第一章计算机基础知识

1、第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识1.1 计算机概论计算机概论 电子计算机电子计算机是一种具有信息处理能力的是一种具有信息处理能力的电子装置电子装置 ，它能够从输入设备接收数据，它能够从输入设备接收数据，并可将数据存储在存储器中，通过程序对并可将数据存储在存储器中，通过程序对这些数据处理后再将结果输出。这些数据处理后再将结果输出。1.1.1计算机的发展计算机的发展计算机的诞生计算机的诞生 在在20世纪世纪40年代，由于当时进行的二战急年代，由于当时进行的二战急需高速准确的计算工具，来解决弹道计算问题，需高速准确的计算工具，来解决弹道计算问题，在美国陆军部的主持下，在美国陆军部的主持下，

2、1946年底设计制造了年底设计制造了世界上第一台电子数字积分计算机世界上第一台电子数字积分计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator），并为美国军方使用。），并为美国军方使用。 第一台电子计算机（第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170m218800只只电子管电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW电子管电子管晶体管晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的，是以半导体实质上是按显微比例的真空管建造的，是以半导体材料为基础的单一元件材料为基础的单一元件 。电子管的缺点：电子管的

3、缺点：体积大、耗能高、体积大、耗能高、散热量大、寿命短散热量大、寿命短晶体管的优点：晶体管的优点：体积小、耗能低；体积小、耗能低；性能稳定。性能稳定。晶体管晶体管晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,300将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒每每18个月芯片能力增长一倍。个月芯片能力增长一倍。 计算机第一定律计算机第一定律摩尔定律摩尔定律计算机的发展计算机的发展第一代第一代（19461957）电子管电子管几千几千几万（次几万（次/ /秒）秒

4、）体积大、能耗高、速度慢、体积大、能耗高、速度慢、容量小、价格昂贵容量小、价格昂贵第二代第二代（19581964）晶体管晶体管几十万（次几十万（次/秒）秒）比第一代体积小、成本低、比第一代体积小、成本低、功能强、可靠性高功能强、可靠性高第三代第三代（19651969）集成电路集成电路几十万几十万几百万（次几百万（次/秒）秒）可靠性和存储容量进一步提高可靠性和存储容量进一步提高通用化、系列化、标准化通用化、系列化、标准化第四代第四代（1970年至今）年至今）大大/超大规模集成电路超大规模集成电路几千万几千万几亿（次几亿（次/秒）秒）软硬件功能都更加完备软硬件功能都更加完备 n第五代计算机是把信息

5、采集、存储、处理、通信同人工第五代计算机是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。智能结合在一起的智能计算机系统。1982年日本提出了年日本提出了“第第5代计算机代计算机”研发计划；研发计划；PROLOG语言成为核心语语言成为核心语言，并成为与言，并成为与LISP语言并驾齐驱的人工智能语言，即所语言并驾齐驱的人工智能语言，即所谓的谓的“非冯非冯诺依曼语言诺依曼语言”。n生物计算机：采用生物芯片，利用化学反应工作。生物计算机：采用生物芯片，利用化学反应工作。n光计算机光计算机 :光束代替电子，通过光信号存储和处理信息。光束代替电子，通过光信号存储和处理信息。n目前，新一

6、代计算机正处在设想和研制阶段。新一代计目前，新一代计算机正处在设想和研制阶段。新一代计算机由处理数据信息为主，转向处理知识信息为主算机由处理数据信息为主，转向处理知识信息为主 。第五代计算机第五代计算机1.1.2计算机的特点计算机的特点n运算速度快运算速度快 ：当今计算机系统的运算速度已达到每秒万：当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次亿次 。n计算精确度高计算精确度高 ：一般计算机可以有十几位甚至几十位：一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制二进制)有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几几 。n存储容量大存储容量大：计算机不仅能进行计算，而且能

7、把参加运：计算机不仅能进行计算，而且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，这算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，这使计算机具有了使计算机具有了“记忆记忆”功能。功能。n具有记忆和逻辑判断能力具有记忆和逻辑判断能力 ：计算机可以对各种信息：计算机可以对各种信息(如如语言、文字、图形、图像、音乐等语言、文字、图形、图像、音乐等)通过编码技术进行算通过编码技术进行算术运算和逻辑运算，甚至进行推理和证明。术运算和逻辑运算，甚至进行推理和证明。 n有自动控制能力有自动控制能力 ：计算机十分严格地按程序规定的步骤：计算机十分严格地按程序规定的步骤操作，整个过程不需人工干预。操作

8、，整个过程不需人工干预。 1.1.3计算机的分类计算机的分类n计算机按计算机按处理的对象处理的对象划分可分为模拟计算机、划分可分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机。数字计算机和混合计算机。n根据其根据其用途用途不同，计算机可分为通用机和专用不同，计算机可分为通用机和专用机两类。机两类。 n计算机根据其计算机根据其规模规模可分为巨型机、小巨型机、可分为巨型机、小巨型机、大型主机、小型机、微机和图形工作站等。大型主机、小型机、微机和图形工作站等。 计算机的分类计算机的分类 按处理对象按处理对象 n模拟计算机模拟计算机：指专用于处理连续的电压、温度、速度等模：指专用于处理连续的电压、温度、速度等模

9、拟数据的计算机。其特点是参与运算的数值由不间断的连拟数据的计算机。其特点是参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的；由于受元器件质量影响，续量表示，其运算过程是连续的；由于受元器件质量影响，其计算精度较低，应用范围较窄。模拟计算机目前已很少其计算精度较低，应用范围较窄。模拟计算机目前已很少生产。生产。n数字计算机数字计算机：指用于处理数字数据的计算机。其特点是数：指用于处理数字数据的计算机。其特点是数据处理的输入和输出都是数字量，参与运算的数值用非连据处理的输入和输出都是数字量，参与运算的数值用非连续的数字量表示，具有逻辑判断等功能。数字计算机是以续的数字量表示，具有逻辑判断等功

10、能。数字计算机是以近似人类大脑的近似人类大脑的“思维思维”方式进行工作的，所以又被称为方式进行工作的，所以又被称为“电脑电脑”。n混合计算机混合计算机：指模拟技术与数字计算灵活结合的电子计算：指模拟技术与数字计算灵活结合的电子计算机，输入和输出既可以是数字数据，也可以是模拟数据。机，输入和输出既可以是数字数据，也可以是模拟数据。 计算机的分类计算机的分类 按用途按用途n通用计算机通用计算机：通用计算机适用于解决一般问题，其适应性：通用计算机适用于解决一般问题，其适应性强、应用面广，如科学计算、数据处理和过程控制等，但强、应用面广，如科学计算、数据处理和过程控制等，但其运行效率、速度和经济性依据

11、不同的应用对象会受到不其运行效率、速度和经济性依据不同的应用对象会受到不同程度的影响。同程度的影响。n专用计算机专用计算机：专用计算机用于解决某一特定方面的问题，：专用计算机用于解决某一特定方面的问题，配有为解决某一特定问题而专门开发的软件和硬件，应用配有为解决某一特定问题而专门开发的软件和硬件，应用于如自动化控制、工业仪表、军事等领域。专用计算机针于如自动化控制、工业仪表、军事等领域。专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性，但对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性，但它的适应性较差，不适于其他方面的应用。它的适应性较差，不适于其他方面的应用。n巨型机巨型机：又称超

12、级计算机，一般用于国防尖端技术和现：又称超级计算机，一般用于国防尖端技术和现代科学计算等领域。运算速度可达几百亿次每秒。代科学计算等领域。运算速度可达几百亿次每秒。n小巨型机小巨型机：又称小超级计算机或桌上型超级电脑，典型：又称小超级计算机或桌上型超级电脑，典型产品有美国产品有美国Convex公司的公司的C-1，C-3，C-3等和等和Alliant公公司的司的FX系列等。系列等。n大型主机大型主机：大型、通用、综合处理能力强、性能覆盖面：大型、通用、综合处理能力强、性能覆盖面广。主要应用于大公司、银行、政府部门和制造企业等广。主要应用于大公司、银行、政府部门和制造企业等大型机构中。大型机构中。

13、计算机的分类计算机的分类 按规模按规模n小型机小型机：体积小、价格低、性价比高、易于操作和维护。：体积小、价格低、性价比高、易于操作和维护。广泛用于工业控制、数据采集、企业管理及大学和研究广泛用于工业控制、数据采集、企业管理及大学和研究所的科学计算。所的科学计算。n微型机微型机：简称微机，是当今世界上使用最广泛、产量最：简称微机，是当今世界上使用最广泛、产量最大的一类计算机。从大的一类计算机。从1971年年Intel公司成功地在一块芯片公司成功地在一块芯片上实现了中央处理器的功能，研制出世界上第一片微处上实现了中央处理器的功能，研制出世界上第一片微处理器理器MPU以来，微型机的性能迅速提高。以

14、来，微型机的性能迅速提高。 n图形工作站图形工作站：工作站是介于微型机和小型机之间的一种：工作站是介于微型机和小型机之间的一种高档微机系统。有较强的图形功能和数据处理能力。高档微机系统。有较强的图形功能和数据处理能力。 计算机的分类计算机的分类 按规模按规模1.1.4计算机的应用领域计算机的应用领域n科学计算科学计算：也称数值计算。计算机最开始是为解决科学：也称数值计算。计算机最开始是为解决科学 研究和工程设计中遇到的大量数学问题的数值计算而研研究和工程设计中遇到的大量数学问题的数值计算而研 制的计算工具。制的计算工具。 n数据处理数据处理 ：信息处理已成为当代计算机的主要任务。：信息处理已成

15、为当代计算机的主要任务。n过程控制过程控制 ：是指用计算机作为控制部件对单台设备或整：是指用计算机作为控制部件对单台设备或整 个生产过程进行控制。个生产过程进行控制。1.1.4计算机的应用领域计算机的应用领域n计算机辅助系统计算机辅助系统：是指能够部分或全部代替人完成各项：是指能够部分或全部代替人完成各项 工作（如设计、制造及教学等）的计算机应用系统。目工作（如设计、制造及教学等）的计算机应用系统。目 前主要包括前主要包括CAD、CAM、CAI等。等。n人工智能人工智能 ：人工智能：人工智能(Artificial Intelligence，简称，简称AI)。 是用计算机来模拟人的智能，从而代替

16、人的部分脑力劳是用计算机来模拟人的智能，从而代替人的部分脑力劳 动。动。 n多媒体技术应用多媒体技术应用 n计算机仿真计算机仿真1.1.5计算机的发展趋势计算机的发展趋势n巨型化巨型化 ：发展高速度、大容量、功能强大的超级计：发展高速度、大容量、功能强大的超级计算机，用于处理庞大而复杂的问题。算机，用于处理庞大而复杂的问题。n微型化微型化 ：发展体积小、重量轻、功能强、价格低、：发展体积小、重量轻、功能强、价格低、可靠性高、适用范围广的计算机系统。可靠性高、适用范围广的计算机系统。n网络化网络化：利用通信技术将地理位置分散的多台计算：利用通信技术将地理位置分散的多台计算机互连起来，组成能相互交

17、流信机互连起来，组成能相互交流信 息的计算机系统。息的计算机系统。n智能化智能化：让计算机能够模拟人类的智能：让计算机能够模拟人类的智能 活动，包括活动，包括感知、判断、理解、学习、问题求解等内容。感知、判断、理解、学习、问题求解等内容。n多媒体化多媒体化：是结合文字、图形、影像、声：是结合文字、图形、影像、声 音、动画音、动画等各种媒体的一种应用。等各种媒体的一种应用。计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标n字长字长：字长是：字长是CPU能够直接处理的二进制数据位数。常能够直接处理的二进制数据位数。常 见的字长有见的字长有8位、位、16位、位、32位、位、64位等。位等。n运算速度运算速度

18、：运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令：运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令 条数，一般用条数，一般用MIPS(Million Instructions Per Second 的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数)为单位。为单位。n主频主频：主频是指计算机的时钟频率，单位用：主频是指计算机的时钟频率，单位用MHz（兆赫（兆赫 ，1MHz=106Hz）表示。）表示。 n内存容量内存容量：内存容量是指内存储器中能够存储信息的总：内存容量是指内存储器中能够存储信息的总 字节数，一般以字节数，一般以KB、MB、GB、TB和和PB来表示，它们来表示，它们

19、之间的换算关系如下：之间的换算关系如下： 1KB=1024B=210B,1MB=1024KB=220B, 1GB=1024MB=230B,1TB=1024GB=240B, 1PB=1024TB=250Bn外设配置外设配置：外设是指计算机的输入：外设是指计算机的输入/输出设备输出设备 n软件配置软件配置：包括操作系统、计算机语言、数据库语言、：包括操作系统、计算机语言、数据库语言、 数据库管理系统、网络通信软件、汉字支持软件及其他数据库管理系统、网络通信软件、汉字支持软件及其他 各种应用软件。各种应用软件。 计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标1.2 信息社会与计算机文化信息社会与计算机文化

20、n计算机的发展和广泛应用计算机的发展和广泛应用 ，标志着人类已经开始步，标志着人类已经开始步入了以计算机为主要应用工具的信息化时代。入了以计算机为主要应用工具的信息化时代。n计算机是信息社会的支柱计算机是信息社会的支柱。它作为信息处理的工具，。它作为信息处理的工具，在信息存储、处理、交流传播方面充当着核心的角在信息存储、处理、交流传播方面充当着核心的角色。色。 n以计算机为核心的信息技术已形成为对当代人类社以计算机为核心的信息技术已形成为对当代人类社会产生全面影响的一种文化形态会产生全面影响的一种文化形态计算机文化。计算机文化。n目前，计算机文化的影响已全方位地渗透到人类社目前，计算机文化的影

21、响已全方位地渗透到人类社会的各个方面，深刻地改变了人们的生产方式、生会的各个方面，深刻地改变了人们的生产方式、生活方式及思维方式。活方式及思维方式。1.3 计算机中信息的表示计算机中信息的表示n数据数据是指能够输入计算机并由计算机处理的符号，是指能够输入计算机并由计算机处理的符号， 如数字、字母、符号等。如数字、字母、符号等。n信息信息则是数据所表达的含义，是人们通过对数据的则是数据所表达的含义，是人们通过对数据的 分析与理解而得到的。分析与理解而得到的。n数据是信息的载体，是信息的具体表示形式。数据是信息的载体，是信息的具体表示形式。 1.3.1 数制数制 进位计数制进位计数制是指用一组特定

22、的数字符号按是指用一组特定的数字符号按照一定的进位规则来表示数目的计数方法。照一定的进位规则来表示数目的计数方法。 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法进位计数制概述进位计数制概述（1 1）现实世界中，普遍习惯使用十进制，特点：）现实世界中，普遍习惯使用十进制，特点：十个不同十个不同 的基本符号（称为：基数）：的基本符号（称为：基数）：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9(9(基符基符) )逢十进一（没有十）：逢十进一（没有十）：0 0、1 1、9 9、1010、1111、2020（2 2）计算机中，通常使用二进制，特点：）计算机中，通常使用二进制，特

23、点：二个不同二个不同 的基本符号（基数为二）：的基本符号（基数为二）：0 0、1 1逢二进一（没有二）：逢二进一（没有二）：0 0、1 1、1010、1111、100100、（3 3）其它进位计数制的例子）其它进位计数制的例子时间：秒时间：秒- -分分- -时：时：0 0、1 1、5959；6060进制进制 八进制：八进制：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7 十六进制：十六进制：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、 A A、B B、C C、D D、E E、F F（4）十进制与二进制）十进制与二进制彼此一一对应彼此一一对应十

24、进制十进制0123456789101112二进制二进制01101110010111011110001001101010111100（5）计算机使用二进制的理由）计算机使用二进制的理由计算机是电子设备，核心是电子电路计算机是电子设备，核心是电子电路用电子元件电位的低和高就可以表示用电子元件电位的低和高就可以表示二进制所有符号二进制所有符号0、1运算规则简单：运算规则简单：加法：加法：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法：乘法：0 x0=0，0 x1=0，1x0=0，1x1=1计算机中实现二进制符号表示及其计算机中实现二进制符号表示及其运算都比使用十进制简单得多运算都比使用十进制简

25、单得多进位计数制重要概念进位计数制重要概念1、基数基数进位计数制中使用不同符号的个数进位计数制中使用不同符号的个数十进制基数为十进制基数为10二进制基数为二进制基数为 2R 进制基数为进制基数为 R2、位权位权例：例：234.56=2x102+3x101+4x100+5x10-1+6x10-2 位权位权 一个数中各位数字一个数中各位数字为为1时时代表的数值。（位权是一代表的数值。（位权是一个个乘方值乘方值，底数底数为进位计数制的为进位计数制的基数基数，而，而指数指数由各位数字在由各位数字在数中的数中的位置来决定位置来决定。）。） 上例中上例中102 、101 、100 、10-1 、10-2分

26、别是百位、十位、个分别是百位、十位、个位、十分位、百分位的位权位、十分位、百分位的位权思考：思考：二进制（二进制（110.01）2的位权怎么表示？的位权怎么表示？(110.01)2=122+121+020+02-1+12-2正规的表示正规的表示：1(10)10+1(10)1+0(10)0+ 0(10)-1+1(10)-10常用进位制的介绍常用进位制的介绍数制数制进位规则进位规则基数基数基本符号基本符号位权位权数制标识数制标识 二进制二进制（Binary ）逢二进一逢二进一20、12i下标下标2或或数字数字B八进制八进制（Octal）逢八进一逢八进一8078i下标下标8或或数字数字O十进制十进制

27、（Decimal）逢十进一逢十进一100910i下标下标10或或数字数字D十六进制十六进制（Hex）逢十六进逢十六进一一1609、AF16i下标下标16或或数字数字H十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系十进十进制制二进二进制制八进八进制制十六进十六进制制十进十进制制二进二进制制八进八进制制十六进十六进制制01234567801101110010111011110000123456710012345678910111213141516171001101010111100110111101111100001000111121314151617

28、20219ABCDEF10111.3.2 不同计数制之间的转换不同计数制之间的转换（1）R进制转换成十进制进制转换成十进制 基数为基数为R的数字，只要将各位数字与它的位权相乘求和就是十进制的数字，只要将各位数字与它的位权相乘求和就是十进制数。数。n例例1：（：（1111.11）2 = 123+122+121+120 +12-1 +12-2=（15.75）10n例例2：（：（3506.2）8 = 383+582+081+680 +28-1 =（1862.25） 10n例例3：（：（A10B.8）16 =10163+1162+0161+11160 +816-1= （41227.5）10（2）十进制

29、转换为）十进制转换为R进制进制推导过程，以二进制为例推导过程，以二进制为例令：令： （157）10 =（Dm-1 Dm-2D0 ）2即：即： （157）10 = Dm-1 x2m-1+ Dm-2x2m-2 + D1x21 + D0 x20（1） 等式等式（1）两边同除以两边同除以2（商（商)78+（余数（余数)1=Dm-1 x2m-2+ Dm-2x2m-3 +D1x20+D0/2（2） 可以确定：可以确定：(左边的余数左边的余数) 1 = (右边最低位右边最低位)D0 两边继续同除以两边继续同除以2，取余数；依次求得，取余数；依次求得D1，D2，n方法方法：整数部分整数部分：除以基数取余数，直

30、至商为零，余数逆序排列：除以基数取余数，直至商为零，余数逆序排列 小数部分小数部分：乘以基数取整，直至满足精度为止，整数顺序排列：乘以基数取整，直至满足精度为止，整数顺序排列n例例4：十进制数转换为二进制数：十进制数转换为二进制数（13.8775）10 =（ ）2 余数余数 2 13 2 6 1 低位低位2 3 0 2 1 1 0 1 高位高位 0.8775 2整数整数1 1.7550 0.755 2整数整数1 1.510 0.51 2整数整数1 1.02整数部分转换：整数部分转换：小数部分转换：小数部分转换：1101 .111n例例5：十进制数转换为八进制数：十进制数转换为八进制数 （279

31、.6875）10 =（ ）8 余数余数 8 279 8 34 7 低位低位8 4 2 0 4 高位高位 0.6875 8整数整数5 5.5000 0. 5 8整数整数4 4.0427.54整数部分转换：整数部分转换：小数部分转换：小数部分转换：n例例6：十进制数转换为十六进制数：十进制数转换为十六进制数 （172.6875）10 =（ ）16 余数余数 16 17216 10 C 低位低位 0 A 高位高位 0.6875 16 41250 6875 整数整数B 11.0000整数部分转换：整数部分转换：小数部分转换：小数部分转换：AC.B（3）二、八、）二、八、十六进制的相互转换十六进制的相互

32、转换n思考：这三种进制之间有什么联系？思考：这三种进制之间有什么联系？二进制二进制000001010011100101110111 3个二进制位的八种不个二进制位的八种不同排列表示了从同排列表示了从07的数的数字，这刚好是八进制位可字，这刚好是八进制位可以表示的数据。以表示的数据。 因此，因此，每位八进制数每位八进制数相当于三位二进制数。相当于三位二进制数。 4个二进制位的十六种个二进制位的十六种不同排列表示了从不同排列表示了从015的的数字，这刚好是十六进制数字，这刚好是十六进制位可以表示的数据。位可以表示的数据。 因此，因此，每位十六进制每位十六进制数相当于四位二进制数。数相当于四位二进制

33、数。八进制八进制01234567十六进制十六进制0123456789ABCDEF二进制二进制0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111n思考思考：二进制如何分节？如二进制如何分节？如1011.01 n 注意：注意：在转换时，位组划分是以小数点为中心向左在转换时，位组划分是以小数点为中心向左右两边延伸，中间的右两边延伸，中间的0不能省略，两头不够时可以补不能省略，两头不够时可以补0。n例例7：二进制数与八进制数之间的转换：二进制数与八进制数之间的转换 二进制数（二进制数（1011010.1）2转换成八进制数转换

34、成八进制数 二进制数分节二进制数分节 001 011 010 . 100 八进制数八进制数 1 3 2 . 4 因此（因此（1011010.1）2 = （132.4）8 八进制数（八进制数（25.63）8转换成二进制数转换成二进制数 八进制数八进制数 2 5 . 6 3 二进制数二进制数 010 101 . 110 011 因此（因此（25.63）8 = （10101.110011）2n例例8：二进制数与十六进制数之间的转换：二进制数与十六进制数之间的转换 二进制数（二进制数（1011010.1）2转换成十六进制数转换成十六进制数 二进制数分节二进制数分节 0101 1010 . 1000 十

35、六进制数十六进制数 5 A . 8 因此（因此（1011010.1）2 = （5A.8）16 十六进制数（十六进制数（F7.28）16转换成二进制数转换成二进制数 十六进制数十六进制数 F 7 . 2 8 二进制数二进制数 1111 0111 . 0010 1000 因此（因此（F7.28）16 = （11110111.00101）21.3.3 二进制的运算二进制的运算算术运算算术运算加法运算加法运算1.进位规则：逢二进一。进位规则：逢二进一。2.运算法则：运算法则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10（向高位（向高位进位）。进位）。乘法运算乘法运算1.运算法则：运算法则：00=0

36、，0l=0，10=0，11=1。2.eg逻辑运算逻辑运算n逻辑代数（布尔代数）中的逻辑变量，只能取两个值：“真”或“假”。这两个值称为逻辑常量。对逻辑量进行的运算称为逻辑运算。n在计算机中，用二进制数“1”表示逻辑值“真”，用“0”表示逻辑值“假”，这样，就能方便地进行逻辑运算。计算机对二进制数的逻辑运算是按位进行的。 异或异或” 运算运算 XOR 1=1 1 XOR 0=1 XOR 0=0 1 XOR 1=0 1.3.4 带符号数的表示带符号数的表示真值与机器数真值与机器数n在计算机中只能用数字化信息来表示数的在计算机中只能用数字化信息来表示数的正、负，人们规定用正、负，人们规定用“0”表示

37、正号表示正号，用，用“1”表示负号表示负号。在计算机内部，数字和符号都。在计算机内部，数字和符号都用二进制代码表示，两者合在一起构成数用二进制代码表示，两者合在一起构成数的机内表示形式，称为的机内表示形式，称为机器数机器数。而它真正。而它真正表示的数值称为这个机器数的真值表示的数值称为这个机器数的真值 。原码、补码和反码原码、补码和反码n原码表示法：原码表示法： 原码表示法是机器数的一种简单的表示法。原码表示法是机器数的一种简单的表示法。其符号位用其符号位用0表示正号，用表示正号，用1表示负号，数表示负号，数值一般用二进制形式表示。值一般用二进制形式表示。例：例：6在计算机中的原码表示为：在计

38、算机中的原码表示为：0000 0110 -6在计算机中的原码表示为：在计算机中的原码表示为：1000 0110n补码表示法：补码表示法： 机器数的补码可由原码得到。如果机器数机器数的补码可由原码得到。如果机器数是正数，则该机器数的补码与原码一样；是正数，则该机器数的补码与原码一样；如果机器数是负数，则该机器数的补码是如果机器数是负数，则该机器数的补码是对它的原码（除符号位外）各位取反，并对它的原码（除符号位外）各位取反，并在末位加在末位加1而得到的。而得到的。 例：例：6(0000 0110)的补码表示为：的补码表示为：0000 0110 -6(1000 0110)的补码表示为：的补码表示为：

39、1111 1010n反码表示法：反码表示法： 机器数的反码可由原码得到。如果机器数机器数的反码可由原码得到。如果机器数是正数，则该机器数的反码与原码一样；是正数，则该机器数的反码与原码一样；如果机器数是负数，则该机器数的反码是如果机器数是负数，则该机器数的反码是对它的原码（符号位除外）各位取反而得对它的原码（符号位除外）各位取反而得到的。反码通常作为求补过程的中间形式，到的。反码通常作为求补过程的中间形式，即在一个负数的反码的末位上加即在一个负数的反码的末位上加1，就得到，就得到了该负数的补码。了该负数的补码。例：例：6(0000 0110)的反码表示为：的反码表示为：0000 0110 -6

40、(1000 0110)的反码表示为：的反码表示为：1111 10011.3.5 数据的存储数据的存储n在计算机内部，常用的存储单位有在计算机内部，常用的存储单位有位位、字节字节和和字字。 n位位(bit)。bit音译为比特（或译为位元），它是指音译为比特（或译为位元），它是指二进制数的一个位。位是计算机数据的最小单位。二进制数的一个位。位是计算机数据的最小单位。一个位只能表示一个位只能表示0和和1两种状态（两种状态（21）：两个位可）：两个位可以表示以表示00，01，10，11四种状态（四种状态（ 22 ）；三个）；三个位可以表示位可以表示000，001，111八种状态（八种状态（ 23 ），

41、），依此类推。依此类推。 n字节（字节（Byte）: 通常把通常把8个二进制位作为一个字节，即个二进制位作为一个字节，即1Byte=8bit。一个字节一般可用来存放一个字。一个字节一般可用来存放一个字符或一个从符或一个从0255之间的数。之间的数。n字（字（Word）： 字是指计算机内部一次基本动作可同时处理的字是指计算机内部一次基本动作可同时处理的二进制代码。字所含有的二进制位数称为字长。二进制代码。字所含有的二进制位数称为字长。例如例如32位字长的计算机，即表示计算机能一次位字长的计算机，即表示计算机能一次并行传送和运算并行传送和运算32位二进制数。现代计算机的位二进制数。现代计算机的字长

42、通常是字节的整数倍，如字长通常是字节的整数倍，如16位、位、32位、位、64位等。位等。 1.3.6 常用的数据编码常用的数据编码n在计算机内部，各种信息（数值、字符、在计算机内部，各种信息（数值、字符、图像、图形、声音等）都必须经过数字化图像、图形、声音等）都必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理。将各类编码后才能被传送、存储和处理。将各类信息转换成由二进制数信息转换成由二进制数0和和1代码，即代码，即编码编码。n用四位二进制数来直接表示一位十进制数，这种用四位二进制数来直接表示一位十进制数，这种表示方法称为二表示方法称为二十进制编码或十进制编码或BCD（Binary Coded Dec

43、imal）编码。因四位二进制编码自左）编码。因四位二进制编码自左向右每一位对应的权为向右每一位对应的权为8、4、2、1，所以这种编，所以这种编码也称为码也称为8421BCD码。码。n 【举例举例】 十进制数十进制数648.25的的8421BCD码可写为码可写为0110 0100 1000.0010 0101； 而而BCD码码0001 0010 1001.0011 0110对应的十进制数为对应的十进制数为129.36。 1、数字编码、数字编码 文字信息和控制信息是用各种字符来表文字信息和控制信息是用各种字符来表示的，而这些字符必须按一定规则用二示的，而这些字符必须按一定规则用二进制编码表示，计算

44、机才能所识别。常进制编码表示，计算机才能所识别。常使用的字符编码有使用的字符编码有ASCII码、码、EBCDIC和和Unicode等。等。 2、字符编码、字符编码nASCII码：码： 是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，全称叫美国国家信息交换标准代码（全称叫美国国家信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange）。）。ASCII码是目前国际上使用最广泛的计算机字符编码是目前国际上使用最广泛的计

45、算机字符编码。码。nASCII码的编码规则为：码的编码规则为：0b7b6b5b4b3b2b1n见书见书P20nEBCDIC代码代码 即扩展二十进制交换码（即扩展二十进制交换码（Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code）。主要用在）。主要用在IBM公司的计算机中，公司的计算机中， 采用采用8位二进制表示，有位二进制表示，有256个编码状态。个编码状态。 nUnicode码码nEBCDIC和和ASCII码所表示的字符，对于英语和西欧码所表示的字符，对于英语和西欧地区语言已经够用了。但对于中国等亚洲国家所用地区语言已经够用了。但对于中国等亚洲国家所

46、用的表意文字的表示则远远不够，于是就出现了的表意文字的表示则远远不够，于是就出现了Unicode码。码。Unicode是一种是一种16位的编码，能够表位的编码，能够表示示65000个字符或符号。而目前世界上的各种语言个字符或符号。而目前世界上的各种语言一般都只用到一般都只用到34000多个符号，所以多个符号，所以Unicode可以可以用于大多数的语言。用于大多数的语言。nUnicode与与ASCII码完全兼容。可在码完全兼容。可在Windows NT、OS/2、Office2000等软件中使用。等软件中使用。 汉字与西方文字不同，它是一种象形文字。要汉字与西方文字不同，它是一种象形文字。要在计

47、算机中处理汉字，必须将汉字代码化，即在计算机中处理汉字，必须将汉字代码化，即对汉字进行编码。对应于汉字处理过程中的输对汉字进行编码。对应于汉字处理过程中的输入、内部处理及输出三个主要环节，每一个汉入、内部处理及输出三个主要环节，每一个汉字的编码都包括字的编码都包括输入码、交换码、内部码输入码、交换码、内部码和和字字形码形码。在计算机的汉字信息处理系统中，处理。在计算机的汉字信息处理系统中，处理汉字时要进行如下代码的转换：输入码汉字时要进行如下代码的转换：输入码交换交换码码内部码内部码字形码。字形码。 3、汉字编码、汉字编码n输入码输入码 为了利用计算机上现有的标准西文键盘来输入汉为了利用计算机

48、上现有的标准西文键盘来输入汉字，必须为汉字设计输入编码，输入码也称为外字，必须为汉字设计输入编码，输入码也称为外码。按照不同的设计思想，可把数量众多的输入码。按照不同的设计思想，可把数量众多的输入码归纳为四大类：数字编码、拼音码、字形码和码归纳为四大类：数字编码、拼音码、字形码和音形码。其中，目前应用最广泛的是拼音码和字音形码。其中，目前应用最广泛的是拼音码和字形码。形码。n交换码交换码 交换码用于汉字外码和内部码的交换。我国于交换码用于汉字外码和内部码的交换。我国于1981年颁行的年颁行的信息交换用汉字编码字符集，基信息交换用汉字编码字符集，基本集本集（代号为（代号为GB231280）是交换

49、码的国家）是交换码的国家标准，所以交换码也称为国标码。国标码是双字标准，所以交换码也称为国标码。国标码是双字节代码，即用两个字节为一个汉字编码，每个字节代码，即用两个字节为一个汉字编码，每个字节的最高位为节的最高位为“0”。 n内部码内部码 内部码是汉字在计算机内的基本表示形式，是内部码是汉字在计算机内的基本表示形式，是计算机对汉字进行识别、存储、处理和传输所计算机对汉字进行识别、存储、处理和传输所用的编码。内部码也是双字节编码，将国标码用的编码。内部码也是双字节编码，将国标码两个字节的最高位都置为两个字节的最高位都置为“1”，即转换成汉字，即转换成汉字的内部码。计算机信息处理系统就是根据字符

50、的内部码。计算机信息处理系统就是根据字符编码的最高位是编码的最高位是“1”还是还是“0”来区分汉字字符来区分汉字字符和和ASCII码字符。码字符。n字形码字形码 字形码是表示汉字字形信息（汉字的结构、形状、字形码是表示汉字字形信息（汉字的结构、形状、笔划等）的编码，用来实现计算机对汉字的输出笔划等）的编码，用来实现计算机对汉字的输出（显示、打印）。由于汉字是方块字，因此字形（显示、打印）。由于汉字是方块字，因此字形码最常用的表示方式是点阵形式，有码最常用的表示方式是点阵形式，有1616点阵、点阵、2424点阵、点阵、3232点阵、点阵、4848点阵等等。点阵等等。例如，例如，1616点阵的含义

51、为：用点阵的含义为：用256（1616=256）个点来表示一个汉字的字形信息。）个点来表示一个汉字的字形信息。 计算机系统组成与基本工作原理计算机系统组成与基本工作原理计算机系统结构计算机系统结构计算机系统硬 件 系 统软 件 系 统主 机中 央 处 理 器 CPU内 存 储 器运 算 器控 制 器外 围 设 备外 存 储 器输 入 设 备输 出 设 备系 统 软 件操 作 系 统语 言 编 译 解 释 系 统系 统 服 务 程 序数 据 库 管 理 系 统应 用 软 件程 序 设 计 语 言文 字 处 理 软 件 John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼1949 一、计算机工作原理

52、一、计算机工作原理冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机存储程序工作原理存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放所要执行的程（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。指令任务为止。程序和指令是一组计算机能识别并能执行的各种基本操作命令。是一组计算机能识别并能执行的

53、各种基本操作命令。所有的指令的所有的指令的称为计算机的称为计算机的是为完成某项工作而用某种计算机语言是为完成某项工作而用某种计算机语言编写的编写的。机器指令格式机器指令格式操作码操作码操作数操作数机器执行什么操作机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）n计算机执行指令的过程：计算机执行指令的过程： 将要执行的指令从内存调入将要执行的指令从内存调入CPU，由，由CPU对该条指令进对该条指令进行分析译码，判断该指令所要完成的操作，然后向相应部件行分析译码，判断该指令所要完成的操作，然后向相应部件发出完成操作的控制信号，从而完成该指令的功能。发出完成操作的控制信号，从

54、而完成该指令的功能。n程序的执行过程：程序的执行过程： CPU从内存中读取一条指令到从内存中读取一条指令到CPU内执行，该指令执行内执行，该指令执行完，再从内存读取下一条指令到完，再从内存读取下一条指令到CPU内执行。内执行。CPU不断地读不断地读取指令、执行指令，直至执行完所有的指令。整个过程由计取指令、执行指令，直至执行完所有的指令。整个过程由计算机协同操作完成。算机协同操作完成。二、计算机硬件系统二、计算机硬件系统n一台计算机应由五个基本部分组成：一台计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备存储器、输入设备和输出设备。这五大部分通过系统总。这

55、五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作。线完成指令所传达的操作。 输 入 设 备存 储 器输 出 设 备运 算 器控 制 器数 据 流控 制 流计算机硬件系统基本结构计算机硬件系统基本结构是包含、和的机箱，其中电路板上有计算机的和。是计算机的主要输出设备，它将来自计算机的电信号转换为屏幕上的彩色亮点，从而形成图像。一般安装在系统单元内，当其工作时，机箱上的指示灯会亮。将数据写到上，当其工作时，其指示灯就亮，警告用户此时不要取出软盘。采用激光技术从上读取数据。是一种输入指示设备，帮助用户操作对象并选择菜单项。作为多数计算机的主要输入设备。位于系统单元内，提供到、和的连接。1、主机n主机是计算机

56、系统的核心，主要由中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备接口（I/O接口）、总线和扩展槽等构成，通常被封装在主机箱内。主机机箱外观图主机机箱外观图（1）主板）主板n主板(Mother Board, main Board, System Board)是微型计算机中最大的一块集成电路板，是其它部件和外部设备的连接载体。（2）中央处理器）中央处理器n中央处理器CPU（Central Processing Unit）又称中央处理单元。nCPU由控制器和运算器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。n计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。中

57、央处理器的组成中央处理器的组成n控制器控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个组成部分完成一定任务的部件。组成部分完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。 n运算器运算器又称算术逻辑单元又称算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。计算机运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令所规定所完成的全部

58、运算都是在运算器中进行的，根据指令所规定的寻址方式，运算器从存储器或寄存器中取得操作数，进行的寻址方式，运算器从存储器或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存器中。计算后，送回到指令所指定的寄存器中。运算器的核心部件运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算，寄存器用于存，加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。储参加运算的各种数据以及运算后的结果。 中央处理器CPU是计算机的是计算机的心脏，用来实现心脏，用来实现程序控制功能程序控制功能（自动从内存中（自动从内存中读入指令和自动读入指令和自动执行指令）执行指令）。CP

59、U结构示意图结构示意图地址总线地址总线标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄存寄存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC数据总线数据总线控制总线控制总线ALU8存储器存储器是一种具有保存和存取信息是一种具有保存和存取信息（程序、数据）的设备（程序、数据）的设备/ /器件，是器件，是计算机系统不可或缺的资源计算机系统不可或缺的资源。8现代微型计算机的存储系统结构：现代微型计算机的存储系统结构： 高速缓存高速缓存-主存主存-外存外存 为什么采用这种结构？为什么采用这种结构？指令执行速

60、度依赖于内存读写速度指令执行速度依赖于内存读写速度高速高速CPUCPU需配置高速内存需配置高速内存大软件需配置大容量内存大软件需配置大容量内存 高速度高速度 低成本低成本 大容量大容量（3）存储器与存储系统矛盾矛盾CPU高速缓存高速缓存M1M2.Mn外存外存2外存外存1.外存外存n主存主存外存外存寄存器寄存器SRAMDRAM硬盘、光盘、硬盘、光盘、U盘等盘等 信息的存储单位位（位（BitBit）：度量数据的最小单位）：度量数据的最小单位字节（字节（ByteByte）：最常用的基本单位）：最常用的基本单位K K 字节字节1K = 1024 byte1K = 1024 byteM M（兆）字节（兆