计算机导论 - [课件]第1章 计算机系统的基础知识

1、计算机科学技术基础 Basis of Computer Science l典型机器 IBM 的7090、7094、7040、7044 l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 l 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 l 典型机器 lIBM 370I

2、BM 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。 l 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。 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 l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，

3、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。 l 典型机器： IBM的4300系列、3080系列、3090系列，以及IBM 9000系列 l 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 l按应用 l通用计算机 (General Purpose Computer) l专用计算机 (Special Purpose Computer) l综合性能指标 l巨型机 （Super Computer） l大

4、型机 （Main Frame Computer） l小型机 （MiniComputer） l微型机 （MicroComputer） 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 l巨型机(Super computer)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、社会模拟等。 l它从技术上朝两个方向发展： l 开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能 l 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。 l典型巨型计算机： l 如美国的ILLIAC-IV型计算机（每秒1.5

5、亿次）、CRAY-1型计算机（每秒1亿次）。 l“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微处理器CPU的位数的位数(机器字长机器字长)为为 依据的，共分四代。依据的，共分四代。 第一代微型计算机：4位CPU

6、 第二代微型计算机：8位CPU 第三代微型计算机：16位CPU 第四代微型计算机： 32/64位CPU 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 CPU特点 字 长(运算速度、表数精度)：4位/8位 芯片集成度（晶体管数目/片）：12002000 时钟频率（即主频：运算速度）：0.50.8MHz 基本指令执行时间：1015S 地址总线（寻址能力）：4/8条 CPU举例4004 1. 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 重点重点 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 l特点 字 长：8位

7、 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 l微处理器（CPU）举例 Intel 8080、Intel 8085、M6800、Z-80 8080 2. 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 l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 l微处理器（CPU）举例： Intel 8086、Intel 8088 、Intel 8028

8、6、M68000 3. 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 l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 l微处理器（CPU）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 l笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微 型机 l单片计算机

9、：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。 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 课堂交互 现代计算机与微型机现代计算机与微型机“分代分代”的标准有什么不同？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 l综合化、智能化 l网络化、高速化、整体化、协同化 l多样化、大众化 l微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化 l商品化 l集成化、 高

10、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 第第1 1台电子计算机的诞生；台电子计算机的诞生； 现代计算机发展现代计算机发展4 4阶段；阶段； 微型计算机发展微型计算机发展4 4阶段阶段CPUCPU的性能参数的性能参数 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 l 教学目的 l 掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能 l 了解计算机的工作过程 l 教学重点 l 计算机硬件系统的组成及各部分功能 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

11、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 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 概念 硬件系统硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算：指由电子部件和机电装置组成的计算 机实体。机实体。 软件系统软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料：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。

12、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 的的算术运算算术运算 和和逻辑运算逻辑运算 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

13、功能的部件 用来用来存放存放计计 算算程序程序及参及参 与运算的各与运算的各 种种数据数据。 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 程序程序和和原始原始 数据数据的的输入输入 负责对整负责对整 个个运算过程运算过程 进行进行控制控制 并协调输并协调输 入、输出操入、输出操 作或内存访作或内存访 问问 输出设备输出设备 实现计算实现计算 结果结果的的输出输出 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 CPU 取数取数 存数存数 外外 部部 设设 备备 接接

14、 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 指令指令 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 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 l 指令 定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行控制的程序最小 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/操作数：被操作的数据存放在何处

15、，即指明操作数的地址 l程序 是由完成某一特定任务的一组指令所组成。 l 机器指令： 是要计算机执行某种操作的命令，它们全部由0和1这样的二进制编码 组成，可由硬件电路直接识别和执行。 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 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 (CPU) 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 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 l指令的执行是

16、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, ,硬件各部分的功能硬件各部分的功能 CPU- CPU-主机主机- -外设、内存外设、内存- -外存、地址总线外存、地址总线- -数据总线数据总线- -控控 制总线、指令制总线、指令- -程序程序- -机器指令的概念机器指令的概念 CPUCPU工作（指令执行）的三阶段工作（指令执行）的三阶段 冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点 返返 回

17、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 l 教学目的 l 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。 l 教学重点 不同进制数之间的转换 二进制的定点与浮点表示 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

18、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 引入： 进位制引入： 定点数， 浮点数 引入： 机器数 （原码， 反码， 补码） 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 1. 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(B

19、ase / 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所示，处在不同

20、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 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 l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

21、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

22、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 称为称为基数基数，进位计数，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。 位权位权表示法表示法: :数制中数制中 每一固定位置对应的每一固定位置对应的 单位值单位值称为权，处于称为权，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

23、示 逢二进一逢二进一 R=2 0,1 2i B 逢八进一逢八进一 R=8 0,1,2,7 8i Q 逢十进一逢十进一 R=10 0,1,2, ,9 10i D 逢十六进一逢十六进一 R=16 0,1,9,A,B,C,D,E,F 16i H 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 使用使用按权相加法按权相加法，即，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。 整数整数的转换的转换: :采用采用除除 R

24、R取余取余法。从最后一次法。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）。 小数小数部分的转换部分的转换: :采采 用用乘乘R R取整取整法，将所得法，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。 (1100101.1

25、01)(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）10 10 即即 （1100101.1011100101.101）2 2= =（101.625101.625）10 10 例例1：求（：求（1100101.101）2 的等值十进制数。的等值十进

26、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 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。 0 16

27、8 4 2 1 0 1 0 0 0 0 1 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 （0.60.6）10 10 高位 低位 低位 高位 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” 以小数点为基准以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，整数部分从右至左，每三位一组， 最高位不足三

28、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 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，以小数点为基准，整数部分从

29、右至左，每四位一组，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。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

30、页上一页 返返 回回下一页下一页 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010 1011 1100 1101 1110 1111 A B C D E F 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 2 3 4 5 6 7 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=(1273.134)8 例例3：将（：将

31、（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 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 解

32、： 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 . 0000 110

33、0 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 定点整数定点整数：小数点固定在：小数点固定在数的最低位之后数的最低位之后。设字长为位，。设字长为位， 能表示的能表示的正数正数范围为：范围为： 00000000-01111111 00000000-01111111 即即0-0-（7 7） 定点小数定点小数：小数点固定在：小数点固定在数的最高位之前数的最高位之

34、前。设字长为位，。设字长为位， 能表示的能表示的正数正数范围为：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 l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“浮动” 的。 l数的表示方式：通过阶码和尾数表示： N=2E (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

35、底数。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 规格化：规格化： S:S:,1),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 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+1101.1;+1101.1;十

36、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

37、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（尾数（数值的绝对值数值的绝对值） 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 l 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和1表示数的正号和负号，而其余位表示数的

38、本身。 真值真值 X=X=+ +X Xn-2 n-2X Xn-3n-3X X0 0， ，则原码为： 则原码为： X X原 原= =0 0X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0 真值真值 X=X=- -X Xn-2 n-2X Xn-3n-3X X0 0， ，则原码为： 则原码为： X X原 原= =1 1X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0 l 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值，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

39、复杂程度。增加了机器的复杂程度。 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 l对于对于正数：正数：其反码与原码相同；其反码与原码相同； X= X=+ +X Xn-2 n-2X Xn-3n-3X X0 0， ，则反码为： 则反码为：X X反 反= =0 0X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0 = = X X原 原 l对于对于负数负数，符号位不变，数值各位取反，即，符号位不变，数值各位取反，即 0 0变为，变为，l l变为变为0 0。 X= X=- -X Xn-2 n-2X Xn-3n-3X X0 0

40、， ，则反码为 则反码为X X反 反= =1 1 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。 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 表示方法表示方法 l对于对于正数：正数：其补码与原码相同；其补码与原码相同； X= X=+ +X Xn-2 n-2X Xn-3n-3X X0 0， ，则补码为： 则补码为： X X补 补= =0 0X Xn-2n-2X Xn-3 n-3 X X0 0 = = X X原 原= =

41、 X X反 反 l 对于对于负数负数：除了符号位之外数值各位取反，末尾位加：除了符号位之外数值各位取反，末尾位加1。 对于对于X=Xn-2Xn-3X0， ，则补码为： 则补码为：X补 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、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、 经济经济 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 例7：已知计算机字长为8位，试写出二进制 101010和101010的机器中表示的原码、反

42、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8：已知X补101101，求真值X 解：由X原 X补 补，求出X原，再得X: X补 补 X补 求补 110011 故X原 110011， 故 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

43、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 l 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。数、字符或其他符号。 计算机中常用的编码有计算机中常用的编码有十进制编码十进制编码(BCD(BCD码）码）、可靠性编码（校验可靠性编码（校验 码）码） 、字符编码字符编码及及汉字编码汉字编码等。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，它既具有 二进

44、制码的形式(四位二进制码)，又有十进制数的特点 (每四位二进制码是一位十进制数)。 例1（931）10=（？）8421 解:（ 9 3 1)10 =(1001 0011 0001)8421 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8421码十进制8421码 0000050101 1000160110 2001070111 3001181000 4010091001 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8421编码？ 上一页

45、上一页 返返 回回下一页下一页 (13.25)10 (00010011.00100101)8421 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 l目的：解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误， 提高系统的安全性 l 作用： 不易出错 若出错时易发现错误 出错时易查错且易纠错 l 分类: 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

46、。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 . . 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

47、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 l ASCII编码： 对西文字母和控制字符等进行的编码。 用一个字节一个字节表示，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。 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 控制字符(LF,换行符) 0-9 A-Z a-z 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

48、互 问题：GOOD的ASCII码是多少？ 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 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 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 GB231

49、2-80GB2312-80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 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

50、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 输入码：多种输入码：多种 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 l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双字节代码，

51、国标码中的每个 字符用两个字节进行编码，每个字节的低7位表示 信息，最高位为0。 l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 将GB231280 交换码的两个字节的 最高位分别置为1，而得到的。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 机内码：唯一机内码：唯一 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 l汉字字形码：是指汉字字形点阵的代码， 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，即以点阵方式形成汉字。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 字形码：多种字形码：多种 第第1 1章章 计算机系统的

52、基础知识计算机系统的基础知识 1234567890123456 00000001100000001 00000001100000002 00000001100000003 11000001100000114 11111111111111115 11000001100000116 11000001100000117 11000001100000118 11111111111111119 11000001100000110 00000001100000001 00000001100000002 00000001100000003 00000001100000004 0000000110000000

53、5 00000001100000006 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 16X16点阵点阵 单个汉字的单个汉字的 存储容量：存储容量： 16X16 b =16X16/8 B 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 Byte M（megabyte）字节 1MB = 220B=1024 KB G（gigabyte） 字节 1GB = 230B=1024 MB T（terabyte）字节 1TB = 240B=1024GB b7 b6 b

54、5 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算机系统的基础知识 l位图图像的存储容量: 分辨率*颜色深度 b（bit） 分辨率*颜色深度/8 B（Byte） l位图图像的颜色表示法: 在计算机中，用RGB值来表示颜色。 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 进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 二进制数的定点和浮点表示；二进制数的定点和浮点表示； 二进制数的原码、反码及补码表示。二进制数的原码、反码及补码表示。 字符编码（字符编码（ASCIIASCII、BCDBCD

55、）和校验码（奇偶校验码）；）和校验码（奇偶校验码）； 汉字的编码（输入码、国标码、机内码汉字的编码（输入码、国标码、机内码、字形码）；字形码）； 点阵字形码存储空间计算；点阵字形码存储空间计算； 位图的颜色表示法及存储空间的计算位图的颜色表示法及存储空间的计算 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 l 教学目的 本讲主要介绍二进制与十进制的算术运算以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的学习使大家对计算机中的基本运算方法有 所了解

56、所了解。 l教学重点 二进制补码运算二进制补码运算 二进制的逻辑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 教学引入 l 1+1=2 l 1+1=10 ? 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 l计算机中的基本运算 l 算术运算：包括加、减、乘、除等四则运算。 l 逻辑运算：包括逻辑乘、逻辑加、逻辑非及逻辑异或等 运算 l运算规则： 、 l 加法规则：0 + 0 = 0 0 + 1= 1+ 0 =1 1 + 1= 0 l 减法规则：00 = 0 10 =1 11=0 01= 1 l 乘法规则：00 = 0 01=1

57、0 = 0 11= 1 l 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 l例9. （1010）2+（0101）2=（？）2 1 0 1 0 + 0 1 0 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 例10. （1110）2 （1001）2=（？）2 1 1 1 0 1 0 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

58、基础知识 例11. （1100）2（1001）2=（？）2 被乘数 1 1 0 0 ) 乘数 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 例12. （1001011）2（101）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 ) 75 1 11 1 1 5 25 25 0 5 上一页上一页 返返 回回下一页下

59、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 l二进制乘法可以由“加法”和“移位”两 种操作实现。除法可以由“减法”和“移 位”两种操作实现 l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。 l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 分析：运算公式 x+y补 补 = x补 补+ y补 补 例13 设x=+0110110， y=1111001 求： x+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： 0，01

60、10110 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 例14 设x=+1010011， y=+0100101 求x+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, 1