第2章 计算机基础知识1

㊀第2章

计算机基础知识

主要内容

2.1计算机系统的组成与工作原理

2.2数制转换及运算

2.3数据在计算机中的表示

2.4多媒体和流媒体概述

㊀

基本要求

＞理解计算机系统的基本组成

＞理解软件的分类及常用软件的功能

＞理解计算机基本工作方式

＞理解数值转换及运算

＞理解信息在计算机内的表示与存储方式

＞了解多媒体与流媒体技术

大学计算机基础

㊀2.1计算机系统的组成与T作原理

2.1.1计算机系统的组成

2.1.2计算机硬件的组成

2.1.3计算机系统软件的组成

2.1.4计算机的基本工作原理

大学计算机基础

2.1.1计算机系统的组成

㊀

统软件

用软件

计算机系统分为：硬件+软件

大学计算机基础

2.1.2计算机硬件的组成

网络设备

计算机硬件包括主机和外设\______________________________

输输

入出

设设冯•诺依曼思想：

备备・五大模块

•程序与数据一

样存放在内存

•二进制

数据流—►控制流---------

，

高

八

I

、一十”一

、L

一皆算机I勺^极

大学计算机基础

oi.处理器

A寄存器

寄存器是处理器内部的葡沙存隔孽元，用来存

放一些数据。如指令寄存器，指令计数器等。

A控制器

控制整个计算机所有部件的工作。

A运算器

执行算术运算和逻辑运算。

大学计算机基础

2.存储器

•存储器是计算机存储数榔口程序的记忆单元集合。

•每个记忆单元由8位二进制位组成。

•存储器通常分为内存储器和外存储器。

•存储器的技术指标：速度和容量

字节BYTE1KB=21OB=1O24B

,A、

1MB=210KB=1024KB

1GB=210MB=1024MB

1TB=210GB=1024GB

位Bit

1PB=210TB=1024TB

大学计算机基础

㊀存储器的访问过程：向［0001］单元写数据

地址0001>

0000111101101111011011000

000110000000111011011001

001011101101110011011010

00111110100110001101noJlooooooo

01001110110111101101

010110001101111011011101

011011101101100011011110

控制:写

011111101101111011011111

I八高，

大学计算机基础

输入输出设备

»输入设备负责把用户命令包括程序和数据输入

到计算机。

»输出设备负责将计算机处理的结果显示或打印

出来。

12.L3计算机系统软件的组成

操作系统系

---______________—

语言处理程序统

软

服务程序

件

数据库管理系统

应

工具软件

用

应用软件包软

用户程序一J件

I八;至J

Ji.

:；2L4计算机的基本工作原理

1.指令和程序

■指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码,完成

一种操作。

■指令的组成

要完成的操作类操作的内容或所

型或性质在的地址

■指令系统：一台计算机的所有指令的集合。=

、■程序：按一定顺序组织在一起的指令序列。卜

_42-_--_---------------_------------------------------_--------_-_--、--------叼而〜

大学计算机基础

O2.执行过程

(1)指令执行过程

-取指令

-分析指令

-读取操作数

-执行指令

-存放结果

(2)程序执行过程

-不断地执行各条指令的过程

大学计算机基础

程序

大学计算机基础

°3.计算机的工作原理

原始数据

命令/程序i读取数

I/O设备内存储器运算器

结果▲'写」尸存数

指令;存取命令

输入/输出命运算命令

控制线:

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第2章计算机基础知识

2.2数制转换及运算

2.2.1进位计数制

2.2.2不同进位计数制之间的转换

2.2.3二进制数的运算

第2章计算机基础知识

一、常见的数制

1s数制：指用一组固定的符号和统一的规则来表示数的方法，也称计数制。

2、进位计数制：按进位的方法进行计数，如十进制、二进制等，日常生活和计算机中均采用进位计数

制-进位计数制包括三个要素：数位、基数、位权

①、数位：指数中各数字的位置；

②、基数：指进位计数制中数字的个数。

③、位权：某数位上数字所代表的数值大小等于该数字乘以一个固定的数，这个固定的数就是这个数

位的位权口

例3n：常见进位计数制的三要素基本情况如下.

进数位一百位十位个位•十分位百分位千分位

位^

计进基数103•十进制有0~9共10个数字）

工制

制位权……10L10°-10'110-210-3.....

二

•

•进数位第3位第2位第1位•第1位第2位第3位…

•

±位

京基数2（，•二进制有。〜1共2个数字）

计

数制

制位权...222120-2'12'22'3……

第2章计算机基础知识

221进位计数制

1.数制：指用一组固定的符号和统一的规则来表示数的方法

定义:

♦按进位的原则进行计数

♦逢N进1

.采用位权表示法

第2章计算机基础知识

2.常用进位计数制表示方法

用用计数制的基数和数字符号

进制十进制二进制八进制十六进制

基数10216

数字符号0~90,10~70*9,A,B,

C,D,E,F

表示符号D0H

第2章计算机基础知识

第2章计算机基础知识

余数法:除基数取余数、由下而上排列。

示例:将(236)10转换成二进制。

22364

21180二进制数的低位F

结果为：

11101100

27...................0

23...................1

二进制数的高位

21...................1说明

0...................1

第2章计算机基础知识

二十进制小数—A非十进制小型二

进位法:用十进制小数乘基数，当积为0或达到

所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。

示例:将0.8125转换为二进制小数。

0.8125

X2

1.625r

X2结果为：0.1101,

1.25

X2

0-5说明

X2

1.0

第2章计算机基础知识

位权法:把各非十进制数按衣展矛求和

转换公式•.11111-2

(F)x=an_xXx_+an_2Xx+...+

11

axXx+a0Xx°+a.Xx+…

示例：

3211

(1011.1)2=1X2+0X2+1X2+1X2°+lX2'

=8+0+2+1+05

=(U.5)io

练习：

(456.45)8=(302.8125)10

(2AF)16=(687)10

第2章计算机基础知识

第2章计算机基础知识

余电1100110110111.010100

IIIXII

(4667.24)8

000110110111.0100

IIIX

总结

(1B7.4)16

第2章计算机基础知识

223二进制数的运算

1.二进制数的算术运算

(1)加法运算

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

【例】101

+110

11000

(1011)2乙+(1101)乙2=(11000)乙2

第2章计算机基础知识

(2)减法运算

0-0=00-1=11-0=11-1=0

【例】1011

101

110

(1011)广(101)广(110),

乙乙乙

第2章计算机基础知识

(3)乘法运算

0x0=00x1=01x0=01x1=1

【例】1011

X1101

1011

0000

1011

1011

10001111

(1011)2x(1101)尸(10001111),

第2章计算机基础知识

(3)除法运算

0.000-1=01+0无意义1+1=1

［例］100010

101/10101011

101___________

0101

101

01

(10101011)2+(101)2

=(100010)2…(1)2

第2章计算机基础知识

2.二进制数的逻辑运算

逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。

逻辑变量值：真(I)氮假(0)

(1)遗辑非

■对一个逻辑变量进行求反运算。

■布尔代数表达式：F=A

第2章计算机基础知识

第2章计算机基础知识

2.3数据在计算机中的表示

2.3.1数值

2.2.2字符

2.2.3声音

2.2.4图形和图像

2.2.5视频

第2章计算机基础知识

231数值

1.整数的表示

♦整数是以定,点舞的形式表示。

S

♦刀笈二透制戏表示的不带符号整数其取值

范围是2-乙

第2章计算机基础知识

♦带符号整数必须使用一个二进制位作为其

符号位，0表示立数、1表示员数。

例如：8位二进制数：10101011

带符号数为-43；不带符号数为171

♦刀/二遗制数表示的带符号整数其取值

n1n

范围是-(2~-l)〜2一1一1o

第2章计算机基础知识

•带符号数在计算机内有原码、反码、补码和BCD

码多种表示方法，对于正数，它的二进制原码、

反码、补码的表示形式是一样的，对于负数，则

有不同的定义。

•原码：将数的最高位置为1,表示负号，其余各

位不变，用来表示数值的大小。

(-43)原码二(-00101011)2=10101011

・反码：对数各位求反，此时最高位为1,表示负

号。(-43)反码=11010100

•补码：对数各位求反，再在最低位加1,最高位

为1,表示负号。(-43)反码=11010101

第2章计算机基础知识

2.实数的表示

♦实数一般用浮,点戮来表示。

♦浮点数由两部分组成,一部分用以表示数

据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该

数的小数点位置，称为阶码。

阶符阶码数符尾数

例如：

110.011B=1.10011X2+1°=11001.1X2lo=O.llOOllX2+n

0110110011

第2章计算机基础知识

♦浮点数的规格化的形式：尾数尾数部分的

最高位必须为1,数的实际大小可以通过移动

阶码进行调整。

♦的位数决定

♦阶码的位数决定数的范围。

任意一个实数，在计算机内部都可以用指数

和尾数来表示，这种表示实数的方法叫做浮

点表示法。

第2章计算机基础知识

3.带符号数的表示

原码一11001101

反码0110010

补码0110011

原码

反码

第2章计算机基础知识

232字符

1.西文字符

♦ASCII码（AmericanStandardCodeFor

InformationInterchange）。

♦ASCII码采用七位二进制位编码，共可表

示27=128个字符，0到127。

♦控制字符：0〜32；普通字符：94个。

♦例如：“a”字符的编码为1100001,对应

的士

表

»、卜，♦P37231

第2章计算机基础知识

2.汉字编码•GB2312-80

I汉字输•每个汉字占两个字节

音码类：全拼、微■•一级汉字:3755个

输入码二级汉字:

软拼音和智能ABC等・3008个。

W•汉字分区,每个区94

形码类：五笔字（八个汉字。

型法、郑码输入法国标码

等。

每个汉字字形码在汉

将国标码的的每机内码字字库中的相对位移

个字节的最高位地址

由o变为1

地址码点阵：汉字字形点阵的

16x16点阵汉字，代码。有16X16、

需要16x16/8=32个字形码24X24、32X328等

字节表示一个点阵矢量：存储的是描述汉

信息I汉字输4字字形的轮廓特征

第2章计算机基础知识

233声音

1.模拟音频的数字化

复杂的声波由许许多具有不同振幅和频率

的正弦波组成。

采样：每隔一定时间间隔对模拟波形上取一

ono1

个幅度值。1

oloJ

i

on11

量化：将每个采样点u1

on1

u*

noo1

得到的幅度值以数字存储u1

ooo

Ino1

编码：将采样和量化uA

1n1n

uu

in11

后的数字数据以一定的u41

n1oJ

1

格式记录下来。I1o1

11

第2章计算机基础知识

2.声音文件

♦Wave格式文件(.WAV)

记录了真实声音的二进制采样数据，通

常文件较大。

♦MIDI格式文件(.MID)

数字音乐的国际标准.记录的是音符

数字，文件小。

♦MPEG音频文件(.MP1/.MP2/.MP3)

采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。

第2章计算机基础知识

2.3.4图形和图像

1.图形(Graphics)

♦图形是由点、笏等组成的有龙界窗曲，以

矢量图形文件存储。中存放描述图形的指令。

♦矢量图形文件中存储的层一期般加各个图元

的大小、位置、形状、颜色、维数等属性的指

令集合。

♦图形设计软件有Autodesk公司的4/%C4。、

COREL公司的CorelDraw0

第2章计算机基础知识

2.图像(Image)

♦图像是由图像段备输入的无力界颜必，数

字化后以作图形才存储。

♦图像的数字化

•采样

•量化

・编码