第2章--计算机基础知识.

计算机基础第2章计算机基础知识2.1信息的表示、存储及运算2.2计算机系统2.3计算机信息系统计算机基础2.1信息的表示、存储及运算计算机中的数制计算机中的数据编码二进制算术与逻辑运算计算机基础计算机的内部的信息分为两大类型，即控制信息和数据信息。在计算机内部，无论哪一种数据，都以二进制形式表示。在计算机中，数据信息是由不同位数的二进制数组成，为了表示位数的多少，引入了“位”、“字节”和“字”的概念。位（bit）：位是指一位二进制的代码，它只具有“0”、“1”两个状态。字节（byte）：把8位二进制代码称为一个字节，它是表示二进制代码长度的一种单位。字（word）：字由字节构成，一般为字节的整数倍。计算机基础2.1.1计算机中的数制不同数制的表示在计算机内部用二进制形式表示和存储数据。•人们习惯于用十进制记数。•为了书写简单方便也使用八进制和十六进制。用加后缀或角标的形式区别不同进制数据。•B—表示二进制数。•O或Q—表示八进制数。•D—表示十进制数（D可省略）。•H—表示十六进制数。计算机基础数制的基本概念数制:用一组固定的数字(数码符号)和一套统一的规则来表示数值的方法就叫做数制(也称进制)数位:数字在一个数中所处的位置为数位。位权:是指数位上的数字乘上一个固定的值。基数:某一数制中数字的个数。进制中的最大数:基数减一。数制中的进制规则:N进制的规则是逢N进1,或者借1为N计算机基础十进制使用数字1、2、…、9、0等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制。计算机基础二进制使用数字0和1等符号来表示数值，且采用“逢二进一”的进位计数制。二进制数制的特点：仅使用0和1两个数字。最大的数字为1，最小的数字为0。每个数字都要乘以基数2的幂次，该幂次由每个数字所在的位置决定。计算机基础八进制和十六进制八进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7等符号来表示数值的，且采用“逢八进一”的进位计数制。十六进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和A、B、C、D、E、F等符号来表示数值，其中A、B、C、D、E、F分别表示数字10、11、12、13、14、15。十六进制的计数方法为“逢十六进一”。计算机基础十进制整数转换为非十进制整数除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高（位）”。（55）10＝（110111）2余数2551227121312602312110计算机基础十进制整数转换为非十进制整数（55）10＝（67）8余数85578660（55）10＝（37）16余数1655716330计算机基础十进制小数转换为非十进制小数乘基取整法:“乘基取整，先整为高(位),后整为低(位)”（0.625）10＝（0.101）20.625整数×21.2510.25×20.50×21.01计算机基础十进制小数转换为非十进制小数（0.32）10＝（0.0101…）20.32整数×20.640×21.2810.28×20.560×21.121…计算机基础十进制小数转换为非十进制小数十进制小数并不是都能够用有限位的其他进制数精确地表示,这时应根据精度要求转换到一定的位数为止，作为其近似值。如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则应将整数部分和小数部分分别进行转换。计算机基础非十进制数转换为十进制数位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。（10110）2＝1×24＋0×23＋1×22＋1×21＋0×20＝16＋0＋4＋2＋0＝（22）10（10101.101）2＝1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1+0×2－2＋1×2－3＝16＋0＋4＋0＋1＋0.5＋0＋0.125＝（21.625）10（1207）8＝1×83＋2×82＋0×81＋7×80＝512＋128＋0＋7＝（647）10（1B2E）16＝1×163＋B×162＋2×161＋E×160＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1＝（6958）10计算机基础二进制与八进制之间的转换二进制数转换为八进制数：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每三位为一组（不足三位用0补足），然后将各个三位二进制数转换为对应的一位八进制数。八进制数转换为二进制数：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制数。（10111001010.1011011）2＝（010111001010.101101100）2＝（2712.554）8（456.174）8＝（100101110.001111100）2＝（100101110.0011111）2计算机基础二进制与十六进制之间的转换二进制数转换为十六进制数：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每四位为一组，不足四位用0补足，然后将各个四位二进制数转换为对应的一位十六进制数。十六进制数转换为二进制数：把每一位十六进制数转换为对应的四位二进制数。（10111001010.1011011）2＝（010111001010.10110110）2＝（5CA.B6）16（1A9F.1BD）16＝（0001101010011111.000110111101）2＝（1101010011111.000110111101）2计算机基础2.1.2计算机中的数据编码原码表示法用符号位和数值表示带符号数，正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，数值部分用二进制形式表示。反码表示法正数的反码与原码相同，负数的反码为对该数的原码除符号位外各位取反。补码表示法正数的补码与原码相同，负数的补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然后在最后一位加1。计算机基础57的二进制形式为111001。[+57]原=00111001（正数的原码最高位为0，数值位补足7位）[-57]原=10111001（负数的原码最高位为1，数值位补足7位）[+57]反=00111001（正数的反码与其原码相同）[-57]反=11000110（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位取反）[+57]补=00111001（正数的补码与其原码相同）[-57]补=11000111（负数的补码在其反码的末尾加1）计算机基础字符型数据的编码表示基本含义对于字符型数据，没有相应的转换规则可以使用。需要人们规定出每个字符对应的二进制编码形式。常用的字符型数据编码BCD码•是一种二－十进制的编码，使用四位二进制数表示一位十进制数。•十进制数与BCD码之间的转换：可按位（或四位二进制数组）直接进行。ASCII码（美国标准信息交换码的简称）•使用单字节表示一个字符，最高位为0，故可表示128个字符。•主要用于小型机和微型机。EBCDIC码（扩展BCD码）•在BCD码的基础上，又增加了一些符号和英文字母的表示，八位。•主要用于超级计算机和大型计算机。计算机基础汉字的编码表示与汉字处理有关的几种编码汉字输入码•拼音：全拼输入法/紫光输入法/智能ABC输入法。•字形：五笔字型编码。汉字交换码•一个汉字占用2个字节。•区位码→国标码（每字节只用低7位，最高位0）。汉字机内码•将国标码每字节最高位置1，避免与单字节ASCII码冲突。汉字字形（输出）码•机内码→字形码•用于显示和打印计算机基础二进制的算术运算加法0+0=00+1=11+0=11+1=0（进位）减法0-0=01-0=11-1=00-1=1(借位）乘法0x0=01x0=00x1=01x1=1二进制的逻辑运算“与”运算(·或˄):0·1=01·0=00·0=01·1=1“或”运算(+或˅):0+0=00+1=11+0=11+1=1“非”运算(¯):Not0=1Not1=0“异或”运算(⊕)：0⊕0=00⊕1=11⊕0=11⊕1=02.1.3二进制的算术运算和逻辑运算计算机基础2.2计算机系统计算机基础用户用户用户计算机硬件操作系统应用软件系统软件计算机系统的层次结构计算机基础2.2.1计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成/硬件逻辑图1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(VonNeumann)提出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个要点：采用二进制数的形式表示数据和指令。将指令和数据存放在存储器中。计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。其工作原理的核心是“程序存储”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”概念。我们把按照这一原理设计的计算机称为“冯·诺依曼型计算机”计算机基础结果程序数据输入设备输出设备运算器存储器控制器计算机硬件结构图计算机基础计算机的工作原理运算器用来完成算术运算和逻辑运算。存储器用来存放数据和程序。控制器用来控制计算机各部分协调工作。输入设备用来将数据和程序输入计算机。输出设备用来将运算结果输出。计算机基础2.2.2计算机硬件子系统中央处理器内存储器外存储器输入设备输出设备主板总线计算机基础微型计算机硬件体系结构计算机基础中央处理器基本组成运算器用来进行算术运算和逻辑运算的元件。控制器从存储器中取出指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，负责向其他各部件发出控制信号。寄存器用来存放当前运算所需的各种操作数、地址信息、中间结果等内容。计算机基础主要性能指标字长：对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。主频：也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快了。外频：外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频=外频×倍频。缓存：缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。计算机基础内存储器主要特点断电后存储的数据丢失。用于存放要执行的程序和相应的数据。常用的内存种类随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）高速缓存（Cache）存储容量表示1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B。计算机基础内存储器随机存储器静态随机存储器（StaticRAM，SRAM）特点是工作速度快，只要电源不撤除，写入SRAM的信息就不会消失，不需要刷新电路，同时在读出时不破坏原来存放的信息，一经写入可多次读出，但集成度较低，功耗较大。SRAM一般用来作为计算机中的高速缓冲存储器(Cache)。动态随机存储器（DynamicRAM，DRAM）特点是读写速度较慢，集成度较高，功耗也较低，但缺点是保存在DRAM中的信息随着电容器的漏电而会逐渐消失，一般信息保存时间为2ms左右。为了保存DRAM中的信息，必须每隔1～2ms对其刷新一次。因此，采用DRAM的计算机必须配置动态刷新电路，防止信息丢失。DRAM一般用作计算机中的主存储器。计算机基础内存储器只读存储器可编程只读存储器（ProgrammableROM，PROM）可擦可编程只读存储器（ErasableProgrammableROM，EPROM）电可擦可编程只读存储器（ElectricallyErasableProgrammableROM，EEPROM）快闪存储器计算机基础内存储器高速缓存存储容量不大，存取速度很快。直接集成在CPU内部用于存放部分正在运行的程序和数据由静态存储器构成。常用的容量为128KB/256KB/512KB。计算机基础外存储器主要特点断电后存储的数据不丢失。作为内存的后援设备，存放暂时不执行而将来要执行的程序和相应的数据。常用的外存种类硬盘（HardDisk）光盘