第二章计算机基础知识

1、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计算机系统的组成与工作原理2. 数制转换及运算数制转换及运算 3. 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐1.计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理11计算机系统的组成计算机系统的组成 2系统软件系统软件应用软件应用软件计算机系统分为：硬件计算机系统分为：硬件+ +软件软件硬 件软 件计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐计算机系统的组成计算机系统的组成 3输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备：输出设备：显示器、打印机等

2、显示器、打印机等 外外 存：软盘、硬盘、光盘、闪存等存：软盘、硬盘、光盘、闪存等 网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)(Cache) 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux等等语言处理程序：语言处理程序：C C、JavaJava、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：

3、诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 等等计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐1.2计算机硬件组成计算机硬件组成 4计算机硬件包括主机和外设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计算机科学与技术学院 黄斐黄斐计算机的五大部件计算机的五大部件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计算机科学与技术学院 黄斐黄斐处理器处理器6计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐存储器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

4、其中的数据。存储器存储器存储器通常分为内存储器和外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存放大量信息的外存储器的外存储器信息交流中心信息交流中心内存储器内存储器计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐存储器8每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐输入设备、输出设备输入设备、输出设备9常用输入设

5、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计算机科学与技术学院 黄斐黄斐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。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。 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令 其它指令其它指令 If Goto And OrCPU内存内存I/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性

6、质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐计算机的基本工作原理 11指令的执行过程分为以下指令的执行过程分为以下4个步骤：个步骤： 取指令取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，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。并送往指令寄存器。 分析指令分析指令 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；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。由地址码确定

7、操作数地址。 执行指令执行指令 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。制信息，去完成该指令所要求的操作。 一条指令执行完成，指令计数器加一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序或将转移地址码送入程序计数器，然后回到。计数器，然后回到。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐计算机的基本工作原理 12计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-22.数制转换及运算数制转换及运算2.1进位计数制进位计数制 13arii

8、mni1N=aN=an-1n-1r rn-1n-1a an-2n-2r rn-2n-2a a0 0r r0 0a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-mr进制数进制数N可表示可表示为：为：r进制进制数用数用 r个基本符号（例如个基本符号（例如0，1，2，r- -1）表示数值）表示数值基数基数权数码计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐2.2不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换 14r 进制转化成十进制：进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加数码乘以各自的权的累加 例：例： 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=

9、5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=78+1=57 101A(H)=163+16+104106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计算机科学与技术学院 黄斐黄斐十进制转化成十进制转化成 R 进制进制15整数部分整数部分：除以：除以 r取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分小数部分：乘以：乘以 r取整数，整数从左到右排列。取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.52

10、0 2 10025022521226232100010011余数余数余数余数 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐余数余数二进制、八进制、十六进制数间的相互转换二进制、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) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 0100(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4一位八进一位八进

11、制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制) 整数部分：从右向左按三整数部分：从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分：从左向右按三小数部分：从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐二进制、八进制、十六进制数间的关系二进制、八进制、十六进制数间的关系 17计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐2.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算 181.1.二进制数的加法运算二进制数的加法运算2.2.二进制数

12、的减法运算二进制数的减法运算加法运算法则0+0=00+1=1+0=11+1=10 减法运算法则法运算法则0-0=1-1=00-0=1-1=01-0=11-0=10-1=10-1=1计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐二进制数的算术运算二进制数的算术运算 193.3.二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算 4.4.二进制数的除法运算二进制数的除法运算乘法运算法则00=001=10=011=1除法运算法则00=001=011=1计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐2.4 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 20逻辑非运算逻辑非运算 逻辑非的真值表逻辑非的真值表逻辑逻辑与

13、与运算运算 逻辑与的真值表逻辑与的真值表计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐2.4 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 21逻辑逻辑或或运算运算 逻辑逻辑或或的真值表的真值表计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐3. 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 22二进制优点二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强 数值 十二进制转换 西文 ASCII 码 汉字 输入码机内码转换 声音、图像 模数转换 二十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数模转换 内存 输入设备 输出设备 数值 西文 汉字 声音、图像 1 1

14、1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐3.1数值数值23符号位 “0”表示正 、 “1”表示负 定点整数定点整数 符号数的机器数表示符号数的机器数表示 1 10 01 10 01 11 10 00 0S小数点无符号位S小数点 定点小数定点小数 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐浮点数表示浮点数表示24110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数1100110011N= 数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数

15、的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值大于规格化的形式：尾数的绝对值大于等于等于0.10.1并且小于并且小于1 1，从而唯一地规，从而唯一地规定了小数点的位置。定了小数点的位置。 定点整数定点整数定点小数定点小数计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐带符号数的表示带符号数的表示 25(3)补码补码0X1|X|0=XX=0+7：00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 - - 0：10000000 X原原=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX0

16、 +7： 00000111 +0：00000000 - -7： 11111000 - - 0：11111111 - - 7： 11111001 - - 0：00000000 (2)反码反码X反反=X补补=假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1) 原码原码计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐3.2 字符字符 26西文字符西文字符 ACSII码码(American Standard Code for Information Interchange) 128个常用字符，个常用字符，用用7位二进制编码位二进制编码，从，从0到到127 控制字符：控制字符：032，127

17、；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：例如：“a”字符的编码为字符的编码为1100001，对应的十进制数是，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐 输入码 国标码 字形码 机内码 地址码 汉字输出 汉字输入 27(1) (1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、智能智能ABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2

18、) (2) 汉字国标码汉字国标码(GB2312(GB231280)80) 每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。 一级汉字：一级汉字：3755个；二级汉字：个；二级汉字：3008个。个。汉字分区，每个区汉字分区，每个区94个汉字。个汉字。(3)(3)机内码机内码计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐字母、数字和各种符号一级汉字（3755个） （扩充使用）191655568794二级汉字（3008个）区号位 号1 2 394汉字字形编码汉字字形编码28(4) (4) 汉字字形码汉字字形码点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码 有有1616、2424、3232、4848等等

19、编码、存储方式简单、无需转换直接输编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差出放大后产生的效果差矢量：矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征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矢量方式特点正好与点阵相反(5) (5) 汉字地址码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计算机科学与技术学院 黄斐黄斐UCS编码编码29组组平面平面行行 字位字位最高位为0基本多文种平面（基本多文种平面（BMP）：）：0组组0平面，包含字母、音节

20、及表意文字等。平面，包含字母、音节及表意文字等。例如：例如：A 41H(ASCII) 00000041H(UCS) 大大 B4F3H(GB2312) 00005927H(UCS)(6) (6) 其他汉字编码其他汉字编码UCS码、码、Unicode码、码、GBK码、码、BIG5码等码等 国际标准：国际标准： 通用多八位编码字符集通用多八位编码字符集UCS(Universal Code Set)世界各种文字世界各种文字的统一的编码方案，一个字符占的统一的编码方案，一个字符占4个字节。分为：个字节。分为：计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 黄斐黄斐其他汉字编码其他汉字编码30 UnicodeUnicode码码 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。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。 其字符集内容与其字符集内容与UCSUCS的的BMPBMP相同。相