漂亮课件——计算机基础知识.ppt

2.1 计算机的组成结构 2.3 信息在计算机内的表示,第2章 计算机基础知识,2.1 计算机系统的组成,完整的计算机系统包括两大部分，即硬件系统和软件系统。 硬件 构成计算机的物理设备，即由机械、光电、磁器件构成，具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实体部件。 软件 指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合,计算机系统的组成,2.1.1 计算机硬件系统的组成,冯.诺依曼体系结构,美籍匈牙利科学家冯.诺依曼确立了至今仍然沿用的计算机体系结构,CPU,提出了存储的概念，将数据和指令一起存储这个概念被誉为计算机发展史上的一个里程碑“标志着现代电子计算机时代的真正开始。,计算机内信息（数据和控制信息）用二进制表示 “逢二进一”：1+0=1，1+1=10，0+0=0 特点：可行性、简易性、逻辑性、可靠性、不直观 计算机硬件由五大部分组成 计算机的工作原理：存储程序的工作原理. 将程序（指令序列）和数据事先存放在存储器中，运行时顺序取出指令一条条地执行 指令在存储器中按执行顺序存放,由PC指明要执行的指令所在的单元地址 机器以运算器为中心,冯.诺依曼计算机的特征,CPU,CPU又叫中央处理器 ，是计算机核心部件。 1971年Intel推出4004的4位微处理器，掀开了微处理器发展史的第一页。这个比大拇指指甲还小的硅片里有2300个晶体管，相当于ENIAC的计算能力。 采用Intel8088芯片的第一台IBM PC机主频为4.77MHz。采用Intel奔腾4微处理器的的PC机运行速度是2GHz，奔腾III问世时有950万晶体管，奔腾4则超过4000万个 “如果汽车行业象半导体行业一样迅猛发展，劳斯莱斯将能用一加仑汽油跑50万英里，买新车比停车还划算。”Intel公司的创始人(Gordon Moore)戈登摩尔将微处理器的发展与汽车工业的发展作如此比较。 主要由运算器和控制器组成,运算器,完成计算机内所有的数学和逻辑运算，即进行数据的加工处理 其技术性能的高低直接影响着计算机的运算速度和整机性能,控制器,负责从内存中读取指令，进行解释、执行、并控制与I/O设备的通信， 其工作是不断地取指令、分析指令、执行指令 根据不同指令的功能发出各种控制信号，从而完成程序的执行,存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合 可读写其中的数据 通常分为内存储器和外存储器 每个记忆单元由8位二进制位组成 位,字节,字,字长,存储器,1KB=210B=1024B 1MB= 210KB= 1024KB 1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB,位、字节、字,位(Bit)：即数位，是计算机中最小的数据单位。 字节(Byte)：8位为1个字节，即1个字节由8个二进制数位组成。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。存储空间容量的单位除用字节(Byte,简记为B)表示外，还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)及十亿字节(GB)等表示。 1KB2101024 1MB210KB1024KB220 1TB1024GB240 1GB210MB1024MB230B 字(Word)：字由若干字节构成(一般为字节的整数倍)，如16位、32位、64位等。,内存储器的访问过程,地址0001,控制:写,10000000,存储器的访问过程：向0001单元写数据,内存（主存） 随机存储器，可读出或写入数据，掉电后数据无法保存 内存中存放的是正在执行的程序和正在使用的数据 程序运行时，若从内存中取出的是数据，则送运算器计算，若取出的是指令，则送控制器翻译，并执行该指令 其它存储设备: 外存，寄存器，高速缓存等,内存与外存,内存与硬盘 都是存储介质 原材料不同 内存中存放的是当前正在运行的程序和数据 硬盘中存放的是大量的没有使用的程序和数据 硬盘容量大，速度慢、可长期保存数据、价格低 内存容量小，速度快、数据易失、价格高 与CPU直接打交道的是内存,内存与外存,外部设备,常用输入设备 把数据和程序转换成计算机中用以表示二进制的电信号，输入到计算机的内存中。 键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。 常用输出设备 把运算处理结果按照人们所要求的形式输出 显示器、打印机、绘图仪等。,IEEE（Institute of electrical and electronic Engineers美国电气及电子工程师协会组织）在1983年明确给软件下了一个定义： 软件是计算机程序，方法、规则、相关的文档以及在计算机上运行时所必须的数据。 通常把软件系统分为系统软件和应用软件。,2.1.2 计算机软件系统,系统软件 管理、控制和维护计算机软、硬件系统的软件 为计算机系统与用户之间提供良好界面 支持应用软件的开发和运行 操作系统 统管计算机的所有资源，如处理器、存储器、输入/输出设备等硬件设施 管理其他系统软件和应用软件 确保整个计算机系统有效地运转，并为用户提供良好的使用环境。,系统软件,计算机解题的一般过程,计算机解题的过程 用高级语言编程 程序输入计算机，由计算机将程序翻译成机器语言程序，保存在存储器中 执行机器语言程序，输出结果,问题1：高级语言与机器语言的区别 问题2：程序是如何执行的？,例如：C语言的 d=b*b-4*a*c； 需要五条指令实现： 设：A-a, B-b,C-c, D-d, E-4，程序如下： MUL B B ; MUL A E ; MUL A C ; SUB B A ; MOV D B ；,高级语言与机器语言的区别？,程序是如何执行的？,源程序,机器语言程序,载 入 内 存,运算结果,控制信号,I/0,系统软件,程序设计语言 第一代语言：机器语言 在设计某一类型计算机时，首先为它设计一套“指令系统”，即规定好用指定的一个二进制代码代表一种操作。例如由16位二进制数据组成： 1011011000000000：作为加法指令； 1011010100000000：作为减法指令 这种由0和1组成的指令，称为“机器指令”。 在计算机诞生初期，必须用机器语言编写程序。其特点是：难学、难记、难写，依赖于机器，可移植性差，易出错,第二代语言 汇编语言，用符号代替二进制，与机器语言一一对应，较直观，不易出错，不能通用,第三代语言:高级语言 不依赖于具体的计算机、只关心程序的实现方法。 必须将源程序翻译成机器语言程序才能执行。 这一过程由“编译系统”软件来完成。 在一台计算机上能运行某种高级语言程序的条件：此计算机上必须配有该语言的编译系统。 例如在一台微机上运行c语言程序，必须先将为该微机设计的c编译系统软件装入计算机内。 特点：简单、直观、不易出错，不依赖机器，可移植性强,第四代语言: 特点：开发速度快，易维护，易调试 非过程的。过程化语言，即是对于一个任务怎么完成，加减乘除都需要一步一步地写清楚。非过程语言只用说做什么，具体做由语言来完成。如数据库查询语言SQL 第五代语言：智能化语言,查询年纪为12岁的学生姓名： SELECT STUDENT.NAME FROM STUDENT WHERE AGE=12,服务程序 通常包括监控管理程序，调试程序，故障检查和诊断程序、连接编译程序等 数据库管理程序 用于管理数据库中数据的软件 对数据库运行描述，管理，查询，操作及维护等 网络通信管理程序 主要用于计算机网络系统中信息的传递和接受,系统软件,应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的软件 是为解决各类实际问题而设计的程序 如文字处理软件WPS、Word、Excel、CAD、SPSS（统计软件）等都属于应用软件。,应用软件,用层次的观点看到的计算机,用户,字符、数字、声音、图像等信息都必须经过某种方式转换成二进制的形式，才能提供给计算机进行处理。 可行性：二进制只需要表示和1两种状态，这在技术（物理）上很容易实现。 可靠性：由于仅有二种状态，处理起来简单，并且抗干扰能力强，鉴别信息的可靠性高 适用于各种数值型和非数值型信息的数字编码 逻辑性：与逻辑命题两个值“真”与“假”相对应，为计算机现实逻辑判断提供了方便。,2.3 信息在计算机内的表示,2.3 信息在计算机内的表示,进位计数制，就是按进位的方法进行计数。它包括三要素：数位、基数、位权。 常用进位计数制：16进制、10进制、8进制、2进制 按权展开式：,数位,数位是指数码在数中的位置。 例如十进制数：1234.56 1 2 3 4. 5 6 千 百 十 个 十 百 位 位 位 位 分 分 位 位 3 2 1 0 -1 -2,基数,某种计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数，称为这种计数制的基数。 1. 十进制的基数 基数为10，数码为0，1，2，9十个。 2. 二进制的基数 基数为2，数码为0，1两个。 3. 十六进制的基数 基数为16，数码为09，A，F十六个。 4. 八进制的基数 基数为8，数码为0，1，7八个。,进制表示符号 B：二进制 O：八进制 D：十进制 H：十六进制,位权,位权是指在进位计数制中，为了确定一个数位的实际数值必须乘上的因子。 十进制数123.45中的位权 1 2 3. 4 5 102 101 100 10-1 10-2 十六进制数12A.BC中的位权 1 2 A. B C 162 161 160 16-1 16-2 二进制数101.01中的位权 1 0 1. 0 1 22 21 20 2-1 2-2,2的各幂次方 23=8 24=16 25=32 26=64 28=256 29=512 210=1024,按权展开式,对于任意一个n位整数和m位小数的r进制数k=(an-1a1a0.a-1a-2a-m)r，均可按权展开为：,16进制,十六进制计数制中，数值用0，1，9，A，F表示，基数为16，是逢十六进一的计数制，各数位的权是以16为底的幂。 【例1】十六进制数56EA可以表示为： (56EA)16=5163+6162+14161+10160 =(22250)10 【例2】十六进制数26.25可以表示为： (26.25)16=2161+6160+216-1+516-2 =(38.144531)10,2进制,二进制计数制中，数值用0，1表示，基数为2，是逢2进一的计数制，各数位的权是以2为底的幂。 【例1】十六进制数1101可以表示为：(1101)2=123+122+021+120 =(13)10,2.3.2不同进位计数制间的转换,r 进制转化成十进制按权展开式： 例： 10101(B)=1*24+1*22+1*20=21 101.11(B)=1*22+1*20+1*2-1+1*2-2=5.75 101(O)=1*82+1*80=65 71(O)=781+1*80=5 101A(H)=1*163+1*161+10*160=4106,十进制转化成 r 进制,整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。,100(D)=144(O)=64(H),例：100.345(D)=1100100.01011(B),不同进制间的转换十进制转二进制,105(D) = 0.3125(D) = 0.3128(D) = 105.3125(D) =,1101001(B),0.0101(B),1101001.0101(B),0.0101(B),二进制、八进制、十六进制数间的相互转换,1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4,一位八进制数对应三位二进制数 一位十六进制数对应四位二进制数 二进制转化成八(十六)进制) 整数部分：从右向左按三(四)位进行分组 小数部分：从左向右按三(四)位进行分组 不足补零,二进制、八进制、十六进制数间的关系,345(O) = （B） 124(H) = （B） ABC(H) = （B） 1101001010(B) = （O） 1101001010(B) = （H）,11100101,101010111100,1512,100100100,34A,不同进制间的转换,2.3.3 数在计算机中的表示二进制形式（编码）,用带“+”和“”号表示的数称为真值。数值有大小及符号。 数在计算机的表示称为机器数。 数的符号数值化 把数的二进制代码的最高位定义为符号位， “0”表示正数，“1”表示负数。 小数 计算机中通常只表示整数和纯小数 小数点约定在一个固定的位置上，不占用一个数位 机器数的表示范围受字长和数据类型的限制 若表示一个整数，字长为8位，最大值为127，若数值超过127，就要“溢出”。 为表示较大的或较小的数，计算机采用浮点数来表示,数值,符号位 “0”表示正 、 “1”表示负,定点整数,符号数的机器数表示,定点小数,浮点数表示,N= 数符尾数2阶符阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围,规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。,定点整数,定点小数,110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11,机器数由数符和真值数两部分组成 数符不能参加运算 如+7加上-5应为+2，若直接用二进制数的加法运算： 00000111 +7机器数 + 10000101 -5机器数 10001100 -12机器数 如果不直接相加，而要考虑符号位的处理。则运算会变得复杂。为了解决这类问题，在机器数中，引进原码、反码、补码的概念。,带符号数的表示,79-38=41 79+62=141 在一个两位加法器中，运算结果为 79+62=(1)41 因此： 79-38=79+62 （mod 100） 62是-38的补码（mod 100） 100+(-38)=62 减法运算变成了加法运算 X补=X原 (X=0) X补=模+X(真值) (X0) 设机器字长为8位，X=-1011011B X补=100000000B-1011011B=10100101B,(3)补码,带符号数的表示,假定一个数在机器中占用8位。 (1) 原码,+127 -127 -0.1001111 -0.1001111 -0.1001111 -107的八位原码，反码，补码？,01111111原,1.1001111原,1.0110000反,11111111原,1.0110001补,11101011原 10010100反 10010101补,求下列数的8位机器数,字符的编码 除数值数据外，计算机还要处理的就是字符 包括英文字符以及各种标点符号，运算符等 这些都要转换成二进制编码后才能在计算机内部进行处理 目前国际上通用的西文字符编码是ASCII码 American Standard Code for Information Interchange美国国家信息交换代码,字符,ACSII码连续编码规则 ,P40 128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127 控制字符：032，127；普通字符：94个。 例如：“a”字符的编码为1100001，十进制数是97 换行 0AH 10 回车 0DH 13 空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122,西文字符,汉字是一种象形文字。在计算机内部处理、存储文字的字形和语音很困难，故要进行代码化 汉字信息处理系统在处理汉字和词语时，要进行一系列汉字代码转换 输入码:通过键盘或其它的输入工具输入汉字时按一定的编码来进行. 机内码:计算机内部存储、处理、传输汉字的代码。 字形码:用于汉字输出,汉字代码体系,汉字编码,汉字输入码 音码类：全拼、双拼、微软拼音、智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等 。 汉字国标码(GB231280) 每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。 汉字分区，每个区94个汉字。 区位码:由区号和位号组合构成。 国标码：分别在区号和位号上加32D得到 汉字 区码 位码 国标码 南 36 47 68 79 十进制 南 24H 2fH 44H 4FH 十六进制,汉字编码,机内码 汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 国标码每个字节分别加80H 得到机内码 汉字 国标码 汉字内码 中 (01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 (00111011 00101010)B (10111011 10101010)B,