第1章 计算机系统的基础知识

1、计算机导论前言谈谈你报计算机类专业的想法。谈谈你报计算机类专业的想法。谈谈你对计算机的认识。谈谈你对计算机的认识。谈谈对计算机的工作原理认识。谈谈对计算机的工作原理认识。为什么要学为什么要学计算机导论计算机导论这门课？这门课？如何学好如何学好计算机导论计算机导论这门课？这门课？课程的作用从学科整体出发，综述性地、深入浅从学科整体出发，综述性地、深入浅出地介绍计算机学科的有关知识与技出地介绍计算机学科的有关知识与技能，起能，起导向的作用导向的作用是从事计算机信息学科学习学生的是从事计算机信息学科学习学生的“导游图导游图”，是对整个计算机学科有，是对整个计算机学科有一个一个鸟瞰式的纵览鸟瞰式的纵览

2、。学习目的理解计算机会理解计算机会“自动计算自动计算”的基本原理的基本原理掌握计算机的最基本的知识掌握计算机的最基本的知识上机能掌握计算机的基本操作上机能掌握计算机的基本操作知道计算机领域的主要方向和发展趋势知道计算机领域的主要方向和发展趋势明白计算机专业所开各课程的意义和作用明白计算机专业所开各课程的意义和作用弄清各门课程间的联系。弄清各门课程间的联系。课程的学习方法重视学科的科学思想、方法的把握。重视学科的科学思想、方法的把握。从宏观入手把握问题，不纠缠于个别细节，从宏观入手把握问题，不纠缠于个别细节，从学科体系上把握整个知识体系。从学科体系上把握整个知识体系。重视实践和动手能力的培养，和

3、计算机专重视实践和动手能力的培养，和计算机专业技能课训练紧密结合业技能课训练紧密结合提高计算机的操作能力提高计算机的操作能力计算机专业的特点计算机应用方向很多计算机应用方向很多, ,潮流也很新潮流也很新, ,许许多人这学一点多人这学一点, ,那个学一点那个学一点, ,结果个个结果个个都不精通都不精通. .总觉得是在原地打转总觉得是在原地打转. . 作为计算机的学生要做到面广且专作为计算机的学生要做到面广且专. .即对计算机的每一个领域都要了解即对计算机的每一个领域都要了解, ,专专业知识要专业知识要专, ,对一个方向的专业知识要对一个方向的专业知识要精通精通. . 教学形式和考核办法教学形式教

4、学形式幻灯片 +教材，以及与计算机相关 的读物。考核办法考核办法总成绩=开卷考试（70）平时成绩（30%）阅读参考书计算机计算机科学概论（第八版）计算机计算机科学概论（第八版）Computer Science : an Computer Science : an overviewoverview， 美美 J.GlennJ.Glenn BrookshearBrookshear著，王保江等译，著，王保江等译， 人民人民邮电出版社，邮电出版社，20032003年年9 9月。月。黄荣胜等编黄荣胜等编 计算机科学与技术方法论计算机科学与技术方法论 北京北京 人民邮电出版社人民邮电出版社 20022002

5、年年王玉龙等编王玉龙等编 计算机导论计算机导论 电子工业出版社电子工业出版社 2012 2012年年计算机科学导论（第计算机科学导论（第2 2版），【美国】版），【美国】Firouz MosharrafFirouz Mosharraf著，刘艺译，机械工业出版社，著，刘艺译，机械工业出版社，20092009计算机科学概论（第计算机科学概论（第1010版），【美】版），【美】J.Glenn Brookshear J.Glenn Brookshear 著，刘艺等译，人民邮电出版社，著，刘艺等译，人民邮电出版社，20092009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8ENIACENI

6、AC是世界公认的第一台通用电子数字计算机。是世界公认的第一台通用电子数字计算机。19461946年年2 2月月由美国宾州大学的莫克莱和埃克特研制；由美国宾州大学的莫克莱和埃克特研制；1800018000多个多个电子管电子管、15001500多个多个继电器继电器、占地占地170170平方米平方米、重量重量3030吨、吨、计算速计算速度度5 5千次千次/ /秒；每次至多只能秒；每次至多只能存储存储2020个个十进制数；十进制数；弱点：存储容量小，尚未采用弱点：存储容量小，尚未采用“程序存储程序存储”方式；电子管太多方式；电子管太多 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

7、基础知识计算机系统的基础知识9图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。冯冯诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯诺依曼结构。诺依曼结构。 整个系统是由五大基本部件组成，即由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成； 采用二进制，使用机器语言,指令通过操作码来完成简单的 操作； 采用存储程序的思想，对计算进行集中的顺序控制。冯冯. .诺依曼诺依曼图图 灵灵 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第

8、1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识10所谓所谓现代计算机现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。旧落后的机械或继电器技术。 以构成以构成计算机硬件的逻辑元件为标志计算机硬件的逻辑元件为标志，大致经历了，大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模超大规模集电路计算机等超大规模集电路计算机等四个发展阶段四个发展阶段。 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11课堂交互现代计算机与微型机划分的标准有什么不同

9、？现代计算机与微型机划分的标准有什么不同？现代计算机：现代计算机：电子器件不同微型机：微型机：微处理器的位数 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12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

10、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13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14 特点特点 使用中、小规模集成电路作为逻辑开

11、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 370系列、 IBM 360系列、富士通F230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。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15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

12、，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16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

13、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 Bank） 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

14、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17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）、CR

15、AY-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18运算速度可达运算速度可达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19 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，为依据的，共分四代：共分四代： 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

16、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20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40041. 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21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

17、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22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：510MHz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

18、算机系统的基础知识23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24笔记本电脑：笔记本电脑：体积更小、重量更轻的便携式微型机 单片计算机：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

19、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25 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26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

20、哪些部件组成？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识27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

21、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” ” 裸机不能做任何工作。裸机不能做任何工作。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28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

22、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29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

23、 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30 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31冯诺依曼型计算机两大特征： 程序存储程序存储采用二进制采用二进制 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32 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

24、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33教学引入 计算机可以处理各种各样的数据，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34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

25、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351. 特点 ： 10个有序的数字符号：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 其中：“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36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

26、。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

27、 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识37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，（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38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

28、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39

29、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 0,12iB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40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

30、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41 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

31、，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+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

32、.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）1010= =（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

33、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43二进制、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

34、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 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，

35、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。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

36、统的基础知识44解： 001 010 111 011 . 001 011 100 1 2 7 3 . 1 3 4 即： (1010111011.0010111)2=(1273.134)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 10

37、1 100 . 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 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识45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

38、制数 分析：分析：按照按照“一位拆四位一位拆四位”的原则，对十六进制数进行处理。的原则，对十六进制数进行处理。 解： 5 A 0 B 0 C 0101 1010 0000 1011 . 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46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

39、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47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

40、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48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49真

41、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+1101.1;+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

42、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

43、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50 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，X=+Xn-2Xn-3X0，则原码为： X原=0Xn-2Xn-3X0 对于负数，X=-Xn-2Xn-3X0，则原码为： X原=1Xn-2Xn-3X0 原码表示法的特点原码表示法的特点: :优点:简单易懂，与真值的转换方便。 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值，增加了机器的复杂程度。 符号

44、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51表示方法表示方法对于正数其反码与原码相同；对于X=+Xn-2Xn-3X0，则反码为：X反=0Xn-2Xn-3X0对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即 0变为，l变为0。对于X=-Xn-2Xn-3X0，则反码为X反=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。 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.X

45、Xn-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52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

46、- 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53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54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

47、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55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反的各位取反，即： X反 101100 X= -10011原码、反码、

48、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56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 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

49、算机系统的基础知识57 什么是编码？什么是编码？ 所谓编码（code）,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。 计算机中常用的编码有十进制编码(BCD码）、可靠性编码（校验码）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58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制码的形式( (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( (每四位每四位二进制码是一位十进制数二进制码是一位十进制数) )。

50、 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59十进制十进制BCD码码十进制十进制BCD码码00000501011000160110200107011130011810004010091001 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60课堂交互问题：已知(1101.01)2，求其对应的

51、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61 教学目的教学目的 本讲主要介绍二进制与十进制的算术运算以及二进制的逻辑运算的基本知识，通过本讲的学习使大家对计算机中的基本运算方法有所了解。教学重点教学重点二进制补码运算二进制的逻辑运算第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识62教学引入教学引入 1+1=2 1+1=2 1+1=10 1+1=10 1+1=1 1+1=1? 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63计算机中的基本运算计算机中的基本运算 算术运算：包括加、减、

52、乘、除等四则运算。 逻辑运算：包括逻辑乘、逻辑加、逻辑非及逻辑异或等运算运算规则：运算规则： 、 加法规则：0 + 0 = 0 0 + 1= 1+ 0 =1 1 + 1= 0 减法规则：00 = 0 10 =1 11=0 01= 1 乘法规则：00 = 0 01=10 = 0 11= 1 除法规则 01= 0 11= 1 ( 0不能作除数 ) 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64例例9. 9. （10101010）2 2+ +（01010101）2 2= =（？）（？）2 2 1 0 1 01 0 1 0 + + 0 1 0 10

53、1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 + 5 15 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65例例10. 10. （11101110）2 2 （10011001）2 2= =（？）（？）2 2 1 1 1 01 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 14 9 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66例例11. 11. （11001100）2 2（10011001）2 2= =（？）（？）2 2 被乘数 1 1 0 0 ) 乘数

54、1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0乘积 1 1 0 1 1 0 0 12 9 108 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67例例12. 12. （10010111001011）2 2（101101）2 2= =（？）（？）2 2 101）1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 5 ) 751 11 115252505 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

55、础知识68二进制乘法可以由二进制乘法可以由“加法加法”和和“移位移位”两种操作实两种操作实现。除法可以由现。除法可以由“减法减法”和和“移位移位”两种操作实现两种操作实现因此，运算器中只需进行加减法及左右移位操作便因此，运算器中只需进行加减法及左右移位操作便可实现四则运算。可实现四则运算。 计算机中，加减法通常都用补码进行。计算机中，加减法通常都用补码进行。 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69分析：分析：运算公式运算公式 x x补补+ +y y补补 = =x+yx+y补补 例例16 设设x=+x=+0 01 11 10 01 11

56、 10 0， y=y=1 11 11 11 10 00 01 1 求：求： x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=0,0110110y补=1,0000111 有： 0，0110110 x补 + 1，0000111 y补 1，0111101 x补y补即x+y补x补y补 1，0111101求得x+y=1000011 结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 P24 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70例例17 17 设设x=+x=+1 10 01 10 00 01 11 1， y=+y=+0

57、 01 10 00 01 10 01 1 求求x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=0, 1010011 y补=0, 0100101 有： 0，1010011 x补 + 0，0100101 y补 0，1111000 x补y补即x+y补x补y补 0, 1111000 求得x+y=+1111000 结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 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71例例18 18 设设x=x=- -1 10 00 00 00 01 11 1， y=y=- -0 01 10 00 0

58、0 00 01 1 求求x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=1, 0111101 y补=1, 1011111 有： 1, 0111101 x补 + 1, 1011111 y补 11, 0011100 x补y补 丢失 即x+y补x补y补 1, 0011100 求得x+y=-1100100 结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 注意书上错误注意书上错误第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识72例例19 19 设设x=+x=+1 10 00 00 01 10 01 1， y=+y=+1 11

59、10 00 01 11 11 1 求：求： x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=0, 1000101 y补=0, 1100111 有： 0 , 1000101 x补 + 0 , 1100111 y补 1 , 0101100 x补y补即x+y补x补y补 1,0101100求得x+y=1010100 结果错误 思考：如何判断溢出现象？例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 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73例17 设x=+1010101， y=+1100001 求： x - y=?解：x补=0, 1010101 -y=-1100001 -y补=1, 0011111 有： 0，1010101 x补 + 1，001