第1章_计算机基础知识

大学计算机基础 第1章计算机基础知识 目录 1 1信息技术革命与计算机1 2计算机中数据的表示方法1 3计算机概述 1 1信息技术革命与计算机 计算机的产生与发展 第一台计算机是什么样的 ENIAC ElectronicNumericalIntegratorandCalculator 计算机的产生与发展 冯 诺依曼计算机的特点是什么 采用二进制数的形式表示数据和指令 将指令和数据同时存放在存储器中 计算机在程序控制下自动运行 由控制器 运算器 存储器 输入设备 输出设备五大部分组成计算机 计算机的产生与发展 从使用的元器件角度来看 计算机经历了4代 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模集成电路计算机 摩尔定律 集成电路上能够被集成的元件数目 将以每年翻一番的速度稳定增长 并在今后数十年内保持着这种势头 计算机发展过程中的重要人物 图灵 冯 诺依曼 计算机的产生与发展 计算机目前的应用计算机的发展趋势更高更广更深计算机的分类 1 2计算机中数据的表示方法 1 2 1计算机中的数值 某种计数制每位上可出现的符号的集合叫该数制的数码 每位可出现的数码的个数叫这种进制数的基数 每位上的单位1所代表的数值称为该位的位权 用逢基数进位原则进行计数的方法叫进位计数制 每种进位计数制均可以用多项式之和的方式表示 例如十进制的123 45可表示成 1 102 2 101 3 100 4 10 1 5 10 2二进制的1011 01可表示成 1 23 0 22 1 21 1 20 0 2 1 1 2 2 什么是进位计数制 计算机领域常用什么数制 1 3计算机中信息的表示方法 各种进制数如何区别 书写规则 在数字后面加写相应的英文字母作为标识B Binary 表示二进制数 二进制数的100可写成100B O Octonary 表示八进制数 八进制数的100可写成100O D Decimal 表示十进制数 十进制数的100可写成100D H Hexadecimal 表示十六进制数 十六进制数100可写成100H 一般约定D可省略 即无后缀的数字为十进制数字 各种进制数如何区别 书写规则 在括号外面加数字下标 1101 2 表示二进制数的1101 3174 8 表示八进制数的3174 6678 10 表示十进制数的6678 2DF6 16 表示十六进制数的2DF6 进制之间如何转换 二进制 十进制 计算二进制数多项式之和 例如 1011 01 1 23 0 22 1 21 1 20 0 2 1 1 2 2 8 0 2 1 0 5 0 25 11 75 进制之间如何转换 十进制 二进制 整数与小数分别转换 整数部分采用除二取余法 小数部分采用乘二取整法 例如11 75 整数部分小数部分 0 75 2 1 5 1 0 结果 1011 11 低位 高位 0 5 2 1 10 进制之间如何转换 二进制 八进制 三位并一位 整数部分从右往左数 小数部分从左往右数 100110110111 00101 0 4667 12 100110110111 00101 2 4667 12 8 计算机存储和处理二进制数的单位 位 bit 位是二进制数中的一个数位 可以是 0 或 1 它是计算机中数据的最小单位 称为比特 bit 字节 Byte 将8位二进制数组成一组 称作一个字节 字节是计算机中数据处理和存储容量的基本单位 字节的英文单词Byte简写成B 1B 8bit常用的单位还有KB 千字节 MB 兆字节 GB 千兆字节 等 它们之间的关系是 1KB 210B 1024B 1MB 220B 1024KB 1GB 230B 1024MB 1TB 240B 1024GB 1 2 2数值数据的编码 计算机中数值数据如何表示 在计算机内将数值型数据全面 完整地表示成一个二进制数 机器数 应该考虑四个因素 机器数的范围 机器数的符号 编码方法和机器数中小数点的位置 1 机器数的范围 机器数的表示范围由硬件 CPU中的寄存器 决定 当使用8位寄存器时 字长为8位 一个8位无符号整数的最大值是 11111111 2 255 机器数的范围为0 255 当使用16位寄存器时 字长为16位 一个16位无符号整数的最大值是多少 机器数的范围是什么 2 机器数的符号 规定机器数的最高位为符号位 3 编码方法 用0 1表示正负数 其它位直接表示二进制数值的方法称为 原码 编码 为了方便进行计算 计算机中还经常用 反码 和 补码 表示数据 为什么有原码 还要有反码和补码 什么是反码 反码是计算机内的一种数值编码方法 该编码表示正数的方法与原码相同 表示负数时 将二进制数除符号位之外按位求反 例如 原码 10000111 十进制数 7 反码 111110007位数字位按位求反 0 1 1 0 什么是补码 补码表示正数的方法与原码相同 表示负数时 将二进制数除符号位之外按位求反 末位加1 例如 原码 10000111 十进制数 7 补码 111110017位数字位按位求反 0 1 1 0 末位加1 如何用补码将减法化为加法 在计算机中 计算一个减法 实际是计算加一个负数 例如计算10 7 化成用8位二进制表示 00001010 00000111 用补码加法表示 00001010 11111001 两数相加 00001010 十进制的10 11111001 十进制的 700000011 十进制的3 向高位的进位舍去 4 小数点位置 在计算机内部小数点的位置是隐含的 隐含的小数点位置可以是固定的 也可以是变动的 前者称为 定点数 后者称为 浮点数 定点数 定点数中又有定点整数和定点小数之分 定点整数小数点的位置约定在最低位的右边 用来表示整数 定点小数小数点的位置约定在符号位之后 用来表示小于1的纯小数 如图所示 如果要处理的数既有整数又有小数 用定点数表示会很不方便 这时可采用浮点数 顾名思义 浮点数即小数点浮动的数 一个二进制数N可以表示为 式中的N P S均为二进制数 S称为N的尾数 即全部的有效数字 数值小于1 S前面的 号是尾数的符号 P称为N的阶码 通常是整数 即指明小数点的实际位置 P前面的 号是阶码的符号 浮点数 在计算机中一般浮点数的存放形式如下图所示 计算机中如何表示浮点数 在浮点数表示中 尾数的符号和阶码的符号各占一位 阶码是定点整数 阶码的位数决定了所表示的数的范围 尾数是定点小数 尾数的位数决定了数的精度 例如 上图表示的是 0 1011 2 3 1 2 3字符编码 目前计算机中使用最广泛的字符编码是ASCII码 即美国标准信息交换码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange ASCII包括32个通用控制字符 10个十进制数码 52个英文大小写字母和34个专用符号 共128个元素 用7位二进制数进行编码 通常使用一个字节 即8个二进制位 表示一个ASCII码字符 规定其最高位总是0 GOOD 5个字符的ASCII编码用二进制数表示为 01000111B01001111B01001111B01000100B00100001B 西文编码 ASCII码 GB2312 80 国标码 BIG5码GBK码 汉字编码 Unicode编码 1 3计算机概述 硬件系统 存储器 运算