第2章计算机硬件基础ppt课件

1、计算机科学与技术学院公共根底教研室 伍庆华掌握根本数制转换及运算 了解数据在计算机中的表示与存储方式了解微型计算机各根本部件的功能与主要技术目的 了解程序执行方式及计算机任务原理 、计算机的选购和组装 掌握主板、内外存、总线、输入输出接口和输入输出设备功能 2.1数据表示和运算2.1 数据表示和运算 计算机最主要的功能是处置各种各样的信息，计算机最主要的功能是处置各种各样的信息，比如：数值、文字、声音、图形和图象等。在计算比如：数值、文字、声音、图形和图象等。在计算机内部，各种信息都必需经过数字化编码后才干被机内部，各种信息都必需经过数字化编码后才干被传送、存储和处置。因此，掌握信息编码的概念

2、与传送、存储和处置。因此，掌握信息编码的概念与处置技术是至关重要的。处置技术是至关重要的。 2.1.1 2.1.1 计算机中数据的表示计算机中数据的表示 数据表示是将各种数据类型转换为计算机可以数据表示是将各种数据类型转换为计算机可以识别和处置的方式。识别和处置的方式。计算机中采用二进制编码的缘由U传输和处置时不容易出错，可保证计算机的高可靠性。d0d1d2d3d4d5d6d7位字节位位字，字长字，字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长字节字节8位位数数据据存存储储的的组组织织形形式式各种数据类型在计算机中的表示各种数据类型在计算机中的表示文本文本数值音频视频视频图像西文字符的编码 ASCI

3、I 码美国国家规范信息交换码汉字编码输入码交换码 (国标码)内部码字型码 (输出码)ASCIIASCII码是美国信息交换规范代码。码是美国信息交换规范代码。(American Standard Code for (American Standard Code for Information Interchange)Information Interchange)包括包括0909十个数字，大小写英文字母十个数字，大小写英文字母及公用符号等及公用符号等9595种可打印字符。种可打印字符。Computer01000011 01101111 0110110101110000 01110101 0111

4、010001100101 011100107 6 5 4 3 2 1字符代码化输入字符代码化输入机内机内码码交换码外部码交换码外部码内部码内部码机内码向字形码转换机机内码向字形码转换机显示输出显示输出打印输出打印输出汉字输入编码方法分为三类：汉字输入编码方法分为三类：数字编码数字编码数字编码就是用数字串代表一个汉字的输入，数字编码就是用数字串代表一个汉字的输入，常用的有国际区位码。如：常用的有国际区位码。如：“中中5448 、 “0113拼音码拼音码 拼音码是以汉语读音为根底的输入方法。常拼音码是以汉语读音为根底的输入方法。常用的有智能全拼、微软拼音、紫光拼音、智能用的有智能全拼、微软拼音、紫

5、光拼音、智能狂拼等。狂拼等。字形编码字形编码 字形编码是以汉字的外形确定的编码。常用字形编码是以汉字的外形确定的编码。常用的有五笔字形、表形码等。的有五笔字形、表形码等。 汉字内部码是汉字在设备或信息处置系统内部最根本的表达方式，是在设备和信息处置系统内部存储、处置、传输汉字用的代码。字形码字形码汉字字形码是表示汉字字形的字模数据，也称字模码，是用点阵表示的汉字字形代码，它是汉字的输出方式。数值的编码数值的编码 在计算机中，数字采用二进制系统表示。 例如： 数值125在计算机中用1个字节表示01111101。 关于数制之间的相互转换，在后面会引见到。图像的编码图像的编码 图像分为两种：位图和矢

6、量图。 位图图像是由像素或图片元素的单个点组成。像素的大小取决于分辨率。 对于黑白图像每个像素可以用一位二进制数表示。而对于彩色图像那么每个像素的颜色用3个组成部分表示，而每个颜色用一个字节来表示其强度，所以一个像素需求3个字节来表示。 矢量图像：在数学上定义为一系列有线段衔接的点。矢量文件中的图形元素都是一个自成一体的实体，具有颜色、外形、大小、位置等属性。特点：同分辨率无关。音频编码音频编码 音频指声音或音乐信号。计算机中处置音频需求经过三个步骤：2.量化量化3.编码编码1.采样采样视频视频 视频是及时延续播放的图像序列。动画和视频信息是延续渐变的静态图像或图形序列沿时间轴顺序改换显示，从

7、而构成的运动视觉媒体。 当前的视频文件都采用某些规范进展紧缩，否那么信息量会非常大。可参见第六章内容。各种各样的进位计数制：各种各样的进位计数制：常见的：二进制十进制八进制十六进制1.进位计数制的两个相关概念： 基数：所运用的不同根本符号的个数。基数：所运用的不同根本符号的个数。 位权：处于该位的数字所代表的值的大小。位权：处于该位的数字所代表的值的大小。(321)10 = 3102 + 2 101 + 1 100 (101)2 = 122 + 0 21 + 1 20 进位制进位制 二进制二进制 八进制八进制 十进制十进制 十六进制十六进制规那么规那么 逢二进一逢二进一 逢八进一逢八进一 逢十

8、进一逢十进一 逢十六进一逢十六进一基数基数 r = 2 r = 8 r = 10 r = 16数符数符 0，1 0,1,7 0,1,9 0,1,9,A,B,C,D,E,F位权位权 2i 8i 10i 16i下标下标 B O D H对任何一种进位计数制表示的数都可以写出按其权展开的对任何一种进位计数制表示的数都可以写出按其权展开的多项式之和：多项式之和：(101)D = 1102 + 0 101 + 1 100(101)B = 122 + 0 21 + 1 20 = 4+0+1= (5)D(101)O = 182 + 0 81 + 1 80 = 64+0+1= (65)D(101)H = 116

9、2 + 0 161 + 1 160 = 256+0+1= (257)Dr r进制进制十进制十进制: : 各位按权展开相加各位按权展开相加即只需把二进制中出现即只需把二进制中出现1 1的位数权相加即可。的位数权相加即可。例如：例如：(101)B = 1(101)B = 122 + 0 22 + 0 21 + 1 21 + 1 20 20 =4+0+1= (5)D=4+0+1= (5)D(101)O =1(101)O =182 + 0 82 + 0 81 + 1 81 + 1 80 = 80 = 64+0+1=(65)D64+0+1=(65)D(101)H =1(101)H =1162 + 016

10、2 + 0161 +1161 +1160 160 =256+0+1=(257)D=256+0+1=(257)D2. r进制到十进制转换例如：例如：(100)D( )B 2 |100 余数余数 2| 50 0(最低位最低位) 2| 25 0 2| 12 1 2| 6 0 2| 3 0 2| 1 1 0 1 (最高位最高位)结论：结论：(100)D( 1100100 )B3、十进制、十进制 r进制的转换进制的转换1 1整数部分的转换整数部分的转换 除除r r取余取余, ,从末位取起从末位取起即：把一个十进制的整数不即：把一个十进制的整数不断除以所需求的基数断除以所需求的基数r r，取其他数除取其他

11、数除r r取余法，取余法，就可以转换成以就可以转换成以r r为基数为基数的数。的数。进制转换练习题： 1. (25)D( )B 2. (25)D = ( )O 3. ( 19 )H = ( )D 4. (11001)B= ( )H例如：(0.625)D=( )B 乘2取整： 整数部分 0.625 2 1 .250 1 2 0 .500 0 2 1 .000 1结论：(0.625 )D = ( 0.101 )B2小数部分转换 乘乘r r取整，顺序取起取整，顺序取起 即：将一个十进制即：将一个十进制小数转换成小数转换成r r进制小进制小数时，将十进制小数时，将十进制小数不断地乘以数不断地乘以r r

12、，并，并取整，这称为乘取整，这称为乘r r取取整法。整法。混小数的转换 假设十进制数包含整数和小数两部分，那么必需将十进制小数点两边的整数和小数部分分开，分别完成相应的转换，然后，再把r进制整数和小数部分组合在一同。 练习： (25.125)D = ( )B表表 2-3 二进制、八进制和十六进制之间的关系二进制、八进制和十六进制之间的关系 二进制 八进制 二进制 十六进制 二进制 十六进制 000 0 0000 0 1000 8 001 1 0001 1 1001 9 010 2 0010 2 1010 A 011 3 0011 3 1011 B 100 4 0100 4 1100 C 101

13、 5 0101 5 1101 D 110 6 0110 6 1110 E 111 7 0111 7 1111 F 二进制转换到八进制，只需将二进制数从小数点开场，整二进制转换到八进制，只需将二进制数从小数点开场，整数部分从右向左数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右位一组，小数部分从左向右3位一组位一组缺乏缺乏3位补零，根据表位补零，根据表2完成转换。完成转换。 例例1：(110 110.001 100 )B( 66.14 )O(12.34)O = ( 001 010.011 100 )B 二进制同十六进制之间的转换就好像八进制同二进制之二进制同十六进制之间的转换就好像八进制同二进制之间一样

14、，只是间一样，只是4位一组。位一组。 例例2：(10A1)H = ( 0001 0000 1010 0001 )B (101 0111)B = ( 57 )H2.1.3 二进制数的原码、补码和反码表示二进制数的原码、补码和反码表示 数据在计算机中如何存储呢？ 问题： 数的长度 如何确定数的符号 小数点的表示什么是原码、补码和反码？什么是原码、补码和反码？ 原码表示法：用数据的第一位表示符号，用其后的各位表示数的绝对值的方法。 反码：符号位不变，其他各位取反。 补码：反码+1。 当X0时 当X0时 见例2.7 012320XXxxxxxXnn补码反码原码 012321xxxxxXnn原码 012

15、321Xxxxxxnn反码 1XX反码补码例例2.7 知某计算机用一个字节表示整数，求知某计算机用一个字节表示整数，求50，-50， 126，-126，0，-0的原码、反码和补码。的原码、反码和补码。 转换方法： 先分别求每个数的真值； 将数值扩展为7位，符号位转换为0/1，得8位原码； 整数的原码、反码和补码一样； 根据前面公式求负数的原码、反码和补码。十进制真值原码反码补码50+110010001100100011001000110010-50-110010101100101100110111001110126+1111110011111100111111001111110-126-111

16、11101111111010000001100000100+0000000000000000000000000000000-0-00000001000000011111111000000002.1.4 定点和浮点数表示定点和浮点数表示 小数点数的表示：定点数和浮点数表示法。 定点数：小数点的位数一旦商定就不再更改。 定点整数和定点小数 浮点数：将科学技术法引入二进制计数。任何一个二进制数N都可以写成N=ME2M：称为尾数，表示数据的有效值部分；E：称为阶码，实践上表示小数点的相对位置。见例2.9例2.9设某计算机运用定点长度为2字节，其中前一个字节的最高位表示数的符号，求用定点数表示整数732

17、。 步骤： 将十进制数转换为二进制数1011011100； 由于数据长度是16位，故前面不够16位的部分补0，另最高位为0。D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D00000001011011100数符小数点位置例2.10设某计算机运用定点长度为2字节，其中前一个字节的最高位表示数的符号，求用定点数表示纯小数-0.6876 步骤： 将十进制数转换为二进制数0.10110000000001101； 由于数据长度是16位，由于是无限小数，故截取前15位，另最高位为1。D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D011011000000

18、00011小数点位置数符数值部分1.二进制数的四那么运算 -加、减、乘、除 规那么：逢二进一，借一当二。规那么：逢二进一，借一当二。 加法运算法那么：加法运算法那么：0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 110(10(进位进位) ) 例：二进制数例：二进制数1101110110101010？ 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 练习：求二进制数之和。练习：求二进制数之和。10001111+01100001=10001111+01100001=？ 减法同理。减法同理。答案：11110000 乘法运算法那

19、么：乘法运算法那么：0 000 101 001 11 举例：二进制数举例：二进制数1101 1010？1 1 0 1 1 0 1 00 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 练习：练习：1111 1000=? 设X、Y是两个整数，由补码定义有： 用补码运算除了不需求对数据的符号进展判别外，还有一个益处加减法一致为加法运算。 见例2.12，2.132.补码加减法运算 补补补YXYX例2.12 X=44，Y=59，求X+Y，X-Y的值。 步骤： 先计算X，Y，-Y的补码； 求X+Y、X-Y的补码； 再将补码转换为真值和十进制。 真值：X+Y=+1

20、100111B=+103D X-Y=-0001111B=-15D BX00101100补码 B00111011Y补码B11000101Y-补码 01100111BYX补码补码补码YX 11110001BY-X补码补码补码YX留意：当运算结果超出补码表示范围时结果就不正确了见例2.13 结果最高位是1，表示负数。这是由于两数相加超出了1个字节表示的范围。数据溢出。处理方法：扩展到2个字节例2.13 知X=100、Y=59，求X+Y的值。 BX01100100补码 B01110110Y补码BYX10011111YX补码补码补码2.2.1 中央处置器1、CPU组成和任务原理CPU主要由ALU算术逻辑部件、控制器 和存放器组成。功能：实现数据的算术逻辑运算；从存储器中取指令、分析指令和控制指令的执行；对软件异常和外部中断进展处置。2.2.2内存储器内存储器2.2.3I/O子系统子系统 输入/输出子系统也称外部设备，其作用是： 为计算机与外部设备进展交流提供窗口； 储存程序和数据 可分为：外部存储器和非存储型输入输出设备。1.外存储器外存储器 1磁存储设备：硬盘 2光存储设备：光盘 3固态存储器闪存：内存卡.磁道磁道磁头号磁盘数目磁头号磁盘数目柱面：柱面：单张盘单张盘