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计算机文化基础教 案 第一章 计算机基础知识 . 计算机概述 一、 计算机的概念 现代计算机是一种按程序自动进行信息处理的通用工具。 一个计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成，软件系统由系统软件和应用软件组成。 二、 计算机的发展 纵观计算机发展的历史，可以将其划分为三个阶段，即近代计算机发展阶段、现代计算机发展阶段和计算机与通信相结合(即微机及网络)发展阶段。 1.近代计算机阶段 所谓近代计算机是指具有完整含义的机械式计算机或机电式计算机，以区别于现代电子式计算机。 2.现代计算机阶段(即传统大型机阶段) 现代计算机的基本结构，即冯诺依曼结构。其特点可概括为如下几点： (1)使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作； (2)存储单元是定长的线性组织； (3)存储空间的单元是直接寻址的； (4)使用机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作； (5)对计算进行集中的顺序控制。 现代计算机的划代原则主要是依据计算机所采用的电子器件不同来划分的，这就是人们通常所说的电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等四代。 (1)第一代计算机 主要是指1946-1958年间的计算机,通常称为电子管计算机时代,其主要特点是： 1)采用电子管作为逻辑开关元件； 2)存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等； 3)外部设备采用纸带、卡片、磁带等； 4)使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。 具有代表性的机器有ENIAC、ABC、EDVAC、EDSAC、UNIVAC等。 (2)第二代计算机 主要是指1959-1964年间的计算机,通常称之为晶体管计算机时代。主要特点是:1)使用半导体晶体管作为逻辑开关元件； 2)使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带； 3)输入输出方式有了很大改进； 4)开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。 (3)第三代计算机 主要是指19651970年间的计算机，通常称这一时期为集成电路计算机时代。其主要特点是： 1)使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件； 2)开始使用半导体存储器。辅助存储器仍以磁盘、磁带为主； 3)外部设备种类和品种增加； 4)开始走向系列化、通用化和标准化； 5)操作系统进一步完善，高级语言数量增多。 (4)第四代计算机 第四代计算机是从1971年开始，至今仍在继续发展。通常称这一时期为大规模、超大规模集成电路计算机时代。其主要特点是： 1)使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件； 2)主存储器采用半导体存储器辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘,并开始引入光盘； 3)外部设备有了很大发展,采用光字符阅读器、扫描仪、激光打印机和各种绘图仪； 4)操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展，软件行业已发展成为现代新型的工业部门。 3.微机及网络阶段 (1)微型计算机的划代 1)第一代微型计算机 1981年8月IBM公司推出了个人计算机IBMPC。以Intel 8088芯片为CPU，内部总线为16位，外部总线为8位。 2)第二代微型计算机 1984年8月IBM公司又推出了IBMPCAT，其中AT表示先进型或高级型。使用了Intel 80286为CPU,时钟从8MHz到16MHz,是16位微处理器,内存达lMB,并配有高密软磁盘驱动器和20MB以上硬盘。我们把286 AT及其兼容机称为第二代微型计算机。 3)第三代微型计算机 1986年PC兼容厂家Compaq公司推出了386 AT，开辟了386 微型计算机新时代。 4)第四代微型计算机 l989年Intel 80486芯片问世，不久就出现了以它为CPU的微型计算机。我们把486微型计算机称为第四代微型计算。 5)第五代微型计算机 1993年Intel公司又推出了Pentium芯片。它是人们预料的80586，但出于专利保护的原因，将其命名为Pentium，还给它起了个中文名“奔腾”。各微机厂家纷纷推出以Pentium为CPU芯片的微型计算机，简称奔腾机。是64位或准64位高档微机。 (2)网络新时代 70年代以来，计算机网络一直在持续地发展着，到处响起“网络即计算机”(Network is Computer!)的呼声。利用通信线路、按照约定的协议将分布在不同地点的若干台独立的计算机互联起来，形成能相互通信的一组相关或独立的计算机系统。计算机网络可实现资源共享，大大提高计算机系统的使用效率。 三、 计算机的主要特点 1.运算速度快 2.运算精度高 3.通用性强 4.具有记忆功能和逻辑判断功能 5.具有自动控制能力 四、 计算机的分类 根据计算机的性能指标，如运算速度、存储容量、功能强弱、规模大小以及软件系统的丰富程度等，将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五大类。 五、 计算机的应用领域 计算机的应用相当广泛，涉及到科学研究、军事技术、工农业生产、文化教育等各个方面。其应用范围可概括为以下几个方面： 1.科学计算(数值计算)科学计算是计算机最重要的应用之一。如工程设计、地震预测、气象预报、火箭发射等都需要由计算机承担庞大复杂的计算任务。 2.数据处理(信息管理)当前计算机应用最为广泛的是数据处理。计算机数据处理包括：数据采集、数据转换、数据分组、数据组织、数据计算、数据存储、数据检索和数据排序等方面。例如人口统计、档案管理、银行业务、情报检索、企业管理。 3.过程控制(实时控制)计算机是生产自动化的基本技术工具，它对生产自动化的影响有两个方面： 一是在自动控制理论上，现代控制理论处理复杂的多变量控制问题，其数学工具是矩阵方程和向量空间，必须使用计算机求解； 二是在自动控制系统的组织上，由数字计算机和模拟计算机组成的控制器，是自动控制系统的大脑。它按照设计者预先规定的目标和计算程序以及反馈装置提供的信息，指挥执行机构动作。 4.计算机辅助工程 (1)计算机辅助设计(CAD)； (2)计算机辅助制造(CAM)； (3)计算机辅助教学(CAl)； (4)计算机辅助测试(CAT)。 1.2 计算机中常用的数制 一、 进位计数制 进位计数制：按进位原则进行计数的方法。 在日常生活中，常用的是十进位计数制，即按照逢十进一的原则进行计数的。 在进位计数制中有计数符号、基数和位权三个要素。 计数符号：是指表示数码所使用的符号； 基数：是指计数符号的个数； 位权：是指在某种进位计数制中，每个数位上的数码所代表的数值的大小，等于在这个数位上的数码乘上一个基数的若干次幂。 例如在十进位计数制中： 小数点左边第一位为个位数，其位权为100， 第二位为十位数，其位权为101， 第三位是百位数，其位权为102； 小数点右边第一位是十分位数，其位权为10-1， 第二位是百分位数，其位权为10-2， 第三位是千分位数，其位权为10-3。 二、 几种常用的进位计数制 进位计数制很多，这里介绍与计算机技术有关的几种常用进位计数制。 1.十进制 十进位计数制简称十进制。十进制数具有下列特点： (1)计数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 (2)基数：10。 (3）位权：10-2 ,10-1 ,100 ,101 ,102 ,103 。 例如： (123.456)101102十2101十3l00十410-1十510-2十610-3归纳任意一个十进制数D的表示形式： (D)10Dn-110n-1十Dn-210n-2十十D1101十D0100十D-110-1十D-210-2十十D-m+110-m+1十D-m10-m式中Di (i:n-1,n-2,m-1)为数位上的计数符号，其取值范围为09；n为整数位个数，m为小数位个数，10为基数, 10n-1，10 -2,，101，100，10-1，l0-m 是十进制数的位权。 2.二进制 二进位计数制简称二进制，是按“逢二进一”原则计数的。二进制数具有下列特点： (1)计数符号：0、1。 (2)基数：2。 (3）位权：2-2 ,2-1 ,20 ,21 ,22 ,23 。 例如： (11011.01)2124十123十022十121十120十12-1十02-2十12-3(27.625)10任意一个二进制数B，可以表示成如下形式： (B)2Bn-12n-1十Bn-22n-2十十B121十B020十B-12-1十十B-m+12-m+1十B-m2-m式中Bi为数位上的数码，其取值范围为01；n为整数位个数，m为小数位个数。2为基数。2n-1，2n-2，21，20，2-1，2-m 是二进制数的位权。 计算机中数的存储和运算都使用二进制数。 3.八进制 八进位计数制简称八进制，是按“逢八进一”原则计数的。八进制数具有下列特点： (1)计数符号：0、1、3、4、5、6、7。 (2)基数：8。 (3）位权：8-2 ,8-1 ,80 ,81 ,82 ,83 。 例如： (123.24)8182十281十380十28-1十48-2(83.3125)10任意一个八进制数Q，可以表示成如下形式： (Q)8Qn-18n-1十Qn-28n-2十十Q181十Q080十Q-18-1十十Q-m+18-m+1十Q-m8-m式中Qi为数位上的数码，其取值范围为07；n为整数位个数，m为小数位个数。8为基数， 8n-1，8n-2，,81，80，8-1，8-m是八进制数的位权。 八进制数是计算机中常用的一种计数方法，它弥补二进制数书写位数过长的不足。 4.十六进制 十六进位计数制简称为十六进制。十六进制数具有下列两个特点： (1) 计数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 (2)基数：16。 （3）位权：16-2 ,16-1 ,160 ,161 ,162 ,163 。 例如： (3AB.48)163162十A161十B160十416-1十816-2 (939.28125)10任意一个十六进制数H，可表示成如下形式： (H)16Hn-116n-1十Hn-216n-2十十H1161十H0160十H-116-1十十H-m16-m其中Hi为数位上的数码，其取值范围为0F；n为整数位个数，m为小数位个数。l6为基数16n-1，16n-2，161，160，16-1,16-m为十六进制数的位权。 十六进制数是计算机中常用的一种计数方法，它可以弥补二进制数书写位数过长的不足。 总结以上四种计数制，可将它们的特点概括为： (1)每一种计数制都有一个固定的基数J(J为大于1的整数)，它的每一数位可取J个不同的数码； (2)每一种计数制都有自己的位权，并且遵循“逢J进一”的原则。 对于任一个P进位计数制数S，可表示为： (S)p土(Sn-1Pn-1十Sn-2Pn-2十十S1P1十S0P0十S-1P-1十，,十S-mP-m 土 SiPi 式中Si表示各数位上的数码，其取值范围为0 P-1，P为计数制的基数，i为数位的编号(整数位取n-1 0，小数位取 1 -m)。 计算机文化基础教 案 三、 不同进位计数制之间的转换1.非十进制数转换成十进制数例1 把下列二进制数转换成十进制数。(110l01)2125十l24十023十122十021十12032十16十0十4十0十1(53)10(1101.101)2123十122十021十120十12-1十02-2十12-38十4十0十1十0.5十0十0.125(13.625)10例2 把下列八进制数转换成十进制数。(305)8382十081十580192十5(197)10(456.124)8482十581十680十18-1十28-2十48-3256十40十6十0.125十O.03125十0.O078125(302.1640625)10例3 把下列十六进制数转换成十进制数。(2A4E)162163十A162十4161十E1608192十2560十64十14(10830)10(32CF.48)163163十2162十C161十F160十416-1十816-212288十512十192十15十0.25十0.03125(13007.28125)102、十进制数转换成二进制数 把十进制数转换为二进制数的方法是：整数转换用“除2取余法”；小数转换用“乘2取整法”。例4 将十进制数(125.6875)10转换为二进制数。整数部分125转换如下：余数 2 1 2 5 1 高位2 6 2 0 2 3 1 1 2 1 5 1 2 7 1 2 3 1 1 1 低位小数部分0.6875转换如下：0.6875 2 小数首位 11.37500.3750 2 00.7500 0.7500 2 11.50000.5000 2 小数末位 11.0000即(125.6875)10(1111101.1011)2上面的例子中小数部分经过有限次乘2取整过程即告结束。但也有许多情况可能是无限的，这就要根据精度的要求在适当的位数上截止。对八进制和十六进制也有同样的情况。3.八进制转换成二进制分析：由于一位八进制数相当于三位二进制数，因此，要将八进制数转换成二进制数时，只需以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的三位二进制数取代即可。如果不足三位，可用零补足之。反之，二进制数转换成相应的八进制数，只是上述方法的逆过程，即以小数点为界，向左或向右每三位二进制数用相应的一位八进制数取代即可。例5 将八进制数(714.431)8转换成二进制数。 7 1 4 . 4 3 1111 001 100 . 100 011 001即(714.431)8(111001100.100011001)2例6 将二进制数(11101110.00101011)2转换成八进制数。011 101 110 . 001 010 1103 5 6 . 1 2 6即(11101110.00101011)8(356.126)84.十六进制转换成二进制分析： 由于一位十六进制数相当于四位二进制数，因此，要将十六进制数转换成相应的二进制数，只需以小数点为界，向左或向右每一位十六进制数用相应的四位二进制数取代即可。如果不足四位，则用零补足之。同理，若要将一个二进制数转换成相应的十六进制数，只要取上述方法的逆过程即可，即将二进制数以小数点为界分成左右两部分，向左或向右每四位二进制数用相应的一位十六进制数取代即可。例7 将十六进制数(1AC0.6D)16转换成相应的二进制数。 1 A C 0 . 6 D0001 1010 1100 0000 . 0110 1101即(1AC0.6D)16(1101011000000.01101101)2例8 将二进制数(10111100101.00011001101)2转换成相应的十六进制数。0101 1110 0101 . 0001 1001 10105 E 5 . 1 9 A即(10111100101.00011001101)2(5E5.19A)16 四、 二进制数的算术运算二进制数的算术运算包括加法、减法、乘法和除法。基本运算是加法和减法运算。1.二进制数的加法运算加法运算按下列三条法则进行：(1)0十00(2)0十11十01(3)1十l10(逢二进一，向高位进位)例9 (1010)2十(1011)2的算式如下： 被加数 1010加数 1011十) 进位 1010 和数 101012.二进制数的减法运算减法运算按下列三条法则进行，(1)0-0l-10(2)1-0l(3)0-11(此时要向高位借位，借l当2)例10 (11100101)2-(10011010)2的算式如下：被减数 1110010l减数 10011010-) 借位 0011010差数 0l0010113.二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算有下列三条法则：(1)000(2)0l100(3)111例11 (1011)2(1101)2的算式如下：被乘数 l011) 乘数 1101l0110000部分积 10ll1011乘积 10001111在计算机中实现二进制数的乘法运算，通常采用的是移位相加的方法。4.二进制数的除法运算二进制数的除法运算按下列三条法则进行：(1)000(2)010(10是无意义的)(3)l11例12 (111011)2(1011)2的算式如下：101 商数除数 1011)111011 被除数101111111011100 余数即(111011)2(1011)2，其商为(101)2，余数为(100)2。在计算机中实现二进制数的除法运算，通常采用移位相减的方法。五、 二进制数的逻辑运算计算机中的信息是以二进制数来的，有1和0两种可能的值。如果把二进制码的“1” 和“0”表示成“有”和“无”、“是”和“非”、“真”和“假”，那么这种变量称为逻辑变量。实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑运算是计算机应具有的基本操作。逻辑运算有三种基本运算：逻辑加法(又称逻辑“或”运算)、逻辑乘法(又称逻辑“与”运算)和逻辑否定(又称逻辑“非”运算)，还有逻辑“异或”运算。1.逻辑加法(逻辑或运算)逻辑加法通常用符号“十”或“”来表示。逻辑变量A、B 逻辑加法运算运算规则：A B A B0 0 00 1 11 0 11 1 1逻辑加运算的这种作用，在日常生活中表现为用并联开关控制的一盏灯。显然，任一开关接通或所有并联的开关都接通，电灯亮；只有所有并联的开关都断开时，灯才不亮。例13 二进制数10011010和00l01011进行逻辑或运算的过程如下：10011010) 0010101110111011即 10011010 0010101110111011。2.逻辑乘法(逻辑与运算)逻辑乘法通常用符号“”或“”或“ ”表示。逻辑变量A、B逻辑乘法运算规则：A B A B0 0 00 1 01 0 01 1 1逻辑乘法运算的这种作用，在日常生活中表现为用串联开关控制一盏灯。显然，在串联电路中，只有所有开关都接通，电灯才亮；若其中任一开关未合上，则电灯便不亮。例14 两个二进制数10101101和00101011进行逻辑与运算的过程如下：10101101) 00l010110010100l即 l010110l0010101100l0100l。3、逻辑否定(逻辑非运算)逻辑否定又称逻辑非运算、其运算符号为在逻辑变量的上方加一横线，例如 A ，表示对A 的否定运算。其运算规则为：A A0 00 14、逻辑异或异或运算通常用符号“”表示。它的运算规则为：A B A B0 0 00 1 11 0 11 1 0由上述运算规则可知，在给定的两个逻辑变量中，只要两逻辑变量的值相同，则异或运算的结果就为0；当两个逻辑变量的值不同时，异或运算的结果为1。例15 两个二进制数10101101和0010l0ll进行异或运算的过程如下：10101101)0010101110000110即10101101O010101110000110。 1.3 计算机中的数据与编码一、 什么是数据数据是可由人工或自动化手段加以处理的那些事实、概念、场景和指示的表示形式，包括字符、符号、表格、声音和图形等。数据能被送入计算机加以处理，包括存储、传送、排序、归并、计算、转换、检索、制表和模拟等操作，以得到人们需要的结果。数据经过解释并赋予一定的意义后，便成为信息。二、 数据的单位计算机中数据的常用单位有位、字节和字。1.位(bit)计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位(英文名称为bit，读音为比特)。2.字节(Byte)8位为一个字节(英文用Byte表示，读音为拜特)。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。除了用字节表示存储容量的单位外，还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)以及十亿字节(GB)等表示存储容量。它们之间存在下列换算关系：1B8bits1KB210B1024B1MB220B1024KB1GB230B1024MB3.字(Word)字是由若干字节组成的(通常取字节的整数倍)。字是计算机进行数据处理的运算单位。三、 字符编码1.BCD码(二一十进制编码)人们通常采用把十进制数的每一位分别写成二进制数形式的编码，称为二一十进制编码或BCD(BinaryCoded Decimal)编码。BCD编码方法很多，通常采用的是842l编码。这种编码方法是用四位二进制数表示一位十进制数，自左至右每一位对应的权是8、4、2、1。四位二进制数有00001111十六种状态，这里我们只取了00001001十种状态。而l0l01111六种状态在这里没有意义。十进制数与8421码的对照表十进制数 8421码 十进制数 842l码0 0000 6 01101 0001 7 01112 0010 8 10003 0011 9 10014 0100 10 0001 00005 0101 例如十进制数864，其二一十进制编码为： 8 6 4 (1000) (0110) (0100)2.ASCII码把字母、数字最常用的各种符号共128个用二进制编码表示一种方法。在计算机系统中使用得最广泛的是美国信息交换用标准(代)码(American Standard Code for Information Interchange，缩写为ASCII，读作阿斯克伊码)。ASCII码有7位版本和8位版本两种。国际上通用的是7位版本。7位版本的ASCII码有128个元素，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。在微型计算机中采用7位ASCII码作为机内码，每个字节只使用了7位，最高位恒为0。3.汉字编码 (1)信息交换用汉字编码字符集 基本集信息交换用汉字编码字符集 基本集是我国于1980年制定的国家标准GB231280，代号为国标码。GB231280中规定了信息交换用的6763个汉字和682个非汉字图形符号(包括几种外文字母、数字和符号)的代码。6763个汉字又按其使用频率、组词能力以及用途大小分成一级常用汉字3755个和二级常用汉字3008个。一级汉字按拼音字母顺序排列；若遇同音字，则按起笔的笔形顺序排列；若起笔相同，则按第二笔的笔形顺序排列，依次类推。所谓笔形顺序，就是横、竖、撇、点和折的顺序。二级汉字按部首顺序排列。在此标准中，每个汉字(图形符号)采用双字节表示，每个字节只用低7位。由于低7位中有34种状态是用于控制字符，因此，只有94(1283494)种状态可用于汉字编码。这样，双字节的低7位只能表示94948836种状态。标准的汉字编码表有94行、94列。其行号称为区号，列号称为位号。双字节中，用高字节表示区号，低字节表示位号。非汉字图形符号置于第111区，一级汉字3755置于第1655区，二级汉字3008个置于第5687区。每个图形字符的汉字交换码，均用两个字节的低7位二进制码表示。汉字国标码通常用十六进制数表示，例如“中”字的区号为54，位号为48，则它的国标码为10101101010000(十六进制为5650)，又如“国”字的区号为25，位号为90，它的国标码为0lll0011111010(十六进制为397A)。(2)汉字的机内码汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。不同的系统使用的汉字机内码有可能不同。目前使用最广泛的一种为两个字节的机内码，俗称变形的国标码。这种格式的机内码是将国标GB231280交换码的两个字节的最高位分别置为1而得到的。(3)汉字的输入码(外码)汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。输入码的长度也不同，多数为四个字节。综合起来可分为流水码、拼音类输入法、拼形类输入法和音形结合类输入法几大类。(4)汉字的字形码汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。目前汉字字形的产生方式有点阵汉字和矢量汉字等。汉字字形点阵有1616点阵、2424点阵、3232点阵、6464点阵、9696点阵、128128点阵、256256点阵等。一个汉字方块中行数、列数分得越多，描绘的汉字也就越细微，但占用的存储空间也就越多。汉字字形点阵中每个点的信息要用一位二进制码来表示。对于1616点阵的字形码，需要用32个字节(1616+832)表示；2424点阵的字形码需要用72个字节(2424十872)表示。汉字 外码 国际码 机内码 字形码 屏幕显示汉字四、 计算机中数据的表示1.真值与机器数（1）真值： 实际的数值。-89， 90-1011001， 1011010（2）机器数：计算机中使用数字化了的数。用“0”表示“正”，用“l”表示“负”。例如机器中用8位二进制表示正数90其格式为：0 1 0 1 1 0 1 0符号位，表示正用8位二进制表示负数-89其格式为：1 1 0 1 1 0 0 1 符号位，表示负在计算机内部，数字和符号都用二进制代码表示，称为机器数，而它真正表示的数值称为这个机器数的真值。2.定点数和浮点数(1)定点数计算机的字长一定，则所能表示的数的范围也就确定了。例如，使用8位字长的计算机，它可以表示无符号整数的最大值是(255)10(11111111)2。运算时，若数值超出机器数所能表示的范围，就会停止运算和处理，这种现象称为溢出。计算机中运算的数，有整数，也有小数，如何确定小数点的位置呢 通常有两种约定：一是规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为定点数。二是小数点的位置可以浮动的，这时的机器数称为浮点数。定点数的小数点位置可以固定在符号位之后，这时，数据字就表示一个纯小数。假定机器字长为16位，符号位占1位，数值部分占15位，机器数： 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 符号位 小数点 数值部分 其等效的十进制数为-2-15。定点数的小数点位置固定在数据字的最后，这时，数据字就表示一个纯整数。假设机器字长为16位，符号位占1位，数值部分占15位，于是机器数0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 符号位 数值部分 小数点其等效的十进制数为+32767。(2)浮点数浮点表示法就是小数点在数中的位置是浮动的,由于定点表示法所能表示的数的范围太窄，不能满足计算问题的需要,因此就要采用浮点表示法。在同样字长的情况下，浮点表示法能表示的数的范围扩大了。计算机中的浮点表示法包括两个部分：一部分是阶码(表示指数，记作E)；二部分是尾数(表示有效数字，记作M)。设任意一数N可以表示为：N2EM其中2为基数，E为阶码，M为尾数。浮点数在机器中的表示方法如下：阶符 E 数符 . M阶码部分 尾数部分由尾数部分隐含的小数点位置可知，尾数总是小于1的数字，它给出该浮点数的有效数字。尾数部分的符号位确定该浮点数的正负。阶码给出的总是整数，它确定小数点浮动的位数，若阶符为正，则向右移动；若阶符为负，则向左移动。假设机器字长为32位，阶码8位，尾数24位：阶符 阶码E 数符 . 尾数M 1位 7位 1位 23位浮点数表示法对尾数有如下规定：12M1即要求尾数中第1位数不为零，这样的浮点数称为规格化数。当浮点数的尾数为零或者阶码为最小值时，机器通常规定，把该数看作零，称为“机器零”。浮点数表示和运算中，当一个数的阶码大于机器所能表示的最大阶码时，产生“上溢”。上溢时机器一般不再继续运算而转入“溢出”处理。当一个数的阶码小于机器所能表示的最小阶码时，产生“下溢”，下溢时一般当作机器零来处理。3.原码、反码、补码机器数中，数值和符号全部数字化。计算机在进行数值运算时，采用把各种符号位和数值位一起编码的方法。常见的有原码、补码和反码表示法。(1)原码表示法原码：是机器数的一种表示法。符号位用0表示正号，用l表示负号。X的原码表示可记作x原。例如： X1原+1010110原 01010110X2原-1001010原 11001010在原码表示法中，对0有两种表示形式：+0原00000000-0原10000000(2)反码表示法反码：正数的反码=原码；负数的反码是对它的原码(符号位除外)各位取反而得到的。X的反码记作X反。例如 ： X1+l010110X2-1001010那么 X1原01010110X1反X1原01010110X2原11001010X2反10110101(3)补码表示法补码：正数的补码=原码；负数的补码是对它的原码(除符号位外)各位取反，并在末位加1而得到的。X的补码表示记作X补。例如， X1+1010110X2-1001010那么， X1原01010110X1补01010110X2原11001010X2补10110101+110110110补码表示数的范围与二进制位数有关。当采用8位二进制表示时,小数补码的表示范围：最大为0.1111111，其真值为(0.99)10最小为1.0000000，其真值为(-1)10采用8位二进制表示时，整数补码的表示范围：最大为01111111，其真值为(127)10最小为10000000，其真值为(-128)10在补码表示法中，0只有一种表示形式：+0补=00000000-0补11111111+100000000(由于受设备字长的限制，最后的进位丢失)所以有+0补-0补00000000。例16 已知X原100110l0，求X补。分析如下：由X原求X补的原则是：若机器数为正数，则X原X补；若机器数为负数，则该机器数的补码可对它的原码(符号位除外)所有位求反，再在末位加l而得到。现给定的机器数为负数，故有X补X反+1，即X原10011010X反11100101+ ) 1X补11100110例1.17 已知X补11100110，求X原。分析如下：机器数为正数，则X原X补；机器数为负数，则有X原X补补；现给定的为负数，故有：X补11100110X补反100ll0Ol+) 1 X补补10011010X原1.4 微型计算机的指令和语言一、 微型计算机的指令指令是一组二进制代码，规定由计算机的操作。为解决某一问题而设计的指令序列称为程序。一种计算机全部指令的集合，称为该种计算机的指令系统。1.指令的格式在计算机内部，指令和数据的形式是相同的，二者均以二进制代码的形式存于存储器中。它们的区别在于计算机工作时，把指令送往控制器的指令寄存器和指令译码器中，而把数据送往运算器的寄存器和算术逻辑单元中。一条指令明确地指出是什么操作，其完整的格式：操作码 操作数1 地址 操作数2 地址 目的地址 下一条指令的地址显然，这样的指令太长浪费存储空间。因此有下列几种缩短指令长度的方法：(1) 三地址指令格式：操作码 操作数1 地址 操作数2 地址 目的地址指令的功能是：将操作数1和操作数2完成操作码规定的运算后，将结果存入目的地址单元。(2) 二地址指令格式：操作码 目的操作数地址 源操作数地址指令的功能是：将目的操作数和源操作数完成操作运算后，将结果存入目的操作数地址单元。(3) 一地址指令格式：操作码 操作数地址将累加器中的数与操作数完成操作运算后将结果存入累加器中。（4）无地址指令或无操作数指令格式：操 作 码指令的功能是：如停机、关中断、开中断等。2.指令的分类(1)数据处理指令(2)数据传送指令 (3)程序控制指令(4)状态管理指令二、 机器语言能直接被计算机接受并执行的指令称为机器指令。全部机器指令构成计算机的机器语言(Machine Language)。机器语言就是二进制代码语言，它能直接被计算机识别并执行。但是，用机器语言编写程序不便于记忆、阅读和书写。三、 汇编语言用助记符号表示二进制代码形式的机器语言，称为汇编语言(Assembler Language)。汇编语言的指令与机器指令基本上保持了一一对应的关系。汇编语言容易记忆、便于阅读和书写，在一定程度上克服了机器语言的缺点。用汇编语言编制的程序称为汇编程序，机器不能直接执行，必须将其翻译成机器语言程序才能在计算机上运行，这种翻译过程为汇编过程。四、 高级语言高级语言：是同自然语言和数学语言比较接近的计算机程序设计语言。特点：1、容易掌握、方便、灵活。2、通用性强。3、用高级语言编制的程序不能直接在计算机上运行。将用高级语言编写的程序翻译成机器语言程序，其翻译过程两种：编译：是将高级语言编写的源程序整个翻译成目标程序，然后将目标程序交给计算机运行。解释：是对用高级语言编写的源程序逐句进行分析，边解释、边执行并立即得到运行结果。五、 数据库语言数据库管理系统DBMS(DataBase Management System)提供的数据语言，包括数据描述语言DDL(Data Description Language，又称数据定义语言)和数据操作语言DML(Data Ma nipulation Language，又称数据处理语言)。用数据库语言编制的源程序，要经过数据库管理系统翻译成目标程序，才能被计算机执行。1.5 微型计算机系统的基本组成一、 微型计算机系统的组成 微型计算机系统 ( 简称微机系统 ) 是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 二、 微型计算机硬件基本结构 微型计算机硬件： 微处理器： CPU 内存储器 : 只读存储器 ROM 和随机存取存储器 RAM 。 输入输出接口：用来使外部设备和主机相连接。 系统总线：数据总线 DB 、地址总线 AB 和控制总线 CB 。 输入输出设备：键盘、鼠标、显示器、打印机。 外存储器：硬盘、软盘、光盘驱动器。 微处理器与 ROM 、 RAM 、 I/O 接口之间用总线连接在一起，才是一台完整的微型计算机主机。三 微型计算机软件系统 四、 微型计算机工作过程简述 微型计算机的工作过程，就是程序指令在微处理器的控制下逐条执行的过程。它可分为两个阶段：取指令 ( 简称取指 ) 阶段和执行指令阶段。 (1) 取指令阶段。在微处理器控制下，从内存储器取出指令，送到指令寄存器。经指令译码器译码以产生完成此指令的各种定时控制信号。 (2) 执行指令阶段。指令经译码器译码后，在微处理器的控制下，执行该指令规定的操作。 执行一条指令的时间称为机器周期。机器周期又可分为取指令周期和执行指令周期。取指令周期对任何一条指令都是一样的，而执行指令则不然，由于指令性质不同，因此不同指令的执行周期不尽相同。 1.6 微型计算机硬件系统一、 微型计算机主机 微型计算机的主机主要由微处理器和内存储器两大部分组成。 1. 微处理器 微处理器是微型计算机的核心部分，又称为中央处理器 ( 简称 CPU) 。微处理器主要由控制器和运算器两部分组成 ( 还有一些支撑电路 ) 。 (1) 微处理器的功能 控制器是微机的指挥、控制中心，主要功能是控制、管理微机系统各个部件协调一致地工作。 (2) 微处理器的组成 1) 算术逻辑单元 算术逻辑