作者：圣才电子书
出版社：圣才电子书
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
2017年9月全国计算机等级考试《四级计算机组成与接口》专用教材【考纲分析＋考点精讲＋真题演练】试读：
第1章 计算机系统概述
考纲分析
1．计算机的基本组成；冯•诺依曼结构计算机和哈佛结构计算机的特点。
2．计算机主要性能指标。
3.CPU的基本结构和工作机理；指令流水线技术和8086CPU的编程结构及时序。
4．数据的表示和运算；数制与编码、定点数和浮点数的表示和运算。
5．指令格式；指令的寻址方式、指令周期、机器周期和时钟周期。
考点精讲
1.1 计算机的基本组成
考点1 硬件系统
计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统指计算机中看得见、摸得着的物理实体，主要包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、存储器、输入/输出（Input/Output，I/O）设备等。（1）冯·诺依曼结构计算机的特点
冯·诺依曼结构计算机，也称普林斯顿结构计算机，其基本思想是：将编好的程序和要处理的数据事先存放在存储器中，然后启动计算机工作，计算机应能在不需要人干预的情况下自动完成逐条指令取出和执行。其特点如下：
①计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。
②指令和数据在计算机中均以二进制数表示，并存储在同一个存储器内，它们在形式上没有差别，可按其存储地址进行寻址访问。
③指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
④指令在存储器内按顺序存放。通常，指令按顺序执行，特定条件下，可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
⑤机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器问的数据传送通过运算器完成。
原始的冯·诺依曼结构计算机以运算器为中心，现已转变为以存储器为中心，如图1-1所示。在该结构中，指令和数据共享同一总线，致使信息流的传输成为影响计算机系统性能的瓶颈，限制了计算机数据处理速度的提高。图1-1 以存储器为中心的计算机结构（2）哈佛结构计算机的特点
哈佛结构的指令和数据是完全分开的，存储器分为两部分，一部分是程序存储器，用于存放指令，另一部分是数据存储器，用于存放数据。程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。哈佛结构至少有两组总线：程序存储器（PM）的数据总线和地址总线，数据存储器（DM）的数据总线和地址总线，如图1-2所示。图1-2 哈佛结构的存储器设计
程序总线和数据总线的分离允许在—个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），所以哈佛结构的中央处理器通常具有较高的执行效率，还可以使指令和数据有不同的数据宽度。【真题演练】
下列（ ）是冯诺依曼机工作方式的基本特点。
A．多指令流单数据流
B．按地址访问并顺序执行指令
C．堆栈操作
D．存储器按内容选择地址【答案】B【解析】A项，是不存在的机器。B项，是对“存储程序”的阐述。C项，与题干无关。D项，是相连存储器的特点。
考点2 软件系统
计算机软件通常指计算机所配置的各类程序和文件，它们是存放在内存或外存中的二进制编码信息。软件一般可分为两大部分：系统软件和应用软件。（1）系统软件
系统软件是用于管理、控制和维护计算机系统资源（硬件和软件）的程序集合。系统软件主要包括以下四类：
①操作系统
操作系统是最重要的系统软件，它是管理计算机硬件和软件资源、控制程序运行、改善人机交互并为应用软件提供支持的一种软件。通常，操作系统包括五大功能：处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理及作业管理。
②语言处理程序
语言处理程序一般是由汇编程序、编译程序、解释程序和相应的操作程序等组成。它是编程服务软件，其作用是将用户的源程序翻译成计算机能识别的目标程序，例如C语言编译器等。
③数据库管理系统
数据库管理系统（DataBase Management System）是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，简称DBMS，例如Oracle数据库管理系统等。
④服务支持软件
服务支持软件是帮助用户使用和维护计算机的软件，为系统提供许多功能，包括各种调试程序、诊断程序、硬件维护程序和网络管理程序等。（2）应用软件
应用软件是为了某一专用目的而开发的软件。它包括商品化的通用软件和专用软件两种。
考点3 计算机系统层次结构
计算机系统以硬件为基础，通过各种软件来扩充系统功能，形成了一个由硬件和软件组成的综合复杂体。从系统结构的角度，可将计算机系统划分为如图1-3所示的分层虚拟结构。图1-3 计算机系统的分层虚拟结构（1）第0级
硬联逻辑级。是计算机的内核，由门、触发器等逻辑电路组成。（2）第1级
微程序级。这一级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是由硬件直接执行的。
第0级和第1级是机器的核心部分。（3）第2级
传统机器级。这一级的机器语言是机器的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。（4）第3级
操作系统级。这一级的机器语言中的多数指令是传统机器的指令（例如算术运算、逻辑运算等指令），此外，这一级还提供操作系统级指令（例如打开文件、读/写文件、关闭文件等指令）。（5）第4级
汇编语言级。这一级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序称为汇编程序。（6）第5级
高级语言级。这一级的机器语言是各种高级语言，用这些高级语言所编写的程序一般由编译程序来完成编译工作，只有个别高级语言是用解释的方法实现的。（7）第6级
应用语言级。这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级的语言就是各种面向问题的应用语言。
把计算机系统划分成多级分层虚拟结构，有利于正确理解计算机系统的工作过程，明确软件、硬件在计算机系统中的地位和作用。【真题演练】
计算机硬件能够直接执行的是（ ）。[2015年联考真题]
Ⅰ．机器语言程序 Ⅱ.汇编语言程序 Ⅲ.硬件描述语言程序
A．仅Ⅰ
B．仅Ⅰ、Ⅱ
C．仅Ⅰ、Ⅲ
D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ【答案】A【解析】机器语言是计算机唯一可以直接执行的语言。汇编语言属于低级语言，但其源程序必须要翻译成目标程序成为机器语言程序后才能被直接执行。硬件描述语言是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。【例】计算机系统采用层次化结构组成系统，从最上层的最终用户到最低层的计算机硬件，其层次化构成为（ ）。
A．高级语言机器－操作系统机器－汇编语言机器－机器语言机器－微指令系统
B．高级语言机器－汇编语言机器－机器语言机器－操作系统机器－微指令系统
C．高级语言机器－汇编语言机器－操作系统机器－机器语言机器－微指令系统
D．高级语言机器－汇编语言机器－操作系统机器－微指令系统－机器语言机器【答案】D【解析】本题考查对多级层次结构计算机系统的理解，如图1-4所示：图1-4 层次化构成
1.2 计算机硬件的主要技术指标
考点1 机器字长
机器字长是CPU一次能传送或处理的二进制数据的位数，它反映了CPU中定点运算数据通路、定点运算器和CPU内通用寄存器的宽度。通常，机器字长越长，数的表示范围越大，计算的精度也越高。若CPU字长较短，而运算数据的位数较多，需要经过两次或多次运算才能完成，导致影响机器的运算速度。【真题演练】
下列说法正确的是（ ）。
Ⅰ．在微型计算机的广泛应用中，会计电算化属于科学计算方面的应用
Ⅱ．决定计算机计算精度的主要技术是计算机的字长
Ⅲ．计算机“运算速度”指标的含义是每秒钟能执行多少条操作系统的命令
Ⅳ．利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫单片机
A．Ⅰ、Ⅲ
B．Ⅱ、Ⅳ
C．Ⅱ
D．Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ【答案】C【解析】会计电算化属于计算机数据处理方面的应用，Ⅰ错误。Ⅱ显然正确。计算机“运算速度”指标的含义是每秒钟能执行多少条指令，Ⅲ错误。这样集成的芯片称为CPU，IV错误。
考点2 主存容量
主存容量指主存所能存储的全部信息量，通常表示为：存储容量=存储单元个数×每个单元的位数
对于字节编址的计算机，由于一个字节（Byte，B）已被定义为8位二进制位，存储容量就以字节数来表示。
考点3 运算速度
计算机的运算速度与许多因素有关，如机器的主频、所执行的操作类型、主存的存取速度等。（1）时间衡量标准
执行时间（响应时间、延迟时间）和吞吐率（执行速度）是衡量计算机性能的基本指标。早期用完成一次定点加法运算所需的时间来衡量运算速度。后来采用吉普森（Gipson）法，综合考虑每条指令的执行时间以及它们在全部操作中所占的百分比，即
其中，T为机器运行速度，f为第i种指令占全部操作的百分比数，Mit为第i种指令的执行时间。i（2）指令执行条数衡量标准
机器的运算速度还普遍采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量。用MIPS（Million Instructions Per Second，每秒百万条指令）作为计量单位（例如，某计算机每秒能执行100万条指令，则记作1 MIPS）；或用MFLOPS（Million Floating Point Operations Per Second，每秒百万次浮点运算）等来衡量运算速度。【真题演练】
1．程序P在机器M上的执行时间是20秒，编译优化后，P执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（ ）。[2014年联考真题]
A．8.4秒
B．11.7秒
C．14秒
D．16.8秒【答案】D【解析】20*0.7*1.2＝16.8。
2．假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其余为I/O时间。若CPU速度提高50％，I/O速度不变，则运行基准程序A所耗费的时间是（ ）。[2012年联考真题]
A．55秒
B．60秒
C．65秒
D．70秒【答案】D【解析】CPU速度提高50％，即CPU性能提高比为1.5，改进之后的CPU运行时间＝90÷1.5＝60秒。I/O速度不变，仍维持10秒，所以运行基准程序A所耗费的时间为70秒。【例】MIPS（每秒百万次指令数）和MFLOPS（每秒百万次浮点运算数）是衡量CPU性能的两个指标，其中（ ）。
A．MIPS适合衡量向量处理机的性能，MFLOPS适合衡量标量处理机的性能
B．MIPS适合衡量标量处理机的性能，MFLOPS适合衡量向量处理机的性能
C．MIPS反映计算机系统的峰值性能，MFEOPS反映计算机系统的持续性能
D．MIPS反映计算机系统的持续性能，MFLOPS反映计算机系统的峰值性能【答案】B【解析】MIPS反映的是单位时间内执行定点指令的条数，MFLOPS是基于所完成的浮点操作次数而不是指令数。在标量计算机中执行一条指令，一般可得到一个运算结果；而在向量机中，一条向量指令通常要对多个数据元素进行运算，得到多个运算结果。MIPS指标不能准确反映向量集中数据的运算速度。因此，MIPS（每秒百万次指令数）适合衡量标量处理机的性能，MFLOPS（每秒百万次浮点运算数）适合衡量向量处理机的性能。
3．用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是（ ）。
A．主时钟频率
B．主存容量
C．MFLOPS
D．MIPS【答案】C【解析】AB两项，所指参数越大越有利于提高系统性能，但是并不是标志性能的主要参数，不同频率或者主存容量的计算机如果运行不同的程序，得到的性能并不一定是高频率或大主存的就一定好。D项，MIPS是每秒执行百万条指令条数，是用来描述一般的计算机系统性能的。MFLOPS（每秒执行百万条浮点指令条数）用来描述计算机浮点性能，而用于科学计算的计算机主要就是看浮点的性能。
1.3 数据信息的表示
考点1 常用记数制及其相互转换
计算机内部以二进制数作为数据表示的基础，在此基础上，也采用八进制、十六进制等表示。（1）进位记数制
进位记数制又称为数制，即按进位制的原则进行计数。数制由基数R和各数位的权W组成。基数R决定数制中各数位上允许出现的数码个数，基数为R的数制称为R进位制。权W表明该数位上的数码所表示的单位值的大小。
假设任意数值N用R进制数来表示，则用形式为n+k个自左向右排列的符号来表示。
式中D（-k≤i≤n-1）为该数制采用的基本符号，可取值0，1，2，i…，R-1，小数点处于D与D之间，整数部分有n位，小数部分有k位，0-1数值N的实际值为：
通常最左边的数位D的权最大，称为最高有效位；最右边的数n-1位D的权最小，称为最低有效位。-k
①十进制（Decimal）
十进制共有10个数字符号，即0~9，它的基数为10，逢十进一。任意一个十进制数可以表示为：
例如，十进制数135.96可以表示为：210-1-2135.96=1×10+3×10+5×10+9×10+6×10
②二进制（Binary）
在二进制中使用的数字只有0和1，基数为2，逢二进一。任意一个二进制数可以表示为：
例如，二进制数（1100.1001）可以表示为：2
③八进制（Octal）
八进制数共有8个数字符号，即0～7，基数为8，逢八进一。任意一个八进制数可以表示为：
④十六进制（Hexadecimal）
十六进制共有16个数字符号，即0～9和A、B、C、D、E、F（依次表示10～15），基数为16，逢十六进一。任意一个十六进制数可以表示为：（2）数制之间的转换
①非十进制转化为十进制
非十进制数转化为十进制数的方法是将非十进制数按权展开，然后求和。【例1.1】将非十进制数转化为十进制。（1）（2）10（3）（AB）=10×16+11×1616
②十进制转化为非十进制
十进制数转化为非十进制数的方法是将十进制数的整数部分和小数部分分别转换，最后将结果写到一起。
a．十进制整数转化为非十进制整数的方法
十进制整数转化为非十进制（R进制）整数的方法一般采用除R取余数法：将十进制数除以R，所得余数即为对应R进制数最低位的值。然后将上次所得的商除以R，所得余数即为R进制数次低位的值，如此进行下去，直到商等于0为止，最后得出的余数是所求R进制数最高位的值。
b．十进制小数转化为非十进制小数的方法
十进制小数转化为非十进制小数的方法是乘R取整法：将十进制数乘以R，所得乘积的整数部分即为对应R进制小数最高位的值，然后对所余的小数部分乘以R，所得乘积的整数部分为次高位的值，如此进行下去，直到乘积的小数部分为0，或结果已满足所要求的数据精度为止。
所以，十进制数
③二进制与八进制、十六进制的转换
a．二进制与八进制的转换
3位二进制数组成1位八进制数，将二进制数转换为八进制数：从小数点开始，分别向两边把整数部分和小数部分每3位分为一组。若整数最高位的一组不足3位，则在其左边补0；若小数最低位的一组不足3位，则在其右边补0。然后将每组二进制数用对应的八进制数代替，即可得到转换结果。
将八进制转换为二进制的方法与上述过程相反，每位八进制数转换为3位二进制数。
b．二进制与十六进制的转换
将二进制数转换为十六进制数的方法：从小数点开始，分别向两边每4位为一组。若整数最高位的一组不足4位，则在其左边补0；若小数最低位的一组不足4位，则在其右边补0。然后将每组二进制数用对应的十六进制数代替，即可得到转换结果。
十六进制转换为二进制只需将每位十六进制数转换为4位二进制数即可。【例1.2】将（11010.11001）转换为八进制、十六进制数。2【例1.3】将（28F.6D）转换为二进制数。16
考点2 真值和机器数
计算机中参与运算的数据分为两大类：无符号数和有符号数，通常暂存在寄存器中，寄存器的位数一般为机器字长。
无符号数，即没有符号的数，在寄存器中的每一位均可存放数值。当存放有符号数时，则需要留出位置存放符号，一般用“0”表示正号，用“1”表示负号。符号“数字化”的数，称为机器数。带“+”或“-”符号的数称为真值
考点3 二—十进制编码
使用二进制数表示十进制数的方法，称之为二—十进制编码（BCD码）。常用的BCD码分为有权码和无权码。通常计算机用4位二进制数表示1位十进制数。4位二进制数有16种状态，从中选择10种来表示十进制数0～9的10种状态。（1）有权码
有权码就是表示十进制数的二进制码的每一位都有确定的权（即每一位的权是给定的）。
几种常用的有权BCD码如表1-1所示。表1-1 4位有权码84-2-1十进制数8421码2421码5211码4311码码000000000000000000000100010001000101110001200100010001101100011300110011010101010100401000100011101001000501011011100010110111601101100101010101011701111101110010011100810001110111010001110910011111111111111111
8421码是最常用的有权码。8421码的算术运算的修正规则为：如果两个8421码之和小于或等于9时，则不需要修正；当结果大于9时，要对结果加6修正，并向高位进位。进位可以是第一次相加或是修正产生的。
采用2421码、5211码、4311码时，任何2个十进制数位，相加之和等于或大于10时，其结果的最高位都向左产生进位，小于10时则不产生进位。这一特点有利于实现“逢十进一”的计数和加法规则。（2）无权码
十进制无权码指表示每个十进制数位的4位二进制码的每一位没有确定的权。常用的无权码有余3码（Excess-3 Code）和格雷码（Gray Code），如表1-2所示。余3码是8421码每个编码都加上0011形成的，运算规则是：当2个余3码相加不产生进位时，结果要减去0011，产生进位时，进位信号送入高位，本位加0011。表1-2 4位无权码十进制余3码格雷码（1）格雷码（2）格雷码（3）
数00011000000000000101000001000101002010100110011011030110001000100010401110110011010105100001111110101161001010110100011710100100100000018101111001100100191100100001001000
格雷码也称为循环码，其任何相邻的两组代码中仅有一个二进制数位不同，其余各位均相同，因而又称作单位距离码。
考点4 ASCII码
在计算机中使用的英文字母、数字、标点符号及一些特殊符号等统称为“字符”（Character）。所有字符的集合称作“字符集”。字符集中的每一个字符都有一个唯一的代码（二进制编码0/1序列），构成了该字符集的编码表。
美国国家标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）是目前国际上使用最广泛的计算机字符编码。ASCII字符编码如表1-3所示。表1-3 ASCII字符编码表bbb654000001010011100101110111bbbb3210、p@0000NULDLESP0PqaQ0001SOHDC1!1Ar0010STXDC22BRb”cs0011ETXDC3#3CS0100EOTDC4$4DTdteuENQ0101NAK％5EUv0110ACKSYN6FVf＆gw0111BELETB7GW’x（1000BSCAN8HXhy）1001HTEM9IYi:jz1010LFSUBJZ*;[{1011VTESC+Kk,< ＼｜1100FFFSL1-]m}1101CRGS=M.> n1110SORSN~^-o1111SIUS/?ODEL
ASCII码的编码规则：每个字符用7位二进制数7来表示，7位二进制共有128（2）种状态，可表示128个字符，7位编码的取值范围为0000000～1111111。在计算机内，每个字符的ASCII码用1 B（8位）来存放，字节的最高位为校验位，通常用“0”来填充，后7位为编码值。
ASCII码表中的常用字符包括：（1）数字“0”～“9”
对应的ASCIl码值为0110000B～0111001B，用十六进制数表示为30H～39H。（2）字母
包括大、小写的英文字母各26个。字母“A”～“Z”的ASCII码值为41H～5AH，字母“a”～“z”的ASCII码值为61H～7AH。（3）通用字符
如“+”、“-”、“；”、“，”、“/”和“，”等32个。（4）控制字符
包括空格SP（20H）、回车CR（0DH）、换行LF（0AH）等34个。
考点5 定点数的表示
定点数中小数点的位置固定不变，通常把小数点固定在数位的最前面或末尾，定点数分为定点小数和定点整数两类。根据符号的有无，定点数又分为无符号数和有符号数两类。（1）无符号数的表示
无符号数指没有符号的数，在寄存器中的每一位均可用来存放数值。当存放有符号数时，则需留出位置以存放符号。（2）有符号数的表示
计算机中，常采用机器数来表示数据，常用的有原码、反码、补码、移码等。
①原码表示法
原码表示法的符号位表示该数的符号，“+”号用“0”表示，“-”号用“1”表示，数值部分用二进制数的绝对值来表示。
a．定点小数
原码形式为x.xx…x，则原码的定义是012n
式中x是真值。【例1．4】x=+0.1101，则[x]=0.1101；x=-0.1101，则[x]=1-原原（-0.1101）=1+0.1101=1.1101。
b．定点整数
原码形式为xxx…x，原码的定义是012n
其中x是真值，n是整数位数。4【例1.5】x=+1101，则[x]=01101；x=-1101，则[x]=2-原原4（-1101）=2+1101=11101。
c．原码表示法特点
原码表示法有两个特点：一是零的表示有“+0”和“-0”两种形式：[+0]=0.000…0、[-0]=1.000…0；二是符号位x的取值由下式决原原0定：
其中x是真值。
②补码表示法
计算机的运算受机器字长的限制，属于有模运算，在计算机中可以使用补码进行计算。
a．定点小数
补码形式为x．xx…x，补码的定义是：012n
其中x是真值。【例1.6】x=0.1011，则[x]=0.1011；x=-0.1011，则[x]补补=10.0000+（-0.1011）=1.0101。
x=0，则[+0.0000]=0.0000；[-0.0000]=10.0000+（-0.0000）补补=0.0000。
[+0]=[-0]=0.000…0，补码中的0只有一种表示形式。补补
由于补码中的0只有一种表示形式，小数补码有[-1]存在，补码补比原码能多表示一个“-1”。
b．定点整数
补码形式为xxx…x，补码的定义是012n
其中x是真值，n是整数位数。【例1.7】x=+1011，则[x]=01011；x=-1011，则[x]补补5=2+（-1011）=100000-1011=10101。
对于补码来说，无论是正数还是负数，机器总是做加法运算。
③反码表示法
反码表示法中，符号的表示法与原码相同。正数的反码与正数的原码形式相同；负数的反码符号位为1，数值部分通过将负数原码的数值部分各位取反（0变1，1变0）得到。
a．定点小数
反码形式为x．xx…x，反码的定义是012n
其中x是真值，n是小数位数。【例1.8】x=+0.1011，[x]=0.1011；x=-0.1011,[x]反反-4=（2-2）+x=1.1111-0.1011=1.0100。
0在反码情况下有两种表示形式，即
[+0]=0.000…0反
[-0]=1.111…1反
b．定点整数
反码形式为xxx…x，反码的定义是012n
其中x是真值，n是整数位数【例1.9】x=+1011，[x]=01011；x=-1011，[x]反反4+1=（2-1）+x=11111-1011=10100。通过反码求补码的公式：-n[x]=[x]+2，0＞x≥-1补反-n[x]=[x]+1，0＞x≥-2补反
要求一个负数的补码，其方法是符号位置1，其余各位取反，然后在最末位上加1。
④移码表示法
移码通常用于表示浮点数的阶码。阶码是整数，所以移码只用于表示整数。假设定点整数移码形式为xxx…x时，移码的定义是012nnnn
[x]=2+x，-2≤x＜2移
其中，x为真值，n为整数的位数。
对于同一个整数，其移码与其补码数值位完全相同，而符号位相反。
例如：x=+1011，[x]=11011（符号位为“1”表示正号），[x]移补=01011；x=-1011，[x]=00101（符号位为“0”表示负号），[x]移补=10101。【真题演练】
1．由3个“1”和5个“0”组成的8位二进制补码，能表示的最小整数是（ ）。[2015年3月真题]
A．-126
B．-125
C．-32
D．-3【答案】B【解析】能表示的最小整数一定是负数，符号位占用1个“1”；负数的补码和原码的转化是：原码符号位不变，数值部分按位取反，末位加“1”。因此最小的整数的补码是“10000011”，原码为“11111101”，即-125。
2．计算机中常采用下列几种编码表示数据，其中，±0编码相同的是（ ）。[2014年9月真题]
Ⅰ．原码 Ⅱ．反码 Ⅲ．补码 Ⅳ．移码
A．Ⅰ和Ⅲ
B．Ⅱ和Ⅲ
C．Ⅲ和Ⅳ
D．Ⅰ和Ⅳ【答案】C【解析】假设字长为8位，[＋0]＝00000000，[－0]＝10000000；原原[＋0]＝00000000，[－0]＝11111111；[＋0]＝[－0]＝00000000；反反补补[＋0]＝[－0]＝10000000。移移
考点6 浮点数的表示
（1）浮点数的表示浮点数是小数点在数据中的位置可浮动的数据，通常表示为EN=M×R
其中，N是浮点数，M是浮点数的尾数（尾数的符号代表浮点数的正负，又称为数符M），R为阶码的基数，E为阶码。在机器中，S为了便于比较浮点数的大小，典型的浮点数的格式通常将数符放置在浮点数的首位，将阶码放置在尾数之前，如图1-5所示。尾数一般采用原码和补码表示。图1-5 浮点数的表示形式
浮点数的阶码E通常用整数形式表示，它表示小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围。阶码的符号称为阶符E，阶符为S正时，表示实际小数点位置在尾数小数点位置的右边；阶符为负时，表示实际小数点的位置在尾数小数点位置的左边。
浮点数标准（IEEE 754 Floating-point Standard）规定了常用的三种浮点数格式，基数为2，位数分配如表1-4所示。表1-4 IEEE 754浮点数标准格式总数尾数数阶阶码数类型位真值计算符值位符值位数M×N=（-1）S单精度322317１M…M）（1．M12n浮点数E_127×2M×N=（-1）S双精度64152110M…M）（1．M12n浮点数 E_1023×2临时实—80164114数（2）浮点数的规格化
为了提高浮点数的精度，通常将尾数的绝对值限定在某个范围之内。
若阶码的基数为2，则规格化浮点数的尾数M应满足条件：1/2≤|M|≤1。为了便于计算机硬件对尾数的机器数形式作出规格化判断，通常采用下列方法实现：
①原码表示的尾数
当最高有效位（M）为1时，浮点数为规格化，即尾数为x.1x…x1的形式。
②补码表示的尾数
当符号位（M）与最高有效位（M）不同时，浮点数为规格化，S1即尾数为0.1x…x或1.0x…x的形式。
对于规格化的浮点数，可以通过修改阶码和左右移尾数的方法来使其变成规格化浮点数，这个过程称为规格化。若尾数进行右移实现规格化，则称为右规；若尾数进行左移实现规格化，则称为左规。（3）浮点数的表示范围
①机器零
浮点数的表示范围中，两种情况称为机器零：一是当浮点数的尾数为0时；二是当阶码的值比它所能表示的最小值还要小时。
②定界点
浮点数的表示范围通常有四个定界点：最小数、最大负数、最小正数和最大数。位于最大负数和最小正数之间的数（除0外）浮点数均无法表示，称为下溢。计算机对于下溢视为机器零。当一个数大于最大数或者小于最小数时称为上溢，上溢又称为溢出。【真题演练】
某数采用IEEE754单精度浮点数格式表示为C640 0000H，则该数的值是（ ）。[2013年9月真题]13
A．－1.5×212
B．－1.5×213
C．－0.5x×212
D．－0.5×2【答案】A【解析】IEEE754单精度浮点数格式为C640 0000H表示为二进制格式为1100 0110 0100 0000 0000 0000 0000 0000，转换为标准的格式为：S阶码尾数11000 1100100 0000 0000 0000 0000 000013
因此，浮点数的值为－1.5×2。
1.4 CUP的基本结构和工作机理
考点1 CPU的基本结构
（1）CPU的基本组成CPU由数据通路（Data Path）和控制单元（Control Unit，CU）两大部分组成。
①数据通路
通常将指令执行过程中数据所经过的路径及路径上的部件称为数据通路。集成于CPU中的ALU、通用寄存器、状态寄存器、Cache、MMU、浮点运算逻辑、异常和中断处理逻辑等都是指令执行过程中数据流经的部件，都属于数据通路的一部分。数据通路描述了信息从什么地方发出，中间经过什么部件，最后传送到哪个部件。在CPU内部各部件之间可采用专用通道或总线的数据通路连接方式。
②控制单元
数据通路由控制单元进行控制。控制单元根据每条指令功能的不同生成对数据通路的控制信号，并正确控制指令的执行流程。所有指令的执行和所有信息的传递都在控制单元（CU）的控制下进行。
图1-6为一个简化的单总线结构CPU的示意图。控制单元（CU）、算术逻辑部件ALU、各种寄存器（Registers）以及中断系统等主要组件通过数据通路连接在一起。图1-6 单总线结构的CPU框图（2）CPU工作
数据通路和控制单元两者联合工作，完成CPU的任务：取指令、译码指令、完成指定顺序的操作。
CU控制从存储器中取出指令、译码指令；将数据从存储器或I/O设备移入CPU，或者将数据从CPU移到存储器或I/O设备，并确保数据在正确的时间出现在正确的位置；告诉ALU要使用的寄存器和运算操作。CU使用程序计数器（PC）寻找下一条要执行的指令，使用状态寄存器PSW保存各种状态标志信息。
算术逻辑部件（ALU）完成程序执行期间所需的数据计算或处理，如算术运算、逻辑运算、移位运算等。根据CU发出的控制信号，ALU完成相应的运算。
中断系统实现对异常情况和某些外部中断请求的处理。（3）CPU中的主要寄存器
CPU中的寄存器用来暂时存放运算和控制过程中的中间结果、最终结果以及各种控制、状态等信息。它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
①通用寄存器
通用寄存器可由编程人员指派多种用途，可用于存放操作数，也可作为满足某种寻址方式所需的寄存器。
②专用寄存器
专用寄存器是专门用来完成某一特殊功能的寄存器。通常CPU中至少要有以下几个专用寄存器。
a．存储器缓冲寄存器（Memory Buffer Register，MBR）
暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向主存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在存储器缓冲寄存器中。
b．存储器地址寄存器（Memory Address Register，MAR）
存放当前CPU所访问的主存单元的地址。由于在主存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到主存的读/写操作完成为止。
c．程序计数器（PC）
又称为指令计数器，存放的是计算机将要执行的下一条指令的主存单元地址。程序执行过程中，CPU将自动修改PC的内容。
d．指令寄存器（IR）
保存当前正在执行的一条指令。CPU根据程序计数器PC提供的地址从主存中取指令到存储器缓冲寄存器（MBR）中，然后再传送至指令寄存器（IR）。
e．状态（标志）寄存器（PSW）
又称为标志寄存器或程序状态寄存器（PSW），用来存放各种控制标志和反映CPU运行的状态特征。例如，8086微处理器的状态标志寄存器共有16位，其中7位未用，如图1-7所示。图1-7 8086微处理器的状态（标志）寄存器
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]