第1章-计算机基础知识ppt课件

1 2020 4 23 第1章计算机基础知识 1 1计算机的发展1 2计算机的特点1 3计算机的分类与应用1 4计算机系统1 5计算机中信息的表示1 6计算机信息安全 2 2020 4 23 1 1计算机的发展 什么是计算机 计算机是一台能够在其内部存储指令 并对各种数据进行自动加工和处理的电子设备 称为电子计算机 1 1 1第一台计算机的诞生1946年2月在美国宾夕法尼亚大学成功研制出世界上第一台电子数字计算机即ENIAC TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer 3 2020 4 23 1 1计算机的发展 1 1 2计算机发展的几个阶段 第一代电子管计算机 1946年 1958年 第二代晶体管计算机 1959年 1964年 第三代中小规模集成电路计算机 1965年 1971年 第四代大规模 超大规模集成电路计算机 1972年至今 4 2020 4 23 1 1计算机的发展 1 1 3微型计算机的发展1 1 4我国计算机的发展1 1 5未来计算机发展 5 2020 4 23 1 2计算机的特点 计算机具有任何其他计算工具无法比拟的特点 运算速度快运算精度高具有海量存储容量与记忆能力 具有逻辑判断能力自动化程度 6 2020 4 23 1 3计算机的分类与应用 1 3 1计算机的分类根据其用途不同 计算机可分为通用机和专用机 根据计算机的运行速度 字长 存储容量 软件配置及用途等多方面综合性能指标来分类 计算机可分为PC机 微机 工作站 小型机 大型机 巨型机和服务器等几类 7 2020 4 23 PC机 以微处理器为中央处理单元而组成的个人计算机称为PC机 personalcomputer的缩写 又称微机 8 2020 4 23 工作站 工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础 主要面向专业应用领域 具备强大的数据运算与图形 图像处理能力 为满足工程设计 动画制作 科学研究 软件开发 金融管理 信息服务 模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机 9 2020 4 23 小型机 MiniComputer 是计算机中性能较好 价格便宜 应用领域非常广泛的一类计算机 大型机是计算机中通用性能最强 功能 速度 存储量仅次于巨型机的一类计算机 大型机具有比较完善的指令系统和丰富的外部设备 很强的管理和处理数据的能力 一般用在大型企业 金融系统 高校 科研院所等 2020 4 23 10 巨型机又称超级计算机 是指由数百数千甚至更多的处理器 机 组成的 能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机 目前由国防科大研制的 天河二号 超级计算机系统 以峰值计算速度每秒54 9千万亿次 持续计算速度每秒33 9千万亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首 成为全球最快超级计算机 巨型机 11 2020 4 23 服务器 专指某些高性能计算机 能通过网络 对外提供服务 服务器是网络的节点 存储 处理网络上80 的数据 信息 在网络中起到举足轻重的作用 它们是为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机 其高性能主要表现在高速度的运算能力 长时间的可靠运行 强大的外部数据吞吐能力等方面 12 2020 4 23 1 3 2计算机的应用 科学计算科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算 是计算机应用的基本领域 数据处理数据处理又称信息处理 利用计算机对原始数据进行收集 存储 管理 分类 统计 加工 利用 传播等一系列活动的通称 13 2020 4 23 1 3 2计算机的应用 计算机辅助系统 包括CAD CAM CAI CAT CS等 计算机辅助设计 ComputerAidedDesign 简称CAD 计算机辅助制造 ComputerAidedmanufacturing 简称CAM 计算机辅助教学 ComputerAidedInstruction CAI 计算机辅助测试 ComputerAidedTest 简称CAT 计算机模拟 ComputerSimulation 简称CS 14 2020 4 23 1 3 2计算机的应用 过程控制 实时控制 过程控制又称实时控制 是指利用计算机及时采集检测数据 按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制 计算机通信和网络应用计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络 这是微型计算机具有广阔前途的一个应用领域 计算机网络的应用正在影响和改变人们的工作方式与生活方式 并将改变传统的产业结构 促进全球信息产业的发展 15 2020 4 23 1 4计算机系统 一个完整的计算机系统是由硬件 Hardware 系统和软件 Software 系统两部分组成的 硬件是指客观存在的物理实体 是构成计算机看得见 摸得着的物理元件的总称 软件是指运行在计算机硬件上的程序 运行程序所需的数据和相关文档的总称 16 2020 4 23 1 4 1计算机的基本工作原理 1 计算机指令 指令系统 程序 1 指令指令是计算机完成某个基本操作的命令 它能被计算机硬件理解并执行 2 指令的组成计算机指令通常包含操作码和操作数两部分 17 2020 4 23 1 4 1计算机的基本工作原理 计算机系统中所有指令的集合称为计算机的指令系统 3 指令执行过程一条指令的执行过程可以分为下面4步 取出指令 把要执行的指令从内存取到CPU中 分析指令 把指令送到指令译码器中进行分析 执行指令 根据指令译码器的译码结果向各个部件发出相应的控制信号 完成指令规定的操作功能 形成下条指令的地址 为执行下条指令做好准备 18 2020 4 23 1 4 1计算机的基本工作原理 4 程序程序就是为完成某项工作用某种计算机语言编写的一组指令序列 计算机运行程序时 实际上是顺序执行程序中所包含的指令 即不断重复 取出指令 分析指令 执行指令 这个过程 直到构成程序的所有指令全部执行完毕 就完成了程序的运行 实现了相应的功能 19 2020 4 23 1 4 1计算机的基本工作原理 2 计算机基本工作原理计算机的工作方式取决于它的两个基本能力 一是能够存储程序 二是能够自动执行程序 这就是计算机的 存储程序 工作原理 存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯 诺依曼于1946年提出的 20 2020 4 23 1 4 1计算机的基本工作原理 存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法 计算机应包括控制器 运算器 存储器 输入设备和输出设备5个基本部分 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据 将编好的程序和数据存储在内存中 然后计算机自动地从内存中逐条取出指令和数据进行分析 处理和执行 21 2020 4 23 1 4 2计算机的硬件系统 计算机硬件系统由运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备五大基本构件组成 22 2020 4 23 1 控制器 控制器主要由指令寄存器 译码器 程序计数器和控制电路组成 控制器是用来控制计算机各部件协调工作 并使整个处理过程有条不紊地进行 是计算机的指挥中心 它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令 即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码 然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令 执行该指令 23 2020 4 23 2 运算器 运算器又称算术逻辑单元 ArithmeticLogicUnit ALU 是计算机对数据进行加工处理的部件 它的主要功能是执行各种算术运算和逻辑运算 通常把运算器和控制器集成在一起 合称为中央处理单元 CentralProcessingUnit CPU 又称为中央处理器 在微机系统 CPU又称微处理器 24 2020 4 23 3 存储器 存储器具有记忆功能 它的主要功能是用来保存信息 如数据 指令和运算结果等 存储器分为内存储器 简称内存 和外存储器 简称外存 两大类 内存也称主存储器 简称主存 它直接与CPU相连接 存储容量较小 但速度快 用来存放当前运行程序的指令和数据 并直接与CPU交换信息 外存又称辅助存储器 简称辅存 它是内存的扩充 外存存储容量大 价格低 但存储速度较慢 外存不能和CPU直接交换信息 必须通过内存来实现外存和CPU之间的信息交换 不能被计算机系统的其它部件直接访问 25 2020 4 23 4 输入 输出设备 输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序的设备 它是重要的人机接口 它的主要功能是负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制数存放到内存中 输出设备是用于将存放在内存中的数据输出的设备 它的主要功能是负责将计算机处理后的结果转变为人们所能接受的形式并通过显示 打印等方式输出 通常将输入设备和输出设备合称为输入 输出设备 简称I O Input Output 设备 26 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 计算机软件系统可分为系统软件和应用软件两大类 系统软件是负责管理 控制和维护计算机的各种软硬件资源 并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台 应用软件是用户为解决实际问题开发的专门程序 如财务管理软件包 统计软件包等 27 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 常见的系统软件有操作系统 语言处理程序 编译和连接程序 数据库系统 服务程序等 1 操作系统操作系统 OperatingSystem 是控制和管理计算机硬件和软件资源 合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的程序集合 目前常用的操作系统有UNIX LINUX Windows等 28 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 2 语言处理程序为了完成某项工作用计算机语言编写的一组指令的集合就称之为程序 编写程序 和 执行程序 是利用计算机解决问题的主要方法和手段 计算机语言一般分为三类 它们是机器语言 汇编语言和高级语言 对计算机语言进行有关处理 编译 解释和汇编 的程序称为语言处理程序 29 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 机器语言机器语言是直接用二进制代码指令表达的一种计算机语言 机器语言对于机器而言不需要任何翻译 但不易记忆 难于修改 30 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 汇编语言是用能反映指令功能的助记符表达的计算机语言称为汇编语言 Assemblerlanguage 它是符号化的机器语言 用汇编语言写出的程序称为汇编语言源程序 机器无法执行它 必须用计算机配置好的汇编程序把它翻译成机器语言目标程序 机器才能执行 这个翻译过程称为汇编过程 31 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 高级语言高级语言是一种与具体的计算机指令系统表面无关 而且描述方法接近人们对求解过程或问题的表达方法 倾向自然性语言 易于掌握和书写的语言 并具有共享性 独立性 常用的高级程序设计语言有 VisualBasic C JAVA等 32 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 3 编辑输入的高级语言程序称为源程序 源程序经过编译程序的编译生成目标程序 连接程序把这些目标程序组成一个可执行程序 这种方式称为程序的编译执行方式 其执行过程如图所示 33 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 4 服务程序服务程序包括诊断程序和测试程序等 是专门用于计算机硬件性能测试和系统故障诊断维护的系统程序 5 数据库系统数据库系统是一个复杂的系统 它由硬件 操作系统 数据库 数据库管理系统和人员等构成 它实现了有组织地 动态地存储大量关联数据 方便多用户访问 常见的数据库管理系统有Access SQLServer Mysql和Oracle等 34 2020 4 23 1 4 3计算机的软件系统 2 应用软件应用软件是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决实际问题而设计的计算机程序 分为通用软件和专用软件 1 通用软件 是为解决某一类问题而开发的 如 办公软件MSOffice 绘图软件AutoCAD 图像处理软件Photoshop等 2 专用软件 是针对特殊用户的要求而设计的软件 如银行的金融处理系统 企业的财务管理系统 高校学生学籍管理系统 企事业单位职工信息管理系统等等 35 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 1 CPU微型机的中央处理器又称为微处理器 它是整个微型机系统的核心 可以直接访问内存储器 它安装在主板的CPU插座中 是由制作在一块芯片上的运算器 控制器 若干寄存器以及内部数据通路构成的 中央处理器是计算机的心脏 CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次 CPU的型号和时钟频率 主频 是衡量CPU品质高低的重要指标 36 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 2 系统总线总线 Bus 是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路 是计算机各部件之间的传送数据 地址和控制信息的公共通路 总线分为CPU内部使用的内部总线 InternalBus 和CPU对外联系的外部总线 ExternalBus 37 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 外部总线又称为系统总线 它是CPU与内存RAM ROM和输入 输出设备接口之间进行通讯的通路 一般有三组 1 地址总线 AddressBus 传送CPU发出的地址信息 是单向总线 2 数据总线 DataBus 传送数据信息 是双向总线 CPU既可通过数据总线从内存或输入设备读入数据 又可通过数据总线将CPU内部数据送至内存或输出设备 3 控制总线 ControlBus 传送控制信息 有些是CPU向内存及外设发出的信息 有些是外设等发送给CPU的信息 因此 控制总线中每一根线的传送方向是一定的 38 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 3 存储器微型机的存储器分为两大类 一类是内存储器 简称内存或主存 主要是临时存放当前运行的程序和所使用的数据 另一类是外存储器 简称外存或辅存 主要是用于永久存放暂时不使用的程序和数据 39 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 存储器容量的基本单位是字节 Byte 记作B 二进制数只有0和1两个数码 因而常把一位二进制数称为一位 bit 记作b 1个字节包含8位 即1B 8b 在实际中为了便于表示大容量存储器 还常用KB MB GB TB为单位 其换算关系为 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 40 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 1 内存储器 内存 内存用来存放当前正在使用的或经常使用的程序和数据 内存按读 写方式分为随机存储器RAM RandomAccessMemory 和只读存储器ROM ReadonlyMemory 随机存储器 RAM RAM也称为读 写存储器 工作过程中CPU可根据需要随时对其内容进行读或写操作 RAM是易失性存储器 即其内容在断电后会全部丢失 因而只能存放暂时性的程序和数据 41 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 只读存储器 ROM ROM的内容只能读出不能写入 断电后其所存信息仍保留不变 是非易失性存储器 所以ROM常用来存放永久性的程序和数据 高速缓冲存储器Cache为提高CPU的处理速度 计算机中都配有高速缓冲存储器 Cache 也称缓存 它是一种位于CPU与内存之间的存储器 缓存的存取速度比内存要快 所以就提高了CPU处理速度 Cache主要用于存放当前内存中使用最多的程序块和数据块 并以接近CPU工作速度的方式向CPU提供数据 42 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 2 外存储器常用的外存储器有硬盘存储器 光盘存储器 U盘和移动硬盘存储器等 外存储器一般不直接与CPU打交道 外存中的数据应先调入内存 再由微处理器CPU进行处理 43 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 硬盘容量的计算公式为 硬盘容量 柱面数 磁头数 每道扇区数 每个扇区字节数例 一个硬盘由64个磁头 4096个柱面 磁道 每个磁道有64扇区 则此硬盘的容量为 4096 64 64 512B 8GB 硬盘存储器硬盘具有存储容量大 存取速度相对快 可靠性高 每兆字节成本低等优点 影响硬盘的性能指标是存储容量和存取速度 44 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 光盘存储器光盘存储器是一种利用激光技术存储信息的装置 光盘存储器系统是由光盘片 光盘驱动器和光盘控制适配器 只读型光盘 CompactDiskReadOnlyMemory CD ROM 是一种小型光盘只读存储器 它的特点是只能写一次 而且是在制造时由生产厂家预先写入数据或程序 出厂后用户只能读取 而不能写入 修改 一次性写入光盘 CompactDiskRecordable CD R 这种光盘可由用户一次写入 多次读出 读盘的速度高于刻录的速度 可擦除型光盘 CompactDiskReWritable CD RW 这种光盘可由用户反复多次写入 多次读出 45 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 U盘全称USB闪存盘 英文名 USBflashdisk 它通过USB接口与电脑连接 实现即插即用 U盘最大的优点就是 小巧便于携带 存储容量大 价格便宜 性能可靠 U盘内写入的数据可以长期保存 断电后不会丢失 因此可以当作外存来使用 移动硬盘移动硬盘 MobileHarddisk 顾名思义是以硬盘为存储介质 计算机之间交换大容量数据 便携性强的存储产品 移动硬盘多采用USB IEEE1394等传输速度较快的接口 可以较高的速度与系统进行数据传输 46 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 3 输入设备输入设备 InputDevice 向计算机输入数据和信息的设备 是计算机与用户或其他设备通信的桥梁 计算机能够接受各种各样的数据 既可以是数值型的数据 也可以是各种非数值型的数据 如文字 图形 图像 声音等都可以通过不同类型的输入设备输入计算机中 进行存储处理和输出 计算机最基本的输入设备是键盘和鼠标 47 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 1 键盘键盘是计算机中最基本的输入设备 用户可以通过键盘输入命令 数据 程序等信息 或通过一些操作键和组合键来控制信息的输入 编辑 或对系统的运行进行一定程度的干预和控制 它是人机交互的一个主要媒介 按照功能的不同 可以将键盘分为4个键区 分别是主键盘区 功能键区 编辑键区和数字键区 48 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 2 鼠标鼠标是计算机的一种基本输入设备 分有线和无限两种 也是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器 因形似老鼠而得名 鼠标 鼠标的分类可以依据外形分为两键鼠标 三键鼠标 滚轴鼠标和感应鼠标 根据其工作原理来分类 机械式鼠标 光电式鼠标 光机式鼠标 无线鼠标和3D鼠标 鼠标有6种基本操作 可以用来实现不同的功能 它们分别为左单击 右单击 双击 移动 指向 拖曳或拖放 49 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 4 输出设备输出设备负责将主机内的信息转换成数字 文字 符号 图形 图像 声音等形式进行输出 常用的输出设备有显示器 打印机 绘图仪等 1 显示器显示器的主要技术指标为 屏幕尺寸 点距 显示分辨率及刷新频率等 50 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 2 打印机打印机是计算机重要的输出设备 它的作用就是打印输出电脑里的文件 可以打印文字 也可以打印图片 打印机种类很多 按照打印工作原理 可以分为针式 喷墨和激光打印机三大类 51 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 3 绘图仪绘图仪是能按照人们要求自动绘制图形的设备 它可将计算机的输出信息以图形的形式输出 主要可绘制各种管理图表和统计图 大地测量图 建筑设计图 电路布线图 各种机械图与计算机辅助设备图等 按结构和工作原理可以分为滚筒式和平台式两大类 52 2020 4 23 1 4 4微型计算机系统及常用设备 5 微型计算机的主要性能指标 1 运算速度计算机运算速度 是指每秒钟所能执行的指令数 一般用 百万条 秒 MIPS MillionInstructionPerSecond 来描述 微型计算机一般采用CPU主频来描述运算速度 一般说来 CPU主频越高 运算速度就越快 2 字长计算机一次处理的一组二进制数称为一个计算机的 字 而这组二进制数的位数就是 字长 目前的微型计算机都是64位的 3 内存储器容量内存容量的大小反应了计算机即时存储信息的能力 53 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 在冯 诺依曼型计算机中 所有信息 包括数据和指令 都是采用二进制编码 在二进制系统中 只有两个数字 0和1 无论数据和指令 即便是图形 声音等信息 也必须转换成二进制编码形式 才能存入计算机中 采用二进制表示信息有以下优点 易于物理实现二进制运算简单机器可靠性强通用性强 54 2020 4 23 1 5 1计算机中的信息单位 计算机中的信息单位常采用 位 字节 等单位 位 bit 位是度量数据的最小单位 表示一个二进制位字 字节 Byte 一个字节由八位二进制数字组成 1byte 8bit 字长计算机处理信息时 一般以一组二进制数作为一个整体 这组二进制数称为一个字 word 字长是计算机硬件设计的一个 代表了机器的精度 都设为字节的整数倍 计算机中常用的字长有8位 16位 32位 64位等 目前主流的微机都为64位 55 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 1 数的进制数的进制简称数制 就是数的表示规则 在计算机领域内会接触到十进制 二进制 八进制 十六进制等数制 进制的三要素 1 数码 表示数值的基本符号 如 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 2 基数R 表示数制中数码的个数 该数制的计算规则是逢R进一 退一当R 3 权 数制中每一位所对应的固定值 56 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 十六进制用数码A B C D E F分别表示10 11 12 13 14 15 通常用字母D B O H或用下标10 2 8 6分别表示十进制 二进制 八进制和十六进制数 其中十进制可以不作标明 如1020D表示十进制数 110110 2表示二进制数 123 8表示八进制数 15H表示十六进制数 57 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 二进制 八进制 十进制和十六进制这4种进制之间的对应关系如表1 2所示 58 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 数制之间的转换 1 R进制数转换为十进制数方法 数码乘以各自的权累加 其计算结果就是转换后的十进制数 例1 1 将 125 8 1010011 2转换为十进制数 125 8 1 82 2 81 5 80 64 16 5 85 1011011 2 1 26 0 25 1 24 1 23 0 22 1 21 1 20 64 16 8 2 1 91 59 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 2 十进制数转换为R进制数R通常是表示二 八 十六 转换规则分成整数部分和小数部分 整数部分 采用 除以R 倒序取余法 即用十进制数反复地除以R 记下每次所得的余数 直至商为0 将所得余数按最后一个余数到第一个余数的顺序依次排列起来即为转换结果 例1 2 将十进制数 132 10转换成二进制数 132 10 10000100 2 60 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 小数部分 采用 乘以R 顺序取整法 即用十进制小数乘以R 得到一个乘积 将乘积的整数部分取出来 将乘积的小数部分再乘以R 重复以上过程 直至乘积的小数部分为0或满足转换精度要求为止 最后将每次取得的整数依次从左到右排列即为转换结果 将十进制数 0 625 10转换成二进制小数 0 625 10 0 101 2 61 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 例1 4 将十进制数 132 10转换为八进制 132 10 204 8 例1 5 将十进制数 132 10转换为十六进制 132 10 84 16 62 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 3 二进制数与八进制 十六进制数之间的转换由二进制转换成八进制 十六进制 或者做反向的转换 都非常简单 即 1位8进制数可表示成3位二进制数 1位十六进制数可表示为4位二进制数 二进制数与八进制数的相互转换方法 以二进制数的小数点为中心向左和向右两边分组 每三位一组进行分组 两头不足补零 每组数换成对应的十进制数即得到八进制数码 例1 6 将二进制整数10101111001转换成八进制数 10101111001 2 2571 8 63 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 把二进制小数转换成八进制数时应注意以下两点 分组方向是小数点开始从左向右 分组时末尾若不足3位 必须在右边补0 补足3位 否则会出错 例1 7 把二进制数11100101 1101转换成八进制数 11100101 1101 2 345 64 8 64 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 八进制数转换成二进制数的方法与上述转换过程相反 转换时 将每1位八进制数展开为对应的3位二进制数字 然后把这些数字依次拼接起来即得到转换结果 例1 8 把八进制数413 02转换成二进制数 413 02 8 100001011 000010 2 65 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换方法和上述二进制与八进制间的转换相同 只是在转换时 用4位二进制数与1位十六进制数互换 4 八进制数与十六进制数的相互转换这两种数制的相互转换可借助二进制或十进制作为桥梁来进行 例 356 8 11101110 2 EE 16 F2 16 242 10 362 8 66 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 3 计算机中数据的算术运算及逻辑运算 1 二进制的算术运算加法运算规则 0 0 00 1 11 0 11 1 10减法运算规则 0 0 010 1 11 0 11 1 0乘法运算规则 0 x0 01x0 00 x1 01x1 1 67 2020 4 23 1 5 2计算机中数的进制及其转换 2 逻辑运算逻辑与 又称逻辑乘 运算符为 或and 运算规则 0 0 00 1 01 0 01 1 1 见 0 得 0 逻辑或 又称逻辑加 运算符为 或OR 运算规则 0 0 00 1 11 0 11 1 1 见 1 得 1 逻辑非 又称逻辑反 运算符是在逻辑值或变量符号上加 或 not 68 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 1 机器数和真值一个数X的数值和正 负信息在计算机中都要用二进制代码来表示 两者合在一起构成一个数的机内表示形式 这种形式的数称为机器数 而X称为这个机器数的真值 在计算机中用二进制表示数的正 负 规定数的最高位为符号位 用 0 表示正号 用 1 表示负号 例如 在计算机中若用2个字节表示 91 91 则其格式如图所示 69 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 1 定点数数的定点表示是指数据中小数点位置固定不变 一般用来表示一个纯小数或者整数 小数点约定的位置通常有两种 一种把小数点固定在符号位之后 数值部分之前的位置 这时 机器数表示定点小数 数据字表示一个纯小数 一种把小数点固定在数值部分的尾部 这时机器数表示定点整数 数据字表示一个整数 70 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 2 浮点数采用浮点表示法 二进制数N可以表示为 N M 2E 其中2为基数 E为阶码 M为尾数 其在机器中的表示方法如下 110 011B 1 10011 2 10 11001 1 2 10 0 110011 2 11 71 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 3 原码 反码和补码在计算机中 数值和符号 正 负 全部均要数字化表示 常用的编码方法有原码 补码和反码 原码 二进制定点表示法 即最高位为符号位 0 表示正 1 表示负 其余位表示数值的大小 反码 正数的反码与其原码相同 负数的反码是除符号位以外 其余数码位取反 补码 正数的补码与其原码相同 负数的补码是在其反码的末位加1 72 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 例如 X1 68 10 1000100 2 X1 反 X1 补 X1 原 01000100X2 68 10 1000100 2 X2 原 11000100 X2 反 10111011 X2 补 10111100思考 已知补码 求原码 除符号位外 补码先减1后取反 或补码先取反后加1就得原码 73 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 例1 11 用8位表示机器数 计算 100 90 100 原码 100 反码 100 补码 01100100 90 原码 11011010 90 反码 10100101 90 补码 10100110 100 补码 90 补码 00001010 补码 74 2020 4 23 1 5 2计算机中数值的表示 例1 12 计算 90 100 90 100 90 原码 90 反码 90 补码 01011010 100 原码 11100100 100 反码 10011011 100 补码 10011100 90 补码 100 补码 1 1 1补码反码原码 75 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 思考题 1 一个字长为8位的无符号整数能表示的十进制数值范围是多少 2 如果在非零无符号二进制整数之后添加一个0 则此数的值为原数的几倍 3 如果删除非零无符号二进制整数尾部的2个0 则此数的值为原数的几倍 76 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 1 字符编码计算机中英文字符主要用ASCII编码 ASCII码是 美国信息交换标准代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 的简称 ASCII码的编码规则是 ASCII码是7位码 即每个字符用7位二进制数 b6b5b4b3b2b1b0 来表示 共有27 128个字符 在计算机中 每个ASCII码字符可存放在一个字节中 最高位 d7 为校验位用 0 填充 后7位为编码值 77 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 ASCII表中的一些规律 字母和数字的ASCII码是连续的数字ASCII码小于字母ASCII码大写字母ASCII码小于小写字母ASCII码小写字母ASCII码与大写字母ASCII码相差32 78 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 2 汉字编码计算机中汉字的表示也是用二进制编码 根据应用目的不同 汉字编码分为外码 国标码 机内码和字形码等 1 国标码1981年 我国颁布了用于信息处理的汉字国家标准 中华人民共和国国家标准 GB2312 80 通讯用汉字字符集 基本集 该标准通常称为GB2312 80汉字编码标准 简称为汉字国标 它是汉字交换码的国家标准 又称 国标码 该标准收入了6763个常用汉字 其中一级常用汉字3755个 二级不常用汉字3008个 以及英 俄 日文字母与其符号682个 共有7445个符号 任何汉字编码都必须包括该标准规定的这两级汉字 79 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 国标码规定 每个字符由一个2字节编码组成 每个字节的最高位为 0 其余7位用于组成各种不同的码值 如图所示 区位码是国标码的另一种表现形式 把国标GB2312 80中的汉字 图形符号组成一个94 94的方阵 分为94个 区 每区有94个 位 区号 和 位号 的序号都位于01 94之间 区位码按一定规则转换成的二进制代码就是国标码 转换规则为 将一个汉字区位码的区号 位号分别转换成十六进制编码 再分别加上20H就变成了该汉字的国标码 例如 普 的区位码 38532635H国标码 4655H 80 2020 4 23 1 5计算机中信息的表示 2 机内码把国标码的每一个字节的最高位设为1 就变成汉字的机内码 计算机在处理到最高位为 1 的代码时视为汉字字符 最高位为 0 视为ASCII字符 这种处理方式就将汉字符号与ASCII符号区分开来 国标码转换成机内码最简单的转换规则就是 汉字的国标码的每个字节分别加上80H就变成了该汉字的机内码 例如 汉字 大 国标码 3