进制转换计算机概述.ppt

计算机文化基础 （第4版） 内容提要 信息的表示与存储 计算机组成与工作原理 PC机的硬件配置 计算机概述 存储程序原理 冯诺依曼型计算机的基本结构 1945年美籍匈牙利科学家冯诺依曼(Von Neumann)提出了一个“存储程序”的计算机方案。 这个方案包含3个要点： 采用二进制数的形式表示数据和指令。 将指令和数据存放在存储器中。 计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备 和输出设备5大部分组成。 其工作原理的核心是“程序存储”和“程序控制” ，就是通常所说的“顺序存储程序”概念。我们把按照 这一原理设计的计算机称为“冯诺依曼型计算机” 。 计算机组成与工作原理 计算机的工作原理 运算（处理）运算（处理）存储（记录）存储（记录）控制（协调）控制（协调） 程序和指令 指令指令是对计算机进行程序控制的最小单位最小单位。 所有的指令的集合集合称为计算机的指令系统指令系统。 程序程序是为完成一项特定任务而用某种语言 编写的一组指令序列一组指令序列。 机器指令格式 操作码操作数 机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置） PCPC +1+1 计算机指令系统 指令的分类 操作类指令 控制转移类指令 复杂指令系统计算机 CISC 精简指令系统 RISC 微型计算机系统结构框图 计算机硬件基本组成 （外）存储器（外）存储器 （内）存储器内）存储器 中央处理器（中央处理器（CPUCPU） 控制器 输入 设备 输出 设备 数据流 地 址 控制流 运算器 总线结构 所谓总线，是指微型计算机各部件 之间传送信息的通道。 CPU内部的总线为内部总线，连接 微型计算机系统各部件的总线称为 外部总线。 总线结构图 总线 微型计算机的系统总线从功能上分为地址总线、数据 总线和控制总线。 1地址总线 地址总线是单向的。地址总线的位数决定了CPU 的寻址能力，也决定了微型机的最大内存容量。 2数据总线 数据总线用于传输数据。数据总线的传输方向是双 向的，是CPU与存储器、CPU与I/O接口之间的双向传 输。 3控制总线 控制总线是CPU对外围芯片和I/O接口的控制以及 这些接口芯片对CPU的应答、请求等信号组成的总线 。 程序的自动执行 存储程序工作原理：为解决某个问 题，需事先编制好程序，程序输入 到计算机中，存储在内存储器中， 在运行时，控制器按地址顺序取出 存放在内存储器中的指令，然后分 析指令，执行指令的功能。 信息的表示与存储 计算机内部是一个二进制数字 世界 计算机的数字系统 信息存储单位 非数值信息的表示 信息的内部表示与外部显示 计算机内部的二进制数字世界 二进制编码系统的优点 易于物理实现 二进制数运算简单 机器可靠性高 通用性强 1数制定义 用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数 目的方法称为数制。数制有进位计数制与非进位计 数制之分，目前一般使用进位计数制。 计算机中常使用二进制、十进制、八进制、十 六进制等。 计算机的数制系统 2十进制数 十进制数的数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8 、9共10个，进数规则为逢十进一，借一当十。 3二进制数 二进制数的数码为0、1共2个，进数规则为 逢二进一，借一当二。 4八进制数 八进制数的数码为0、1、2、3、4、5、6、7共8 个，进数规则为逢八进一，借一当八。 十六进制数的数码为0、1、2、3、4、5、 6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16个，其 中数码A、B、C、D、E、F分别代表十进制数 中的10、11、12、13、14、15，进数规则为逢 十六进一，借一当十六。 5十六进制数 1十进制数、二进制数、八进制数和十六进制数的 对应关系如表所示。 数制换算 十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制 000091001119 111110101012A 2102211101113B 3113312110014C 41004413110115D 51015514111016E 61106615111117F 71117716100002010 8100010817100012111 将一个十进制数转换为二进制、八进制、十六进制数 时，其整数部分和小数部分分别用“除R取余法”和“乘R取 整法”转换，然后将结果加小数点三部分合在一起（R为某 进制的基数）。 转换规则如下： 整数部分：用除R取余法转换。将十进制的整数部分除 以R，得到一个商数和余数；再将这个商数除以R，又得 到一个商数和余数；反复执行这个过程，直到商为0为止 。将每次所得的余数从后往前读（先得的余数为低位，后 得的余数为高位）即为等值的二进制数。 2十进制数换算成二进制、八进制、十六进制数 小数部分：用乘R取整法转换。将小数部分乘以R， 记下乘积的整数部分，再用余下的纯小数部分乘以R， 记下乘积的整数部分；不断重复此过程，直至乘积小 数部分为0或已满足要求的精度为止。将所得各乘积的 整数部分顺序排列（先得的整数为高位，后得的整数 为低位）即可。 2十进制数换算成二进制、八进制、十六进制数 例 ： 将（35.6875）10转换为二进制数。 用除2取余法将整数部分(35)10转换为二进制整数： 2 35 余数为1 低位 2 17 余数为1 2 8 余数为0 2 4 余数为0 2 2 余数为0 2 1 余数为1 高位 0 故：(35)10 = (100011)2 验证：125+0 24+0 23+0 22+1 21+1 20=32+2+1=35 用乘2取整法将小数部分(0.6875)10转换为二进制形式： 0. 6875 2 1.3750 整数部分为1 高位 0. 3750 2 0. 7500 整数部分为0 0. 7500 2 1. 5000 整数部分为1 0. 5000 2 1. 0000 整数部分为1 低位 即：(0.6875)10 = (0.1011)2 整数部分与小数部分合并，可得：(35.6875)10 = (100011.1011)2 注意： 在上例中，将十进制小数转换成为二进制小数 的过程中，乘积小数部分变成“0”，表明转换结 束。实际上将十进制小数转换成二进制、八进 制、十六进制小数过程中小数部分可能始终不 为零，因此只能限定取若干位为止。 将十进制数转换为八进制、十六进制数的规则 和方法与之相同，只是R（基数）的取值不同。 3. 二进制数与八进制、十六进制数间的转换 因为23=8，24=16， 所以，一位十六进制数可由四位二进制数来表示 一位八进制数可由三位二进制数来表示。 作反向转换： 三位二进制数可用一位八进制数表示 四位二进制数可用一位十六进制数来表示 二进制数转换为八进制、十六进制数 转换原则：以小数点为中心，分别向前、后每三（或 四）位一组，不足三（或四）位时以“0”补足，并将 每组二进制数转换为相应的八（或十六）进制数即可 。 例：将二进制数11010111100.11011转换为八进制数和 十六进制数。 (11010111100.11011)2 = (011 010 111 100.110 110)2 = (3274.66)8 (11010111100.11011)2 = (0110 1011 1100.1101 1000)2 = (6BC.D8)16 八进制、十六进制数转换为二进制数 转换原则：将每位八进制（或十六进制）数码用相 应的三位（或四位）二进制数来代替，再去掉整数 首部的零和小数尾部的零即可。 例：将八进制数214.74和十六进制数1C2.A4转换为 二进制数。 (214.74)8 = (010 001 100.111 100)2 = (10001100.1111)2 (1C2.A4)16 = (0001 1100 0010.1010 0100)2 = (111000010.101001)2 非数值信息的表示-数据编码 规定用什么样的二进制码来表示字母、数字以 及专门符号。有两种字符编码方式：ASCII码和 BCD码。 1BCD码 （EBCDIC） BCD码：二十进制编码 采用若干位二进制数码表示一位十进制数的编码 方案。BCD码的编码方案很多，8421码是最常用的一 种。 2ASCII码 目前，国际上使用的字母、数字和 符号的信息编码系统是采用美国标准信息 交换码 （American Standard Code for Information Interchange），简称为 ASCII码。它有7位码版本和8位码版本两 种。 3中文信息编码 汉字在计算机中也采用二进制的信息编码。 常用：“国家标准信息交换用汉字编码”（ GB2312），是一种二字节码，即用两个七位二 进制数编码表示一个汉字： “巧” 39H 41H 0111001 1000001 第一字节 第二字节 信息的内部表示与外部显示 信息 转换 输入输出 信息 转换 二进制 数据 PC机的硬件配置 CPU 存储器系统 输入、输出设备及相关配置 是计算机中最关键的部件，它由控制器、运算器、寄 存器组和辅助部件组成。 运算器：用来进行算术运算和逻辑运算的元件。 控制器：从存储器中取出指令、分析指令、确定指令 类型并对指令进行译码，负责向其他各部件发出控制信号 。 寄存器：用来存放当前运算所需的各种操作数、地址 信息、中间结果等内容。 1. 微处理器CPU 几种类型的CPU（奔腾、奔腾、Cyrix686、K6-2） Intel处理器的发展 第一代微处理器： 1971年Intel公司制成的4位微处理器4004、 4040和早期的8位微处理器8008。 第二代微处理器：以Intel公司1973年12月研制成功的8080为标 志。 第三代微处理器：1978年制造的8086和1979年研制的8088， 1983年又制造了全16位的80286。 第四代微处理器： 1985年Intel公司制造出32位字长的微处理器80386； 1989年4月又研制成功80486； 1993年3月Intel公司制造出Pentium（奔腾）微处理器； 1995年11月，推出了Pentium Pro，接着又推出了含有MMX（ 多媒体扩展指令集）功能的Pentium处理器P55C； 1999年11月推出P微处理器； 2000年11月，Intel推出更新的微处理器芯片P4， 存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。 主存储器（内存） 辅助存储器（外存） 随机存储器RAM 只读存储器ROM ROM存放固定不变的程序、数据和系统软件；其 中的信息只能读出不能写入；断电后信息不会丢失。 RAM是一种读写存储器，其内容可以随时根据需 要读出或写入；断电后信息丢失。 2.内部存储器 存储器 内存 常见的几种内存条 位：是计算机中存储数据的最小单位。指二进制数中 的一个位数，其值为“0”或“1”，其英文名为“bit”。 字节：是计算机存储容量的基本单位，计算机存储容 量的大小是用字节的多少来衡量的。其英文名为“byte” ，通常用“B”表示。 字节经常使用的单位还有KB（千字节）、MB（兆 字节）和GB（千兆字节）等，它们与字节的关系是： 关于存储的几个重要概念 1 B=8 bit 1 KB=210 B =1 024 B 1 MB=2101 KB=210210 B =1 024 KB 1 GB=2101 MB=210210210 B =1 024 MB 1T B=1024GB 1PB=1024TB 字：是计算机内部作为一个整体参与运算、处理和 传送的一串二进制数，其英文名为“Word”。 字长：是计算机CPU一次处理数据的实际位数，是 衡量计算机性能的一个重要指标。 字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算 能力就越强，计算精度就越高。 外部存储器包括软盘存储器、 硬盘存储器、光盘存储器、磁带存 储器等几大类。 3 外部存储器 1软盘存储器 3.5寸磁盘外形 3.5寸磁盘内部结构示意图 2硬盘存储器 光盘（Optical Disk）是利用激光进行 读写信息的圆盘。 3光盘存储器 光盘驱动器 DVD外形 光盘库 磁带机 4其他外部存储设备 4 输入设备 1键盘 104键盘 键 名功 能 Shift 又称上档键，利用此键来输入上档字符 Caps Lock 大写字母锁定键，利用此键来输入大写字母 空格键位于键盘最下面的一个最长的键，按下空格键，将输入一个空 格字符 Backspace按下此键可使光标回退一格，删除光标左边的一个字符 Enter回车键。按下此键，表示前面的输入结束 Tab 制表定位键 Alt 转换键，此键通常和其他键组成特殊功能键 Ctrl 控制键，通常和其他键组合在一起使用 Ctrl+Alt+Del 系统的热启动，使用的方法是：按住Ctrl和Alt键不放，再击打 Del键 光标移动键和编辑键的功能 按 键功 能 光标左移一个字符 光标右移一个字符 光标上移一个字符 光标下移一个字符 Home光标移到行头或当前页头 End 光标移到行尾或当前页尾 Page Up 光标移到上一页 Page Down 光标移到下一页 Del删除键，删除光标位置的一个字符 Ins 插入键，此键是开关键，有两种状态：插 入状态和改写状态。按下此键（奇数次） ，进入插入状态，所输入的字符将被插入 在当前光标之前；再按下此键（偶数次） ，进入改写状态，所输入的字符将覆盖当 前光标处的字符 2鼠标 鼠标根据其使用原理可分为：机械鼠标、光 电鼠标和光电机械鼠标。 3扫描仪 4光笔 5数字化仪 数字化仪是一种图形输入设备，它可将各种 图纸的图形信息转换成计算机可识别的数字信号 输入计算机中。它与绘图仪一起常用于工程设计 单位。 6麦克风 利用话筒可以进行语音输入。其硬件系统是 由声卡和话筒（麦克风）组成。 7数码相机 8其他输入设备 条形码阅读器 游戏手柄 输出设备是用来输出经过计算机运算或处理后 所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们 能够识别的形式进行输出。常见输出设备有显示器 、打印机、投影机、绘图仪、声音输出设备等。 5 输出设备 显示器 显示控制适配器（显卡） 1显示器 显示器的种类主要有CRT（Cathode Ray Tube）显示器、 LCD（Liquid Crystal Display）显示器、等离子PDP（Plasma Display Panel）显示器和电子发光显示器等。 显示器的主要技术指标有屏幕尺寸、点距、显示分辨率、灰度和 颜色深度及刷新频率。 分辨率：屏幕能显示像素的数目，像素是可以显示的最小单位。 分 辨率越高，则像素越多，能显示的图形就越清晰。 灰度：指像素点亮度的级别数，在单色显示方式下，灰度的级数越 多，图像层次越清晰。 颜色深度：指计算机中表示色彩的二进制位数 刷新频率：指每秒钟内屏幕画面刷新的次数。刷新频率越高，画面 闪烁越小，通常是75 Hz90 Hz。 CRT工作原理 阴极射线管(cathode-ray tube) 显示器的画面形成过程： 显示卡送过来的数据经过处理，再由显示器中的电子枪 (Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和荧光屏来显示出图像或者文 本 绿圈为偏转线圈 LCD工作原理 Liquid Crystal Display 液晶显示屏 液晶的物理特性 是介于固态和液态之间的物质，把它加热 时它会呈现透明的液体状态，把它冷却时 它则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。 按照分子结构排列的不同分为三种 粘土状的Smectic液晶 细柱形的Nematic液晶 软胶胆固醇状的Cholestic液晶 液晶显示器就是利用液晶的光电效应，在外部 的电压控制下，通过液晶分子的折射特性，以 及对光线的旋转能力达到显示图像的目的。 彩色LCD显示器的工作原理是在单色液晶显示 的基础上发展起来的。通常，在彩色LCD面板 中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成， 其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色、 或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光 线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。 LCD工作原理 滤光器滤光器 LCD技术指标和常用术语 1分辨率 LCD的分辨率与CRT显示器不同，只能提供固定的显示分辨率，也就是所谓的“真 实分辨率” 2点距和可视面积 液晶显示器的点距和可视面积有直接的对应关系，是很容易直接通过计算得出的 。以15英寸的液晶显示器为例，当点距为0.279mm，分辨率为1024768时，此液晶 显示器的可视面积为285.7214.3mm。 3可视角度 可视角度是指用户在屏幕前以一定的角度观看时，能清晰看见屏幕图像所构成的 最大角度通常，LCD的水平可视角度都是左右对称的，但垂直可视角度上下就不 一定了，通常上可视角度要大于下可视角度。如有的LCD的水平可视角度为160度 （左/右80度）、垂直可视角度为120度（上65度/下55度）。用户的视角一旦超出 可视范围，画面的颜色就会减退、变暗，甚至出现正像变成负像的情况。而对于 纯平CRT显示器来说，上下、左右的可视角都可以达到180度。 4响应时间 响应时间是用来表示液晶显示器各像素点对输入信号的反应速度，也就是液晶由 暗转亮到由亮转暗所需要的时间，单位是毫秒。响应时间越小越好。 当液晶由暗转亮称为上升时间，由亮转暗时称为下降时间，通常上升时间要小于 下降时间，而我们所说的响应时间指的就是两者之和，响应时间越小越好，不少 显示器可以做到16ms。 5亮度、对比度 LCD显示器的亮度是用来表示光源通过液晶透射出的光强度，单位是每平方米烛 光 (cdm2)或Nits。 对比度是同一屏幕上最亮处与最暗处亮度的比值。人眼可分辨的对比度约在100:1 左右，当显示器的对比度超过120:1时，就可以显示生动、丰富的色彩 6坏点 在LCD显示器的制作过程中，液晶单元很容易出现瑕疵，如一部分薄膜晶体管短 路或断路，LCD上的某一点或像素会永远显示同一种颜色，这些点被称为坏点。 坏点包括“红点”、“蓝点”、“绿点”、“亮点”和“黑点”五种。 对