计算机系统的基础知识

计算机系统的基础知识第1页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学章节计算机的发展概述

1.1计算机基本组成及工作原理

1.2数制与编码

1.3运算基础1.4逻辑代数及逻辑电路

1.5第2页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学目的：了解计算机的产生、发展和应用教学重点：计算机的发展1.1

计算机发展概述第3页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学引入

现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你了解计算机的发展史吗？

返回下一页第4页，共155页，2023年，2月20日，星期四1.1.1计算机的产生计算机与一般计算工具的差别存储器的大小运算能力定义电子计算机是一种能按预先存储的程序，对以数字形式出现的信息进行处理的电子装置。1.1

计算机发展概述P1上一页

返回下一页第5页，共155页，2023年，2月20日，星期四

结绳计数是计算机的“远古史”

筹算是计算机的“古代史”中国算盘与计算机诞生有关技术的发展1.从筹算到算盘

上一页

返回下一页第6页，共155页，2023年，2月20日，星期四1614年，耐普尔利用对数原理制造一台乘法机。奥托里把对数刻在木板上，后发展为现在的计算尺。1642年，法国数学家布莱斯·帕斯卡发明简易机械计算机。1671年，德国数学家莱布尼茨把帕斯卡机器加以改进,使它既可以做加减法，又可以做乘除法运算。圆柱型对数计算尺帕斯卡帕斯卡加法器2.机械计算器

上一页

返回下一页第7页，共155页，2023年，2月20日，星期四1820年，英格兰的查尔斯·巴贝奇设计了“差分机”(计算机之父）

英国数学家乔治·布尔1854年提出符号逻辑（布尔代数）20世纪30年代末期，英国数学家艾伦·图灵描述了假想机器（图灵机）20世纪30年代后期，艾肯和IBM公司的工程师小组完成了“MarkI”布尔巴贝奇MarkⅠ第一台差分机2.机械计算器（序）

上一页

返回下一页第8页，共155页，2023年，2月20日，星期四ENIAC是世界公认的第一台通用电子数字计算机。1946年2月由美国宾州大学的莫克莱和埃克特研制；18000多个电子管、1500多个继电器、占地170平方米、重量30吨、计算速度5千次/秒；每次至多只能存储20个十进制数；弱点：存储容量小，尚未采用“程序存储”方式；电子管太多第一台数字电子计算机P1上一页

返回下一页第9页，共155页，2023年，2月20日，星期四图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。冯·诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯·诺依曼结构。

整个系统是由五大基本部件组成，即由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成；采用二进制，使用机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作；采用存储程序的思想，对计算进行集中的顺序控制。冯.诺依曼图灵现代计算机发展的杰出人物P1上一页

返回下一页第10页，共155页，2023年，2月20日，星期四所谓现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。以构成计算机硬件的逻辑元件为标志，大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模超大规模集电路计算机等四个发展阶段。1.1.2计算机的发展P2重点上一页

返回下一页第11页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点

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，但没有操作系统

体积庞大、笨重、耗电多、可靠性差、速度慢、维护困难

典型机器

ENIAC、EDVAC、UNIVAC、IBM701、IBM650

应用

科学计算1.第一代电子计算机上一页

返回下一页第12页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点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。体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增强;典型机器IBM的7090、7094、7040、7044应用数据处理、工业控制、科学计算2.第二代电子计算机上一页

返回下一页第13页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点使用中、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

典型机器IBM370系列、IBM360系列、富士通F230系列等。

应用系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。3.第三代电子计算机上一页

返回下一页第14页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点使用大规模、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，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。

典型机器IBM的4300系列、3080系列、3090系列，以及IBM9000系列

应用事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面4.第四代电子计算机上一页

返回下一页第15页，共155页，2023年，2月20日，星期四人工智能（AI）：是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延伸和扩展人的智能，以实现某些“机器思维”或脑力劳动自动化的一门学科。第五代计算机系统（FGCS:):

就是智能计算机系统，智能计算机由以下几个部分组成：知识库（KB:KnowledgeBank）知识库计算机(KBM:KnowledgeBankMachine）知识库管理系统(KBMS)问题求解和推理机智能接口系统应用系统5.人工智能和第五代电子计算机上一页

返回下一页第16页，共155页，2023年，2月20日，星期四课堂交互现代计算机与微型机划分的标准有什么不同？现代计算机：电子器件不同微型机：微处理器的位数上一页

返回下一页第17页，共155页，2023年，2月20日，星期四微型计算机的发展P2~3

微型计算机的分代是以微处理器的位数为依据的，共分四代。

第一代微型计算机第二代微型计算机第三代微型计算机第四代微型计算机上一页

返回下一页第18页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点字长：4位/8位芯片集成度（晶体管数目/片）：1200～2000 时钟频率：0.5～0.8MHz 基本指令执行时间：10～15μS 地址总线：4/8条 CPU举例40041.第一代微型计算机上一页

返回下一页第19页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点

字长：8位芯片集成度（晶体管数目/片）：5000～9000 时钟频率：1～2.5MHz 基本指令执行时间：1～2μS 地址总线：16条 微处理器（CPU）举例Intel8080、Intel8085、M6800、Z-8080802.第二代微型计算机上一页

返回下一页第20页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点字长：16位芯片集成度（晶体管数目/片）：2万~7万 时钟频率：5~10MHz 基本指令执行时间：0.4~0.75μS 地址总线：20/24条 微处理器（CPU）举例：Intel8086、Intel8088 、Intel80286、M680003.第三代微型计算机上一页

返回下一页第21页，共155页，2023年，2月20日，星期四特点字长：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：0.125μS 地址总线：24/32条 微处理器（CPU）举例Intel80386、Intel80486、奔腾系列等4.第四代微型计算机上一页

返回下一页第22页，共155页，2023年，2月20日，星期四

微型计算机系统也是由硬件系统和软件系统组成。“微”的含义是指体积小、重量轻且价格低廉、可靠性高、结构灵活，可广泛应用于各个领域。微型计算机的组成第23页，共155页，2023年，2月20日，星期四CPU是计算机的核心，其重要性好比大脑对于人一样，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据。计算机机一般包含以下配件：第24页，共155页，2023年，2月20日，星期四主板安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。第25页，共155页，2023年，2月20日，星期四硬盘全名温彻斯特式硬盘，是电脑主要的存储媒介之一。内存条是连接CPU和其他设备的通道，起到缓冲和数据交换作用。第26页，共155页，2023年，2月20日，星期四光驱是电脑用来读写光碟内容的机器，是台式机里比较常见的一个配件。显卡是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是个人电脑最基本组成部分之一。第27页，共155页，2023年，2月20日，星期四键盘是计算机的一个非常重要的输入设备。鼠标的使用是为了能代替键盘那些繁琐的指令，使计算机的操作更加简便。电源是向电子设备提供功率的装置，它提供计算机中所有部件所需要的电能。第28页，共155页，2023年，2月20日，星期四机箱主要作用是放置和固定各电脑配件，起到一个承托和保护作用，此外，电脑机箱具有屏蔽电磁辐射的重要作用。。显示器是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。第29页，共155页，2023年，2月20日，星期四笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微型机单片计算机：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。单片机的发展历史可分为三个阶段：

初级单片机阶段（1976-1978）高性能单片机阶段（1978年以后）16位单片机推出阶段（1982年以后）其他微型计算机上一页

返回下一页第30页，共155页，2023年，2月20日，星期四工作原理数字计算机（DigitalComputer）模拟计算机(AnalogComputer)混合计算机(Hybridcomputer)按应用

通用计算机(GeneralPurposeComputer)专用计算机(SpecialPurposeComputer)综合性能指标

巨型机（SuperComputer）大型机（MainFrameComputer）小型机（MiniComputer）微型机（MicroComputer）工作站（Workstation）服务器（Server）网络计算机（NetComputer）计算机分类上一页

返回下一页第31页，共155页，2023年，2月20日，星期四巨型机(Supercomputer)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。它从技术上朝两个方向发展：

开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表国家的计算机科学水平。典型巨型计算机：

如美国的ILLIAC-IV型计算机（每秒1.5亿次）、CRAY-1型计算机（每秒1亿次）。“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。巨型机上一页

返回下一页第32页，共155页，2023年，2月20日，星期四运算速度可达5000亿次的“神威”计算机上一页

返回下一页第33页，共155页，2023年，2月20日，星期四综合化、智能化网络化、高速化、整体化、协同化多样化、大众化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化商品化集成化、高效化上一页

返回下一页1.1.3计算机应用的发展趋势P6~7第34页，共155页，2023年，2月20日，星期四超导计算机量子计算机光子计算机生物计算机神经网络计算机新型计算机1.1.3未来的新型计算机第35页，共155页，2023年，2月20日，星期四课堂交互按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。

A）4

B）6

C）7

D）3分析：按计算机采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。结论：答案应选A）上一页

返回下一页第36页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学小结计算机的定义；与计算机诞生有关的技术的发展；现代计算机的发展；微型计算机的发展；计算机的特点；计算机的应用；上一页

返回下一页第37页，共155页，2023年，2月20日，星期四作业P4311．冯诺依曼计算机的主要特征是什么？补充：计算机和微型计算机分别是根据什么划代的？计算机和微型计算机这几代各是什么？

返回上一页第38页，共155页，2023年，2月20日，星期四

教学目的掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能了解计算机的工作过程。教学重点计算机硬件组成及各部分功能1.2计算机的基本组成及工作原理第39页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学引入

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？

返回下一页第40页，共155页，2023年，2月20日，星期四计算机系统硬件主机中央处理器(CPU)运算器控制器内存储器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)外存储器——硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪输出设备——显示器、打印机、绘图仪软件系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序应用软件文字处理软件信息管理软件图形软件辅助设计软件各种程序包第41页，共155页，2023年，2月20日，星期四概念

硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算机实体。软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料和各种程序。功能硬件的功能：接受计算机程序,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。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。关系二者缺一不可，没有软件的计算机称为“裸机”裸机不能做任何工作。硬件是组成计算机的物质基础,软件则是其灵魂1.2.1计算机系统的基本组成P7上一页

返回下一页第42页，共155页，2023年，2月20日，星期四负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据。存储器运算器控制器输入设备实现计算程序和原始数据的输入负责对程序规定的控制信息进行分析、控制并协调输入、输出操作或内存访问1.2.1计算机的基本组成P7输出设备实现计算结果的输出重点上一页

返回下一页第43页，共155页，2023年，2月20日，星期四结果数据中央处理器取数存数外部设备接口输入设备输出设备外存储器内存储器运算器控制器程序数据外设主机上一页

返回下一页第44页，共155页，2023年，2月20日，星期四主板北桥芯片电源插座内存插槽硬盘插座CMOS电池CPU插槽并行打印机接口PCI总线插槽AGP总线插槽（显卡）软盘插座CPU风扇电源插座南桥芯片BIOS芯片

主板有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、CPU插座、内存插槽、扩充插槽等元件。CMOS参数：通过设置CMOS参数（启动计算机时，按DEL键进入），可修改CPU工作频率，屏蔽掉某个硬盘（即使线缆连接了该硬盘，操作系统下也看不见）等一些系统设置的操作。第45页，共155页，2023年，2月20日，星期四冯●诺依曼型计算机两大特征：程序存储采用二进制

微型计算机的组成框图P8重点上一页

返回下一页第46页，共155页，2023年，2月20日，星期四地址总线AB：用于传送由CPU发出的地址信息，地址总线是单向总线，其位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小--16位微机的地址总线宽度(位数)为20bit，则其可寻址空间为220＝1MB。数据总线DB：用于传送数据信息，是双向总线。数据总线的位数通常与CPU的字长一致，是微型计算机的一个重要的性能指标。控制总线CB：用于传送控制信息和时序信息。一般是双向的。这三种总线各自干什么呢？第47页，共155页，2023年，2月20日，星期四可减少信息传送线路的数目。容易地扩充内存和添加外部设备。统一的总线标准更容易使不同设备间实现互连。提高了系统的灵活性。为什么微型计算机要采用总线结构？第48页，共155页，2023年，2月20日，星期四

指令

定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小单位组成：

操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能；地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。机器指令：是要计算机执行某种操作的指令，它们全部由0和1这样的二进制编码组成，其操作通过硬件逻辑电路实现。1.2.2计算机的基本工作原理P9上一页

返回下一页操作码操作数/地址操作码操作数1地址操作数2地址第49页，共155页，2023年，2月20日，星期四输出设备执行结果程序数据先编写出完成这一算题的计算程序；结束指令输入设备内存储器微处理器地址/指令/数据分析指令取指令执行指令结束其他指令计算机工作过程CPU工作过程程序和数据送入计算机内存；控制器从存储器中取指令；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；

取下一条指令，分析执行，如此重复操作，直至执行完程序中的全部指令，便可获得最终结果。计算机的工作过程

第50页，共155页，2023年，2月20日，星期四计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程序的过程；计算程序是指令的有序集合。1.2.2计算机的基本工作原理P11动画演示上一页

返回下一页取指令译码分析指令执行指令

计算机中一条指令的执行过程第51页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学小结计算机系统的组成计算机硬件及各部分的功能计算机的工作过程作业P434

返回上一页第52页，共155页，2023年，2月20日，星期四

教学目的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。

教学重点不同进制数之间的转换二进制数的原码、反码及补码表示字符编码1.3数制与编码第53页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学引入

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内部是如何保存的？

返回下一页第54页，共155页，2023年，2月20日，星期四计算机为什么采用二进制

电路简单：计算机是由逻辑电路组成，而逻辑电路通常只有两个状态。

可靠性高：两个状态表示的二进制两个数码，数字传输和处理不容易出错。

运算简单：二进制运算法则简单。

逻辑性强：计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。第55页，共155页，2023年，2月20日，星期四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12上一页

返回下一页第56页，共155页，2023年，2月20日，星期四1.特点：⑴10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(Base/Radix)，⑶“逢十进一”的计数规则⑵小数点符号：“.”2.表示法：并列表示法PositionalNotation

多项式表示法PolynomialNotation简称基数(R)。十进制数上一页

返回下一页第57页，共155页，2023年，2月20日，星期四例：十进制数12345.67809②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：10410310210110010-110-210-310-410-5

如上所示，处在不同位置的数字具有不同的“权”，并列计数法，也称位置表示法。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①并列表示法12345.67809=1×104+2×103+3×102+4×101+5×100+6×10-1+7×10-2+8×10-3+0×10-4+9×10-

5上一页

返回下一页第58页，共155页，2023年，2月20日，星期四进位制数

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Ｒ倍，左移一位缩小为原来的1/Ｒ倍。1.3.1进位制数及其相互转换P12上一页

返回下一页第59页，共155页，2023年，2月20日，星期四不同数制表示在数码的右下角注明数制或在数的后面加一个字母。

B：二进制数

Q：八进制数

D：十进制数

H：十六进制数不同数制特点进位计数制方式:每种数制使用数码个数R称为基数，进位计数制编码符合“逢R进位”规则。位权表示法:数制中每一固定位置对应的单位值称为权，处于不同位置数码代表的值与它所在位置权值有关。121.3.1进位制数及其相互转换（序）上一页

返回下一页第60页，共155页，2023年，2月20日，星期四进位制二进制八进制十进制

十六进制规则基数数码

权形式表示逢二进一R=20,12iB逢八进一R=80,1,2,…78iQ逢十进一R=100,1,2,…,910iD逢十六进一R=160,1,…,9,A,B,C,D,E,F16iH计算机中常用进制数的表示重点上一页

返回下一页第61页，共155页，2023年，2月20日，星期四使用按权相加法，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。整数的转换:采用除R取余法。从最后一次除得余数读起（即从高位到低位）。

小数部分的转换:采用乘R取整法，将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的R进制小数R进制数→十进制数十进制数→R进制数不同数制之间的转换P13重点上一页

返回下一页第62页，共155页，2023年，2月20日，星期四

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。(1100101.101)2=1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=64+32+4+1+0.5+0.125=(101.625)10即(1100101.101)2

=（101.625）10例1：求（1100101.101）2

的等值十进制数。上一页

返回下一页(101.01)8=1×82+0×81+1×80+0×8-1+1×8-2

=64+1+1/16=(65.0625)10(10A.C)16=1×162+0×161+10×160+12×16-1

=256+10+0.75=(266.75)10第63页，共155页，2023年，2月20日，星期四33解:先求（66）10等值二进制数余数

266 即（66）10=（1000010)2再求小数部分

积的整数部分

0.625×2=1.250

10.250×2=0.500

0

0.500×2=1.000

1

即(0.625)10=(0.101)2所以：(66.625）10=(1000010.101）2注意：十进制小数不一定都能转换成完全等值的二进制小数，所以有时要取近似值，有换算误差存在。01684210100001例2：求（66.625）10等值二进制数(?)2

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。上一页

返回下一页第64页，共155页，2023年，2月20日，星期四二进制、八进制、十六进制间转换二进制数→八进制数

“三位并一位”以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高位不足三位时，添0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位时，添0补足三位。各组三位二进制数按22，21，20权展开后相加，得到一个八进制数八进制数→二进制数

“一位拆三位”把一位八进制写成对应的三位二进制，然后按权连接即可二进制数→十六进制数

“四位并一位”以小数点为基准，整数部分从右至左，每四位一组，最高位不足四位时，添0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位时，添0补足四位。各组四位二进制数按23,

22，21，20权展开后相加，得到一个十六进制数十六进制数→二进制数

“一位拆四位”把一位十六进制写成对应的四位二进制，然后按权连接即可重点上一页

返回下一页第65页，共155页，2023年，2月20日，星期四数值数据的表示——数制及其转换二进制与八、十六进制间的转换

二进制与八进制转换表1位八进制数012345673位二进制数000001010011100101110111

二进制与十六进制转换表1位十六进制数012345674位二进制数000000010010001101000101011001111位十六进制数89ABCDEF4位二进制数10001001101010111100110111101111第66页，共155页，2023年，2月20日，星期四解：

001

010

111011.001

011

100

127

3.1

3

4

即：(1010111011.0010111)2=(1273.134)8例3：将（1010111011.0010111)2转换为八进制数

分析：按照“三位并一位”的原则，对二进制数进行处理。例4：将（2754.41)8转换成二进制数

分析：按照“一位拆三位”的原则，对八进制数进行处理。解：2

754

.4

1

010111101

100.100

001

即：（2754.41)8=(10111101100.100001)2上一页

返回下一页第67页，共155页，2023年，2月20日，星期四解：

001011010101·01110100

2D

5.7

4

即：（1011010101.011101)2=(2D5.74)16例5：将（1011010101.011101)2转换成十六进制数

分析：按照“四位并一位”的原则，对二进制数进行处理。例6：将（5A0B.0C)16转换成二进制数

分析：按照“一位拆四位”的原则，对八进制数进行处理。解：5A

0

B

·0

C

01011010

0000

1011.0000

1100

即：（5A0B.0C)16=(101101000001011.000011)2上一页

返回下一页第68页，共155页，2023年，2月20日，星期四1)二进制数1101100111.10011转换成对的八进制数

001

101

100

111.100

110154746

则得：（1101100111.10011)2=（1547.46)8

2)八进制数576.32转换成对应的二进制数（576.32)8=101

111

110.011

010

则得：(576.32)8=（101111110.01101)2

3)二进制数1101100111.10111转换成对应的十六进制数

0011

0110

0111.1011

1000367B8

则得：（1101100111.10111)2=（367.B8)16

4)十六进制数5FD4.A3转换成对应的二进制数（5FD4.A3)16=0101

1111

1101

0100.1010

0011

则得：（5FD4.A3)16=（101111111010100.10100011)2

第69页，共155页，2023年，2月20日，星期四2.二进制数的定点表示P15概念指计算机中的小数点位置固定不变的数的表示方式。功能分类定点整数：小数点固定在数的最低位之后。设字长为８位，能表示的数值范围为：00000000-01111111即0-（２7－１）定点小数：小数点固定在数的最高位之前。设字长为８位，能表示的范围为：0.0000000~0.1111111即0-（1-２-7

）上一页

返回下一页第70页，共155页，2023年，2月20日，星期四浮点表示法:指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮动”的数的表示方式：通过阶码和尾数表示：N=2±E×(±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)；“２”是阶码E的底数。二进制数的浮点表示P16上一页

返回下一页第71页，共155页，2023年，2月20日，星期四阶码尾数阶符尾符例：二进制数＋101.1和－10.11的浮点表示形式为上一页

返回下一页第72页，共155页，2023年，2月20日，星期四真值一个数的正号用十表示；负号用”一”表示，即为该数的真值。例如：十进制数+13.5→二进制的真值为+1101.1;十进制数-13.5→二进制的真值为-1101.1机器数以0表示正数的符号，以1表示负数的符号，并且每一位的数值也用0和1表示之后，这样的数叫机器数，有时也叫做机器码符号化好处可以方便的存储；在做乘法或除法时，把数的符号位按位相加后，就得到结果的符号位。其规则是正数乘正数，符号按位相加得0；正数乘负数，符号按位相加得1；负数乘负数，符号按位相加得0。3.二进制的原码、反码及补码表示P17数符（+/-）+尾数（数值的绝对值）符号（+/-）数码化；最高位：“0”表示“+”，“1”表示“-机器数的分类原码、反码、补码上一页

返回下一页第73页，共155页，2023年，2月20日，星期四原码是一种机器数。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，而其余位表示数的本身。对于正数，X=+Xn-2Xn-3……X0，则原码为：［X］原=0Xn-2Xn-3……X0

对于负数，X=-Xn-2Xn-3……X0，则原码为：［X］原=1Xn-2Xn-3……X0原码表示法的特点:优点:简单易懂，与真值的转换方便。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，增加了机器的复杂程度。符号位+尾数部分（真值）原码表示法上一页

返回下一页第74页，共155页，2023年，2月20日，星期四表示方法对于正数其反码与原码相同；对于X=+Xn-2Xn-3……X0，则反码为：［X］反=0Xn-2Xn-3……X0对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即0变为１，l变为0。对于X=-Xn-2Xn-3……X0，则反码为［X］反=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。正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反反码表示法上一页

返回下一页第75页，共155页，2023年，2月20日，星期四（+4）称为（−8）对12的补码，数学公式表示为：−8≡+4（mod12)什么是补码？上一页

返回下一页第76页，共155页，2023年，2月20日，星期四表示方法对于正数其补码与原码相同；对于X=+Xn-2Xn-3……X0，则补码为：［X］补=0Xn-2Xn-3……X0对于负数,除了符号位之外数值各位取反，末尾位加1。对于X=－Xn-2Xn-3……X0，则补码为：［X］补=1+1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、经济

正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反加1补码表示法上一页

返回下一页第77页，共155页，2023年，2月20日，星期四符号＋、－←→S0、1数值位不变原码、反码和补码间关系x真值[x]原[x]反[x]补S不变，数值位不变(S=0)变反(S=1)S不变，数值位不变(S=0)变反后加1(S=1)注：S表示符号位记住规律上一页

返回下一页第78页，共155页，2023年，2月20日，星期四例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=+0101010Y=-0101010

［Ｘ］原=［Ｘ］反=［Ｘ］补=00101010［Y］原=10101010

［Y］反=11010101［Y］补=11010110原码、反码、补码应用举例上一页

返回下一页第79页，共155页，2023年，2月20日，星期四例8：已知［X]补＝101101，求真值X解：先由［X］补求出［X］反，则得:［X］反=［X］补－1＝101101－1＝101100［X］反的符号位为1，故其所对应的真值为负，且数值为［X］反的各位取反，即：

［X］反＝101100X=-10011原码、反码、补码应用举例上一页

返回下一页第80页，共155页，2023年，2月20日，星期四位（Bit）：度量数据的最小单位字节（Byte）：最常用的基本单位K（kilobyte）字节

1KB=210B=1024ByteM（megabyte）字节

1MB=220B=1024KBG（gigabyte）字节

1GB=230B=1024MBT（terabyte）字节

1TB=240B=1024GBb7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149信息的存储单位上一页

返回下一页第81页，共155页，2023年，2月20日，星期四

什么是编码？所谓编码（code）,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。计算机中常用的编码有十进制编码(BCD码）、可靠性编码（校验码）字符编码、操作编码及汉字编码等。4.数据的编码表示P18上一页

返回下一页第82页，共155页，2023年，2月20日，星期四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=（？）BCD

解:（9

3

1)10

↓

↓

↓

=(1001

0011

0001)BCDBCD码（二→十进制码）P18上一页

返回下一页以4位二进制数表示1位十进制数。例如：[123.74]10＝[0001

0010

0011.0111

0100]BCD

可以快速进行十进制数据与二进制数据的转换采用“逢十进组”的原则亦容易实现第83页，共155页，2023年，2月20日，星期四十进制BCD码十进制BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001十进制数与BCD码的对照表上一页

返回下一页第84页，共155页，2023年，2月20日，星期四课堂交互问题：已知（1101.01)2，求其对应的BCD编码？上一页

返回下一页要先把（1101.01)2转换成十进制数，才能再转换成BCD编码！第85页，共155页，2023年，2月20日，星期四目的：解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误，提高系统的安全性方法：

使代码自身具有一种特征或能力增加信息位之间的运算，如异或运算⊕

增加校验位

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分类:

格雷码、奇偶校验码和海明码等。可靠性编码（校验码）上一页

返回下一页第86页，共155页，2023年，2月20日，星期四格雷码任何两个相邻的代码只有1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到下一个相邻的编码的时候，只有一位的状态发生变化.海明码是一种既能检测出错位并能校正出错位的可靠性代码奇偶校验码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“1”的个数为奇数或偶数。若“1”的个数为奇数，则称奇校验码；否则称偶校验码.可靠性编码分类上一页

返回下一页第87页，共155页，2023年，2月20日，星期四奇偶校验码示例上一页

返回下一页第88页，共155页，2023年，2月20日，星期四对文字和符号进行编码的二进制代码称为字符代码。计算机中常用的字符编码有：

ASCII编码：用一个字节表示，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。

EBCDIC码：主要用在大型机器中，采用8位二进制编码，有256个编码状态，但只选用其中一部分

1.3.2字符的表示P19上一页

返回下一页第89页，共155页，2023年，2月20日，星期四英文字符的表示ASCII码:7位二进制，27=128个字符，高位为0EBCDIC码：8位二进制，28=256个字符Unicode码：16位二进制，216=65000多个字符中文字符的表示

GB2312-80，即“国标码”，将其机内码2个字节的最高位设定为“1”，解决与ASCII码的冲突字符数据的表示第90页，共155页，2023年，2月20日，星期四ASCII码表P19~20上一页

返回下一页第91页，共155页，2023年，2月20日，星期四课堂交互问题：GOOD的ASCII码分别是多少？上一页

返回下一页第92页，共155页，2023年，2月20日，星期四字符代码化（输入）机内码输入码向机内码转换机内码向字形码转换显示输出打印输出字形码

汉字信息的输入（汉字输入码）汉字信息的加工（把汉字输入码转换成汉字内码才可加工处理）汉字的输出（只有汉字的字形码才能在屏幕上显示和打印机输出）。

2．中文字符P20第93页，共155页，2023年，2月20日，星期四汉字的输入码（外码）数字编码：如电报码或国家标准GB2312-80规定的汉字交换码（国标、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，但难以记忆，不易推广字音编码：一种基于汉语拼音的编码方法。由于同音字很多，因此这种编码方法会产生很多重码字形编码：根据汉字的字形而给出编码方法。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，但具有重码少，输入速度快等优点。形音编码：形音编码法吸取字音编码和字形编码两种编码的特点，使编码规则简单，重码少。上一页

返回下一页第94页，共155页，2023年，2月20日，星期四交换码：用于汉字外码和内部码的交换。

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，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。

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GB2312－80交换码的两个字节的最高位分别置为1而得到的。汉字的机内码P20上一页

返回下一页第95页，共155页，2023年，2月20日，星期四

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。

汉字字库：是汉字字形数字化后，以二进制文件形式存储在存储器中而形成的汉字字模库。

软汉字字库：汉字字库文件存储在软盘或硬盘中。

硬汉字字库：亦称汉卡，汉字字库存储在汉卡中，将汉卡安装在机器的扩展槽中。汉字编码P20上一页

返回下一页第96页，共155页，2023年，2月20日，星期四123456789012345600000001100000001000000011000000020000000110000000311000001100000114111111111111111151100000110000011611000001100000117110000011000001181111111111111111911000001100000110000000011000000010000000110000000200000001100000003000000011000000040000000110000000500000001100000006汉字字形码上一页

返回下一页16×16点阵16×16点阵还有24×24点阵还有48×48点阵第97页，共155页，2023年，2月20日，星期四声音是一种连续的随时间变化的波，即声波。用连续波形表示声音的信息，称为模拟信息。声音在计算机内表示时需要把声波数字化，又称量化。在每一固定的时间间隔里对声波进行采样，采得的波形称为样本，再把样本（振幅的高度）量化成二进制代码存储在机内。这个过程称为声音的离散化或数字化，也称模/数转换。反之，将声音输出时，要进行逆向转换，即数/模转换。常用的声音文件扩展名为.wav，.au，.voc和.mp31.3.3声音信息的表示P21上一页

返回下一页第98页，共155页，2023年，2月20日，星期四颜色表示法:在计算机中，用RGB值来表示颜色。数字化图像和图形位图图像：计算机通过指定每个独立的点（或像素）在屏幕上的位置来存储位图图像。位图图像文件的扩展名为.bmp，.pcx，.tif，.jpg和.gif。矢量图形：由一串可重构图形指令构成。矢量图形文件的扩展名为.wmf，.dxf，.mgx和.cgm。矢量图形与位图图像相比，有以下优点：矢量图形占用的存储空间小。矢量图形的存储依赖于图形的复杂性，图形中的线条、图形、填充模式越多，所需要的存储空间越大。使用矢量图形软件，可以方便地修改图形。可以把矢量图形的一部分当作一个独立的对象，单独地加以拉伸、缩小、移动和删除。1.3.4图像和图形信息的表示P21上一页

返回下一页第99页，共155页，2023年，2月20日，星期四动画。其每一幅画面都是通过一些工具软件对图像素材进行编辑制作而成。它是用人工合成的方法对真实世界的一种模拟。视频。对视频信号源（如电视机、摄像机等）经过采样和数字化处理后保存下来的信息。视频影像是对真实世界的记录。视频文件的扩展名为.avi，.mpg。1.3.5视频信息的表示P22上一页

返回下一页第100页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学小结进位制数及其相互转换二进制数的定点和浮点表示；二进制数的原码、反码及补码表示。字符编码（ASCII、BCD）和校验码（奇偶校验码）；汉字的编码（国标码、机内码输入码、字形码）；作业P43～447、8、11、12、13

返回上一页第101页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学目的

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，通过本讲的学习使大家对计算机中的基本运算方法有所了解。教学重点二进制补码运算二进制的逻辑运算1.4运算基础第102页，共155页，2023年，2月20日，星期四教学引入1+1=2(十进制)1+1=10(二进制)1+7=10(八进制)?

返回下一页第103页，共155页，2023年，2月20日，星期四计算机中的基本运算

算术运算：包括加、减、乘、除等四则运算。

逻辑运算：包括逻辑乘、逻辑加、逻辑非及逻辑异或等运算运算规则：＋、－、×、÷

加法规则：0+0=00+1=1+0=11+1=0

减法规则：0－0=01－0=11－1=00－1=1

乘法规则：0×0=00×1=1×0=01×1=1

除法规则0÷1=01÷1=1(0不能作除数)1.4.1二进制的四则运算P23上一页

返回下一页第104页，共155页，2023年，2月20日，星期四例9.（1010）2+（0101）2=（？）2

1010

+0101

1111

10

+ 5

15

二进制数的加法运算上一页

返回下一页第105页，共155页，2023年，2月20日，星期四例10.（1110）2−（1001）2=（？）2

1110

−1001

0101

14−9

5

二进制数的减法运算上一页

返回下一页第106页，共155页，2023年，2月20日，星期四例11.（1100）2×（1001）2=（？）2被乘数1100

×)乘数1001

1

1

00

0

0

00

0

0

0

0

1

100乘积1

1

0

1

1

00

12× 9

108

二进制数的乘法运算上一页

返回下一页第107页，共155页，2023年，2月20日，星期四例12.（1001011）2÷（101）2=（？）2

101）10

0

1

0

1

1

101

1000

101

111101

101

1010005)75111115252505二进制数的除法运算上一页

返回下一页第108页，共155页，2023年，2月20日，星期四二进制乘法可以由“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。计算机中，加减法通常都用补码进行。数的乘除法运算的特点上一页

返回下一页第109页，共155页，2023年，2月20日，星期四分析：运算公式［x］补+［y］补=［x+y］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=0,0110110［y］补=1,0000111

有：0，0110110

［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P24上一页

返回下一页第110页，共155页，2023年，2月20日，星期四例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＝0,1111000

求得x+y=+1111000

结果正确例：二进制补码加法运算上一页

返回下一页第111页，共155页，2023年，2月20日，星期四例15设x=-1000011，y=-0100001

求x+y=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：［x］补=1,0111101［y］补=1,1011111

有：1,0111101

［x］补

+1,1011111

［y］补11,0011100

［x］补＋［y］补丢失即［x+y］补＝［x］补＋［y］补＝1,0011100

求得x+y=-1100100

结果正确例：二进制补码加法运算上一页

返回下一页第112页，共155页，2023年，2月20日，星期四例16设x=+1000101，y=+1100111

求：

x+y=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：［x］补=0,1000101［y］补=0,1100111

有：0,1000101

［x］补

+0,1100111

［y］补

1,0101100

［x］补＋［y］补即［x+y］补＝［x］补＋［y］补＝1,0101100求得x+y=－1010100

结果错误●思考：如何处理溢出现象？例：二进制补码加法运算上一页

返回下一页第113页，共155页，2023年，2月20日，星期四例17设x=+1010101，y=+1100001

求：

x-y=?解：［x］补=0,1010101

-y=-1100001

［-y］补=1,0011111

有： 0，1010101

［x］补

+ 1，0011111

［-y］补

1，1110100

［x］补＋［-y］补即［x-y］补＝［x］补＋［-y］补＝1,1110100求