计算机系统的基础知识

1、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识本章要点与学习要求：计算机产生、发展和应用计算机产生、发展和应用 （了解）（了解）计算机的基本组成计算机的基本组成 （掌握）（掌握）进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 （熟悉）（熟悉）二进制数定点及浮点表示二进制数定点及浮点表示 （掌握）（掌握）二进制数原码反码及补码二进制数原码反码及补码 （掌握）（掌握）计算机常用编码计算机常用编码 （熟悉）（熟悉）补码加减运算补码加减运算 （掌握）（掌握）常用逻辑运算常用逻辑运算 （掌握）（掌握）逻辑代数的初步知识逻辑代数的初步知识 （掌握）（掌握）基本逻辑电路和逻辑元件基本逻辑电路和逻辑元件

2、（了解）（了解）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学教学目的：目的： 了解计算机的产生、发展和应用了解计算机的产生、发展和应用教学教学重点：重点： 计算机的发展计算机的发展第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 采用电子管作为逻辑开关元件； 存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等； 外部设备采用纸带、卡片、磁带等； 使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但没有操作系统 体积庞大 、笨重 、耗电多、 可靠性差、 速度慢、 维护困难 典型机器典型

3、机器 ENIAC、EDVAC、UNIVAC、 IBM 701、 IBM 650 应用应用 科学计算1. 第一代电子计算机第一代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点使用半导体晶体管作为逻辑开关元件； 使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带； 输入输出方式有了很大改进； 开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增强 ;典型机器典型机器IBM 的7090、7094、7040、7044应用应用数据处理、工业控制、科学计算 2. 第二代电子计算机第二代电子计算机 上一页

4、上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 特点特点 使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件； 开始使用半导体存储器。辅存仍以磁盘,磁带为主； 外部设备种类和品种增加； 开始走向系列化、通用化和标准化； 操作系统进一步完善，高级语言数量增多。 计算机的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高 典型机器典型机器IBM 370IBM 370系列、系列、 IBM 360IBM 360系列、富士通系列、富士通F230F230系列等。系列等。 应用应用系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。

5、3. 第三代电子计算机第三代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件； 主存采用半导体存储器，辅存采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘； 外部设备有了很大发展，开始采用光字符阅读器（OCR）,扫描仪、激光打印机和各种绘图仪； 操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展。 计算机的体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、存储容量、可靠性等大幅度提高。 典型机器典型机器IBM的4300系列、3080系列、3090系列，以及IBM 9000系列 应用应用事务处理、智能模拟、普

6、及到社会生活各个方面4. 第四代电子计算机第四代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识人工智能（人工智能（AIAI）：）：是研究如何用人工的方法和技术来模仿、是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延伸和扩展人的智能，以实现某些延伸和扩展人的智能，以实现某些“机器思维机器思维”或脑力劳动或脑力劳动自动化的一门学科。自动化的一门学科。第五代计算机系统（第五代计算机系统（FGCS:):FGCS:): 就是智能计算机系统，智能计就是智能计算机系统，智能计算机由以下几个部分组成：算机由以下几个部分组成：知识库（KB:Knowledge B

7、ank） 知识库计算机(KBM:Knowledge Bank Machine） 知识库管理系统(KBMS) 问题求解和推理机 智能接口系统 应用系统5. 人工智能和第五代电子计算机人工智能和第五代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识工作原理工作原理 数字计算机（Digital Computer）模拟计算机 (Analog Computer)混合计算机 (Hybrid computer)按应用按应用 通用计算机 (General Purpose Computer) 专用计算机 (Special Purpose Computer

8、) 综合性能指标综合性能指标 巨型机 （Super Computer） 大型机 （Main Frame Computer） 小型机（MiniComputer） 微型机（MicroComputer） 工作站（Workstation） 服务器（Server） 网络计算机 （Net Computer） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识巨型机巨型机(Super computer)(Super computer)又称超级计算机，它的价格昂贵、功又称超级计算机，它的价格昂贵、功能强大，多用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。能强大，多用于

9、战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。社会模拟等。社会模拟等。 它从技术上朝两个方向发展：它从技术上朝两个方向发展： 开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能 采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表国家的计算机科学水平。典型巨型计算机：典型巨型计算机： 如美国的ILLIAC-IV型计算机（每秒1.5亿次）、CRAY-1型计算机（每秒1亿次）。 “银河”系列计算机和“曙光一号”并行计算机等，标志着我国是世界上少数几个能独立研制出巨型机的国家之一。巨巨 型型 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识运算速度可达运算速度可达

10、5000亿次的亿次的“神威神威”计算机计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 微型计算机的分代是以微型计算机的分代是以微处理器的位数微处理器的位数为依据的，共分为依据的，共分四代。四代。 第一代微型计算机 第二代微型计算机 第三代微型计算机 第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长：4位/8位 芯片集成度（晶体管数目/片）：12002000 时钟频率：0.50.8MHz 基本指令执行时间：1015S 地址总线：4/8条CPUCPU举例举例400

11、41. 第一代微型计算机第一代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长：8位 芯片集成度（晶体管数目/片）：50009000时钟频率：12.5MHz基本指令执行时间：12S地址总线：16条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 8080、Intel 8085、M6800、Z-8080802. 第二代微型计算机第二代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长：16位 芯片集成度（晶体管数目/片）：2万7万时钟频率：510

12、MHz基本指令执行时间：0.40.75S地址总线：20/24条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例：）举例：Intel 8086、Intel 8088 、Intel 80286、M680003. 第三代微型计算机第三代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长：32/64位 芯片集成度（晶体管数目/片）：10万以上 时钟频率：25 150MHz 基本指令执行时间：0.125S 地址总线：24/32条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 80386、Intel 80486、奔腾系列等4. 第四代微

13、型计算机第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微型机笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微型机 单片计算机：微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，也单片计算机：微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，也称单片微型计算机，简称单片机。称单片微型计算机，简称单片机。 单片机的发展历史可分为三个阶段：单片机的发展历史可分为三个阶段： 初级单片机阶段（1976-1978） 高性能单片机阶段（1978年以后） 16位单片机推出阶段（1982年以后） 其他微型计算机其他微型计算机 上一页

14、上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识综合化、智能化综合化、智能化网络化、高速化、整体化、协同化网络化、高速化、整体化、协同化多样化、大众化多样化、大众化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化 商品化商品化集成化、集成化、 高效化高效化 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。A）4 B）6 C）7 D）3分析：按计算机采用的电子器件来

15、划分，计算机的发展经历了四代。分析：按计算机采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。结论：答案应选结论：答案应选A） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能 了解计算机的工作过程。 教学重点教学重点 计算机硬件组成及各部分功能 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入 现在，我们已经了解计算机的发展，那么现在，我们已经了解计算机的发展，那么计算机的内部有哪些部件组成？计算机的内部有哪些部件组成？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的

16、基础知识计算机系统的基础知识概念 硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算机实体。机实体。 软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料和各种程序。和各种程序。功能 硬件的功能：接受计算机程序硬件的功能：接受计算机程序, ,并在程序的控制下并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。 软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。关系二者缺一不可，没有

17、软件的计算机称为二者缺一不可，没有软件的计算机称为“裸机裸机”裸裸机不能做任何工作。机不能做任何工作。硬件是组成计算机的物质基础硬件是组成计算机的物质基础, ,软件则是其灵魂软件则是其灵魂 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识负责数据负责数据的算术运算的算术运算和逻辑运算和逻辑运算即数据的加即数据的加工处理工处理实现记忆实现记忆功能的部件功能的部件用来存放计用来存放计算程序及参算程序及参与运算的各与运算的各种数据。种数据。存储器存储器运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备实现计算实现计算程序和原始程序和原始数据的输入数据的输入负责对程

18、负责对程序规定的控序规定的控制信息进行制信息进行分析、控制分析、控制并协调输入、并协调输入、输出操作或输出操作或内存访问内存访问输出设备输出设备实现计算实现计算结果的输出结果的输出重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识结果结果数据数据中央处理器中央处理器取数取数存数存数外外 部部 设设 备备 接接 口口输输 入入 设设 备备输输 出出 设设 备备外外 存存 储储 器器内存储器内存储器运算器运算器控控 制制 器器程序程序数据数据外设外设主主 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统

19、的基础知识冯诺依曼型计算机两大特征： 程序存储采用二进制 重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 指令指令 定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小单位 组成： 操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能； 地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址程序程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。 机器指令：机器指令：是要计算机执行某种操作的指令，它们全部由0和1这样的二进制编码组成，其操作通过硬件逻辑电路实现。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 输出设备输出设备执行执行结果结果程序程序数据数据先编

20、写出完成这一算题的计算程序；先编写出完成这一算题的计算程序； 结束指令结束指令输入设备输入设备内存储器内存储器微处理器微处理器地址地址/ /指令指令/ /数据数据分析指令分析指令取指令取指令执行指令执行指令结束结束其他指令其他指令计算机工作过程计算机工作过程CPU工作过程工作过程程序和数据送入计算机内存；程序和数据送入计算机内存； 控制器从存储器中取指令；控制器从存储器中取指令； 控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备； 取下一条指令，分析执行，如此重复操作，直至执行完程序中取下一条指令，分析执行，如此重复操作，直至执行完程序中 的全部指令，便可

21、获得最终结果。的全部指令，便可获得最终结果。第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程序的过程；序的过程；计算程序是指令的有序集合。计算程序是指令的有序集合。指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。令准备好指令地址。动画演示动画演示 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识

22、计算机系统的基础知识 计算机系统的组成计算机系统的组成 计算机硬件及各部分的功能计算机硬件及各部分的功能 计算机的工作过程计算机的工作过程 P 43 4P 43 4 返返 回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 学习计算机中数据信息的表示方式和各种表示方式之间的内在联系、二进制的定点与浮点表示及其原码反码补码表示、计算机中非数值数据的编码，使大家对数值数据的表示方式有所了解。 教学重点教学重点不同进制数之间的转换二进制数的原码、反码及补码表示字符编码第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入 计算机可以处理各种各样的数

23、据，如文本、计算机可以处理各种各样的数据，如文本、图像、声音、动画等，那么这些信息在计算机图像、声音、动画等，那么这些信息在计算机内部是如何保存的？内部是如何保存的？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识按形表示按一定的编码方法来表示数据按值表示要求在选定的进位制中正确地表示出数值，包括数字符号、小数点位置及正负符号等。表示数据信息的两种基本方法表示数据信息的两种基本方法12 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1. 特点 ： 10个有序的数字符号：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 其中

24、：“十” 为进位基数(Base / Radix)， “逢十进一”的计数规则 小数点符号：“.”2. 表示法 ：并列表示法 Positional Notation 多项式表示法 Polynomial Notation简称基数( R )。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例：十进制数 1 2 3 4 5 . 6 7 8 0 9多项式表示法 : 将并列式按“权” 展开为按权展开式，称为多项式表示法。如下例： 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 如上所示，处在不同位置的数字具有不同的如上

25、所示，处在不同位置的数字具有不同的“权权”，并列计数法，也称，并列计数法，也称位置表示法。位置表示法。万 千 百 十 个位 位 位 位 位小数点十 百 千 万 十万分 分 分 分 分 位 位 位 位 位并列表示法并列表示法12345.67809 = 1104 + 2103 + 3102 + 4101 + 510 0 + 610-1 + 710-2 + 810-3 + 0 10-4 + 910 - 5 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识进位制数进位制数 所谓“数制”，即各种进位计数制。 在R进制中，具有R个数字符号，它们是0，1，2，（

26、R-1） 在R进制中，由低位向高位是按“逢R进一“的规则进行计数。 R进制的基数（base）是 R，R进制数的第i位的权(weight)为“Ri”，并约定整数最低位的位序号i=0（i=n,2，1，0，-1， -2）。 小数点右移一位扩大倍，左移一位缩小为原来的1/倍。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识不同数制表示 在数码的右下角注在数码的右下角注明数制或在数的后面明数制或在数的后面加一个字母。加一个字母。 B：二进制数：二进制数 Q：八进制数：八进制数 D：十进制数：十进制数 H：十六进制数：十六进制数不同数制特点进位计数制方式进位

27、计数制方式: :每每种数制使用数码个数种数制使用数码个数R R称为基数，进位计数称为基数，进位计数制编码符合制编码符合“逢逢R R进位进位”规则。规则。位权表示法位权表示法: :数制中数制中每一固定位置对应的每一固定位置对应的单位值称为权，处于单位值称为权，处于不同位置数码代表的不同位置数码代表的值与它所在位置权值值与它所在位置权值有关。有关。12 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制 十十 六六 进进 制制规规 则则基基 数数数数 码码 权权形式表示形式表示逢二进一逢二进一R=2 0,1

28、2iB逢八进一逢八进一 R=80,1,2,78iQ逢十进一逢十进一 R=100,1,2, ,910iD逢十六进一逢十六进一 R=160,1,9,A,B,C,D,E,F16iH重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识使用按权相加法，即使用按权相加法，即将各位进制数码与它将各位进制数码与它对应的权相乘，其积对应的权相乘，其积相加，和数即为与该相加，和数即为与该R R进制数相对应的十进制数相对应的十进制数。进制数。 整数的转换整数的转换: :采用除采用除R R取余法。从最后一次取余法。从最后一次除得余数读起（即从高除得余数读起（即从高位

29、到低位）。位到低位）。 小数部分的转换小数部分的转换: :采采用乘用乘R R取整法，将所得取整法，将所得小数从第一次乘得整数小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制读起，就是这个十进制小数所对应的小数所对应的R R进制小进制小数数R进制数十进制数十进制数R进制数重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 分析：分析：使用按权相加法，即将各位进制数码与它对应的权相乘，其积相加，和数即为与该R进制数相对应的十进制数。(1100101.101)(1100101.101)2 2=1=12 26 6+1+12 25 5+0+02 24 4+0

30、+02 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1 + 0 + 02 2-2-2+1+12 2-3-3=64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125 =64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125 =（101.625101.625）1010即即 （1100101.1011100101.101）2 2= =（101.625101.625）1010例例1：求（：求（1100101.101）2 的等值十进制数。的等值十进制数。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 33 解:先求（66）10等值二进制数 余数 2 66即（即（6666）10

31、10= =（1000010) 1000010) 2 2再求小数部分 积的整数部分 0.6252=1.250 1 0.2502=0.500 0 0.5002=1.000 1 即(0.625)10=(0.101)2所以： (66.625）10=(1000010.101）2注意：注意：十进制小数不一定都能转换十进制小数不一定都能转换成完全等值的二进制小数，所以有成完全等值的二进制小数，所以有时要取近似值，有换算误差存在。时要取近似值，有换算误差存在。01684210100001例例2：求（：求（66.625）10等值二进制数等值二进制数 分析：分析：将此数分成整数和小数两部分分别转换，然后再拼接起来

32、将此数分成整数和小数两部分分别转换，然后再拼接起来。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识二进制、八二进制、八进制、十六进制、十六进制间转换进制间转换二进制数二进制数八进制数八进制数 “三位并一位三位并一位” 以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高位不足三位时，添最高位不足三位时，添0 0补足三位；补足三位； 小数部分从左至右，每三位一组最低有效位不足三小数部分从左至右，每三位一组最低有效位不足三位时，添位时，添0 0补足三位。补足三位。 各组三位二进制数按各组三位二进制数按2

33、22 2，2 21 1，2 20 0权展开后相加，权展开后相加， 得到一个八进制数得到一个八进制数八进制数八进制数二进制数二进制数 “一位拆三位一位拆三位” 把一位八进制写成对应的三位二进制，然后按权连把一位八进制写成对应的三位二进制，然后按权连接即可接即可二进制数二进制数十六进制数十六进制数 “四位并一位四位并一位” 以小数点为基准，整数部分从右至左，每四位一组，以小数点为基准，整数部分从右至左，每四位一组，最高位不足四位时，添最高位不足四位时，添0 0补足四位；补足四位； 小数部分从左至右，每四位一组最低有效位不足四小数部分从左至右，每四位一组最低有效位不足四位时，添位时，添0 0补足四位

34、。补足四位。 各组四位二进制数按各组四位二进制数按2 23 3, 2 22 2，2 21 1，2 20 0权展开后相加，权展开后相加， 得到一个十六进制数得到一个十六进制数十六进制数十六进制数二进制数二进制数 “一位拆四位一位拆四位” 把一位十六进制写成对应的四位二进制，然后按权把一位十六进制写成对应的四位二进制，然后按权连接即可连接即可重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识解： 001 010 111 011 . 001 011 100 1 2 7 3 . 1 3 4 即： (1010111011.0010111)2=(127

35、3.134)8例例3：将（：将（1010111011.0010111)2 转换转换 为八进制数为八进制数 分析：分析：按照按照“三位并一位三位并一位”的原则，对二进制数进行处理。的原则，对二进制数进行处理。例例4：将（：将（2754.41)8转换成二进制数转换成二进制数 分析：分析：按照按照“一位拆三位一位拆三位”的原则，对八进制数进行处理。的原则，对八进制数进行处理。 解： 2 7 5 4 . 4 1 010 111 101 100 . 100 001 即：（2754.41)8=(10111101100.100001)2 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础

36、知识计算机系统的基础知识解： 0010 1101 0101 0111 0100 2 D 5 . 7 4 即： （1011010101.011101)2=(2D5.74)16例例5：将（：将（1011010101.011101)2转换成十六进制数转换成十六进制数 分析：分析：按照按照“四位并一位四位并一位”的原则，对二进制数进行处理。的原则，对二进制数进行处理。例例6：将（：将（5A0B.0C)16转换成二进制数转换成二进制数 分析：分析：按照按照“一位拆四位一位拆四位”的原则，对八进制数进行处理。的原则，对八进制数进行处理。 解： 5 A 0 B 0 C 0101 1010 0000 1011

37、 . 0000 1100 即：（5A0B.0C)16=(101101000001011.000011)2 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识概念指计算机中的指计算机中的小数点位置固定不变小数点位置固定不变的数的表示方式的数的表示方式。功能分类定点整数：小数点固定在数的最低位之后。设字长为位，定点整数：小数点固定在数的最低位之后。设字长为位，能表示的数值范围为：能表示的数值范围为： 00000000-01111111 00000000-01111111 即即0-0-（7 7）定点小数：小数点固定在数的最高位之前。设字长为位，定点小数：小

38、数点固定在数的最高位之前。设字长为位，能表示的范围为：能表示的范围为： 0.00000000.1111111 0.00000000.1111111 即即0-0-（1- 1- -7-7 ） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识浮点表示法浮点表示法: : 指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮动浮动” 的的数的表示方式：通过阶码和尾数表示：数的表示方式：通过阶码和尾数表示： N=2N=2E E ( (S) S) E称为阶码，它是一个二进制正整数 ； E前的为阶码的符号，称为阶符（Ef）； S

39、称为尾数，它是一个二进制正小数 ； S前的为尾数的符号，称为尾符(Sf) ； “”是阶码E的底数。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识阶码阶码尾数尾数阶符阶符尾尾符符例：二进制数例：二进制数101.1和和10.11的浮点表示形式为的浮点表示形式为 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识真值真值一个数的正号用十表一个数的正号用十表示；负号用示；负号用”一一”表表示，即为该数的真值示，即为该数的真值。例如：十进制数。例如：十进制数+13.5+13.5二进制的真二进制的真值为值为+11

40、01.1;+1101.1;十进制十进制数数-13.5-13.5二进制的二进制的真值为真值为-1101.1-1101.1机器数机器数以以0 0表示正数的符表示正数的符号，以号，以1 1表示负数表示负数的符号，并且每一的符号，并且每一位的数值也用位的数值也用0 0和和1 1表示之后，这样的表示之后，这样的数叫数叫机器数机器数，有时，有时也叫做机器码也叫做机器码符号化符号化好处好处可以方便的存储；在可以方便的存储；在做乘法或除法时，把做乘法或除法时，把数的符号位按位相加数的符号位按位相加后，就得到结果的符后，就得到结果的符号位。其规则是正数号位。其规则是正数乘正数，符号按位相乘正数，符号按位相加得加

41、得0 0；正数乘负数，；正数乘负数，符号按位相加得符号按位相加得 1 1；负数乘负数，符号按负数乘负数，符号按位相加得位相加得0 0。数符（数符（+/-+/-）+ +尾数（数值的绝对值尾数（数值的绝对值）符号（符号（+/-+/-）数码化；）数码化；最高位：最高位：“0 0”表示表示“+ +”，“1 1”表示表示“- -机器数的分类机器数的分类原码、反码、补码原码、反码、补码 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 原码是一种机器数。数的原码表示是在机器中用符号位的原码是一种机器数。数的原码表示是在机器中用符号位的0 0和和1 1表示数的正

42、号和负号，而其余位表示数的本身。表示数的正号和负号，而其余位表示数的本身。 对于正数，对于正数，X=X=+ +X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0，则原码为：则原码为： X X原原= =0 0X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0 对于负数，对于负数，X=X=- -X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0，则原码为：则原码为： X X原原= =1 1X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0 原码表示法的特点原码表示法的特点: :优点优点: :简单易懂，与真值的转换方便。简单易懂，与真值的转换方便。 缺点缺点: :异号相加时机器首先应判断数的符号，然后比较两数的绝对

43、值，增异号相加时机器首先应判断数的符号，然后比较两数的绝对值，增加了机器的复杂程度。加了机器的复杂程度。 符号位+尾数部分（真值）原码表示法原码表示法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识表示方法表示方法对于正数其反码与原码相同；对于对于正数其反码与原码相同；对于X=X=+ +X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0，则反码为：则反码为：X X反反= =0 0X Xn-2n-2X Xn-n-3 3XX0 0对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即 0 0变为，变为，l l变为变为

44、0 0。对于。对于X=X=- -X Xn-2n-2X Xn-3n-3XX0 0，则反码为则反码为X X反反= =1 1特点特点: :在计算机中容易实现，如触发器，一边表示原码，另一边表示反码。在计算机中容易实现，如触发器，一边表示原码，另一边表示反码。 正数：尾数部分与真值形式相同；正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反负数：尾数为真值数值部分按位取反反码表示法反码表示法 032X.XXn-n- 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识（+4+4）称为（）称为（8 8）对）对1212的补码，的补码， 数学公式表示为：

45、数学公式表示为： 8+48+4（mod 12) mod 12) 什么是补码？什么是补码？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识表示方法表示方法对于正数其补码与原码相同；对于X=+Xn-2Xn-3X0，则补码为： X补=0Xn-2Xn-3 X0 对于负数,除了符号位之外数值各位取反，末尾位加1。对于X=Xn-2Xn-3X0，则补码为： X补=1 +1特点特点: :负数用补码表示时，可把减法转化成加法，可以用加法器实现减法，简便、经济 正数：尾数部分与真值形式相同；正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反加负数：尾数为

46、真值数值部分按位取反加1补补 码码 表表 示示 法法 032X.XXn-n- 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识符号、S 0、1数值位不变x 真值x原x反x补S 不变，数值位不变(S=0)变反(S=1)S 不变，数值位不变(S=0)变反后加1(S=1)注：S表示符号位记住规律记住规律 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例7 7：已知计算机字长为：已知计算机字长为8 8位，试写出二进制位，试写出二进制101010101010和和101010101010的机器中表示的原码、反码

47、和补码。的机器中表示的原码、反码和补码。解：设该机器采用定点整数表示,则其真值形式为: X=+0101010 Y=-0101010原 = 反 = 补 =00101010 Y原 = 10101010 Y反 = 11010101 Y补 =11010110原码、反码、补码应用举例原码、反码、补码应用举例 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例8 8：已知：已知XX补补101101101101，求真值，求真值X X解：先由X补求出X反，则得: X反= X补11011011101100 X反的符号位为1，故其所对应的真值为负，且数值为X反的各位

48、取反，即： X反 101100 X= -10011原码、反码、补码应用举例原码、反码、补码应用举例 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识位（位（Bit）：度量数据的最小单位字节（字节（Byte）：最常用的基本单位K（kilobyte） 字节 1KB =210B=1024 ByteM（megabyte）字节 1MB = 220B=1024 KBG（gigabyte） 字节 1GB = 230B=1024 MB T（terabyte）字节 1TB = 240B=1024GBb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0= 上一页上一页 返返

49、 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 什么是编码？什么是编码？ 所谓编码（所谓编码（codecode）, ,是指按一定规则组合而成二进制数码序列来表示数是指按一定规则组合而成二进制数码序列来表示数字符或其他符号。字符或其他符号。 计算机中常用的编码有十进制编码计算机中常用的编码有十进制编码(BCD(BCD码）、可靠性编码（校验码）码）、可靠性编码（校验码）字符编码、操作编码及汉字编码等。字符编码、操作编码及汉字编码等。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识用四位二进制代码对一位十进制数进行编码，它

50、既具有二进制码用四位二进制代码对一位十进制数进行编码，它既具有二进制码的形式的形式( (四位二进制码四位二进制码) )，又有十进制数的特点，又有十进制数的特点( (每四位二进制码每四位二进制码是一位十进制数是一位十进制数) )。 例例1 1（931931）1010= =（？）（？）BCDBCD 解解: :（ 9 9 3 3 1 1) )10 10 = =( (10011001 00110011 00010001) )BCD BCD 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识十进制十进制BCD码码十进制十进制BCD码码0000050101100

51、0160110200107011130011810004010091001 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互问题：已知（1101.01）2，求其对应的BCD编码？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识目的：目的：解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误，提高解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误，提高系统的安全性系统的安全性方法：方法： 使代码自身具有一种特征或能力使代码自身具有一种特征或能力 增加信息位之间的运算，如异或运算增加信息位之间的运算，如异或运算 增

52、加校验位增加校验位 作用：作用： 不易出错不易出错 若出错时易发现错误若出错时易发现错误 出错时易查错且易纠错出错时易查错且易纠错 分类分类: : 格雷码、奇偶校验码和海明码等。格雷码、奇偶校验码和海明码等。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识任何两个相邻的代码只有任何两个相邻的代码只有1 1个二进制位的状态不同其余个二进制位的状态不同其余的二进制位必须相同。这种编码的好处是从一个编码变的二进制位必须相同。这种编码的好处是从一个编码变到下一个相邻的编码的时候，只有一位的状态发生变化到下一个相邻的编码的时候，只有一位的状态发生变化. .

53、是一种既能检测出错位并能校正出错位的可靠性代码是一种既能检测出错位并能校正出错位的可靠性代码它由若干信息位加一个校验位所组成，其中校验位的它由若干信息位加一个校验位所组成，其中校验位的取值将使整个代码中取值将使整个代码中“1 1”的个数为奇数或偶数。若的个数为奇数或偶数。若“1 1”的个数为奇数，则称奇校验码；否则称偶校验的个数为奇数，则称奇校验码；否则称偶校验码码. . 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识对文字和符号进行编码的二进制代码称

54、为字符代码。对文字和符号进行编码的二进制代码称为字符代码。 计算机中常用的字符编码有：计算机中常用的字符编码有： ASCII编码：用一个字节表示，最高位置0，只用低七位，收集了128个字符和符号。当ASCII码的最高位取1时，又可表示128个字符，这种编码称为扩展ASCII码，主要是一些制符。 EBCDIC码：主要用在大型机器中，采用8位二进制编码，有256个编码状态，但只选用其中一部分 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互问题：GO

55、OD的ASCII码分别是多少？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识字符代码化（输入）字符代码化（输入）机内码机内码输入码向机内码转换输入码向机内码转换机内码向字形码转换机内码向字形码转换显示输出显示输出打印输出打印输出字形码字形码 汉字信息的输入（汉字信息的输入（汉字输入码汉字输入码） 汉字信息的加工（把汉字输入码转换汉字信息的加工（把汉字输入码转换成成汉字内码汉字内码才可加工处理）才可加工处理） 汉字的输出（只有汉字的汉字的输出（只有汉字的字形码字形码才能才能在屏幕上显示和打印机输出）。在屏幕上显示和打印机输出）。 第第1 1章章

56、计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识汉字的输入码汉字的输入码（外码）（外码）数字编码：数字编码：如电报码或国家标准如电报码或国家标准GB2312-80GB2312-80规定的汉字交换码（国标、规定的汉字交换码（国标、区位码）来输入汉字都是数字编码。区位码）来输入汉字都是数字编码。数字编码法不会产生重码，但难以数字编码法不会产生重码，但难以记忆，不易推广记忆，不易推广字音编码：字音编码：一种基于汉语拼音的编一种基于汉语拼音的编码方法。由于同音字很多，因此这码方法。由于同音字很多，因此这种编码方法会产生很多重码种编码方法会产生很多重码字形编码：字形编码：根据汉字的字形而给出根据汉字的字形而给出

57、 编码方法。把汉字分解为字根、部首、编码方法。把汉字分解为字根、部首、偏旁、笔划等基本单位，每一种基本单偏旁、笔划等基本单位，每一种基本单位与键盘上的一个键相对应，从而构成位与键盘上的一个键相对应，从而构成一个汉字的编码。这种输入法不易记忆，一个汉字的编码。这种输入法不易记忆，但具有重码少，输入速度快等优点。但具有重码少，输入速度快等优点。形音编码：形音编码：形音编码法吸取字音编形音编码法吸取字音编码和字形编码两种编码的特点，使码和字形编码两种编码的特点，使编码规则简单，重码少。编码规则简单，重码少。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知

58、识交换码：用于汉字外码和内部码的交换。交换码：用于汉字外码和内部码的交换。 国标码：是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码的依国标码：是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码的依据。国标码是双字节代码，国标码中的每个字符用两个字据。国标码是双字节代码，国标码中的每个字符用两个字节进行编码，每个字节的低节进行编码，每个字节的低7 7位表示信息，最高位为位表示信息，最高位为0 0。 汉字的机内码：是供计算机系统内部进行存储、加工处理汉字的机内码：是供计算机系统内部进行存储、加工处理传输统一使用的代码。目前使用最广泛的是变形的国标码传输统一使用的代码。目前使用最广泛的是变形的国标码 将将GB2312G

59、B231280 80 交换码的两个字节的最高位分别置为交换码的两个字节的最高位分别置为1 1而得而得到的。到的。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 汉字字形码：是指汉字字形点阵的代码，汉字字形码：是指汉字字形点阵的代码， 用于汉字的显示用于汉字的显示和打印。目前汉字字形的产生方式大多是数字式，即以点阵方和打印。目前汉字字形的产生方式大多是数字式，即以点阵方式形成汉字。式形成汉字。 汉字字库：是汉字字形数字化后，汉字字库：是汉字字形数字化后， 以二进制文件形式存储以二进制文件形式存储在存储器中而形成的汉字字模库。在存储器中而形成的汉字

60、字模库。 软汉字字库：软汉字字库：汉字字库文件存储在软盘或硬盘中。汉字字库文件存储在软盘或硬盘中。 硬汉字字库：硬汉字字库：亦称汉卡，汉字字库存储在汉卡中，将汉卡安装在机器的亦称汉卡，汉字字库存储在汉卡中，将汉卡安装在机器的扩展槽中。扩展槽中。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1234567890123456000000011000000010000000110000000200000001100000003110000011000001141111111111111111511000001100000116110000011000