用于表示更大的数值范围和更高的精度。它由阶码和尾数两部分组成，通常包括阶符（表示数的正负）、阶码（定点整数，可能是补码或移码表示）、尾数（定点小数，原码或补码表示）。浮点数的表示遵循特定的格式，例如，当阶码为6位，尾数为9位时，浮点数可以表示的范围是从-2^31到2^31（1-2^-9）。规格化的浮点数要求尾数的最高有效位绝对值为1，这样可以保证计算的精度。 2.1.2 指令信息的表示 指令是计算机执行操作的基本单位，它包含了OPCODE和MOD/RM字段。OPCODE字段定义了指令的类型，如加法、减法等，同时也指示了操作数的数据宽度以及结果的存储位置，是寄存器还是内存。MOD/RM字段进一步详细说明了指令中两个操作数的寻址方式。REG字段指定一个寄存器作为操作数，而MOD（2位）和RM（3位）字段则组合起来提供了多种寻址模式，包括8种寄存器寻址和24种存储器寻址方式，这使得指令能灵活地处理各种数据。 总结，计算机中的信息表示涵盖了从数值型数据的多种表示方法到指令信息的复杂结构，这些都是计算机正确执行运算和控制硬件的基础。理解这些概念对于深入学习计算机体系结构至关重要。