大學計算機基礎清華大學出版社課件

1、1大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社計算機基礎知識計算機基礎知識2.2 2.2 計算機系統(tǒng)的組成與工作原理計算機系統(tǒng)的組成與工作原理4.1 4.1 數(shù)制轉(zhuǎn)換及運算數(shù)制轉(zhuǎn)換及運算 4.2 4.2 數(shù)據(jù)在計算機中的表示數(shù)據(jù)在計算機中的表示 2大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社2.2 計算機系統(tǒng)的組成與工作原理計算機系統(tǒng)的組成與工作原理2.2.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件計算機系統(tǒng)分為：硬件計算機系統(tǒng)分為：硬件+ +軟件軟件硬硬 件件軟軟 件件3大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社計算機系統(tǒng)的組成

2、計算機系統(tǒng)的組成 輸入設備：輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀等鍵盤、鼠標、掃描儀等 輸出設備：輸出設備：顯示器、打印機等顯示器、打印機等 外外 存：軟盤、硬盤、光盤、閃存等存：軟盤、硬盤、光盤、閃存等 網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等 計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件外部設備外部設備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件硬件硬件運算器運算器寄存器寄存器控制器控制器主機主機內(nèi)存內(nèi)存CPU隨機存儲器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器(Cache)(Cache) 操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLin

3、ux等等語言處理程序：語言處理程序：C C、JavaJava、VBVB等等 實用程序：診斷程序、排錯程序等實用程序：診斷程序、排錯程序等 辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 等等4大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社2.2.2計算機硬件組成計算機硬件組成 計算機硬件包括主機和外設計算機硬件包括主機和外設主機主機外設外設輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備外存設備外存設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備5大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社計算機的五大部件計算機的五大部件馮馮.諾依曼思想諾依曼思想： 二進制二進制程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)

4、存五大模塊五大模塊大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社6處理器處理器7大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社存儲器存儲器存儲器存儲器是計算機存儲是計算機存儲數(shù)據(jù)和程序數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，的記憶單元集合，每個記憶單元由每個記憶單元由8 8位二進制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。位二進制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。存儲器存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器存放大量信息存放大量信息的外存儲器的外存儲器信息交流中心信息交流中心內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器8大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社存儲器每個記憶單元由每個記憶單元由

5、8 8位二進制位組成。位二進制位組成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字節(jié)字節(jié)BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社9輸入設備、輸出設備輸入設備、輸出設備常用輸入設備：常用輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀、麥克風等。鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀、麥克風等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等。大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學

6、出版社102.2.3計算機的基本工作原理指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，完成一種操作。指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，完成一種操作。 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令程序控制指令輸入輸出指令輸入輸出指令 其它指令其它指令 If Goto And OrCPU內(nèi)存內(nèi)存I/O設備設備主機主機對計算機的硬件進行管理等對計算機的硬件進行管理等指令指令 結構結構分分類類操作碼操作碼 要完成的操作類型或性質(zhì)要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù)操作數(shù) 操作的內(nèi)容或所在的地址操作的內(nèi)容或所在的地址 大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社11計算機的基本工

7、作原理 指令的執(zhí)行過程分為以下指令的執(zhí)行過程分為以下4個步驟：個步驟： 取指令取指令 按照指令計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，按照指令計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。并送往指令寄存器。 分析指令分析指令 對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應的控制電位信號；操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應的控制電位信號；由地址碼確定操作數(shù)地址。由地址碼確定操作數(shù)地址。 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去

8、完成該指令所要求的操作。制信息，去完成該指令所要求的操作。 一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1 或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到。計數(shù)器，然后回到。大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社12計算機的基本工作原理 大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社13678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-24.1 數(shù)制轉(zhuǎn)換及運算數(shù)制轉(zhuǎn)換及運算4.1.1進位計數(shù)制進位計數(shù)制 ariimni1N=aN=an-1n-1r rn-1n-1a an-2n-2r rn-2n-2a a0 0r r0 0

9、a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-mr進制數(shù)進制數(shù)N可表示可表示為：為：r進制進制數(shù)用數(shù)用 r個基本符號（例如個基本符號（例如0，1，2，r- -1）表示數(shù)值）表示數(shù)值基數(shù)基數(shù)權權數(shù)碼數(shù)碼大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社144.1.2不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 r 進制轉(zhuǎn)化成十進制：數(shù)碼乘以各自的權的累加進制轉(zhuǎn)化成十進制：數(shù)碼乘以各自的權的累加 例：例： 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=78+1=57 101A(H)=163+1

10、6+104106進制表示符號進制表示符號B 二進制二進制O八進制八進制D十進制十進制H十六進制十六進制大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社15十進制轉(zhuǎn)化成十進制轉(zhuǎn)化成 R 進制進制整數(shù)部分整數(shù)部分：除以：除以 r取余數(shù)，直到商為取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。，余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分小數(shù)部分：乘以：乘以 r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 100250225212262321000

11、10011余數(shù)余數(shù)余數(shù)余數(shù) 1.04八進制八進制100812818044110016604616十六進制十六進制余數(shù)余數(shù)大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社16二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換 64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4一位八進一位八進制數(shù)對應三位二進制數(shù)制數(shù)對應三位二進制數(shù)一位一位

12、十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)二進制轉(zhuǎn)化成八二進制轉(zhuǎn)化成八(十六十六)進制進制) 整數(shù)部分：從右向左按三整數(shù)部分：從右向左按三(四四)位進行分組位進行分組 小數(shù)部分：從左向右按三小數(shù)部分：從左向右按三(四四)位進行分組位進行分組 不足補零不足補零大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社17二進制、八進制、十六進制數(shù)間的關系二進制、八進制、十六進制數(shù)間的關系 八進制八進制 對應二進制對應二進制 十六進制十六進制對應二進制對應二進制 十六進制十六進制 對應二進制對應二進制0000000008100010011000191001201020010A1010301

13、130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社184.4.3 二進制數(shù)的算術運算二進制數(shù)的算術運算 1.1.二進制數(shù)的加法運算二進制數(shù)的加法運算2.2.二進制數(shù)的減法運算二進制數(shù)的減法運算加法運算法則加法運算法則0+0=00+0=00+1=1+0=10+1=1+0=11+1=1+1=1 10 0 1101+ 1110 11011減法運算法則法運算法則0-0=1-1=00-0=1-1=01-0=11-0=10-1=10-1=1大學計算機基礎清華大學出版社

14、大學計算機基礎清華大學出版社19二進制數(shù)的算術運算二進制數(shù)的算術運算 3.3.二進制數(shù)的乘法運算二進制數(shù)的乘法運算 4.4.二進制數(shù)的減法運算二進制數(shù)的減法運算乘乘法運算法則法運算法則0 00=00=00 01=11=10=00=01 11=11=1減法運算法則法運算法則0 00=00=00 01=01=01 11=11=1大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社204.4.4 二進制數(shù)的邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算 邏輯非運算邏輯非運算 邏輯非的真值表邏輯非的真值表AF = A0110邏輯邏輯與與運算運算 邏輯與的真值表邏輯與的真值表ABF = AB000010100111大學

15、計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社214.4.4 二進制數(shù)的邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算 邏輯邏輯或或運算運算 邏輯邏輯或或的真值表的真值表ABF = A+B000011101111大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社224.2 數(shù)據(jù)在計算機中的表示數(shù)據(jù)在計算機中的表示 二進制優(yōu)點二進制優(yōu)點：物理上容易實現(xiàn)，運算簡單，可靠性、通用性強物理上容易實現(xiàn)，運算簡單，可靠性、通用性強 數(shù)值 十二進制轉(zhuǎn)換 西文 ASCII 碼 漢字 輸入碼機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換 聲音、圖像 模數(shù)轉(zhuǎn)換 二十進制轉(zhuǎn)換 西文字形碼 漢字字形碼 數(shù)模轉(zhuǎn)換 內(nèi)存 輸入設備 輸出設備 數(shù)值 西文 漢字 聲音

16、、圖像 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社234.2.1數(shù)值數(shù)值符號位 “0”表示正 、 “1”表示負 定點整數(shù)定點整數(shù) 符號數(shù)的機器數(shù)表示符號數(shù)的機器數(shù)表示 1 10 01 10 01 11 10 00 0S小數(shù)點無符號位S小數(shù)點 定點小數(shù)定點小數(shù) 大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社24浮點數(shù)表示浮點數(shù)表示110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11階碼階碼數(shù)符數(shù)符階符階符尾數(shù)尾數(shù)1100110011N= 數(shù)符數(shù)符尾數(shù)尾數(shù)2階符階符階碼階

17、碼尾數(shù)尾數(shù)的位數(shù)決定的位數(shù)決定數(shù)的精度數(shù)的精度階碼階碼的位數(shù)決定的位數(shù)決定數(shù)的范圍數(shù)的范圍 規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于等于等于0.10.1并且小于并且小于1 1，從而唯一地規(guī)，從而唯一地規(guī)定了小數(shù)點的位置。定了小數(shù)點的位置。 定點整數(shù)定點整數(shù)定點小數(shù)定點小數(shù)大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社25帶符號數(shù)的表示帶符號數(shù)的表示 (3)補碼補碼0X1|X|0=XX=0+7：00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 - - 0：10000000 X原原= +7： 00000111 +0：00000000 0X1|X

18、|0=XX=00X1|X|+10=XX0 +7： 00000111 +0：00000000 - -7：11111000 - - 0：11111111 - - 7：11111001 - - 0：00000000 (2)反碼反碼X反反=X反反=假定一個數(shù)在機器中占用假定一個數(shù)在機器中占用8位。位。(1) 原碼原碼大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社264.2.2 字符字符 西文字符西文字符 ACSII碼碼(American Standard Code for Information Interchange) 128個常用字符，個常用字符，用用7位二進制編碼位二進制編碼，從，從0

19、到到127 控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94個。個。 例如：例如：“a”字符的編碼為，對應的十進制數(shù)是字符的編碼為，對應的十進制數(shù)是97； 換行換行 0AH 10 回車回車 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社27 輸入碼 國標碼 字形碼 機內(nèi)碼 地址碼 漢字輸出 漢字輸入 (1) (1) 漢字輸入碼漢字輸入碼音碼類音碼類 全拼、雙拼、微軟拼音、全拼、雙拼、微軟拼音、智能智能ABC等等 形碼類形碼類 五筆字型法、鄭碼輸

20、入法等五筆字型法、鄭碼輸入法等 。(2) (2) 漢字國標碼漢字國標碼(GB2312(GB231280)80) 每個漢字占兩個字節(jié)。每個漢字占兩個字節(jié)。 一級漢字：一級漢字：3755個；二級漢字：個；二級漢字：3008個。個。漢字分區(qū)，每個區(qū)漢字分區(qū)，每個區(qū)94個漢字。個漢字。(3)(3)機內(nèi)碼機內(nèi)碼“大大”字的區(qū)位碼字的區(qū)位碼2083208300000010100 10100 0 0l0l00lll0l00ll區(qū)號和位號分別加上區(qū)號和位號分別加上323200001 100000 0000000 001 10000000000“大大”字的國標交換碼字的國標交換碼00001 110100 0l1

21、0100 0l1 1l00lll00ll“大大”字的內(nèi)碼字的內(nèi)碼B4F3B4F31 10 01 110100 10100 1 1l l1 1l00lll00ll字母、數(shù)字和各種符號一級漢字（3755個） （擴充使用）191655568794二級漢字（3008個）區(qū)號位 號1 2 394大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社28漢字字形編碼漢字字形編碼(4) (4) 漢字字形碼漢字字形碼點陣：點陣：漢字字形點陣的代碼漢字字形點陣的代碼 有有1616、2424、3232、4848等等編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出放大后產(chǎn)生的效果差出放大后產(chǎn)

22、生的效果差矢量：矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征存儲的是描述漢字字形的輪廓特征 矢量方式特點正好與點陣相反矢量方式特點正好與點陣相反(5) (5) 漢字地址碼漢字地址碼每個漢字字形碼在漢字字庫中的相對位移地址每個漢字字形碼在漢字字庫中的相對位移地址地址碼和機內(nèi)碼要有簡明的對應轉(zhuǎn)換關系地址碼和機內(nèi)碼要有簡明的對應轉(zhuǎn)換關系大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社29UCS編碼編碼組組平面平面行行 字位字位最高位為0基本多文種平面（基本多文種平面（BMP）：）：0組組0平面，包含字母、音節(jié)及表意文字等。平面，包含字母、音節(jié)及表意文字等。例如：例如：A 41H(ASCII) 00000041H(UCS) 大大 B4F3H(GB2312) 00005927H(UCS)(6) (6) 其他漢字編碼其他漢字編碼UCS碼、碼、Unicode碼、碼、GBK碼、碼、BIG5碼等碼等 國際標準：國際標準： 通用多八位編碼字符集通用多八位編碼字符集UCS(Universal Code Set)世界各種文字世界各種文字的統(tǒng)一的編碼方案，一個字符占的統(tǒng)一的編碼方案，一個字符占4個字節(jié)。分為：個字節(jié)。分為：大學計算機基礎清華大學出版社大學計算機基礎清華大學出版社30其他漢字編碼其他漢字編碼