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计算机组成与工作原理

第2 章 计算机组成与工作原理

第1 章介绍了一些有关计算机的知识，例如计算机采用二进制，由五大部件构成(冯·诺

依曼结构)，可以存储并自动执行程序，经历了由电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电

路的发展过程，并已进入普适计算时代。

但程序和各类数据信息怎样以二进制代码存储在计算机内部？计算机到底由什么最基础

的元件组成？五大部件各完成什么功能？它们之间如何协调？怎样实现冯·诺依曼的“存储

程序+程序驱动”思想，计算机究竟如何达到自动执行存在其内部程序的目标？这些就是本

章要介绍的内容。

2.1 计算机常用的数制及机内信息表示

虽然早期计算机是十进制机器，自从维纳在 “现代计算机设计五原则”和冯·诺依曼在

那篇著名的 “101 页报告”中提出计算机采用二进制后，迄今为止所有电子计算机都是二进

制的，即机器内的所有信息都是用二进制代码表示的。原因在于计算机中的每个存储位只有

高电压和低电压两种信号，用0 和1 表示这两种状态很符合逻辑，而且二进制运算规则比十

进制运算规则简单很多。

2.1.1 数制及其转换

日常生活中，人们并不习惯采用二进制。因此程序员编写源程序时仍经常采用十进制或

其他进制，输入计算机后，由计算机自动转换为二进制进行存储和计算，运算完后的结果再

自动转换为十进制或其他进制输出。因此有必要了解二进制与其他常用进制之间的相互转换。

1 ．常用计数制

(1)十进制

十进制有10 个不同的数字符号0～9，逢十进一，可用式 (2.1 )表示。

n1

i

N 10 = A 10 (2.1 )

 i

im

i

其中，A 为 10 个符号中的任何一个，10 为第i 位符号所对应的权。当i≥0 时，代表的

i

是整数部分，当i<0 时，代表的是小数部分。

2 1 0 − 1 −2

例2.1 723.54=7×10 +2×10 +3×10 +5×10 +4×10

(2 )二进制

二进制只有2 个不同的数字符号0 和1，逢二进一，用式 (2.2 )表示。

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大学计算机基础——计算机科学概论

n1

N = B 2 i (2.2 )

2  i

im

i

其中，B 为2 个符号中的任何一个，2 为第i 位符号所对应的权。

i

(3 )八进制

八进制有8 个不同的数字符号0～7，逢八进一，用式 (2.3 )表示。

n1

N = C 8 i