第2章 计算机基础知识

第二章计算机基础知识(3学时)

2.1计算机系统的组成与工作原理(掌握)2.1.1计算机系统的组成计算机系统软件硬件主机运算器控制器内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机外存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等外部设备系统软件应用软件操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等实用程序：诊断程序、排错程序等通用应用软件：办公软件包、数据库专用应用软件：企业的管理信息系统2.1.2计算机系统的硬件组成冯.诺依曼思想：计算机由五大模块组成程序与数据一样存放在内存二进制存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器计算机硬件包括主机和外设计算机五大部件的功能1.运算器

运算器也称算术逻辑单元(ALU，ArithmeticandLogicUnit)，是进行算术运算和逻辑运算的部件。2.控制器

控制器是计算机的神经中枢和指挥中心。其功能是控制计算机各部件协调工作，使计算机自动地执行程序。运算器控制器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算CPU中央处理器3.存储器

存储器是存放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，是计算机中各种信息存储和交流的中心。存储器通常分为内部存储器（简称内存储器、内存）和外部存储器（简称外存储器、外存）两大类。存储器外存储器存放大量信息内存储器信息交流中心位、字节、字长和地址位（Bit）：简记为b。是计算机存储数据的最小单位。

字节（Byte）：简记为B。8个二进制位为一个字节。字节是存储数据的基本单位。

字长（Word)：CPU在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，精度越高。

地址（Address）：在计算机中，内存被分成一个个字节，每个字节都由一个惟一的地址来标识。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB76543210字节Byte位Bit4.输入/输出设备1）输入设备

输入设备用来接收用户输入的原始数据和程序，并将其转换成计算机可以识别的形式存放在内存中。常用的输入设备有：2）输出设备

输出设备用于将存放在内存中由计算机处理得到的结果数据转变为人们能够接受的形式。常用的输出设备有：

键盘鼠标扫描仪手写输入板数字化仪CRT、液晶显示器激光、喷墨、针式）打印机绘图仪2.1.3计算机基本工作原理1.计算机指令系统指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，它规定了计算机能完成一种操作。操作码

操作数

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

2.计算机基本工作原理

1)指令的执行过程一条指令的执行过程分为以下3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。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。取指令分析指令执行指令计算机基本工作原理

一般把计算机完成一条指令所花费的时间称为1个指令周期，指令周期越短，指令执行越快。通常所说的CPU主频或工作频率，就反映了指令执行周期的长短。计算机的工作就是执行程序，即自动连续地执行一系列指令，而程序开发人员的工作就是编制程序。1.程序程序就是为完成某一处理任务而设计的一系列指令的有序集合。2.程序的执行过程

CPU不断地取指令、分析指令、执行指令直至遇到停止命令结束的过程。2.2数制转换及运算(掌握)在计算机内部，数据的存储和处理都是采用二进制数，采用二进制数的主要原因是：

（1）二进制数在物理上最容易实现。

（2）二进制数的运算规则简单，这将使计算机的硬件结构大大简化。

（3）二进制数的两个数字符号“1”和“0”正好与逻辑命题的两个值“真”和“假”相对应，为计算机实现逻辑运算提供了便利的条件。二进制数书写冗长，为了书写方便，一般用十六进制数或八进制数作为二进制数的简化表示。2.2.1进位计数制N=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。r称为该数制的基数，而数制中每一个固定位置对应的单位值称为权。基数权数码678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2(678.34)10=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2

各位的“权”

1001010.10.012.2.2不同进位计数制间的转换1.r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=21(101.11)B=22＋1＋2-1＋2-2=5.75(101)O=82＋0＋1=65(71)O=781＋1=5(101A)H=163＋0＋16＋10=4106(56.07)D=5101＋6100＋710-2进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制2.十进制转化成r进制整数部分：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

1.04八进制100812818044110016604616十六进制3.二进制、八进制、十六进制数间的关系

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0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F11114.二进制、八进制、十六进制数间的相互转换1）二进制数转换成八、十六进制数二进制转化成八(十六)进制，以小数点为中心向左、右两边分组，每三（四）位为一组，两头不足三（四）位的，整数部分冠“0”，小数部分补“0”。1110.11(B)=001110.110(B)

=16.6(O)111110.11(B)=00111110.1100(B)

=

3E.C(H)2）八、十六进制数转换成二进制数将八(十六)进制的每一位用三（四）位二进制数来表示即可。每三（四）位为一组。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723.14(O)=111010011.001100(B)2CA.5F(H)=?(B)2.2.3二进制数的算术运算二进制数的算术运算也包括加、减、乘和除四则运算，但运算更简单。加法运算：本位的被加数、加数和来自低位的进位。逢二进一，有4种加法运算法则。减法运算：本位的被减数、减数和向高位的借位（借位为1，否则为0）。乘法运算：有4种运算法则。除法运算：有三种法则。在计算机中二进制的加法是基本运算，乘、除可以通过加、减和移位来实现，而减法真正实现是加上一个负数，其主要是运用了补码运算。2.2.4二进制数的逻辑运算1.逻辑数据的表示二进制数的0和1在逻辑上可以代表真与假、是与非等。2.逻辑运算逻辑运算的结果为逻辑值。1）逻辑非运算若A为原事件，则逻辑非表示与原事件含义相反，常用A表示。运算规则：0=11=02）逻辑与运算该运算也称为逻辑乘，表示当A、B两个事件同时满足结果才为真。运算规则：0×1=01×0=00×0=01×1=13）逻辑或运算表示当A、B两个事件只要有一个满足时结果就为真。运算规则：0＋0=00＋1=11＋0=11＋1=12.3数据在计算机中的表示(了解)

计算机中任何形式的数据（数字、文字、图形、图像、声音、视频等）都采用二进制编码转换，采用二进制是因为：物理上容易实现，可靠性强。运算简单，通用性强。计算机中的二进制数的0和1，便于表示和进行逻辑运算。输入设备数值：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/数转换输出设备二十进制转换数值字形码西文汉字字形码汉字数/模转换声音、图像内存2.定点数和浮点数

定点数约定小数点隐含在某一固定位置上为定点表示法；小数点位置可以任意浮动的为浮点表示法。2.3.1数值符号数的机器数表示数在计算机中的表示统称为机器数，其特点是：数的符号数值化；小数点约定在一个固定位置上，不占用1个数位；机器数表示的范围受到字长和数据类型的限制。

符号位“0”表示正、“1”表示负10101100定点数定点整数S小数点无符号位S小数点定点小数定点数：约定小数点隐含在某一固定位置上。定点整数：约定小数点位置在机器数的最右边。定点小数：约定的小数点位置在符号位和有效数值部分之间，定点小数是纯小数，所有数值的绝对值均小于1。浮点数：小数点的位置可以任意浮动。小数点位置不固定的浮点数-1101.010(B)=-0.110101×2100（B）阶码数符阶符尾数0001001011010100N=±d×2±p=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

定点整数定点小数规格化的形式：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。

阶码只能是一个带符号的整数，阶码本身的小数点约定在阶码的最右面。

尾数表示数的有效部分，是纯小数。其小数点约定在数符与尾数之间。

在浮点数表示中，阶符与数符各占一位，阶码的位数表示数的大小范围，尾数的位数表示数的精度。例：设阶码为6位，尾数为8位，则二进制数-1101.010的浮点数的存放形式为：3.带符号数的运算符号位“0”表示正、“1”表示负运算带来问题复杂性:10101100例-5+4的结果应为-1。但在计算机中若按照上面讲的符号位同时和数值参加运算，则运算如下：若要考虑符号位的处理，则运算变得复杂。为了解决此类问题，引入了多种编码表示方式，常用的是：原码、反码和补码，其实质是对负数表示的不同编码。0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111 -0：10000000[X]原=(2)反码

对于正数与原码相同；对于负数数符位为1，其数值位取反。0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000-7：11111000-0：11111111[X]反=4.带符号数的表示

假定一个数在机器中占用8位。原码

其数符位0表示正，1表示负；其数值部分就是该数绝对值的二进制表示。0<=X+7：00000111+0：000000000X1|X|+1X<=0-7：11111001-0：00000000[X]补=(3)补码补码：对于正整数其补码与原码相同；对于负数，数符位为1，其数值位取反，最右位加1，即为反码加1。例-5+4。正整数4的补码为00000100；负整数-5的原码为10000101；反码为11111010；补码为11111011。

00000100……4的补码+11111011……-5的补码

11111111……补码相加的结果运算结果11111111，正好是-1的补码形式。字符1.常见的信息编码1）BCD码BCD码就是二进制编码的十进制数。也即用四位二进制表示一个十进制数。（54）D=（01010100）BCD2）ASCII码国际上通用的西文字符编码就是所谓的ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。3）汉字编码汉字的编码主要分为三类，数字编码，拼音，字形码（如汉语拼音）、数字（区位码）、或特殊符号（五笔字形）构成。4）机内码机内码是计算机设备内部对信息进行处理、内部存储、传输所用的代码。2.西文字符(掌握)

ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange美国信息交换标准代码)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 20H32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a’～‘z’61H～7AH 97～122ASCII码表0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111000NULBSDELCANSP(08@HPX`hpx001SOHHTDC1EM!)19AIQYaiqy010STXLFDC2SUB“*2:BJRZbjrz011ETXVTDC3ESC#+3;CKS[cks{100EOTFFDC4FS$,4<DLT\dlt|101ENQCRNAKGS%-5=EMU]emu}110ACKSOSYNRS&.6>FNV↑fnv~111BELSIETBUS‘/7?GOW↓gowDELd2d1d0即低3位d6d5d4d3

即高4位汉字汉字信息处理流程英文是拼音文字，采用不超过128种字符的字符集就能满足英文处理的需要，在一个计算机系统中，输入、存储和输出都可以使用同一种编码，输入码和机内码是一样的。汉字是象形文字，种类繁多，GB2312-80中常用汉字6763个。因此，汉字处理技术首先要解决的是汉字的输入、计算机内部的编码（机内码）及汉字的输出。

汉字通过输入设备输入到计算机；再通过汉字编码系统将输入码转换成国标码，将国标码每个字节的最高位变为“1”生成机内码；机内码对应地转换成地址码，从汉字库中取到相应的汉字字形；在输出设备上输出汉字。3.汉字编码(了解)汉字输入输入码国标码机内码地址码字形码汉字输出(1)汉字输入码输入码供用户通过输入装置输入到计算机而编制的编码。

音码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等

形码类：五笔字型法等；数字编码：区位码、电报码。(2)汉字国标码(GB2312－80)国标码又称为交换码，它主要用于不同汉字处理系统之间进行汉字交换。它与区位码的关系是：将某个汉字的区位码的“区号”和“位号”分别加上十进制的32。国标区位码将汉字和符号分为94个区，每个区94个字符。一级汉字3755个，按拼音排列，二级汉字3008个，按偏旁部首排列，部首顺序按依笔划多少排列。共6763个汉字。机内码是计算机设备内部对信息进行处理、内部存储、传输所用的汉字代码。汉字数量多，用２个字节来存放汉字的编码。两个字节共16位，可以表示216=65536个可区别的码，如果两个字节各用７位，则可表示214=16384个可区别的码。一个码代表一个汉字，这已够用了。现在我国的汉字信息系统采用了与ASCII码相应的８位码方案，用２个８位构成一个汉字机内码。为了实现中西文兼容，通常利用字节的最高位来区分某个码值是代表汉字或ASCII码字符。其体的作法是，若最高位为“１”视为汉字符，最高位为“０”视为ASCII码字符。所以汉字的机内码就在上述的国标码的基础上，把２个字节的最高位一律由“０“改为“１”而构成。汉字国标码汉字内码

中8680(0101011001010000)B(1101011011010000)B

华

5942(0011101100101010)B(1011101110101010)B

(3)汉字机内码

汉字字形码又称为汉字字模是汉字字型的字模数据，用于汉字在显示或打印输出。汉字字形码通常有