大学计算机基础(48学时)教学课件第二单元“计算机基础知识”-2

1、第2章 计算机基础知识教学目的理解微机系统组成理解计算机中的数制及其相互转换了解二进制的表示理解机器数的表示掌握二进制数的算术运算和逻辑运算了解基本逻辑门 2.1 计算机系统2.1.1 计算机系统构成2.1.2 微型计算机主机板2.1.3 计算机的主要性能指标2.1.1 计算机系统构成计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分。1. 硬件系统2. 软件系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。BIOS芯片组（南、北桥）内存插槽CPU插座PCI插槽PCIE插槽打印机并行接口USB接口ATA接口SATA接口2.1.2 微型计算机主板主板的组成不同类型主板

2、的主要区别在部件的排列位置、接口类型、控制方式和尺寸。1. 芯片（1）CPU（2）芯片组：主板上一组超大规模集成电路芯片总称北桥芯片：负责CPU、内存、显卡之间的交通南桥芯片：存储设备和PCI(外设组件互连 )之间的数据流通（3）系统BIOS：含上电自检、系统初始化、系统设置主板的组成2. 扩展槽内存插槽：安装内存条总线接口插槽：例如PCI连接声卡、网卡等，AGP连接显卡3. 对外接口: 连接各种外部设备串行接口：例如USB、PS/2、SATA并行接口：例如IDE2.1.3 计算机的主要性能指标1主频主时钟频率的简称，使用的单位有Hz、MHz和GHz主频越高，运算速度越快 2运算速度MIPS（

3、Million Instructions Per Second）每秒百万条指令MFLOPS（Million Floating-point Operation Per Second）每秒百万次浮点运算3. 内存容量和存储容量的单位4字长字长：计算机的运算部件一次能处理的固定位数的二进制数据的位数字长越长，运算速度和精度相应地也就越高字长从8位，到16位、32位，发展到今天的64位5. 核数微处理器芯片中同时具有两个或两个以上的微处理器内核，例如有双核、四核或八核等，称为多核处理器2.2 计算机中的数制2.2.1 数的编码单位数位（bit，binary digit），简写为b（小写）每个0或1是计

4、算机中的最小数据单位位0或1的各种表现：逻辑器件：“断开”或“闭合”状态之一。内存储器：用于存放信息的晶体管的“开”或“关”，或某个电容的充电或放电；硬盘：磁盘盘片表面的磁场方向光盘：光的反射与否2.2.2 计算机中的常用数制计算机中的常用计数制十进制二进制数十六进制数八进制数为什么需要16进制、8进制？1十进制数十进制数有09十个数字符号。任意十进制数的权展开式：Di是D的第i位的数码，10为基数，10i称为十进制的权。2二进制数0和1两个符号组成 其中，Bi为1或0，2为基数，2i为二进制的权【例2-1】二进制数1011.01可表示为 ：3十六进制数16个符号：09、AF计数规律：逢十六进

5、一【例2-2】十六进制数38EF.A4H可表示为 4八进制数使用数符07 逢八进一 5. 各种进制的表示方法 (1) 括号右下角加进制数例如：（1011）2、（56）8、（987）10、（1A3）16 (2) 数字后加字母 十六进制 十进制 二进制 O 八进制例如：1011B、56O、987D、1A3H2.2.3 各种数制之间的转换1非十进制数到十进制数的转换按相应的权表达式展开按十进制运算规则求和 【例2-3】将二进制数1101.101转换为十进制数。【例2-4】将十六进制数64.CH转换为十进制数。 2十进制数转换为非十进制数整数和小数部分应分别进行转换整数部分：“除K以取余”小数部分：“

6、乘K取整”【例2-5】将十进制数115.25转换为对应的二进制数 【例2-6】将十进制数301.6875转换为对应的十六进制数。【例2-7】将十进制数301.6875转换为对应的八进制数 3二进制数转换为十六（八）进制(1) 分组 每四（三）位一组 整数: 从右至左 小数: 从左至右,位数不足右边补零(2) 每一组用一位十六（八）进制数表示4. 十六（八）进制二进制十六进制转换成二进制每一位数依次用四位二进制数表示八进制的数转换成二进制将每一个八进制的数用三位二进制数代替5八进制数和十六进制数之间的转换方法: 以二进制为媒介即先将八进制数转换成二进制数，然后再将二进制数转换成十六进制，反之亦然

7、2.3 二进制数的表示和运算2.3.1 二进制数的表示1）绝对值: 转化为二进制2）正负号: 编码3）小数点: 定点和浮点符号位编码示例 +52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 真值-52 = -0110100 = 1 0110100 符号位 真值小数点的处理1. 定点数小数点位置固定在第1个有效数之前，称为纯小数运算时数据转化为绝对值小于1的纯小数，运算后输出时再按比例还原2. 浮点数采用科学记数法，小数点的位置随指数大小来回浮动规格化浮点数：尾数用纯小数表示保存数符、尾数（确定精度）、阶符和阶码（确定范围）四个部分2.3.2 二进制数的算术运算1加法运算运算规则： 0

8、+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10（有进位）【例2-10】计算10110110B和01101100B的和。结果： 100100010B 2. 减法运算运算规则： 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 (有借位)【例2-11】计算11000100B和00100101B的差。 解： 结果： 11000100B-00100101B 10011111B 3. 乘法运算运算规则： 00=0 01=0 10=0 11=1【例2-12】求两个二进制数1100B与1001B的乘积。1100B1001B 1101100B计算机中乘法运算转换为移位和加法运算。 4. 除法运算【例2-13】求

9、两个二进制数100111B与110B的商。二进制的除法运算可转换为减法和右移运算。 2.3.3 机器数的表示和运算机器数计算机中存储和处理的二进制数机器数分类无符号数:每一位都是有效的数据有符号数:最高位表示数据的正或负机器数的表示原码,反码,补码1. 原码规则：最高位为符号位，正0负1，其余为真值部分【例2-14】已知 X1=+42D X2=-42D,求X1原和 X2原解: X1+101010 X2101010 则 X1原0 0101010 X2原1 0101010原码特点:运算复杂0有两种表示(不唯一), +0原00000000 和 -0原100000002. 反码规则：正数：与原码相同负

10、数：符号位之外其它各位分别取反【例2-15】已知 X1=+42D X2=-42D,求X1反和 X2反解: X1+101010 X1反=X1原0 0101010 X2101010 X2原1 0101010 X2反1 1010101反码特点:运算复杂数0的反码也不唯一：+0反 =00000000 -0反 =111111113. 补码规则：正数：与原码相同负数：反码的末位加1【例2-16】已知 X1=+42D X2=-42D,求X1补和 X2补解: X1+101010 X1补 X1反=X1原0 0101010 X2=101010 X2原=1 0101010 X2反=1 1010101 X2补 X2反

11、+1 1 1010101 +1= 1 1010110 补码特点(1)将减法转换为加法(2)0的表示唯一+0补= +0原=00000000-0补= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 8位字长的进位被舍掉补码运算X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补-Y补=X补+-Y补【例2-18】已知 X=+0110100B Y=-1110100B,求X补+Y补解:X0, X补= 0 0110100B Y0, Y补= Y反+1=1 0001011B+1=1 0001100BX补+Y补= 0 0110100B+ 1 0001100B=11000000B【例2-19】已知 X=+51D Y=+6

12、6D,求X-Y补解:+51=+0110011B X补= 0 0110011B -66=-1000010B -Y补=1 0111110B X-Y补= X补+-Y补= 0 0110011B + 1 0111110B =11110001B=-15D2.4 逻辑运算与逻辑门2.4.1 逻辑运算按“位”进行的运算，包括：与，或，非，异或1. “与”运算“与”运算规则：11=1 10=0 01=0 00=0应用：将指定的位清0实现：通过与门逻辑电路实现&ABCC =A B例2-20 “与”运算11011010B 10010110=10010010B2. “或”运算“或”运算：00=0 01=1 10=1 11=1应用：将指定的位置1。实现：通过或门逻辑电路实现1ABCC=A B例2-21 “或”运算11011001B11111111B11111111B3. “非”运算“非”运算规则按位求反例2-22 非运算 1AB4、“异或”运算“异或”运算输入状态相同，则输出为0；输入状态相异，则输出为1。000 1 01 0 11 1 10应用：将指定的翻转加密解密ABCC=A B例2-23 异或计算 11010011B 10100110B 01110101B2.