大学计算机基础第2章计算机系统基础

第2*计算机余筑基做

・计算机系统概述

•计算机的运算基础

・计算机中信息的表示

四川大学计算机基础教学中心2008年

2.1计算机系统概述

2.1.1计算机系统

2.1.2计算机硬件系统

2.1.3计算机软件系统

大学计算机基础（第2章）2

2.1.1计算机系统

1.计算机系统的组成（P26）

大学计算机基础（第2章）3

2.1.1计算机系统

2.计算机系统的层次关系（P26）

b白

Qp

I软件系统I

［硬件系统

特点I人与计算机之间是间接关系1

大学计算机基础（第2章）4

2.1.1计算机系统

复习

3.计算机的基本结构（P27）

哪据流

——控制流

冯•诺依曼机

；■计算机由五大模块组成

”计算机采用二进制

*

”计算机采用“存储程序”的工作原

大学计算机基础（第2章）5

2.1.1计算机系统

复习

4.计算机的基本工作原理（P28）

“存储程序”的工作原理

计算机事先将需要执行的程序和数据放入存j

j储器中。计算机工作时，自动、连续地从存储器j

，中逐条取出指令，并加以解释和执行。

大学计算机基础（第2章）6

2.1.1计算机系统

指令

计算机硬件能直接识别并执行的命令称为机器指令。

指令的组成操作码地址

A;操作数

指令系统

计算机所能执行的所有机器指令的集合。

大学计算机基础（第2章）7

2.1.1计算机系统

指令的执行过程

取指令♦解释指令，执行指令=+存储器

•取指令控制器从存储器中取出指令送到指令寄存器中

由控制器对指令进行分析，并修指令的操

•解释指令作码转换成控制信号控制器

•执行指令由控制器控制指令的执行

大学计算机基础（第2章）8

2.1.2计算机硬件系统

复习

运算器

CPU

控制器

主机

｛存储器内存贷------------

只读存储器ROM

外存I随机存储器RAM

输入设备外设

I输出设备

大学计算机基础（第2章）9

2.1.2计算机硬件系统

1.中央处理器CPU(P29)

算术运算力口、减、乘、除

运算器

J蟹运子与、或、非、比较等

算术逻辑单元(ALU))

控制器,解释指令

控制指令执行

通用寄存器

寄存器V-iCPU内部的临时高速存储单元

专用寄存器

大学计算机基础(第2章)10

2.1.2计算机硬件系统

2.存储器(P30)

计算机中存放程序和数据的记忆装置O

:随机存储器(RAM)

内存储器I只读存储器(ROM)

外存储器

名称特点存放内容

可读、可写

RAM需要执行的程序和数据

掉电后信息丢失

只读、不可写

ROM

掉电后信息不丢失系统引导程序、基本I/O程序等

大学计算机基础(第2章)11

2.1.2计算机硬件系统

内存单元地址

内存由很多存储单元组成，每个

内存单元存放8位二进制数。内存单

元的编号称为内存单元的地址。

内存单元内容

每个内存单元地址中存放的二进制数为该单元的内容。

］读从内存中取出信息，原信息不会被破坏。

操作

［写将信息存入内存中，原信息被抹掉。

大学计算机基础（第2章）12

2.1.2计算机硬件系统

存储单位

字节（Byte）计算机的基本信息单位

计算机的最小信息单位

字节字位）

1Byte=8bit

1KB=1024B__________

1MB=1024KB=10242B

1GB=1024MB=10243B

1TB=1024GB=10244B

大学计算机基础（第2章）13

2.1.2计算机硬件系统

3.输入/输出设备（P31）

输入设备

用来接收用户输入的原始数据和程序，并修其

转换为二进制代码，存放在内存中。

输出设备

修内存中的处理结果转换成人们所能接受的形式

（数值、文字、图、声像等），输出到相关设备上。

大学计算机基础（第2章）14

2.1.2计算机硬件系统

4.微型计算机硬件系统（P31）

2.1.2计算机硬件系统

4.微型计算机硬件系统（P31）

大学计算机基础（第2章）16

2.1.2计算机硬件系统

微处理器

大学计算机基础（第2章）17

2.1.2计算机硬件系统

存储器

速度快容量小

解决CPU与内存'

CPU内部速度不匹配问题。

高速缓存y

主存储器

外存

辅助存储器（磁盘）

海量存储器（光盘、磁带等）

速度慢容量大

CPU快内存户」外存

大学计算机基础（第2章）18

2.1.2计算机硬件系统

主存储器

128MB、256MB等

内存插槽

大学计算机基础（第2章）19

2.1.2计算机硬件系统

外存储器

A:3.5英寸(1.44MB)

Httti'aatand

“加MPEG

移动硬盘

WlndowtDrivers

硬盘

软盘

640MB

扇区

柱面

光驱

大学计算机基础（第2章）20

2.1.2计算机硬件系统

总线

总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路,

主要由地址、数据和控制三大总线组成。

大学计算机基础（第2章）21

2.1.2计算机硬件系统

接口

I/O设备一般是通过I/O接口与CPU或主存储器

进行信息交换。

游戏杆插口

常

用鼠标接口

接

口键盘接口

大学计算机基础（第2章）22

2.1.2计算机硬件系统

输入/输出设备

'键盘

输入设备,鼠标

、扫描仪

大学计算机基础（第2章）23

2.1.2计算机硬件系统

r显示器

CRT显示器LCD液晶显示器

输出设备

打印机

针式打印机喷墨打印机激光打印机

［绘图仪

大学计算机基础（第2章）24

2.1.2计算机硬件系统

5.计算机的主要性能指标（P35）

字长

计算机内部一次最多可同时传送和处理的二进制位数。

CPU的字长越长，计算能力越强，精度越高。

大学计算机基础（第2章）25

2.1.2计算机硬件系统

运算速度

计算机每秒所能执行的指令条数。

单位为MIPS（每秒百万条指令）。

通常用主频（时钟频率）来描述计算机的运算速度。

主频直接反映CPU的工作速度，时钟频率单位（Hz）。时钟

频率越高，计算机的速度越快。

内存容量

计算机处理过程中，容纳数据量的能力。

大学计算机基础（第2章）26

2.1.3计算机软件系统

第3章介绍

操作系统;第5章介绍

r语言处言建用

系统软件

支撑软件<系统工具软件

I数据库笃理系统

J机实习教材

办公自动化软件Micr^oiWffice一

金山WPS

应用软件网络工具软件

LotusSmartSuits

其它应用软件

大学计算机基础（第2章）27

2.1.3计算机软件系统

1.系统软件（P36）

管理、监控和维护计算机资源的软件，以保证计算机

系统正常运行，为用户提供基本的支持与服务。

2.应用软件（P36）

为解决某一具体的任务或达到某一特定目标而设计

的程序。应用软件可以拓宽计算机系统的应用领域，帮

助用户提高工作质量和效率。

大学计算机基础（第2章）28

2.2计算机的运算基础

2.2.1进位记数制

2.2.2不同进位记数制之间的转换

2.2.3二进制数的基本运算

大学计算机基础（第2章）29

2.2.1进位记数制

进位计数制是指用一组特定的数字符号，按照

一定的进位规则来表示数目的计数方法。

1.基数（P37）[二进制的是空

进位计数制中所使用的不同基本有林数。

2.位权（P37）[二进制的住把

每一个数位上数符所具箱嬴Ji总降乘方值。

大学计算机基础（第2章）30

2.2.1进位记数制

十进制D二进制B八进制O十六进制H

逢十进,逢二进一逢八进一逢十六进一

基数（r）

102816

位权（P）

1012[8,16j

大学计算机基础（第2章）31

2.2.2不同进位记数制之间的转换

1.十一R(P39)

R―十位权多项式求和

【例】

21

(217)O=2x8+1x8+7x8°=128+8+7=(143)D

2X

(3AB)H=3x16+Ax16+Bx16°=768+160+11=(939)D

32

(1101.11)B=2+2+2°+2“+2'=(13.75)D

大学计算机基础（第2章）32

2.2.2不同进位记数制之间的转换

整数部分：除基取余法

十一R

小数部分：乘其腌法

【例】(100.345)产(1100100.01011)B

余数

21100o

2j50o

2|251

2|120

2|_60

2U1

直到商为oj2111

高位

1取值：先余为低，后余为高:先整为高，后整为低

大学）莺就基础（塞2章）33

2.2.2不同进位记数制之间的转换

【例】(100)D=(144)O

余数

811004

81124

8111

0

【例】(100)D=(64)H

余数

16|1004

16|66

0

大学计算机基础（第2章）34

2.2.2不同进位记数制之间的转换

2.二、八、十六进制之间的转换（P41）

整数部分：从右向左进行分组

二一八小数部分：从左向右进行分组

-------------

【例】二一八:3位并1位

(11100101.110100)B=(345.64)o

此处可以不加“o”此处需加两个“0”

【例】八一二：1位展3位

(231.34)O-(10111,11100)B=(10011001.0111)B

"昔J”不3省।

大学计算机基础（第2章）35

2.2.2不同进位记数制之间的转换

:一十六

【例】二一十六：4位并1位

64.15错

OO

(1100100.00011010)B=(64.1A)H

此处可以不加"0”此处需加“0”

【例】十六一二：1位展4位巨亘酝力

O

o

(64・1A)H=(1100100.0001101)B

------,

大学计算机基础（第2章）36

2.2.2不同进位记数制之间的转换

八一十六—可借助二进制来完成

【例】

(576)=(101111110)=(17E)H

o...B

(2FB)H=(1011111011)B=(1373)o

01234567

011011100101110111

89ABCDEF

10001001101010111100110111101111

大学计算机基础（第2章）37

2.2.3二进制数的基本运算

1.算术运算（P42）

加法运算

0+0=00+1=11+0=11+1=10

【例】

110111+101110=1100101111+11+111=10001

110111111

+101110+11

11001011010

+111

10001

大学计算机基础（第2章）38

2.2.3二进制数的基本运算

乘法运算

0X0=01X0=00X1=01X1=1

【例】11011X1001=11110011

11011

11011

X1001

11011X1001

0000011011

00000+11011

+1101111110011

11110011

大学计算机基础（第2章）39

2.2.3二进制数的基本运算

2.逻辑运算（P43）C一-

[1：真

与全真才真，一假即假j<lo：假

0A0=01A0=00A1=01A1=1

或一真即真，全假才假

0V0=01V0=10V1=11V1=1

非真的为假，假的为真

aP43表”3二

0=11=°

大学计算机基础（第2章）40

2.3计算机中信息的表示

2.3.1计算机的数字系统

2.3.2数值数据的表示

2.3.3信息编码

2.3.4字符信息的表示

2.3.5多媒体信息的表示

大学计算机基础（第2章）41

2.3」计算机的数字系统

计算机中，所有数据均以二进制代码形式表示。

计算机采用二进制的主要原因有以下几点：

'实现容易

运算简单

可靠性高

通用性强

大学计算机基础（第2章）42

2.3.2数值数据的表示

数值型

数文本型

据,

图形

非数值型图像

声音

视频

大学计算机基础（第2章）43

2.3.2数值数据的表示

1.机器数（P45）

数值型数据在计算机内部表示的二进制形式称

为“机器数”，机器数具有以下特点:

祝器数具有一定的范围,

超过范围便会发生溢出

数的长度8的倍数

fO:正

＜数的符号11：负

小数点的表示约定表示小数点的位置

大学计算机基础（第2章）44

2.3.2数值数据的表示

【例】

(26)D=(11010)B(-26)D=(-11010)b

0011010

2.真值（P45）

(-26)D=(-11010)B

:，真值1

0011010

「机器数

大学计算机基础（第2章）45

2.3.2数值数据的表示

3.定点数与浮点数（P45）

定点数将小数点固定在数中某个约定的位置。

(-0・625)D=(・0.101)B

定点小数11010000

[(121)D=(111100%

定点整数

符号小数点

大学计算机基础（第2章）46

2.3.2数值数据的表示

浮点数［浮点数的规格化形式

［例］(・U0.011)B=-0.110011x2+n

x

「N二数符X尾数X2阶符阶码二］

rr

ik'a*'I**1**>*'1*'kV***i*-k***i*"t*-t*~Wa**i*~a*'i*'****h***Mt*k*k*i**i*~a*'k**k***k*B*k*k*

阶符阶码数符尾数

F..

m0000011JI1100110

-▼[▼一

I定点整数厂[定点小数

\----------------------------)\_____________________________________,

I尾数的位数决定数的精度阶码的4

2.3.2数值数据的表示

4.原码、反码和补码(P46)

X=+95Y=-77

[Y]原11001101.

[Y]反10110010.

011001

大学计算机基础(第2章)48

计算机运算器采用补码+运算

大学计算机基础（第2章）49

计算机运算器采用补码+运算

2.3.3信息编码

1.编码（P48）

用少量的基本符号，一定的组合原则,

以表示出大量复杂的信息。

2.数字化编码（P48）

采用数字作为基本符号进行编码。基本符号［?

计算机内使用的是二进制编码（也称为基2码）。

大学计算机基础（第2章）51

2.3.4字符信息的表示

1.西文字符编码（P48）

ASCH码

ASCII码是《美国国家标准信息交换码》的简称。

［编码原则］［见P49表2-4

用7位二进制数表示一个字符，该方案能

表示128个不同的字符。

【机内表示】

用一个字节表示，最高位为“0”。

大学计算机基础（第2章）52

2.3.4字符信息编码

【基本特点】

32个不可显示和打印字符

♦128个字符

95个可显示和打印字符

，满足正常的字母排序关系

♦英文字母编码规律4A〈B.・・〈Za<b...<z

A(1000001)B(65)D|l大小写ASCH码值仅差(32)D

a(1100001)B(97)D「满足正常排列顺序

♦数字字符(0~9)编码规律v局二位：

1(Oil0001)BI低四位与十进制数0〜9对应

2(Oil0010)B

大学计算机基础(第2章)53

2.3.4字符信息编码

2.汉字编码（P50）

【汉字处理的关键】

汉字输入

,机内的表示

、汉字输出

【汉字信息处理流程】

汉字I输出

,机内码字型码

输入码汉字

大学计算机基础（第2章）54

2.3.4字符信息编码

交换码

GB3212-80是我国颁布的《信息交换用汉字

编码字符•基本集》的代号，简称“国标码”。

【编码原则】

|用双7位进行编码。共收集了7445个汉字、字符。

大学计算机基础（第2章）55

2.3.4字符信息编码

机内码

【编码原则】

用双字节进行编码，每个字节的最高位为“1”。

【例】“啊”字，存放在国标码表中第16区1位。

善表）

国标码：01100000100W1

oiioooonoiooooi

大学计算机基础（第2章）56

2.3.4字符信息编码

输入码（外码）

"数字码用等长数字串进行编码

拼音码利用汉字发声的声韵编码

<

字形码利用汉字的字形结构进行编码

音形码利用汉字的音、形结合进行编码

大学计算机基础（第2章）57

2.3.4字符信息编码

输出码（字型码）

汉字点阵字模称为字型码。

【例】“跑”字点阵类型点阵占用字节数

简易型16x1632

普及型24x2472

提高型32x32128

精密型48x48288

大学计算机基础（第2章）58

2.3.5多媒体信息的表示

多媒体信息在计算机内表示，需要经过以下过程:

多媒体.采样=量化=编码

信总,

数字化

采样按一定的时间间隔对模拟信号进行取样

量化＜离散信号转化为有限位二进制数表示

大学计算机基础（第2章）59

2.3.5多媒体信息的表示

1.声音信息数字化（P52）

大学计算机基础（第2章）60

2.3.5多媒体信息的表示

2.图形图像信息数字化（P52）

图形数字化

用一系列的计算机指令表示一幅图O

■直线