新编计算机应用基础 计算机基础知识

1、第1章 计算机根底知识1.1 计算机概述1.2 计算机中常用的数制1.3 计算机中的数据与编码 1.4 微型计算机的指令1.5 计算机系统的组成与应用1.6 计算机的平安与病毒 1.7 多媒体技术 1.3 计算机概述 1.1.1 计算机的概念 计算机是一种按程序控制自动进行信息加工处理的通用工具。它的处理对象和结果都是信息。单从这点来看，计算机与人的大脑有某些相似之处。因为人的大脑和五官也是信息采集、识别、转换、存储、处理的器官，所以人们常把计算机称为电脑。 计算机自开工作的根底在于存储程序方式，其通用性的根底在于利用计算机进行信息处理的共性方法。 随着信息时代的到来，信息高速公路的兴起，全球

2、信息化进入了一个全新的开展时期。人们越来越认识到计算机强大的信息处理功能，从而使之成为信息产业的根底和支柱。人们在物质需求不断得到满足的同时，对各种信息的需求也将日益增强，计算机终将成为人们生活中必不可少的工具。 1.1.2 计算机的开展阶段 1计算机的诞生与开展 1计算机的诞生 20世纪40年代中期，正值第二次世界大战进入剧烈的决战时期，在新式武器的研究中日益复杂的数字运算问题需要迅速、准确的解决。由于手摇或电动式机械计算机、微分分析仪等计算工具已远远不能满足要求。 人类第一台电子计算机由于采用了电子管和电子线路，大大提高了运算速度，每秒完成加法运算达5000次，但它的主要缺陷是不能存储程序

3、。 2计算机的开展阶段 从人类第一台电子计算机的诞生到现在已半个多世纪，但它的开展之快，种类之多，用途之广，受益之大，是人类科学技术开展史中任何一门学科或任何一种创造所无法比较的。 计算机开展年代划分的原那么是依据计算机所采用的电子器件的不同，这就是人们通常所说的电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等四个年代。 (1) 第一代计算机19461957，通常称为电子管计算机年代。其主要特点是： 采用电子管作为逻辑开关元件； 存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等； 外部设备采用纸带、卡片、磁带等； 使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。 (2) 第二代计算机1958

4、1964，人们通常称为晶体管计算机年代。其主要特点是： 使用半导体晶体管作为逻辑开关元件； 使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带； 输入/输出方式有了很大改进； 开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。 (3) 第三代计算机19651970，通常称为集成电路计算机年代。其主要特点是： 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。辅助存储器仍以磁盘、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。 (4) 第四代计算机1971年至今，通常称为大规模或超大规模集成电路计算机年代。其主要特点是： 使用大规模

5、、超大规模集成电路作为逻辑开关元件； 主存储器采用半导体存储器，辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入和使用光盘； 外部设备有了很大开展，采用光字符阅读器(OCR)、扫描仪、激光打印机和绘图仪； 操作系统不断开展和完善，数据库管理系统有了更新的开展，软件行业已开展成为现代新型的工业产业。 (5) 新一代计算机。从80年代开始，日本、美国以及欧洲共同体都相继开展了新一代计算机(FGCS)的研究。新一代计算机是把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统，它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式推理、联想、学习和解释能力，能帮助人类开拓未知的领域和获取新的知识。

6、 2微型计算机及其网络阶段 1微型计算机的开展阶段 为表达简单起见，微型机的阶段划分从准16位的IBM-PC机开始。 (1) 第一代微型计算机。1981年8月IBM公司推出了个人计算机IBMPC。1983年8月又推出了IBMPC/XT，其中XT表示扩展型。它以Intel8088芯片为CPU，内部总线为16位，外部总线为8位。我们称IBMPC/XT及其兼容机为第一代微型计算机。 (2) 第二代微型计算机。1984年8月IBM公司又推出了IBMPC/AT，其中AT表示先进型或高级型。 (3) 第三代微型计算机。1986年由PC兼容厂家Compaq公司率先推出了386/AT，牌号为Deskpro38

7、6，开辟了386微型计算机新时代。 (4) 第四代微型计算机。1989年Intel80486芯片问世，不久就出现了以它为CPU的微型计算机。 (5) 第五代微型计算机。1993年Intel公司推出了Pentium芯片。它是人们常说的80586，但出于专利保护的原因，将其命名为Pentium，它的中文名字叫“奔腾。 1.1.3 计算机的主要特点 计算机的创造和开展是20世纪最伟大的科学技术成就之一。作为一种通用的智能工具，它具有以下几个特点： 1运算速度快 现代的巨型计算机系统的运算速度已达每秒几十亿次乃至几百亿次。 2运算精度高 由于计算机内采用二进制数制进行运算，因此可以用增加表示数字的设备

8、和运用计算技术，使数值计算的精度越来越高。 3通用性强 计算机可以将任何复杂的信息处理任务分解成一系列的根本算术和逻辑操作，反映在计算机的指令操作中，按照各种规律执行的先后次序把它们组织成各种不同的程序，存入存储器中。 4具有记忆和逻辑判断功能 计算机有内部存储器和外部存储器，可以存储大量的数据，随着存储容量的不断增大，可存储记忆的信息量也越来越大。 5具有自动控制能力 计算机内部操作、控制是根据人们事先编制好的程序自动控制进行的，不需要人工干预。 1.1.4 计算机的分类 我国计算机界根据计算机的性能指标，如运算速度、存储容量、功能强弱、规模大小以及软件系统的丰富程度等，将计算机分为巨型机、

9、大型机、中型机、小型机和微型机五大类。 而国际上根据计算机的性能指标和面向的应用对象，将计算机分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机六大类。 随着计算机科学技术的不断开展，各种计算机的性能指标均会提高，这种分类方法也会有所变化。 1.1.5 微型机的种类 目前市场上的微型机种类较多，令人眼花缭乱。但如果从以下三个方面去考察一下，就可知道它属于哪一种、哪一类。 1微型机的生产厂家及其型号 目前，微型机有三个大的产品系列。最大的是IBMPC及其兼容机；其次是一个较小的、与IBMPC不兼容的AppleMacintosh系列，它是由Apple(苹果电脑)公司制造的；最后是一个更小的系

10、列，即IBM公司的PS/2系列。 2微型机所用的微处理器芯片 微处理器芯片可分为Intel系列和非Intel系列两类。IBMPC机中使用的微处理器芯片就是Intel系列芯片，主要有Intel8088/8086、80286、80386、80486以及Pentium(奔腾)、Pentium、Pentium、Pentium4。 3微处理器芯片的性能 微处理器芯片有许多性能指标，其中主要是字长即位数和主频。 字长较长的微型机有更大的寻址空间，能支持数量更多、功能更强的指令，在相同时间内能处理和传送更多的信息，使机器有更快的速度。奔腾4代计算机的字长为64位。 主频是微处理器主时钟在1秒钟内发出的时钟脉

11、冲数，单位是MHz或GHz。 1.1.6 计算机的应用领域 计算机具有高速度运算、逻辑判断、大容量存储和快速存取等特性，这决定了它在现代人类社会的各种活动领域都成为越来越重要的工具。人类的社会实践活动从总体上可分为认识世界和改造世界两大范畴。对自然界和人类社会各种现象和事实进行探索，发现其中的规律，这是科学研究的任务，属认识世界的范畴。利用科学研究的成果进行生产和管理，属于改造世界的范畴。在这两个范畴中，计算机都是极有力的工具。 计算机的应用范围相当广泛，涉及到科学研究、军事技术、信息管理、工农业生产、文化教育等各个方面。这可概括为以下几个方面。 1科学计算数值计算 科学计算是计算机最重要的应

12、用之一。如工程设计、地震预测、气象预报、火箭和卫星发射等都需要由计算机承担庞大复杂的计算任务。 2数据处理信息管理 当前计算机应用最为广泛的是数据处理。人们用计算机收集、记录数据，经过加工产生新的信息形式。 3过程控制实时控制 计算机是生产自动化的根本技术工具，它对生产自动化的影响有两个方面：一是在自动控制理论上，现代控制理论处理复杂的多变量控制问题，其数学工具是矩阵方程和向量空间，必须使用计算机求解；二是在自动控制系统的组织上，由数字计算机和模拟计算机组成的控制器，是自动控制系统的大脑。它按照设计者预先规定的目标和计算程序以及反响装置提供的信息，指挥执行机构动作。生产自动化程度越高，对信息传

13、递的速度和准确度的要求也就越高，这一任务靠人工操作已无法完成，只有计算机才能胜任。在综合自动化系统中，计算机赋予自动控制系统越来越大的智能性。 4计算机通信 现代通信技术与计算机技术相结合，构成联机系统和计算机网络，这是微型机具有广阔前途的一个应用领域。计算机网络的建立，不仅解决了一个地区、一个国家中计算机之间的通信和网络内各种资源的共享，还可以促进和开展国际间的通信和各种数据的传输与处理。 5计算机辅助工程 (1) 计算机辅助设计CAD：利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理的功能而使辅助设计人员进行产品设计的技术，称为计算机辅助设计。计算机辅助设计技术已广泛应用于电路设计、机械设计、土木

14、建筑设计以及服装设计等各个方面。 (2) 计算机辅助制造CAM：在机器制造业中，利用计算机通过各种数控机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程的技术，称为计算机辅助制造。 (3) 计算机辅助教学CAI：学生通过与计算机系统之间的对话实现教学的技术，称为计算机辅助教学。 (4) 其它计算机辅助系统：利用计算机作为工具辅助产品测试的计算机辅助测试(CAT)；利用计算机对学生的教学、训练和对教学事务进行管理的计算机辅助教育(CAE)；利用计算机对文字、图像等信息进行处理、编辑、排版的计算机辅助出版系统(CAP)，等等。 6人工智能 人工智能是利用计算机模拟人类某些智能行为如感知

15、、思维、推理、学习等的理论和技术。它是在计算机科学、控制论等根底上开展起来的边缘学科，包括专家系统、机器翻译、自然语言理解等。 1.2 计算机中常用的数制 1.2.1 进位计数制 1数制 数制也称为计数制，是指用一组固定的符号和统一的规那么来表示数值的方法。 2进位计数制 按进位的方法进行计数，称为进位计数制。在日常生活和计算机中采用的都是进位计数制。 3数位、基数和位权 在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。 (1) 数位：是指数码在一个数中所处的位置。 (2) 基数：是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数，例如十进位计数制中，每个数位上可以使用的数码为09十个数码，即其

16、基数为十。 (3) 位权：是指在某种进位计数制中，每个数位上的数码所代表的数值的大小，等于在这个数位上的数码乘上一个固定的数值，这个固定的数值就是此种进位计数制中该数位上的位权。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。 1.2.2 常用的进位计数制 进位计数制很多，这里主要介绍与计算机技术有关的几种常用进位计数制。 1十进制 十进位计数制简称十进制。十进制数具有以下特点： (1) 有十个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。 (2) 每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按“逢十进一来决定其实际数值，即各数位的位权是以10为底的幂次方。 例如(123.456)10，

17、以小数点为界，从小数点往左依次为个位、十位、百位，从小数点往右依次为十分位、百分位、千分位。因此，小数点左边第一位3代表数值3，即3100，第二位2代表数值20，即2101；第三位1代表数值100，即1102；小数点右边第一位4代表数值0.4，即4101；第二位5代表数值0.05，即5102；第三位6代表数值0.006，即6103。因而该数可表示为如下形式： (123.456)10=110221013100410151026103 由上述分析可归纳出，任意一个十进制数S，可表示成如下形式： (S)10=Sn110n1Sn210n2S1101S0100S1101S210210m+1Sm10m式中

18、 Sn为数位上的数码，其取值范围为09；n为整数位个数，m为小数位个数，10为基数10n1，10n2，101，100，101，10m是十进制数的位权。在计算机中，一般用十进制数作为数据的输入和输出。 2二进制 二进位计数制简称二进制。二进制数具有以下特点： (1) 有两个不同的数码符号0，1。 (2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢二进一来决定其实际数值。 例如 (11011.101)2=124123022121120121022123=(27.625)10 任意一个二进制数S，可以表示成如下形式： (S)=Sn12n1Sn22n2S121S020S121S222Sm2m 式中S为

19、数位上的数码，其取值范围为01；n为整数位个数，m为小数位个数；2为基数。2n，2n2，21，20，21，2m是二进制数的位权。 3八进制 八进位计数制简称八进制。八进制数具有以下特点： (1) 有八个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7。 (2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢八进一来决定其实际的数值。 例如 (123.24)8=182281380281482=(83.3125)10 任意一个八进制数S，可以表示成如下形式：(S)8=Sn18n1Sn28n2S181S080S181S282Sm8m 式中S为数位上的数码，其取值范围为07；n为整数位个数，m为小数位个数；8

20、为基数。8n1，8n2，81，80，81，82，8m是八进制数的位权。八进制数是计算机中常用的一种计数方法，它可以弥补二进制数书写位数过长的缺乏。 4十六进制 十六进位计数制简称为十六进制。十六进制数具有以下两个特点： (1) 它有十六个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。由于数字只有09十个，而十六进制要使用十六个数字，所以用AF六个英文字母分别表示数字1015。 (2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢十六进一来决定其实际的数值。 例如 (3AB.48)16=3162A161B16041618162=(939.28125)10 任意一个十

21、六进制数S，可表示成如下形式： (S)16=Sn116n1Sn216n2S1161S0160S1161+Sm16m 其中S为数位上的数码，其取值范围为0F；n为整数位个数，m为小数位个数；16为基数。16n1，16n2，161，160，161，162，16m为十六进制数的位权。 十六进制数是计算机常用的一种计数方法，它可以弥补二进制数书写位数过长的缺乏。 总结以上四种计数制，可将它们的特点概括为： (1) 每一种计数制都有一个固定的基数RR为大于1的整数，它的每一数位可取0R个不同的数值。 (2) 每一种计数制都有自己的位权，并且遵循“逢R进一的原那么。 对于任一种R进位计数制数S，可表示为：

22、 (S)P=(Sn1Rn1+Sn2Rn2+S1R1+S0R0+S1R1+SmRm)= 式中Si表示数位上的数码，其取值范围为0R1，R为计数制的基数，i为数位的编号整数位取nl0，小数位取1m。 表1.1中列出了几种常用进位计数制表示法。表1.2中列出了几种常用进位计数制数位的位权。 表1.1 十进制、二进制、八进制、十六进制数的常用表示方法十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000000010101012A100011111101113B200102212110014C300113313110115D401004414111016E501015515111117F601106

23、61610000201070111778100010891001119表1.2 十进制、二进制、八进制、十六进制数的位权数 位十进制权二进制权八进制权十六进制权S01=1001=201=801=160S110=1012=218=8116=161S2100=1024=2264=82256=162S31000=1038=23512=834096=163S410000=10416=244096=8465536=164Sn-110n-12n-18n-116n-1 1.2.3 不同进位计数制之间的转换 不同进位计数制之间的转换，实质上是基数间的转换。一般转换的原那么是：如果两个有理数相等，那么两数的整数

24、局部和小数局部一定分别相等。因此，各数制之间进行转换时，通常对整数局部和小数局部分别进行转换，然后将其转换结果合并即可。 1非十进制数转换成十进制数 非十进制数转换成十进制数的方法是：把各个非十进制数按以下求和公式 展开求和即可。即把二进制数或八进制数，或十六进制数写成2或8或16的各次幂之和的形式，然后计算其结果。 例1.1 把以下二进制数转换成十进制数。(1) (110101)2 (2) (1101.101)2 解：(1) (110101)2=125124023122021120 =32160401=(53)10 (2) (1101.101)2=123122021120l2-1022l23

25、=84010.500.125=(13.625)10 例1.2 把以下八进制数转换成十进制数。 (1) (305)8 (2) (456.124)8 解：(1) (305)8=382081580=1925=(197)10 (2) (456.124)8=482581680181282483=2564060.1250.031250.0078125 = (302.1640625)10 例1.3 把以下十六进制数转换成十进制数。 (1) (2A4E)16 (2) (32CF.48)16 解：(1) (2A4E)16=2163Al624161El60 =819225606414=(10830)10 (2)

26、(32CF.48)16=31632162Cl61Fl6041618162=12288512192150.250.03125= (13007.28125)10 2. 十进制数转换成非十进制数 把十进制数转换为二、八、十六进制数的方法是：整数局部转换采用“除R取余法；小数局部转换采用“乘R取整法。 例1.4 将十进制数(125.6875)10转换为二进制数。 整数局部125转换如下： 2 1 2 5 余 数 2 6 2 1 二进制整数低位 2 3 1 0 2 1 5 1 2 7 1 2 3 1 2 1 1 0 1 二进制整数高位 3二、八、十六进制数之间的相互转换 由于一位八十六进制数相当于三四位

27、二进制数，因此，要将八十六进制数转换成二进制数时，只需以小数点为界，向左或向右每一位八十六进制数用相应的三四位二进制数取代即可。如果缺乏三四位，可用零补足。反之，二进制数转换成相应的八十六进制数，只是上述方法的逆过程，即以小数点为界，向左或向右每三四位二进制数用相应的一位八十六进制数取代即可。 例1.7 将八进制数(714.431)8转换成二进制数。 7 1 4 4 3 1 111 001 100 100 011 001 即 (714.431)10=(111001100.100011001)2。 例1.8 将二进制数(11101110.00101011)2转换成八进制数。 011 101 11

28、0 001 010 110 3 5 6 1 2 6 即 (11101110.00101011)2=(356.126)8。 例1.9 将十六进制数(1AC0.6D)16转换成相应的二进制数。 l A C 0 6 D 0001 1010 1100 0000 0110 1101 即 (lAC0.6D)162。 例1.10 将二进制数2转换成相应的十六进制数。 0101 1110 0101 0001 1001 1010 5 E 5 l 9 A 2=(5E5.19A)16 。 1.2.4 二进制与计算机 计算机是对数据信息进行高速自动化处理的机器。这些数据信息是以数字、字符、符号以及表达式等形式来表达的

29、，它们都以二进制编码形式与机器中的电子元件状态相对应。二进制与计算机之间的密切关系，是与二进制本身所具有的特点分不开的。概括起来，有以下几点。 1可行性 采用二进制，它只有0和1两种状态，这在物理上是极易实现的。例如，电平的高与低、电流的有与无、开关的接通与断开、晶体管的导通与截止、灯的亮与灭等两个截然不同的对立状态都可用来表示二进制。计算机中通常是采用双稳态触发电路来表示二进制数的，这比用十稳态电路来表示十进制数要容易得多。 2简易性 二进制数的运算法那么简单。例如二进制数的求和法那么只有三种： 00=0 01=10=1 11=10逢二进一 而十进制数的求和法那么却有一百种之多。因此，采用二

30、进制可以使计算机运算器的结构大为简化。 3逻辑性 由于二进制数符l和0正好与逻辑代数中的真(true)和假(false)相对应，所以用二进制数来表示二值逻辑进行逻辑运算是十分自然的。 4可靠性 由于二进制只有0和1两个符号，因此在存储、传输和处理时不容易出错，这使计算机具有的高可靠性得到了保障。 1.2.5 二进制数的算术运算 二进制数的算术运算包括加法、减法、乘法和除法。根本运算是加法和减法运算。 1二进制数的加法运算 加法运算按以下三条法那么进行： (1) 00=0。 (2) 01=10=1。 (3) 11=10逢二进一，向高位进位。 例1.11 (1010)2(1011)2的算式如下：

31、被加数 1010 加数 1011 ) 进位101 和数 10101 2二进制数的减法运算 减法运算按以下三条法那么进行： (1) 00=11=0。 (2) 10=1。 (3) 01=1此时要向高位借位，借1当2。 例1.12 (11100101)2(10011010)2的算式如下： 被减数 11100101 减数 10011010 借位 0011010 差数 01001011 3二进制数的乘法运算 二进制数的乘法运算有以下三条法那么： (1) 00=0。 (2) 01=10=0。 (3) 11=1。 例1.13 (1011)2(1101)2的算式如下： 被乘数 1011 ) 乘数 1101 1

32、011 0000局部积 1011 1011 乘积 10001111 由上述乘法运算过程可知，每个局部积都取决于乘数相应位是0还是1。假设乘数的相应位为0，那么此次局部积为0；假设乘数的相应位为1，那么此次局部积就是被乘数。局部积的数目与乘数的位数相同，每次的局部积依次左移一位。将各局部积累加起来，就得到最终的乘积。4二进制数的除法运算二进制数的除法运算按以下三条法那么进行： (1) 00=0。 (2) 01=010是无意义的。 (3) 11=1。 例1.14 (111011)2(l011)的算式如下：即 (111011)2(l011)2其商为(101)2，余数为(100)2。 1.2.6 二进

33、制数的逻辑运算 计算机中的信息是以二进制数来表示的，有1和0两种可能的值。如果把二进制码的“1和“0表示成“有和“无、“是和“非、“真和“假，那么这种变量就称为逻辑变量。描述逻辑变量关系的函数称为逻辑函数。实现逻辑函数的电路称为逻辑电路。实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。 逻辑运算是逻辑代数的研究内容，也是计算机应具有的根本操作。计算机的逻辑运算与算术运算的主要区别是：逻辑运算的操作数和结果都是单个数位的操作，值与位之间没有进位和借位的联系。 逻辑运算有三种根本运算：逻辑加法(又称逻辑“或运算)、逻辑乘法(又称逻辑“与运算)和逻辑否认(又称逻辑“非运算)。此外还有逻辑“异或运算。 l逻辑加法

34、逻辑“或运算 逻辑加法通常用符号“+或“来表示。例如有逻辑变量A，B和C，它们存在如下逻辑加运算关系： A+B=C 或写成： AB=C 读成“A或B等于C。 逻辑加法运算遵守以下运算规那么： (1) 00=0或写成00=0，读成“0或0等于0。 (2) 01=1或写成0l=1，读成“0或1等于1。 (3) 10=1或写成10=1，读成“1或0等于1。 (4) 11=1或写成11=1，读成“1或1等于1。 由上述运算规那么可知，逻辑加运算有“或的意义。也就是说，在给定的逻辑变量中，只要其中有一个逻辑变量的值为1，那么逻辑加运算的结果就为l；只有当所有参加运算的逻辑变量的值都为0时，其逻辑加运算的

35、结果才为0。显而易见，当参加运算的逻辑变量都为1时，其逻辑加结果也还是1。 逻辑加运算的这种作用，在日常生活中表现为用并联开关控制的一盏灯。显然，任一开关接通或所有并联的开关都接通，电灯亮；只有所有并联的开关都断开时，灯才不亮。 例1.15 两个二进制数10011010和00101011进行逻辑或运算的过程如下： 10011010 00101011 10111011 即1001101000101011=10111011。 2逻辑乘法逻辑“与运算 逻辑乘法通常用符号“或“或“表示。例如有逻辑变量A，B和C，它们存在如下的逻辑乘运算关系： AB=C 或者： Ab=C 或者： AB=C 读成“A与B

36、等于C。 逻辑乘法运算遵守以下运算规那么： (1) 00=0或写成00=0或写成00=0，读成“0与0等于0。 (2) 01=0或写成01=0或写成01=0，读成“0与1等于0。 (3) 10=0或写成10=0或写成10=0，读成“1与0等于0。 (4) 11=1或写成11=1或写成11=1，读成“1与1等于1。 例1.16 两个二进制数10101101和00101011进行逻辑与运算的过程如下： 10101101 00101011 00101001 即1010110100101011=00101001。 3逻辑否认逻辑“非运算 逻辑否认又称逻辑非运算，其运算符号为在逻辑变量的上方加一横线，例

37、如，表示对A的否认运算。其运算规那么为： =1，读成“非0等于1。 =0，读成“非l等于0。 因为是二值代数，所以不是0就是1，不是1就是0。在日常生活中，说“灯不亮，就是“灯灭，因为灯只有亮和灭两个值。 4逻辑异或 异或运算通常用符号“表示。它的运算规那么为： 00=0，读成“0同0异或结果为0。 01=1，读成“0同1异或结果为1。 10=1，读成“1同0异或结果为1。 11=0，读成“1同1异或结果为0。 例1.17 两个二进制数10101101和00101011进行异或运算的过程如下： 10101101 00101011 10000110 即1010110100101011=10000

38、110。1.3 计算机中的数据与编码 1.3.1 什么是数据 数据是可由人工或自动化手段加以处理的那些事实、概念、场景和指示的表示形式，包括字符、符号、表格、声音、图形和图像等。数据可在物理介质上记录或传输，并通过外围设备被计算机接收，经过处理而得到结果。 数据能被送入计算机加以处理，包括存储、传送、排序、归并、计算、转换、检索、制表和模拟等操作，以得到人们需要的结果。数据经过加工并赋予一定的意义后，便成为信息。 计算机系统中的每一个操作，都是对数据进行某种处理，所以数据和程序一样，是软件工作的根本对象。 1.3.2 数据的单位 计算机中数据的常用单位有位、字节和字。 1位bit 计算机采用二

39、进制。运算器运算的是二进制数，控制器发出的各种指令也表示成二进制数，存储器中存放的数据和程序也是二进制数，在网络上进行数据通信时发送和接收的还是二进制数。显然，在计算机内部到处都是由0和1组成的数据流。 计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位(bit，比特)。计算机中最直接、最根本的操作就是对二进制位的操作。一个二进制位可表示两种状态0或1。两个二进制位可表示四种状态00，01，10，11。位数越多，所表示的状态就越多。 2字节Byte 为了表示人读数据中的所有字符(字母、数字以及各种专用符号，大约有256个)，需要用7位或8位二进制数。因此，人们选定8位为一个字节Byte通常用B

40、表示。1个字节由8个二进制数位组成。 字节是计算机中用来表示存储空间大小的最根本的容量单位。例如，计算机内存的存储容量、磁盘的存储容量等都是以字节为单位表示的。 除用字节为单位表示存储容量外，还可以用千字节KB、兆字节MB以及千兆字节GB等表示存储容量。它们之间存在以下换算关系： lB=8bit lKB=210 B=l024B lMB=220 B=l024KB lGB=230 B=l024MB 3字word 字是由假设干字节组成的通常取字节的整数倍。字是计算机进行数据存储和数据处理的根本运算单位。 字长是计算机性能的重要标志，它是一个计算机字所包含的二进制位的个数。不同档次的计算机有不同的字长

41、。按字长可以将计算机划分为8位机如Apple、中华学习机、16位机如286机、32位机如386机、486机、64位机奔腾系列微机或巨型机。 1.3.3 字符编码 计算机中，对非数值的文字和其它符号进行处理时，要对文字和符号进行数字化处理，即用二进制编码来表示文字和符号。字符编码就是规定用怎样的二进制编码来表示文字和符号。 1BCD码二十进制编码 人们习惯于使用十进制数，而计算机内部多采用二进制数表示和处理数值数据，因此在计算机输入和输出数据时，就要进行由十进制到二进制和从二进制到十进制的转换处理，这是多数应用环境的实际情况。 BCD编码方法很多，通常采用的是8421编码。这种编码较为自然、简单

42、。其方法是用四位二进制数表示一位十进制数，自左至右每一位对应的位权分别是8，4，2，1。值得注意的是，四位二进制数有00001111十六种状态，这里我们只取了00001001十种状态。而10101111六种状态在这种编码中没有意义。 这种编码的另一特点是书写方便、直观、易于识别。例如十进制数864，其二十进制编码为： 8 6 4 (1000) (0110) (0100) 表1.3 十进制数与8421码的对照表十进制数8421码十进制数8421码000006011010001701112001081000300119100140100100001 000050101 2ASCII码 在将用汇编语

43、言或各种高级语言编写的程序输入到计算机中时，人与计算机通信所用的语言，已不再是一种纯数学语言了，而多为符号式语言。因此，需要对各种符号进行编码，以使计算机能识别、存储、传送和处理。 最常见的符号信息是文字符号，所以字母、数字和各种符号都必须按约定的规那么用二进制编码才能在机器中表示。 ASCII码有7位版本和8位版本两种。国际上通用的是7位版本。7位版本的ASCII码有128个元素，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。 7位版本ASCII码只需用7个二进制位(27=128)。为了查阅方便，表1.4中列出了ASCII字符编码。表1.4

44、ASCII字符编码 十六进制高位十六进制低位0000010100111001011101110000NULDELSP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC33CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL 当微型计算机上采用7位ASCII码作为机内码时，每个字节只占后7位，最高位恒为0。 8位

45、ASCII码需用8位二进制数进行编码。当最高位为0时，称为根本ASCII码编码与7位ASCII码相同，当最高位为1时，形成扩充的ASCII码，它表示数的范围为128255，可表示128种字符。通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。 3汉字编码 我国用户在使用计算机进行信息处理时，一般都要用到汉字，因此，必须解决汉字的输入、输出以及汉字处理等一系列问题。当然，关键问题是要解决汉字编码的问题。 由于汉字是象形文字，数目很多，常用汉字就有30005000个，加上汉字的形状和笔画多少差异极大，因此，不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来，或像英文那样将汉字拼写出来。每个汉

46、字必须有它自己独特的编码。 1?信息交换用汉字编码字符集根本集? ?信息交换用汉字编码字符集根本集?是我国于1980年制定的国家标准GB231280，代号为国标码，是国家规定的用于汉字信息交换使用的代码的依据。 2汉字的机内码 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，又称为汉字内部码或汉字内码。 3汉字的输入码外码 汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。 4汉字的字形码 汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。 1.3.4 计算机中数据的表示 1真值与机器数 在

47、计算机中只能用数字化信息来表示数的正、负，人们规定用“0表示正号，用“1表示负号。例如，在机器中用8位二进制表示一个数90，其格式为：01011010 2定点数和浮点数 1设备限制机器数所表示数的范围 在计算机中，一般用假设干个二进制位表示一个数或一条指令，把它们作为一个整体来处理、存储和传送。这种作为一个整体来处理的二进制位串，称为计算机字。表示数据的字称为数据字，表示指令的字称为指令字。 2定点数 计算机中运算的数有整数也有小数，如何确定小数点的位置呢？通常有两种约定：一种是规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为定点数；另一种是小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为浮点数。微型机多使用

48、定点数。 3浮点数 浮点表示法就是小数点在数中的位置是浮动的。在以数值计算为主要任务的计算机中，由于定点表示法所能表示的数的范围太窄，不能满足计算问题的需要，因此就要采用浮点表示法。在同样字长的情况下，浮点表示法能表示的数的范围扩大了。 3原码、补码和反码 机器数中，数值和符号全部数字化。计算机在进行数值运算时，采用把各种符号位和数值位一起编码的方法。常见的有原码、补码和反码表示法。 1原码表示法 原码表示法是机器数的一种简单的表示法。其符号位用0表示正号，用1表示负号，数值一般用二进制形式表示。设有一数为X，那么原码表示可记作X原。 例如，X=+1010110 X=1001010 其原码记作

49、： X原=+1010110原=01010110 X原=1001010原=11001010 原码表示数的范围与二进制位数有关。当用8位二进制数来表示小数原码时，其表示范围： 最大值为0.1111111，其真值约为(0.99)10 最小值为1.1111111，其真值约为(0.99)10。 当用8位二进制数来表示整数原码时，其表示范围： 最大值为01111111，其真值为(127)10。 最小值为11111111，其真值为(127)10。 在原码表示法中，对0有两种表示形式： +0原=00000000 0原=10000000 2补码表示法 机器数的补码可由原码得到。如果机器数是正数，那么该机器数的补

50、码与原码一样；如果机器数是负数，那么该机器数的补码是对它的原码(除符号位外)各位取反，并在末位加1而得到的。设有一数X，那么X的补码表示记作X补。 3反码表示法 机器数的反码可由原码得到。如果机器数是正数，那么该机器数的反码与原码一样；如果机器数是负数，那么该机器数的反码是对它的原码符号位除外各位取反而得到的。设有一数X，那么X的反码表示记作X反。 例1.l8 X原=10011010，求X补。 分析如下： 由X原求X补的原那么是：假设机器数为正数，那么X补=X原；假设机器数为负数，那么该机器数的补码可对它的原码除符号位外所有位求反，再在末位加1而得到。现给定的机器数为负数，故有X补=X反+1，

51、即 X原=10011010 X反=11100101 ) 1 X补=11100110 例1.19 X补=11100110，求X原 。 分析如下： 对于机器数为正数，那么有X原=X补； 对于机器数为负数，那么有X原=X补补； 现给定的为负数，故有： X补 =11100110 X补反 =10011001 1 X补补=10011010=X原1.4 微型计算机的指令 计算机的工作就是顺序地执行存放在存储器中的一系列指令。为解决某一实际问题而设计的一系列指令称为程序。 指令是一组二进制代码，规定由计算机执行程序的每一步操作。 一种计算机所能识别并执行的全部指令的集合，称为该种计算机的指令系统。指令和指令系

52、统与计算机的硬件密切相关，每一种计算机都有它们各自的指令系统。 1.4.1 指令的格式 在计算机内部，指令和数据的形式是相同的，二者均以二进制代码的形式存于存储器中。它们的区别在于计算机工作时，把指令送往控制器的指令存放器和指令译码器中，而把数据送往运算器的存放器和算术逻辑单元中。 一条指令应明确地指出是什么操作，并能用来编程序，因此它必须含有足够的信息。这些信息包括： (1) 操作的种类。如：加、减、传送、转移等。指令中规定操作种类的局部称为操作码。 (2) 数据源。如：相加的两个数、传送的数等，或者是这些数的地址。这些被操作的数称为操作数，它们的地址称为操作数地址或源地址。 (3) 结果的

53、存放地址，简称目的地址。 (4) 下一条指令的地址。 要把上述全部信息都表示出来，需要完整的指令。一条完整指令有如下格式：操作码操作数1地址操作数2地址目的地址下一条指令的地址 显然，这样的指令太长了，不便于计算机处理，也浪费存储空间。因此，必须缩短指令的长度。有以下几种缩短指令长度的方法： (l) 用程序计数器PC保存指令的地址。CPU每使用一次程序计数器后，都使该计数器自动加1。这样，下一条指令的地址可以从PC中得到，从而可以从指令格式中去掉“下一条指令的地址这一代码段。这就形成了所谓的三地址指令，其格式如下：操作码操作数1地址操作数2地址目的地址 (2) 使目的地址与操作数之一的地址相同

54、，即让指令的操作结果取代操作数之一，从而可以从三地址指令中去掉“目的地址这一代码段，这就形成了所谓的二地址指令。其格式如下： 这种二地址指令的功能是：在目的操作数和源操作数完成操作码规定的运算后，把运算结果存入目的操作数地址单元。操作码目的操作数地址源操作数地址 (3) 使目的操作数地址隐含在指令操作码中。这种隐含地址可以是累加器或其它存放器。这就形成了所谓一地址指令。其格式如下： 这种一地址指令的功能是：在累加器中的数与操作数完成操作码规定的运算后，将运算结果存入累加器中。 在计算机指令系统中，还有一些指令是不带操作数的，如停机、关中断、开中断等，这种不需要地址的指令，称为无地址指令或无操作

55、数指令。其格式如下：操作码操作数地址操作码 1.4.2 指令的分类 一种计算机的指令系统能比较充分地说明该种机器的运算和处理能力。一般微型计算机有几十条到几百条不同的指令，这些指令可按其操作功能的不同分为以下四类： 1数据处理指令 数据处理指令能以某种方式对数据进行算术运算、逻辑运算、移位和比较。这些指令的操作功能一般由运算器的算术逻辑单元(ALU)来完成。它们还可进一步分为： (1) 算术运算指令如：加、减、加1、减1等指令； (2) 逻辑运算指令如：“与、“或、“异或、“取反等指令； (3) 移位指令如：各种左、右移位等指令； (4) 比较指令如：根据两数差的特征对标志存放器置位； (5)

56、 其它专用指令如：十进制调整指令、浮点转换指令、奇偶校验指令等。 2数据传送指令 数据传送指令的功能是将数据从一个地方传送到另一个地方，而不改变数据的内容。这类指令还可以进一步分为： (1) 存储器传送指令如：将一数据存入某存储单元，或将某存储单元的内容取出； (2) 内部传送指令如：把一存放器的内容送到另一存放器； (3) 输入输出指令如：将一数据从输入端口输入到CPU存放器，或把一数据从CPU存放器输出到输出端口； (4) 堆栈指令如：把存放器的内容压入堆栈或将堆栈顶的内容弹出送到存放器。 3程序控制指令 程序控制指令能改变程序计数器PC的内容，使程序改变正常的执行顺序。这类指令可进一步分

57、为： (1) 无条件转移指令如：跳过几条指令继续执行程序； (2) 条件转移指令如：结果为零转移、有进位转移等； (3) 子程序调用指令如：子程序调用、子程序返回等； (4) 停机和空操作指令。 4状态管理指令 这类指令一般数量较少，其功能只改变CPU的工作状态，而不影响其它指令和数据。如：开放中断指令、禁止中断指令等。 并非所有的计算机都具有上述全部种类的指令。指令系统完备可以使程序较短，且运行速度较快。但较大的指令系统必然会使指令变长，使机器结构复杂。1.5 计算机系统的组成与应用 1.5.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大局部。如图1.1所示。 硬件系统

58、一般指用电子器件和机电装置组成的计算机实体。组成微型计算机的主要电子部件都是由集成度很高的大规模集成电路及超大规模集成电路构成的。这里“微的含义是指微型计算机的体积小。微型化的中央处理器称为微处理器，它是微机系统的核心。 图1.1 微机系统的组成 微处理器送出三组总线：地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。其它电路常称为芯片都可连接到这三组总线上。由微处理器和内存储器构成微型计算机的主机。此外，还有外存储器、输入设备和输出设备，它们统称为外部设备。 计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关说明资料的总称。所谓程序实际上是用户用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令的集合。用

59、户要让计算机做的工作可能是很复杂的，因而指挥计算机工作的程序也可能是很庞大而复杂的，有时还可能要对程序进行修改与完善，因此，为了便于阅读和修改，必须对程序作必要的说明或整理出有关的资料。 1.5.2 微型机的硬件系统 计算机硬件的根本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。图1.2列出了一个计算机系统的根本硬件结构。图中，实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。 图1.2 计算机系统根本硬件结构 1中央处理器 中央处理器简称为CPUCentral Processing Unit，它是计算机系统的核心，中央处理器

60、包括运算器和控制器两个部件。 计算机所发生的全部动作都受CPU的控制。其中，运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算，是对信息加工和处理的部件，由进行运算的运算器件以及用来暂时存放数据的存放器、累加器等组成。 中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的上下直接决定了计算机系统的档次。CPU能够处理的数据位数是它的一个最重要的品质标志。 2存储器 存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。对存储器而言，容量越大，存取速度那么越快。计算机中的操作，大量的是与存储器交换信息，存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低得多，因此存储器的工作速度是制约计算机运算速度的主要因素之一。 1内存储器 内存又称为主