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第二章计算机基本知识 2 1计算机系统的组成与工作原理2 2数制转换及运算2 3数据在计算机中的表示2 4多媒体和流媒体概述 1 2 1 1计算机系统的组成 提问 你认为一个完整的计算机是由哪些部分组成 主机 软件 键盘 鼠标 显示器 2 外存 软 硬盘 光盘 闪存输出设备 显示器 打印机 计算机系统 操作系统 Windows Unix Linux语言处理程序 C Pascal VB等实用程序 诊断程序 排错程序等 办公软件包 数据库管理系统 软件 外部设备 系统软件 应用软件 硬件 运算器控制器 主机 内存 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 高速缓冲存储器 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 网络设备 网卡 调制解调器等 2 1 1计算机系统的组成 3 任何一台可运行的计算机 都必须包含上面所有的硬件 还需要有可驱动这些硬件的软件 举个形象的例子 没有软件的电脑 一堆废铜烂铁 没有硬件 软件也如无源之水 可以这样说 硬件和软件是相辅相成的 它们共同构成一个完整的电脑系统 缺一不可 结论 计算机系统分为 硬件系统 软件系统 2 1 1计算机系统的组成 4 2 1 2计算机系统的硬件组成 一 冯 诺依曼二 冯 诺依曼设计思想 计算机应包括五大基本部件 采用存储程序的方式 程序和数据以同等的地位放在同一个存储器中 寻址访问 程序和数据都是以二进制表示 冯 诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了 存储程序 的概念 他的全部设计思想实际上是对 存储程序 概念的具体化 5 运算器定义功能组成 控制器定义功能组成 存储器定义功能性能指标存储器的读写存储器的分类 I O设备定义常用的I O设备 2 1 2计算机系统的硬件组成 处理器 五大组成部件 结论 牢记五大基本部件 6 2 1 3计算机的基本工作原理 一 基本概念指令指令系统程序程序的执行过程 7 二 计算机的工作原理冯 诺依曼存储程序的工作原理 这一原理最初是由美籍匈牙利数学冯 诺依曼于1945年提出来的 故称为冯 诺依曼原理 举例 生产一个玻璃杯 原料生产线成品 2 1 3计算机的基本工作原理 仓库 出卖 物资调度部门 加工 8 控制器 运算器 内存储器 取出指令 2 1 3计算机的基本工作原理 9 根据冯 诺依曼的设计 我们通过指令的流程认识了计算机的工作原理 取出指令 从内存中取出指令编码 送指令寄存器 分析指令 取出操作码 转换成控制信号 取出操作数或操作数的地址 再从内存取出真正操作数 执行指令 由控制器按照时间顺序将控制信号送各个部件执行 执行结束 程序计数器 1 条指令 返回 取指令 2 1 3计算机的基本工作原理 back 结论 理解记忆计算机的基本工作原理 16字 10 处理器 CPU CentralProcessingUnit 包含两大部件 BACK 11 存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合 A 决定存储器性能的指标有存取时间和存储容量 1KB 1024B1MB 1024KB1GB 1024MB1TB 1024GB位是存储器中最小的单位 字节是计算机中最基本的内存单位 字长地址 字节BYTE 76543210 BACK 12 B 存储器的读写 地址0001 控制 写 10000000 BACK 13 C 存储器分类 BACK 14 认识内存在计算机中的地位和作用 为什么说内存是计算机信息处理和交换的中心 BACK 15 I O设备 常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 常用输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 BACK 16 2 2数制转换及运算 本节学习内容 进制之间的相互表示和转换进制的算术和逻辑运算back 17 2 2 1进位计数制 需要理解的概念 进位计数制 指按照一定的进位方式进行计数的数据表示方法 EG 10进制 2进制 8进制 16进制 构成进位制的两个基本要素 基数和权 基数 能够产生进位的数值 权 数制中每个固定位置对应的单位值 18 比如 189 652 D 762 O 1001 1101 B A3E H请同学们说说看这些十进制 二进制 八进制 以及十六进制的数的基数各是多少 指定位上的权又各是多少 进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制 2 2 1进位计数制 19 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 2 1进位计数制 20 2 2 2不同进位计数制间的转换 r进制转化成十进制十进制转化成r进制二进制八进制十六进制之间的相互转换二进制的算术逻辑运算next 21 2 2 2不同进位计数制间的转换 1 r进制转化成十进制方法 按权相加法 即数码乘以各自的权的累加 例子 10101 B 24 22 1 21 101 11 B 22 1 2 1 2 2 5 75 71 O 7 8 1 5 101A H 163 16 10 4106 22 R进制转换成十进制例 101011 101 B转换成十进制数 1 25 0 24 1 23 0 22 1 21 1 20 1 2 1 0 2 2 0 2 3 43 625 23 2 十进制转化成r进制a 整数方法 除基取余法b 小数方法 乘基取整法例如 100 345 D转换成二进制数 解题思想 将整数部分和小数部分分开转换 2 2 2不同进位计数制间的转换 24 2 十进制转换成r进制 例 100 345 D 1100100 01011 B 1 380 高 高 25 2 2 2不同进位计数制间的转换 思考 若将 100 345 D转换成八进制或十六进制呢 动手做一做 再思考 可否用已得到的二进制数直接转换成八进制和十六进制呢 26 2 2 2不同进位计数制间的转换 3 二进制 八进制 十六进制数间的相互转换1位八进制数 3位二进制数1位十六进制数 4位二进制数 144 O 001100100 B 144 27 2 2 2不同进位计数制间的转换 二进制转化成八 十六 进制整数部分高位补零 小数部分低位补零 由此 我想大家掌握了如何把书上 100 345 D转换成二进制后再转换成想要的八进制或十六进制了 Back 1101101110 110101 B 1556 65 O 1556651101101110 110101 B 36F D4 H 36FD4 28 2 2 3二进制数的算术运算 1 二进制数的加法运算 2 二进制数的减法运算 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 29 3 二进制数的乘法运算4 二进制数的减法运算 乘法运算法则0 0 00 1 1 0 01 1 1 减法运算法则0 0 00 1 01 1 1 30 2 2 4二进制数的逻辑运算 逻辑非运算实例 逻辑与运算实例 逻辑或运算实例 31 真值表back 32 2 3数据在计算机中的表示 CPU能够直接识别的只有二进制数 问题 计算机如何将各种数据转换成二进制 二进制优点 物理上容易实现 运算简单 可靠性 通用性强 33 一 数据的分类数值型数据 非数值型数据 back 2 3数据在计算机中的表示 如何表示正负 如何表示带小数点的数和很大的数 字符 西文 汉字 声音 图像 34 二 什么是机器数 二进制数 10000001 B代表机器数 10000001 B代表我们把用正负号 绝对值表示的数值叫真值 129 D 1 D 2 3数据在计算机中的表示 把数符 数值都被数字化了的数叫做机器数 35 三 机器数的三种表现形式原码表示方法表示范围特点反码表示方法表示范围特点补码表示方法表示范围特点三种表示形式的相互转换 2 3 1数据在计算机中的表示 36 四 掌握定点数和浮点数的表示方法定点数定义表示方法表示范围浮点数定义表示方法存放形式 2 3 1数据在计算机中的表示 37 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 定点数表示 38 浮点数表示 110 011 B 1 10011 2 10 11001 1 2 10 0 110011 2 11 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back 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 39 补充知识 根据IEEE754国际标准 常用的浮点数有两种格式 1 单精度浮点数 32位 阶码8位 尾数24位 内含1位符号位 2 双精度浮点数 64位 阶码11位 尾数53位 内含1位符号位 back 40 原码的表示 定点小数的原码表示 10011 原 10011 10011 原 10011 定点整数的原码表示 10011 原 10011 10011 原 110011 原码 最直观的机器数表示 41 原码的取值范围 位机器数 原码的取值范围是多少 位呢 位呢 位呢 27 1 27 1 原码 最直观的机器数表示 42 原码的特点 不管 为小数还是整数 只要是正数就与真值相同 为负数则符号位用 表示 尾数与真值的绝对值相同 小数和整数的原码表示范围不同 原码的符号不参加运算 back 原码 最直观的机器数表示 43 反码的表示和特点 对于正数 反码与原码相同 对于正数 数符为 其他符号位取反 1 反 00000001 1 反 11111110反码的取值范围 反码表示的最大值和最小值和表示数的范围都与同样机器位数的原码相同 back 反码 44 补码 并不是人为约定的 补码的表示 对于正数 与原码相同 对于负数 数符位为 其他数符位取反加 1 定点小数的补码表示 0 10011 0 10011X反 0 10011X反 1 01100X补 0 10011X补 1 01101 定点整数的补码表示 10011 10011X反 10011X反 101100X补 10011X补 101101 45 补码范围和特点 当 为正数时 正数补码与正数原码相同 当 为负数时 负数补码的尾数与负数原码不同 真值尾数各位取反 再加 或者 从尾数末位开始向高位检查 当出现第一个 时 第一个 以及以前的 不变 第一个 以后的各位变反 符号位不变 补码的取值范围 128 1273 利用补码可以方便的进行 运算 允许符号位参加运算 应用广泛 back 补码 并不是人为约定的 46 真值 原码和补码之间的相互转换 由真值原码转换成补码 假设机器数为 位 0 1010 真值 1010 真值 原 补 由补码转换为原码和真值 补 0 0101 补 11111X原 back 47 2 3 2字符 西文字符ACSII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 128个常用字符 用7位二进制编码 从0到127控制字符 0 32 127 普通字符 94个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122 48 汉字编码 1 汉字输入码音码类全拼 双拼 微软拼音 自然码和智能ABC等形码类五笔字型法 郑码输入法等 2 汉字国标码 GB2312 80 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 3 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 汉字国标码汉字机内码中8680 0101011001010000 B 1101011011010000 B华5942 0011101100101010 B 1011101110101010 B 49 汉字字形编码 4 汉字字形码点阵 汉字字形点阵的代码16 16 24 24 32 32 48 48 编码 存储方式简单 无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量 存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反 5 汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址 地址码和机内码要有简明的对应转换关系 50 汉字的代码转换 输入码 地址对应字型码 打印输出 数字码拼音码字形码 51 其他汉字编码 Unicode码另一国际标准 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字 其字符集内容与UCS的BMP相同 GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准 2字节表示一个汉字第一字节从81H FEH 最高位为1 第二字节从40H FEH 第二字节的最高位不一定是1 BIG5编码台湾 香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准 包括440个符号 一级汉字5401个 二级汉字7652个 共计13060个汉字 52 非数值型数据的机内转换back 53 2 3 3多媒体概述 详细内容请参看第9章 P294 一 基本概念媒体 信息的载体 如数值 文字 声音 图形 图像等 多媒体 使用多种媒体传输信息的载体 多媒体技术