大学计算机基础

大学计算机基础ENIAC的问题1945年，冯·诺依曼根据ENIAC存在的问题(1)没有存储器(2)用布线接板进行控制'存储程序通用电子计算机'方案冯.诺依曼EDVAC二进制3

问题的提出

计算机需要一种“语言”

十进制数“0——9”

问题的解决

二进制数01

两种状态低电平高电平计算机的信息单位0和1由来

'1与0，一切数字的神奇渊源。这是造物的秘密美妙的典范，因为，一切无非都来自上帝。'18世纪德国莱布尼茨乾卦111坤卦000冯·诺依曼的启示二进制电子元件双稳的工作特点将简化机器的逻辑线路日常生活中的进制数十进制数七进制数24进制数12进制数…为什么冯.诺依曼选择二进制？电子元器件双稳态9瓦8瓦7瓦6瓦5瓦4瓦3瓦2瓦1瓦关开关√10十进制二进制运算规则简单十进制数九九乘法表二进制数0+00+1和1+01+1逻辑运算∨01001111∧01000101逻辑与逻辑或﹣0110逻辑非采用二进制的好处可编码任意信息算术运算规则简单适合逻辑运算实现技术(电子元器件)简单911111000(11101010)2计算机的信息单位二进制数进位制用数码和带有权值的数位来表示有大小关系的数值型信息的表示方法。二进制只有两个数码：0和1;数位i的权值：2i;运算规则：逢二进1，借1当二；2称为计数制的基数。(11110101.01)201276543-1-2=1×27+1×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=245.25()10二进制数-算术运算例1:(10111)2+(10011)2=?10111+)10011010101例2:(10111)2－(10011)2=?10111-)1001100100二进制的算术运算算术运算按位计算并考虑进位和借位；乘除法运算可转为多次加减法运算来进行；有很多快速进行加减乘除运算的算法。二进制的缺点与十进制相比，二进制的一个数值的数码位数长，识认比较困难。二进制与十进制进行转换比较麻烦。我认识他已经1110年了！我认识他已经14年了！计算机显示数据时常用到其它进制数八进制、十六进制数制及其转换基数：一种数制由R个基本字符组成，则基数为R数制概念进制

基数基本符号二进制R=20,1八进制R=80,1,2,3,4,5,6,7十进制R=100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

十六进制R=160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FA:10,B:11,…,F:1514计数制的不同表示10101B为二进制数10101，也记为（10101）2101O为八进制数101，也记为（101）8234D为十进制数234，也记为（234）10101AH为十六进制数101A，也记为（101A）16数制及其转换思考：十进制和二进制足够为什么还要八进制和十六进制？2.1理解0和1二进制转换十进制【例1】（10110.01）2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2=（22.25）10思考：八进制、十六进制转换为十进制呢？（642）8=（？）10（9B4.4）16=（？）10(642)8按照位权展开

(642)8=6×82+4×81+2×80=（418）10(9B4.4)16按照位权展开(9B4.4)16

=9×162+11×161+4×160+4×16-1

=

（2484.25）10R进制转换为十进制都是以位权形式展开求和2.1理解0和117十进制

转换

二进制转换规则：

整数部分——除2取余法第2：

十进制转换R进制18【例2】(13)10

=（？

）2132余数6…123…021…120…1高位低位

(1101)2(13)10=19

十进制向八进制转换：

(348)10(？

)8

348÷8=43……443÷8=5……..35÷8=0……..5所以(348)10(534)8十进制向十六进制转换：

(348)10(

？

)16348÷16=21…..C21÷16=1....…51÷16=0……1所以(348)10(15C)16十进制向十六进制、八进制的转换呢？20

进制之间的转换关系第3：

二、八、十六进制数之间的转换21

二、八、十六进制数之间的转换（1）二进制数→八进制数原则：三位一组法，不足3位补零小数部分：从左向右分组整数部分：从右向左分组数制间的转换【例3】（10110.11）2=（？）810110.11010110.62

11

06（10110.11）2=（26.6）8思考：那么数字'2'与'16'的又有什么关系？23（2）二进制数→十六进制数原则：四位一组法，不足4位补零整数部分：从右向左分组小数部分：从左向右分组数制间的转换二、八、十六进制数之间的转换24二进制转换十六进制【例3】（11101.011）2=（？）1611101.01100011101.1D01106.（11101.011）2=（1D.6）1625八进制转换十六进制（略讲）八进制转换二进制转换十六进制【例4】（172.6）8=（？）16（172.6）8010111（001.110）2A

.7C

（172.6）8=（7A.C）160信息数值信息非数值信息英文字符、标点符号汉字图形声音视频….信息如何以二进制的形式在计算机中表示呢？编码计算机中的所有信息都可以用二进制编码表示编码：编码是以若干位数码或符号的不同组合来表示非数值性信息的方法，它是人为地将若干位数码或符号的每一种组合指定一种唯一的含义。例如：0----男，1----女再如：000----星期一001----星期二010----星期三

011----星期四100----星期五101----星期六

110----星期日再如：000----一院001----二院010----三院

011----四院100----五院101----六院

110----七院111----其他2.1理解0和1(4)0和1与编码2.1理解0和1

编码的三个主要特征

唯一性：每一种组合都有确定的唯一性的含义

公共性：所有相关者都认同、遵守、使用这种编码

易于记忆/便于识认性：有一定规律。为计算机使用的编码：规律性易于编程序处理之；为人所使用的编码：便于记忆和便于识认。(4)0和1与编码

bit

1位二进制位/信息表示的最小单位

Byte

字节,8位二进制位/信息容量的基本单位

1KB=210字节

(1024字节)

1MB=210KB(约1,000,000字节)1GB=210MB(约1,000,000,000字节)1TB=210GB

注意：2的幂次方为计算单位

Word

字—计算机内部数据处理、信息传输的基本单位。信息的基本度量单位2.1理解0和1(4)0和1与编码

每一个字包含的二进制位数称为字长ASCII码----英文字母符号的编码ASCII码是计算机领域普遍应用的英文字母与符号的0,1型编码方法，是用7位0和１的不同组合来表示10个数字、26个英文大写字母、26个英文小写字母及其一些特殊符号的编码方法，是信息交换的标准编码。

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx2.1理解0和1(4)0和1与编码AmericanStandardCodeforInformationInterchange128个字符，可以用多少位进行编码呢？在计算机内ASCII码以8位来表示的，其最高位取0。ASCII码

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx每8位为一个字符，最高位为041H~5AH:‘A’

~‘Z’61H~7AH:‘a’

~‘z’0AH:换行符号LF0DH:回车符号CR30H~39H:‘0’

~‘9’01000001A41H01000010B42H01000110F46H2.1理解0和1ASCII编码的规律(4)0和1与编码完整的ASCII码表0,1型编码以十进制表示。ASCII码的出现使得信息交换标准统一，形成统一的基于ASCII码的处理方法，使得计算机得以推广和普及。2.1理解0和1(4)0和1与编码ASCII码的出现统一了信息交换标准使得计算机得以推广和普及十个数字符号的编码----BCD码BCD码：BinaryCodedDecimal(二-十进制编码)是用４位０和１的不同组合，按照与进位制保持一致的关系，来表示10个十进制数字的方法。10个数字，只需4位0/1数码即可十进制 01234 BCD码

0000

000100100011

0100

十进制 56789 BCD码

0101 0110 011110001001

2.1理解0和1(4)0和1与编码2.1理解0和1(4)0和1与编码（记住常用的ASCII码值！）字符ASCII码值A65(41H)Z90(5AH)a97(61H)z122(7AH)字符ASCII码值048(30H)957(39H)\00空格32机器数：一个数在机器中的表现形式。真值：数的本身。

在计算机机中表示正负号：一般用'0'表示正号，用'1'表示负号，符号位放在数的最高位。

目前常用的机器数有原码、反码、补码等编码方法。计算机中正负数的表示整数X的原码指：其数符位0表示正，1表示负；其数值部分就是X绝对值的二进制表示。通常用[X]原表示X的原码。例如：

[+1]原=00000001[+127]原=01111111

[-1]原=10000001

[-127]原

=11111111

注意：在原码表示中，零有两种表示形式，即

[+0]原=00000000[-0]原

=10000000

1原码原码的特点原码表示法简单易懂，与其真值的转换方便。缺点：

1.不便于加减运算。

2.零的表示不具有唯一性。[+0]与[-0]不一致。整数X的反码指：对于正数与原码相同；对于负数，数符位为1，其数值位X的绝对值取反。通常用[X]反表示X的反码。例如：

[+1]反=00000001[+127]反=0

1111111

[-1]反=1

1111110

[-127]反

=1

0000000由此看出，在反码表示中零也有两种表示形式，即：

[+0]反=0

0000000[-0]反=1

1111111反码运算也不方便。2反码3补码数值型数据的编码一个二进制数在计算机中是以这个二进制数的补码形式表示的。原码：正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，数值部分用二进制表示。补码：正数的补码和原码相同，负数的补码是数1值部分每位取反加1。11001101-77

符号位真值1100110110110011原码补码补码10110010反码+1上次课复习0和1的出现计算机采用二进制的原因二进制与其它进制的转换信息的编码-0，1码数值在计算机中的表示：定点数、浮点数数值在计算机中的编码：原码、反码、补码非数值信息编码：ASCII码非数值信息1、字符（如汉字等）2、图像、音频、视频输入码：拼音码、字型码、区位码……拼音码：da五笔字型码：dddd汉字输入码：汉字依据输入码通过键盘输入汉字。汉字信息编码计算机内部由外到内由内到外'大''大'汉字内码：汉字在计算机内部采用汉字内码存储。计算机内部由外到内由内到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1编码汉字,每个汉字在计算机内部由2个字节表示0

0110100

0

1110111国标码1

01101001

1110111(机)内码汉字信息编码'大'用0和1编码无亮点和有亮点形成字形信息,便于显示……汉字字形码是一种字模点阵码。也有不同的处理汉字点阵信息的编码，如向量编码等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooo111111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo计算机内部由外到内由内到外大汉字字形码：汉字依据字形码通过显示器或打印机输出汉字。汉字信息编码汉字字形点阵的代码有16×16、24×24、32×32、48×48、72×72等编码点阵数越大，分辨率越高，字形越美观，但占用的存储空间越多像素：描述图像的最小单位，显示器上的一个可发光的点，每个像素可显示不同颜色位图图像：由静态的像素点组成，直接按像素点位置画出，例如BMP,JPG,GIF…矢量图像：由若干特定点的位置和相关数学公式计算动态画出，例如wmf,dwg…计算机中的图像单色图像黑白(1位)彩色图像16色(4位)256色(8位)24位真彩色32位真彩色音频编码计算机中的声音视频编码：视频是时间序列的动态图像(如25帧/秒)，也是连续的模拟信号，需要经过采样、量化和编码形成数字视频，保存和处理。计算机中的视频音频轨文字轨视频轨ASCII示例信息表示与处理的基本思想0和1的思维0和1的出现计算机采用二进制的原因二进制与其它进制的转换信息的编码-0，1码0和1的基本硬件实现二极管特性相当于开关：加正向电压导通，加反向电压截止；通过外加电压的调整，控制开与关(实现1和0的变换)FKVFLRI(b)KLRVR(b)0和1的基本硬件实现-二极管三极管主要功能为开关和放大作用以较小的b极电流信号可控制较大的c极流过的电流--放大。典型的三极管电路0和1的基本硬件实现-三极管用二极管、三极管可实现基本的集成电路:与门、或门和非门与门、或门和非门等门电路便成为计算机基本的元器件。用二极管实现的与门：当A,B端均为高电平(1)时，则F端为高电平(1)，否则F端为低电平(0)。用二极管实现的或门：当A,B端均为低电平(0)时，则F端为低电平(0)，否则F端为高电平(1)。用三极管实现的非门：当A端为低电平(0)时，则F端为高电平(1)；当A端为高电平(1)时，F端为低电平(0)。0和1的基本硬件实现-集成电路

'=1'表示异或运算。

'&'表示与运算。半加器的电路实现：AiBi分别为第i位加数和被加数，Si为第i位运算的和，Ci+1为产生的进位。利用与门、或门和非门可实现更为复杂的控制电路

示例：一位半加器。=1&AiBiSiCi+1

Ai+

BiCi+1Si0和1的复杂部件的硬件实现全加器可按此方法由两个半加器实现。由此就可用简单的逻辑电路构造复杂的逻辑电路。=1&AiBiSiCi+1=1&AiBiSiCi+10和1的复杂部件的硬件实现微处理器芯片CPU：复杂组合逻辑集成在一块板上并封装而成的电路计算机中复杂的集成电路是如何进行协调工作的呢？计算机系统图灵机冯·诺依曼计算机计算机硬件系统计算机软件系统计算机语言图灵及图灵奖阿兰·麦席森·图灵图灵奖姚期智图灵机1936年，TuringMachine用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。图灵机的组成：一条无限长的纸带TAPE；一个读写头HEAD；一套控制规则TABLE；一个状态寄存器。冯·诺依曼计算机基本思想存储程序：指令和数据以同等地位事先存于存储器,可按地址寻访,连续自动执行。五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备指令和数据用二进制表示冯·诺依曼

现代计算机通常是以存储器为中心的冯.诺依曼计算机。输入输出数据或程序不通过运算器，运算器只负责进行运算，可实现二者的并行工作，提高速度。输入设备存储器输出设备运算器控制器运算器控制器内存储器外存储器输入设备输出设备控制台电源命令回答命令回答取出的数据存储的数据取出的命令命令/地址外部设备主机中央处理器(CPU)冯·诺依曼计算机-硬件组成批量交换数据一个一个交换数据内存容量小，外存容量大内存存取速度快，外存存取速度慢内存只能临时保存，外存可永久保存内存和外存输入设备输出设备输入/出设备外部设备键盘鼠标扫描仪光驱光盘显示器打印机U盘/硬盘所有外部设备都受主机控制，通过总线把各种设备连接在一起！仅有硬件的计算机可否运行？没有软件的硬件是不能做任何事情的!软件=程序+文档程序=指令序列指令是用户对计算机发出的工作命令操作码地址码指令格式软件硬件计算机系统'看得见、摸得着'的物理载体程序及其配套的数据、文档等应用软件系统软件控制台电源外存储器CPUROMRAMBIOS程序操作系统数据应用程序操作系统数据BIOS程序计算机系统的工作过程计算机语言算法、语言与计算机程序算法解决问题的步骤程序计算机能够理解与执行的解决问题的步骤计算机语言人和计算机都能理解的语言计算机语言的发展(1)计算机能够理解与执行什么呢？机器语言：用二进制和编码方式提供的指令系统

所编写程序的语言被称为机器语言所有程序都需转换成机器语言程序计算机才能执行指令系统：CPU用二进制和编码提供的可以解释并执

行的命令的集合。用指令系统中的指令编写的程序，CPU能够执行10000110000001111000101100001010100101110000011111110100完成7+10并存储的机器代码用机器语言编写程序存在什么问题呢？汇编语言：是用助记符号编写程序的语言。汇编语言源程序：是用汇编语言编出的程序。汇编程序:

是将汇