第二章计算机基础知识

计算机基础知识11.计算机系统的组成与工作原理2.数制转换及运算3.数据在计算机中的表示

计算机科学与技术学院黄斐1.计算机系统的组成与工作原理

11计算机系统的组成

2系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬件软件计算机科学与技术学院黄斐计算机系统的组成

3输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等

输出设备：显示器、打印机等

外

存：软盘、硬盘、光盘、闪存等

网络设备：网卡、调制解调器等

计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)

操作系统：Windows、Unix、Linux等语言处理程序：C、Java、VB等

实用程序：诊断程序、排错程序等

办公软件包、数据库管理系统等计算机科学与技术学院黄斐1.2计算机硬件组成

4计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备计算机科学与技术学院黄斐计算机的五大部件5冯.诺依曼思想：

二进制程序与数据一样存放在内存五大模块计算机科学与技术学院黄斐处理器6计算机科学与技术学院黄斐存储器7存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息的外存储器信息交流中心内存储器计算机科学与技术学院黄斐存储器8每个记忆单元由8位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字节BYTE76543210位Bit计算机科学与技术学院黄斐输入设备、输出设备9常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等。计算机科学与技术学院黄斐1.3计算机的基本工作原理10指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。

数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令

结构分类操作码要完成的操作类型或性质操作数

操作的内容或所在的地址

计算机科学与技术学院黄斐计算机的基本工作原理

11指令的执行过程分为以下4个步骤：①

取指令

按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令

对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。③

执行指令

由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。④一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。计算机科学与技术学院黄斐计算机的基本工作原理

12计算机科学与技术学院黄斐678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-22.数制转换及运算

2.1进位计数制

13N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr进制数N可表示为：r进制数用

r个基本符号（例如0，1，2，…，r-1）表示数值基数权数码计算机科学与技术学院黄斐2.2不同进位计数制间的转换

14r进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加例：

10101(B)=24+22+1=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=78+1=57101A(H)=163+16+10＝4106进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制计算机科学与技术学院黄斐十进制转化成R进制15整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)~例100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022

0.7602

1.520210025022521226232100010011余数余数

1.04八进制100812818044110016604616十六进制计算机科学与技术学院黄斐余数二进制、八进制、十六进制数间的相互转换

1664(H)=0110

0100(B)

6

4144(O)=001

100

100(B)

1441

101

101

110.110

101(B)=1556.65(O)15566511

0110

1110.1101

0100(B)=36E.D4(H)

36ED4一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八(十六)进制)

整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三(四)位进行分组

不足补零计算机科学与技术学院黄斐二进制、八进制、十六进制数间的关系

17

八进制

对应二进制

十六进制对应二进制

十六进制

对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111计算机科学与技术学院黄斐2.3

二进制数的算术运算

181.二进制数的加法运算2.二进制数的减法运算加法运算法则0+0=00+1=1+0=11+1=10

1101+111011011减法运算法则0-0=1-1=01-0=10-1=1计算机科学与技术学院黄斐二进制数的算术运算

193.二进制数的乘法运算4.二进制数的除法运算乘法运算法则0×0=00×1=1×0=01×1=1除法运算法则0÷0=00÷1=01÷1=1计算机科学与技术学院黄斐2.4二进制数的逻辑运算

20逻辑非运算

逻辑非的真值表 AF=A0110逻辑与运算

逻辑与的真值表 ABF=A×B000010100111计算机科学与技术学院黄斐2.4二进制数的逻辑运算

21逻辑或运算

逻辑或的真值表 ABF=A+B000011101111计算机科学与技术学院黄斐3.数据在计算机中的表示

22二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强11111111101

0

0

101计算机科学与技术学院黄斐3.1数值23符号位“0”表示正、“1”表示负

定点整数符号数的机器数表示

10101100S小数点无符号位S小数点

定点小数计算机科学与技术学院黄斐浮点数表示24110.011(B)=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11阶码数符阶符尾数1100110011N=数符尾数2阶符阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。

定点整数定点小数计算机科学与技术学院黄斐带符号数的表示

25(3)补码0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111

-0：10000000[X]原=+7：00000111+0：00000000

0X1|X|0<=XX<=00X1|X|+10<=XX<0+7：00000111+0：00000000

-7：11111000

-0：11111111-7：11111001

-0：00000000

(2)反码[X]反=[X]补=假定一个数在机器中占用8位。(1)原码计算机科学与技术学院黄斐3.2

字符

26西文字符

ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127

控制字符：0～32，127；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行0AH10

回车0DH13

空格20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a’～‘z’61H～7AH 97～122计算机科学与技术学院黄斐汉字编码27(1)汉字输入码

音码类全拼、双拼、微软拼音、智能ABC等 形码类五笔字型法、郑码输入法等。(2)汉字国标码(GB2312－80)

每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。 汉字分区，每个区94个汉字。(3)机内码计算机科学与技术学院黄斐“大”字的区位码2083000101000l0l00ll区号和位号分别加上320010000000100000“大”字的国标交换码001101000l1l00ll“大”字的内码B4F3101101001l1l00ll汉字字形编码28(4)汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码

有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征

矢量方式特点正好与点阵相反(5)汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系计算机科学与技术学院黄斐UCS编码29组平面行

字位最高位为0基本多文种平面（BMP）：0组0平面，包含字母、音节及表意文字等。例如：‘A’ 41H(ASCII) 00000041H(UCS) ‘大’B4F3H(GB2312) 00005927H(UCS)(6)其他汉字编码UCS码、Unicode码、GBK码、BIG5码等

国际标准：通用多八位编码字符集UCS(UniversalCodeSet)世界各种文字的统一的编码方案，一个字符占4个字节。分为：计算机科学与技术学院黄斐其他汉字编码30

Unicode码

另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。其字符集内容与UCS的BMP相同。