第1章 计算机基础

JP海工d其•/号SbgghaiUnivemtyofEngiimnngScience

*第:•律

pingyuan211@126.com

干

Questions

uestio

Questi

上

uestionlK「

n

n

硬件设计n

t

................................•..>■J、，-，-■•I■-g■、•

IJI'l4^ff4*PH«l44^44fii44ji“'IJ

>软件设计

Iiiiiiiiiiriiiiiiiiiiiiiiiiii

■硬件(hardware)

第1章计簿机壅砒知钳

本章作业

■P19：1；2；3；5；6；7；

8；9,

主要内容

-t

产微机的组成

0

2\德

几部分组成

,微机的组成

卜所谓微型计算机是指以大规模、超大规模

集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存

储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出

的系统。硬

(1)微处理器MP/CPU件

(2)存储器

(3)I/O接口

(4)系统总线①AB②DB@fB

总线结构是微机系统的一大特色，正是由于采用了这

一结构才使得微机系统具有组态灵活、扩展方便等特点。

⑴MP/CPU

该芯片内集成了控制器、运算器和寄存

器。

运算器是计算机中加工与处理数据的功能部件,

主要有两个功能：

»对数据的加工处理（重要功能），通过其内部

的ALU完成。

»暂时存放参与运算的数据和某些中间结果,

常通过与ALU相连的寄存器组实现。

在寄存器组中，累加器是最繁忙的寄

存器，在算术和逻辑运算时，它具有双

重功能（运算前和运算后）。

控制器是控制整台计算机各功能部件

协同动作、自动执行计算机程序的功能部

件。

(2)存储器

存放程序和数据的部件。分为主存和

辅存两类。主要由半导体存储器和磁

盘、光盘存储器等构成。

造价、容量、速度有别。

构成内存的半导体存储器又分为

ROM和RAM。

(3)I/O接口

各种外设的工作速度、驱动方式差异

很大，无法与CPU直接匹配，不可能把它

们简单地连到系统总线上，需要通过接口

电路完成信号的变换、数据的缓冲、与

CPU的联络等工作。

(4)系统总线

传递信息的一组公用导线。

AB_单向总线。

DB_双向的总线。

CB_可能是输出、输入或双向的总线。

在一个系统中，除了CPU有控制总线的能

力外，DMA控制器等设备也有控制总线的能

力，称为“总线主控设备”。

微机系统的组成rALU

Y控制器

r微处理器

rROM寄存器组

C微机存储器

RAM

r串行接口

硬并行接口

I/O接口

i辅助接口

微「AB

机系统总线DB

系JCB

外部设备

统外围设备Y

过程I/O接口

,电源

「操作系统

监控程序

软「系统软件7解释、编译程序

件L诊断程序

J程序设计语言

程序包

应用软件数据库

窗口软件

I/O设备

■输入设备输出设备

串行通信设备打印机（针打、激光、喷墨）

软盘、硬盘软盘、硬盘

鼠标绘图仪

CD-ROM显示器

键盘

扫描仪

DVD

程厂机器语言：0,1码的语言

序

设

计汇编语言：用助记符号代替用0,1描述的某种机器

语

言的指令系统

高级语言:径向问题（过程）的程序设计语言

＜面向对象语百C++

基于规则的智能化语言VisualC++

裸机

计算机系统的层次结构

■硬件(hardware)

CPU

硬盘光驱软驱

显卡网卡声卡

q

USB总线

PCI总线

ISA总线

-»

DMA/66的年线从外观上看与普通排线区别不大

☆微机主要性熊指标

AI---------

■字长

字长是衡量计算机处理能力的重要指标，它是指

计算机的CPU一次能直接处理的二进制数的位数，字

长越大，处理能力越强。例如，8086、286的字长是

16位,386、486、586（奔腾）都是32位。

■速度

衡量计算机速度常用的有两种指标：

①R算速度：用每秒钟能执行多少条指令来表示。国际上通

用的指标是每秒百万条指令MIPS(MillionInstructions

PerSecond),通常用于较大的计算机系统。

②主频：指CPU主时钟的工作频率(一秒钟内发生的同步脉

冲数)，主频越高，说明CPU的速度越快，微型计算机都用主

频这个指标。主频的单位为赫兹(MHz),早期的微机主频才几

MH乙而现在P4的主频已达到3GHz以上。

例如，、'P4/2.4G〃，'、P4〃表示CPU的型号(奔腾四代)，

''2.4G〃就表示主频是2.4G赫兹(GHz)

■内存容量

通常用字节(Byte)作单位。目前，微型机的内存储容

量已达到数百兆甚至上吉字节。

■内存速度

微机内主存完成一次读/写操作所需的时间称为存储器的

存取时间，连续两次读/写所需的最短时间称为存储器的存

取周期。存取周期越短，则存取速度越快。存取周期的大小

影响计算机的运算速度。

-、■■-三--、--微-机--中--信-息--的--表--示-与运算

■数与数制

■数制之间的转换

■字符的编码表示

■运算

-带符号二进制的表示

1、数与数制

■数制：用一组统一的符号和规则来表示

♦数的方法。

(1)二进制

♦它具有0,1这2个不同的数字符号；

2称为二进制的基数。

■书写：10011110or10011110Bor(10011110)2

♦逢二进一(减法为借一当二)。

注意：二进制数中的任何一个o或1称为比特(bit)

+按权展开：

543

(110101)2=1X2+1X2+0X2

+1X22+0X21+1X2°

再如，

(1001.101)2=lX23+0X22+0X21

+1X2°+1X24+OX2-2

对于n位整数m位小数的任意二进制数N,按权展开如下

n-\

N2=或D'=

（2）十六进制

4—

♦它具有0/,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F这

16个不同的数字符号；

16称为十六进制的基数。

■书写：（3AB.11）16or3AB.11H

♦逢十六进一（减法为借一当十六）。

例如：

(2D07.A)16=2X163+13X162+0X16i+

I---------~TX160+X164

■任意一个n位整数m位小数十六进制数N

可表示为：

n12

(N)16=Kn.116-+Kn.216-+...

11

+KJ6+K016°+K116-+...+Km

16-m

■.一!

i=-m

(Ki=0,123,4,5,6,7,8,9,A,B,C,E^^™

练习:

2

(10AF.12)16=lX163+0X16+10X16415X160+1X

16，+2义16-2说明：

实际表示时，一个十六进制数如果最高位数

字为字母(A-F),则字母前面加一个0,以便与变

量名等相区别。

如：OB76H

下表给出了三种数制的对应关系。

■_________

十『・二进制.十卡进十六进

1II

0009•・10019

111101010A

2102111011B

3113121100C

41004131101D

51015141110E

61106151111F

71117161000010

810008

kOibK

»教制小结

■数制：用一组统一的符号和规则来表示数的方法。

■二进制：每一位包含0、1两个数字，例如：

10010011B或((10010011)2

■十进制：每一位包含10个数字0〜9,例如:1200D

■十六进制：每一位包含数字0〜9,字母A〜F,例如:

0A3D6H

、2、数制的相互转换

』1）二、十六进制数转换成十进制数

非十进制数转换成十进制数比较简单，可先将其按权展

开，再将系数及权均用十进制表示，按十进制进行乘法与加

法运算，所得结果即为该数对应的十进制数。

例：将二进制数1101.101转换为十进制数。

转换过程如下：

1101.101=1X23+1X22+0X241X2°+1X24+0X22+1X2-3

=8+4+1+0.5+0.125

=13.625

:.1101.101B=13.625

■例：将十六进制数2AE.4H转换为十进制

数,ML。

2AE.4H

=2X162+10X161+14X160+4X16-1

=512+160+14+0.25

=686.25

:.2AE.4H=686.25

■练习，二进制数101101.11换算成十进制

数为

(101101.11)2=45.75.............山

(2)十进制数转换成二、十六进制数

■任一十进制数N转换成q进制数，先将

其分为整数部分与小数两部分，并分别

进行转换，然后再用小数点将这两部分

连接起来。

■1）整数部分转换

!一丽丢除N一记余数

■再用q去除得到的商一记余数

■重复，直至商为零一转换结束

■余数倒排

+2）小数部分转换

-用q去乘N的纯小数部分一记下积的整数部分

-再用q去乘上步乘积的纯小数部分一记整

-重复一直至乘积的小数部分为零，或者达到

所需要的精度位数为止

-顺排

例如，将十进制小数0.71875转换成二进

■制小数，其过程如下

0.71875X2=1.4375整数部分1

0.4375X2=0,8750书

写

0.875X2=1.751顺

序

0.75X2=1.51

0.5X2=1.01

于是，得到结果为：

(0.71875)10=(0.10111)2

练习：将168.686转换为二、十

六进制数。

168.686^10101000.101016

168.686=A8.AF9DBH

综上所述，一个十进制整数的q进制

I转换方法就是、、除q取余〃;而一个十进

制小数的q进制转换方法就是、、乘q取

整〃。

■若一个十进制数既包含整数部分又包含

小数部分，它的q进制转换就是将它的整

数部分和小数部分用上述方法分别进行

转换，最后将转换好的两部分结合在一

起形成要转换的q进制数。

(3)十六进制数与二进制数之间的转换

AI------——-----------

由于16=2。故1位十六进制数相当于4

位二进制数。反之，4位二进制数相当于1

位十六进制

这样，十六进制数与二进制数之间的相互

转换是十分简便的。

二进制数转换为十六进制数的方法是：首先从小数点开

始&别向左和向右把整数及小数部分每4位分成一组。若整

就15位的一组不足4位，则在其左边加0补足4位；若小

数最低位的一组不足4位，则在其右边加0补足4位。然

后，用与每组二进制数所对应的十六进制数取代每组的4位

二进制数，即得到对应的十六进制数。

例：二进制数1011101001.110101转换为十六进制数的

方法是：

二进制数001011101001.11010100

十六进制数2E9D4

相反

十六进制数转换为二进制数的方法是：用相应的4位二

进制数取代每1位十六进制数。

例：十六进制数5c7A.3B转换为二进制的方法是：

十六进制数5C7A.3B

二进制数0101110001111010.00111011

5C7A.3BH=101110001111010.00111011B

3、十进制数与字符的编码表示

由于计算机只能识别二进制数，因

此，输入的信息（如数字、字母、符

号）都以特定的二进制码来表示，这就

是二进制编码。

例如在键盘上输入字母A,存入计

算机的A的编码为01000001,它不代

表数字值，而是一个文字信息。

+—

(1)BCD码(二一十编码)

■用若干位二进制数来表示1位十

进制数的编码方法即是BCD

(BinaryCodedDecimal)o

■目前用的多的是用4位表1位的

8421BCD码。

9页表1.1

BCD码与其它数制的对应关系

十进制数8421BCD码纯二进制码十六进制

0000000000

1000100011

2001000102

3001100113

4010001004

50101010.15

6011001106

7011101117

8100010008

9100110019

10.000100001010A

11000100011011B

12000100101100C

十进制数8421BCD码纯二进制码十六进制

13000100111101D

14000101001110E

15000101p11111F

168=(000101101000)BCD=168H

168=10101000B

■例如，十进制数834用BCD码表示

为

(834)10=(100000110100)BCD

■只要熟记十进制数0〜9与BCD码的

对应关系，则它们之间的相互转换

是十分方便的。例如：

(011010010101.001001111001)BCD

=(695.279)10

BCD码与二进制数关系

形式上一致

实质上二者代表的十进制数不一致

如：32的BCD码为00110010

通过展开式计算得的十进制数为50

(2)ASCII码

■ASCII(AmericanStandardCode

forInformationInterchange)码是

美国标准信息交换码的简称。是现

在各国所广泛采用的字母、数字和

符号的信息编码。

-是将数字、字母、通用符号、控制

符号等，按国际上常用的一种标准二

进制编码方式进行编码。—

ASCII码是一种8位代码，规定二进制

最高位（D7）为0,一个字节中的其余7位

对字符进行编码，用7位码来代表字符信

息，共可表示128（27）个字符，其中包括

数字（0〜9）、英文大小写字母和控制符号

（见下表）。

ASCH码如表所示。

ASCII码表

位654—

000001010Oil100101110111

。3210

0000NULDLESP0*pp

0001SOHDC1!1AQaq

0010STXDC2，，2BRbr

0011ETXDC33CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENQNAK%5EUeu

0110ACKSYN&.6FVfV

9

0111EBLETB7Gwgw

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYiy

1010LFSUB共：JZjz

1011VTESC+KCk(

1100FFFSVL\11

1101CRGS—=MJm}

1110SORS•〉N八n

1111SIUS/?O—oDEL

■ASCI码是由一个4位组（表中的

行）和一个3位组（表中的列）构成

的，形成7位二进制编码，其格式为

4位组

,入_______________

6543210

3位组

『所以根据ASCII码表和ASCII码的

构成格式，可以很方便地从ASCII

表查出每一个字符或特殊控制功能

的编码。

■例如，大写英文字母A,从表中

查出其3位组为(100)2，4位组为

(0001)2,故构成字母A的ASCII编

码为(01000001)2或41H。

4Back4

,腐择

*记住常用ASCH码:

数字：0〜930H〜39H

大写字母：A〜41H〜

小写字母：a~61H~

空格：20H

回车：0DH

换行：0AH

4、运算--算术和逻辑运算

*(1)算术运算

＞二进制加法

-二进制加法与十进制加法相类似，所不

同的是，其加、减法法则遵循''逢2进1〃、

''借1当2〃的原则。

■0+0=0

■1+0=1

0+1=1

1+1=0

例：1010110101B+UUB。

加法过程如下：

被加数10110101

加数00001111

进位+)111111

和11000100

二进制减法

在二进制减法中，同样有如下法则：

0-0=0

1-0=1

1-1=0

0-1=1有借位

当不够减时需要借位，高位的1等于

下一位的2,即、、借一当二〃。例如，两个二进

制数相减：

10110100

-01010111

01011101

二进制乘法

________二进制乘法与十进制乘法是一

样的。但因为二进制数只由0和1构成，

因此，二进制乘法更简单。其法则如

0X0=0

1xo=o

0X1=0

1X1=1

例如，二进制数110L1与101.1相乘:

■〜T101.1被乘数(13.5)10

X101.1乘数(5.5)10

■11011

■11011

■00000

■+11011

■1001010.01乘积(7425)10

二进制除法

T―其方法与十进制除法是一样的,而且二进制

数仅由0,1构成，做起来更简单。

例：1001108+1108,除法过程如下：

110

^100110

11o

111

110

10

AlOOllOB+110B=l10B余10B“‘二....

0届择

(2)二进制数的逻辑运算

.二进制数的逻辑运算常用的有“与”、

“或”、“异或”及“非”运算等四种。在组成表

达式时，可分别用符号“AND”、“OR”、

“XOR”及“NOT”作为运算符，有时也用

“A"、"V"、"▽，㊉”作为“与”、“或，、

“异或”的运算符，用数字上面加横线“■”表示

对该数进行非运算。二进制数的逻辑运算只

按位进行运算。

1位二进制数运算规则如下:

“与”运算的规则为:

1AND0=0“或”运算的规则为:

0AND1=00OR0=0

0AND0=01OR0=1

1AND1=10OR1=1

1OR1=1

“异或”运算的规则为:

“非”运算的规则为:

0XOR0=0

NOT0=11XOR0=1

NOT1=00XOR1=1

1XOR1=0

强调：记忆：相同为0,不同为1

■TI--------------异或

■异或运算通常用符号“㊉”表示，它

的运算规则为：

0©0=0,读成“0同。异或结果为0”

0©1=1,读成“。同1异或结果为1”

1©0=1,读成“1同0异或结果为1”

1@1=0,读成“1同1异或结果为0”

I例：二进制数10010111和00111000的“与”、“或”及

“异或”。

■运算结果分别为:

10010111

与）00111000

00010000

10010111

或）00111000

10111111

10010111

异或）00111000

<Bdck

10101111k

???

、数学中用正负号表示数的正负,而计算机不能

掘IJ正负号，因此计算机将正、负等符号数字化，

以便运算时识别。通常，在数的前面加一位，用作

符号位。符号位为0表示正数，为1表示负数。

连同符号位一起表示的数称为机器数

一个带符号的数在计算机中可以有原码、

反码和补码三种表示方法。

在微机中，凡是带符号的数都用补j\.|

运算结果自然也是补码。

+5、带符号二进制的表示

(1)3种表示法:原码、反码、补码

■正数：原码=反码=补码，就是机器数

-负数:「原码其符号位为1,数值位不变

|反码其符号位为1,数值位逐位求反

补码其符号位为1,数值位逐位求反,

X.

并在末位加1........

1/

0

数值部分口6〜DO

F原码法

正数的符号“+”用0表示，负数的符

号用1表示的机器数称为原码。

X1=+1010101,

则［XJ原=Q1010101

八符号位薮值

■对负数X2=-1011101,

则［X2］原=11011101.....

反码法

正数的反码表示与原码相同，而负数的反

码为：表示为其符号位不变（1）,其余各位

“按位求反”。取反的含义就是即0变为1,1变为0。

例如：对负数X2=-1011101,则

[X2]反=10100010

补码法

正数的补码与原码法相同:负数

的补码为符号位不变，在反码基础上最

低位（末位）力口1O

例如，

对负数：X2=-1011101,

则［x2］补=［X2］反+1=1

01