计算机中数的机器码表示与编码方法

"白中英教授的《计算机组成原理》课件，涵盖了计算机硬件结构、数据编码、运算方法、存储器、指令系统、CPU、总线、外围设备、输入输出系统以及操作系统支持等内容，旨在深入理解计算机的工作原理。" 本文将详细探讨数的机器码表示在计算机组成原理中的重要性，以及计算机组成原理课程的关键知识点。 一、数的机器码表示 在计算机中，数据以二进制的形式存在，包括数值和符号。符号位的处理是机器码表示的核心问题。有几种常见的编码方式来表示正负数： 1. 原码：直接用最高位作为符号位，0代表正，1代表负。但原码不能直接用于减法运算，因为负数的原码在减法中会导致混淆。 2. 补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码是其原码除符号位外各位取反再加1。补码解决了减法运算的问题，是现代计算机中常用的数据表示方式。 3. 反码：正数的反码与其原码相同，负数的反码是其原码各位取反。反码主要用于计算补码的过程。 4. 移码：主要用于浮点运算，移码是补码的变种，将符号位取反，其他位不变，常用于表示浮点数的指数部分。 二、计算机组成原理关键点 1. 硬件结构：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，各部件之间通过总线连接，实现数据和控制信号的传输。 2. 实现方式：硬件的实现涉及到电路设计、逻辑门组合、微程序控制等技术，控制器负责指令的解释和执行，运算器执行算术和逻辑运算。 3. 工作原理：计算机通过执行预存的指令序列完成各种任务，包括数据的获取、处理、存储和输出。 三、计算机系统组成部分 - 运算方法：定点运算处理整数，浮点运算处理小数，逻辑运算处理布尔值，不同的运算方法对应不同的机器码表示。 - 内部存储器：包括主存储器和高速缓存(CACHE)，主存用于存储程序和数据，CACHE提高数据访问速度。 - 指令系统：定义了计算机能执行的所有操作，包括指令格式和寻址方式。 - 中央处理器(CPU)：包含控制器和运算器，是计算机的心脏，负责执行指令。 - 总线系统：连接计算机各个组件，传输数据和控制信号。 - 外围设备：如键盘、鼠标、显示器等，提供人机交互。 - 输入输出系统：采用中断、DMA等方式实现数据交换。 - 操作系统支持：管理资源，提供调度、存储管理和虚拟存储等功能。 四、计算机分类 计算机分为模拟计算机和数字计算机，数字计算机又分为专用和通用两类，通用计算机按照性能和应用范围进一步细分为不同级别。 总结，学习计算机组成原理需要理解并掌握数的机器码表示，以及计算机硬件的结构、工作原理和实现方式，这对后续学习操作系统、接口技术等高级课程至关重要。通过分析结构、理解原理并进行实践操作，可以深入理解计算机的本质。