第二章 计算机系统.ppt

2020 2 25 1 大学计算机基础 北华大学信息技术学院 2020 2 25 信息技术学院 2 2020 2 25 信息技术学院 2 授课日期 2012年9月25 27 28日授课班级 历史12 12外汉12 1中文12 34播音12 123任课教师 王姗姗工作单位 信息技术学院工作地点 南校区文科楼210室联系方式 手机Q 4713931E mail 4713931 2020 2 25 信息技术学院 3 本节课内容 2 1计算机系统的组成2 2计算机工作原理2 3数据在计算机内部的表示与存储 目的要求 掌握计算机系统组成与工作原理 掌握常用的进制转换 了解数值 字符 声音媒体以及图形和图像媒体的在计算机中的表示 2020 2 25 信息技术学院 4 第二章计算机系统 2 1计算机系统的组成2 1 1计算机硬件系统2 1 2计算机软件系统2 1 3计算机硬件系统和软件系统之间的关系2 2计算机工作原理2 2 1计算机的指令系统2 2 2计算机基本工作原理2 3数据在计算机内部的表示与存储2 3 1数制的概念2 3 2数制转换2 3 3计算机中的编码 2020 2 25 信息技术学院 5 2 1计算机系统的组成 台式微型计算机 我国军用小型计算机 2020 2 25 信息技术学院 6 计算机系统 硬件系统 软件系统 主机 外设 内 主 存储器 中央处理器 CPU 控制器 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 运算器 系统软件 应用软件 输入设备 输出设备 外 辅 存储器 2020 2 25 信息技术学院 7 冯 诺依曼思想 1 计算机由五大部分组成 外存储器 内存储器 运算器 控制器 输入设备 输出设备 CPU 2 1 1计算机硬件系统 鼠标 键盘 扫描仪 麦克 显示器 打印机 绘图仪 音响 2 程序与数据是存入在存储器 3 采用的是二进制 0 1 数据流 控制流 2020 2 25 信息技术学院 8 2 1 1计算机硬件系统 输入设备 存储器 运算器 控制器 输出设备 图2 2计算机硬件系统逻辑 2020 2 25 信息技术学院 9 1 存储器 信息是以二进制形式存在于存储器中的 是按地址存 取的 根据功能的不同 将存储器划分为 2 1 1计算机硬件系统 2020 2 25 信息技术学院 10 2 运算器 计算机中处理数据的核心部件 主要是由执行算术运算和逻辑运算的算术逻辑单元ALU ArithmeticLogicUnit 存放操作数和中间结果的寄存器组 以及连接各部件的数据通路组成 3 控制器 计算机中控制管理的核心部件 主要由 程序计数器 PC 指令寄存器 IR 指令译码器 ID 时序控制电路 微操作控制电路等 4 输入 输出设备 简称I O设备 又称为外部设备 它是与计算机主机进行信息交换 实现人机交互的硬件环境 2 1 1计算机硬件系统 2020 2 25 信息技术学院 11 是指在计算机上运行的各种程序 数据及有关文档 2 1 2计算机软件系统 系统软件 操作系统 语言处理程序 实用程序 诊断程序 反病毒程序 备份程序 文件压缩程序 卸载程序 系统软件 是维护 管理计算机软 硬件资源的系统程序 2020 2 25 信息技术学院 12 应用软件 办公软件包 数据库管理系统 浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件 应用软件 是面向用户的使用而编制各种实用程序 2 1 2计算机软件系统 2020 2 25 信息技术学院 13 2 1 3计算机硬件系统和软件系统之间的关系 不安装任何软件的计算机 裸机 是不能做任何工作的 硬件是支撑工作的基础 计算机软 硬件之间是协调工作 缺一不可的 设计一个计算机系统必须要考虑设计的复杂程序 现有的技术条件 产品的造价等因素 然后再确定哪些功能由硬件实现 哪些功能由软件实现 2020 2 25 信息技术学院 14 2 2计算机工作原理 2 2 1计算机的指令系统 1 指令及其格式 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码 它规定了计算机能完成的某一种操作 一台计算机所能执行的所有指令的集合称为该台计算机的指令系统 指令系统中的指令有规定的编码格式 操作码 地址码 规定了该指令进行的操作种类 给出了操作数地址 结果存放地址以及下一条指令的地址 2020 2 25 信息技术学院 15 数据传送型指令 2 指令的分类与功能 将数据在存储器之间 寄存器之间以及存储器与寄存器之间进行数据传送 对数据进行运算和变换 控制程序中指令的执行顺序 实现输入 输出设备与主机之间的数据传输 对计算机的硬件进行控制和管理 数据处理型指令 程序控制型指令 输入 输出型指令 硬件控制指令 2 2 1计算机的指令系统 2020 2 25 信息技术学院 16 2 2 2计算机基本工作原理 计算机在工作过程中 通过两种信息流在五大部件中的传输 实现了各个部分的分工协作 两种信息流 数据信息 指令控制信息 原始数据 中间结果 结果数据等 控制器对指令分析 解释后向各部件发出的 2020 2 25 信息技术学院 17 指令寄存器 07H 2015H 译码器 操作控制电路 指令计数器 0132H 寄存器组 算术 逻辑运算部件 地址 内容 0130H0131H 2015H 指令指令072015H 数据 取指令 控制器 运算器 内存储器 分析指令 执行指令 为下一条指令做准备 0132H 2020 2 25 信息技术学院 18 2 3数据在计算机内部的表示与存储 计算机内部的所有数据都是以0和1组成的二进制代码表示与存储的 2 3 1数制的概念 是指用一组固定的符号和统一的规则来计数的方法 1 进位计数制 数码 数制中表示基本数值大小的不同数字符号 基数 通常把数码的个数称为基数权 在进位计数制中 一个数可以由有限个数码排列在一起构成 数码所在数位不同 其代表的数值也不同 这个数码所表示的数值等于该数码本身乘以一个与它所在数位有关的常数 这个常数称为 位权 简称 权 2020 2 25 信息技术学院 19 2 计算机内部采用二进制的原因 1 易于物理实现 2 运算规则简单 3 工作可靠性高 4 适合逻辑运算 2 3 1数制的概念 678 34 6 102 7 101 8 100 3 10 1 4 10 2 基数 权 数码 2020 2 25 信息技术学院 20 3 计算机中常用的数制 N an 1 rn 1 an 2 rn 2 a0 r0 a 1 r 1 a m r m R进制数N可表示为 R进制数用r个基本符号 例如0 1 2 r 1 表示数值 2 3 1数制的概念 例如 十进制数432432 4 100 3 10 2 1 4 102 3 101 2 100 例如 二进制数10111011 1 23 0 22 1 21 1 20 2020 2 25 信息技术学院 21 常用的进位计数制的基数和数码表 2020 2 25 信息技术学院 22 2 3 2数制的转换 1 将R进制数转换为十进制数 按权展开 然后按十进制数运算法则把数值相加 即数码乘以各自的权的累加 例 2 1把二进制数 11110 011 2转换为十进制数 11110 011 2 1 24 1 23 1 22 1 21 0 20 0 2 1 1 2 2 1 2 3 16 8 4 2 0 0 0 25 0 125 30 375 10 2020 2 25 信息技术学院 23 例 2 2把八进制数 26 76 8转换为十进制数 26 76 8 2 81 6 80 7 8 1 6 8 2 16 6 0 875 0 09375 22 96875 10 例 2 3把十六进制数 2E 9A 16转换为十进制数 2E 9A 16 2 161 14 160 9 16 1 10 16 2 32 14 0 5625 0 039 46 601 10 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 24 143 2 71 2 35 2 17 2 8 2 4 2 2 1 1 1 1 1 0 0 0 2 0 2 1 2 2 2 1 25 0 8125 1 6250 0 5 2 1 0 1 1 0 1 2 将十进制数转换位R进制数 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 例 2 4把十进制数 143 8125 10转换为二进制数 143 8125 10 10001111 1101 2 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 25 130 16 8 0 2 8 16 2 16 8 0 525 132 8 8 4 0 2 8 8 1 6 0 525 4 2 4 1 16 16 6 4 8 4 8 6 0 例 2 5把十进制数 132 525 10转换为八进制数 结果 132 525 10 204 41 8 例 2 6把十进制数 130 525 10转换为十六进制数 保留两位有效数字 结果 130 525 10 82 86 16 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 26 3 二 八 十六进制数相互转换 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 64 H 01100100 B 64 1101101110 1101010 B 1556 65 O 1556651101101110 11010100 B 36E D4 H 36ED4 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 27 二进制 八进制 十六进制数间的关系 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 28 2 3 2数制的转换 各种进制之间的转换 我们可以通过电脑上的计算器直接进行 打开计算器的步骤如下 开始 菜单 程序 附件 计算器 2020 2 25 信息技术学院 29 4 二进制数的算术运算和逻辑运算 1 二进制数的算术运算 加法运算法则0 0 00 1 1 0 11 1 0 减法运算法则0 0 1 1 01 0 10 1 1 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 30 乘法运算法则0 0 00 1 1 0 01 1 1 除法运算法则0 1 01 1 1 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 31 2 二进制数的逻辑运算 逻辑或的真值表 逻辑非的真值表 逻辑与的真值表 2 3 2数制的转换 2020 2 25 信息技术学院 32 2 3 3计算机中的编码 计算机中数据的存储单位 位 bit 计算机中最小的数据单位 是二进制的一个单位 简称位 比特 1位二进制数值为0或1 字节 Byte 是计算机中存储信息的基本单位 规定把8位二进制数称为1个字节 单位是B 1B 8Bit 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB字 字是位的组合 并作为一个独立的信息单位处理 字又称为计算机字 其含义取决于机器的类型 字长及使用者的要求 字长 一个字可由若干个字节组成 通常将组成一个字的二进制位数叫做一个字长 通常用来表示计算机中数据和信息的长度 2020 2 25 信息技术学院 33 1 计算机中数值型数据的编码 3 补码 1 原码 2 3 3计算机中的编码 2020 2 25 信息技术学院 34 2 计算机中非数值型数据的编码 1 ACSII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 共有128个常用字符 用7位二进制位对字符进行编码 从0到127包括控制字符 32个 普通字符 96个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 换行0AH10回车0DH13空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122标准ACSII码表详见P28表2 4 2 3 3计算机中的编码 2020 2 25 信息技术学院 35 2 汉字编码 国标区位码 1980年的GB2312 80规定两个字节表