第2章计算机基础知识

1、1第二章第二章 计算机基础知识计算机基础知识2.1 2.1 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理2.2 2.2 数制转换及运算数制转换及运算 22.1 2.1 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成计算机系统的组成 硬硬 件系统件系统软软 件系统件系统系统软件系统软件应用软件应用软件计算机系统分为：硬件系统计算机系统分为：硬件系统+软件系统软件系统3计算机系统的组成计算机系统的组成42.1.2计算机硬件组成计算机硬件组成主机主机外设外设输出设备输出设备网络设备网络设备输入设备输入设备外存设备外存设备计算机硬件计算机硬件=主机主机+外设外设

2、5计算机的五大部件计算机的五大部件 冯冯.诺依曼思想诺依曼思想： 二进制二进制程序与数据一样存程序与数据一样存放在内存放在内存五大模块五大模块存储器存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外存储器外存储器输输出出设设备备内存储器内存储器输输入入设设备备控制器控制器6处理器处理器处处理理器器控制器控制器运算运算器器控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作又称算术逻辑又称算术逻辑单元单元 , ,执行算执行算术运算和逻辑术运算和逻辑运算运算7存储器存储器存储器存储器是计算机存储是计算机存储数据和程序数据和程序的记忆单元集合，的记忆单元集合，每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制

3、位组成，可读写其中的数据。位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器内存、外存内存、外存存储器通常分为存储器通常分为内存储器内存储器和和外存储器外存储器可长时存放大量信息可长时存放大量信息的外存储器的外存储器信息交流中心信息交流中心内存储器内存储器8存储器存储器每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB7 6 5 4 3 2 1 0字节字节ByteByte位位BitBit字长：字长：CPU在单位时间内在单位时间内（同一时间）能一次处

4、理的（同一时间）能一次处理的二进制数据的位数二进制数据的位数 。地址：地址：在计算机中，内存按字节在计算机中，内存按字节分成一个个单元，对每个单元进分成一个个单元，对每个单元进行编号，就是内存地址。行编号，就是内存地址。 92.1.3计算机基本工作原理计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作，指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作，由操作码和操作数两部分组成。由操作码和操作数两部分组成。操作码操作码 操作数操作数 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令 其它指令其它指令 If Goto A

5、nd OrCPUCPU内存内存I/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 10计算机基本工作原理计算机基本工作原理11计算机基本工作原理计算机基本工作原理 1.指令的串行执行指令的串行执行一条指令的执行过程分为以下一条指令的执行过程分为以下3步骤：步骤：（1） 取指令取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。并送往指令寄存器。（2）分析指令分析指令 对

6、指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。地址码确定操作数地址。（3）执行指令执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。制信息，去完成该指令所要求的操作。一条指令执行完成，指令计数器加一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计数器或将转移地址码送入程序计数器，然后回到（，然后回到（1）。）。把计算机完成一条指令

7、所用的时间称为一个把计算机完成一条指令所用的时间称为一个指令指令周期周期，CPU的主频频愈高，指令周期就愈短，指令执行的速度就愈的主频频愈高，指令周期就愈短，指令执行的速度就愈快，机器也就愈快。快，机器也就愈快。 12计算机基本工作原理计算机基本工作原理 指令的串行执行是当执行指令的三个部件依次全部完成后，才开指令的串行执行是当执行指令的三个部件依次全部完成后，才开始下一条指令的执行，在此过程中在执行某功能部件时，其他两个始下一条指令的执行，在此过程中在执行某功能部件时，其他两个功能部件是不工作的。功能部件是不工作的。 2.指令的并行执行指令的并行执行 指令的并行执行就是使这三个功能部件并行工

8、作，则可提高计算指令的并行执行就是使这三个功能部件并行工作，则可提高计算机执行指令的速度，现在的计算机一般采用流水线技术。机执行指令的速度，现在的计算机一般采用流水线技术。 如有三条如有三条指令的并行执行平均理论速度是串行执行的指令的并行执行平均理论速度是串行执行的3倍。倍。 取指令1 分析指令1 执行指令1 取指令2 分析指令2 取指令3 执行指令2 分析指令3 指令1 指令2 指令3 执行指令3 取 指 令 执 行 指 令 分 析 指 令 132.2 2.2 数制转换及运算数制转换及运算 2.2.1 数制及其转换数制及其转换 1.什么是进位计数制什么是进位计数制 按进位的原则进行计数的方法

9、，称为进位计数制。按进位的原则进行计数的方法，称为进位计数制。 2.进位计数制的特点进位计数制的特点逢逢N N进一进一: :N N是指进位计数制所表示数字字符的总数，叫基数。是指进位计数制所表示数字字符的总数，叫基数。如：十进制有十个数码，其基数为十则是逢十进一如：十进制有十个数码，其基数为十则是逢十进一 。位权表示法位权表示法: :位权的值是其基数的若干次幂，如十制位权的值是其基数的若干次幂，如十制750.45:750.45: (750.45)10=7(750.45)10=710102 2+5+510101 1+0+010100 0+4+41010-1-1+5+51010-2-2 数码数码基

10、数基数幂幂权权 3.常用进位计数制常用进位计数制 :十进制十进制(D)、二进制、二进制(B)、八进、八进制制(O)、十六进制、十六进制(H)。144.数制之间的转换数制之间的转换将一种进位计数制转换为另外一种进位计数制叫数制转换。将一种进位计数制转换为另外一种进位计数制叫数制转换。 约定：约定：用用(X)(X)R R表示不同进制数，表示不同进制数，R=R=2，表示二进制（也可用，表示二进制（也可用B）8，表示八进制（也可用，表示八进制（也可用O）10，表示十进制（也可用，表示十进制（也可用D）16，表示十六进制（也可用，表示十六进制（也可用H）(1)任何非十进制任何非十进制R R转换成十进制都

11、是按位权展开的多项式之和。转换成十进制都是按位权展开的多项式之和。例例:(101011.1)(101011.1)2 2=1=12 25 5+0+02 24 4+1+12 23 3+0+02 22 2+1+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1 =(43.5)=(43.5)1010 (312.4)(312.4)8 8=3=38 82 2+1+18 81 1+2+28 80 0+4+48 8-1-1=(202.5)=(202.5)1010 (7AD) (7AD)1616=7=716162 2+10+1016161 1+13+1316160 0=(1965)=(1965)1010

12、154.数制之间的转换数制之间的转换(2)(2)十进制转换为非十进制数十进制转换为非十进制数R R要将整数和小数分别转换。要将整数和小数分别转换。整数部分：整数部分：除以除以 R取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数，余数倒序倒序排列。排列。小数部分：小数部分：乘以乘以 R取整数，整数取整数，整数正序正序排列。排列。 例例: : (100.345)10 =(1100100.0101)20.34520.69022 0.760 2 1.520 2 1005025126310001001122 2222221.380倒序倒序正序正序16(3)(3)二进制与八进制、二进制与十六进制的互相转换。二进制

13、与八进制、二进制与十六进制的互相转换。 一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制) 整数部分：整数部分：以小数点为中心，从以小数点为中心，从右向左右向左按三按三(四四)位进行分组，最后位进行分组，最后一组不足一组不足左边左边补零。补零。 小数部分：小数部分：以小数点为中心，从以小数点为中心，从左向右左向右按三按三(四四)位进行分组，最后位进行分组，最后一组不足一组不足右边右边补零。补零。例如，将例如，将10110101.101110110101.1011二进制数转换成八进

14、制数。二进制数转换成八进制数。0 01010 110110 101101 . . 101101 1 10000 2 6 5 5 4 2 6 5 5 4 结果：结果：(10110101.1011)(10110101.1011)2 2=(265.54)=(265.54)8 8左补0右补0017例如，将例如，将101101010.10111101101010.10111二进制数转换成十六进制数。二进制数转换成十六进制数。0000001 1 0110 0110 10101010 . . 10111011 1 1000000 1 6 A B 8 1 6 A B 8 结果：结果：(101101010.10

15、111)(101101010.10111)2 2=(16AB.8)=(16AB.8)1616左补000右补00018二进制、八进制、十六进制数间的关系二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制八进制 二进制二进制 十六进制十六进制二进制二进制 十六进制十六进制 二进制二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111192.2.2二进制数的算术运算和逻辑运算二进制数的算术运算和逻辑运算 1.二进制数的算术运算二进制数

16、的算术运算加加 法法乘乘 法法减减 法法除除 法法0+0=00+0=00+1=10+1=11+0=11+0=11+1=10(逢逢2进进1) 0 0 0=00=00 0 1=01=01 1 0=00=011=1 0-0=00-0=01-0=11-0=11-1=01-1=00-1=1(借借1当当2) 0 0 0=00=00 0 1=01=01 1 0(0(没有意义没有意义) )11=1 二进制数的算术运算规则二进制数的算术运算规则 20例例2.12.1 求求(1011011)(1011011)2 2 + (1010.11)+ (1010.11)2 2 = =？解：解： 结果：结果： (101101

17、1)2 + (1010.11)2 = (1100101.11)2 两个二进制数相加时，每一位最多有两个二进制数相加时，每一位最多有3 3个数（本位被加个数（本位被加数、加数和来自低位的进位数）相加，按二进制数的加法数、加数和来自低位的进位数）相加，按二进制数的加法运算法则得到本位相加的和及向高位的进位。运算法则得到本位相加的和及向高位的进位。21例例2.2 2.2 求求(11000001)(11000001)2 2 (00101101)(00101101)2 2 = =？ 解：解：结果：结果：(11000001)(11000001)2 2 (101101) (101101)2 2 =(1001

18、0100) =(10010100)2 2 两个二进制数相减时，每一位最多有两个二进制数相减时，每一位最多有3 3个数（本位被减个数（本位被减数、减数和向高位的借位数）相减，按二进制数的减法运数、减数和向高位的借位数）相减，按二进制数的减法运算法则得到本位相减的差数和向高位的借位。算法则得到本位相减的差数和向高位的借位。22例例2.3 2.3 求求 (1011.01)(1011.01)2 2 (101)(101)2 2 = =？ 解：解：结果：结果：(1011.01)(1011.01)2 2 (101) (101)2 2 =(111000.01) =(111000.01)2 2 由于二进制乘数与

19、被乘数中只有由于二进制乘数与被乘数中只有1 1和和0 0两种情况，相乘运两种情况，相乘运算要比十进制数相乘的算要比十进制数相乘的“九九乘法表九九乘法表”法则简单的多了。法则简单的多了。23例例2.4 2.4 求求(100011)(100011)2 2 (101)(101)2 2 = =？解：解： 结果：结果：(100011)(100011)2 2 (101)(101)2 2 =(111) =(111)2 2 除法是除法是乘数的逆运算，二进制除法与十进制除法类似。乘数的逆运算，二进制除法与十进制除法类似。 242.二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑非逻辑非运算运算 逻辑非的真值表逻辑非的真

20、值表AF = A0110逻辑逻辑与与运算运算 逻辑与的真值表逻辑与的真值表ABF = AB000010100111252.二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑逻辑或或运算运算 逻辑逻辑或或的真值表的真值表ABF = A+B000011101111262.2.3 数值数据在计算机内的表示数值数据在计算机内的表示 1.整数的表示整数的表示 机器数机器数 在计算机内部，数据是以二进制的形式存储和运算的。以在计算机内部，数据是以二进制的形式存储和运算的。以一个字节为例，假设该字节表示无符号的正整数，那么，一个字节为例，假设该字节表示无符号的正整数，那么，9191的表示形式如下：的表示形式如下： 数

21、的正负用数的正负用高位字节的最高位高位字节的最高位来符号位，用来符号位，用“0”表示表示正数正数，“1”表示表示负数负数。用一个字节表示一个带符号整数。用一个字节表示一个带符号整数-91-91，其格式为：其格式为： 0 1 0 1 1 0 1 11 1 0 1 1 0 1 1符号位符号位在计算机内部，数字和符号都用二进制码表示，两者合在一起构成在计算机内部，数字和符号都用二进制码表示，两者合在一起构成数的机内表示形式，称为数的机内表示形式，称为机器数机器数，而它真正表示的带有符号的数称，而它真正表示的带有符号的数称为这个机器数的为这个机器数的真值真值。机器数是二进制数在计算机内的表示形式。机器

22、数是二进制数在计算机内的表示形式。 符号位符号位27数的表示范围数的表示范围 数的位数 无符号正整数范围 带符号整数的范围 80255-12812716065535-32768327673204294967295-21474836482147483647机器数在机内有三种不同的表示方法：原码、反码和补码。机器数在机内有三种不同的表示方法：原码、反码和补码。 28原码、反码和补码原码、反码和补码假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1) 原码原码0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 - - 0：10000000

23、 X原原=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 - -7： 11111000 - - 0：11111111 - - 7： 11111001 - - 0：00000000 (2)反码反码X反反=X补补=(3)补码补码29 补码能够化减法为加法，实现类似于代数中的补码能够化减法为加法，实现类似于代数中的x-y=x+(-y)x-y=x+(-y)运运算，便于电子计算机电路的实现。算，便于电子计算机电路的实现。例例 求求(32-10)(32-10)1010解：解：+32+32原原 = (0

24、0100000)= (00100000)2 2 +32 +32补补 = (00100000)= (00100000)2 2 - 10 - 10原原=(10001010)=(10001010)2 2 - 10- 10补补= (11110110)= (11110110)2 2所以，所以，(32-10)(32-10)1010= (00010110)= (00010110)2 2 = (+22)= (+22)1010302.实数的表示实数的表示 定点小数定点小数 定点整数定点整数 S小数点S小数点无符号位定点数定点数312.实数的表示实数的表示浮点数浮点数 阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数110.01

25、1(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+111100110011N= 数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值规格化的形式：尾数的绝对值大于等于大于等于0.1并且小于并且小于1，从而，从而唯一地规定了小数点的位置。唯一地规定了小数点的位置。 定点整数定点整数定点小数定点小数322.2.4 非数值数据在计算机内的表示非数值数据在计算机内的表示 字符字符 西文字符西文字符 ACSII码：码：128个常用字符，个常用字符，用用7位二进制编码位二进制编码，

26、从，从0到到127。 控制字符：控制字符：032；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：例如：“a”字符的编码为字符的编码为1100001，对应的十进制数是，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 9712233汉字编码汉字编码 (1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能自然码和智能ABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2) 汉字国标码汉字国标码(GB231280