第二章 大学计算机基础

1第二章计算机基础知识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22.1计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬件软件3计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机外存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统42.1.2计算机硬件组成计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备5计算机的五大部件冯.诺依曼思想：•二进制•程序与数据一样存放在内存•五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器演示：计算机的五大部件6处理器处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算7存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息的外存储器信息交流中心内存储器8存储器每个记忆单元由8位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字节BYTE76543210位Bit9输入设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。102.1.3计算机基本工作原理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。操作码操作数数据传送指令数据处理指令•程序控制指令输入输出指令其它指令IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令结构分类操作码要完成的操作类型或性质操作数操作的内容或所在的地址11计算机基本工作原理指令的执行过程分为以下4个步骤：①取指令按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。③执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。④一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。12计算机基本工作原理起始地址内存储器（2）（3）（1）（4）（1）内存储器程序计数器PC指令寄存器自动加1操作码07地址码0270译码器操作控制线路累加寄存器算术、逻辑运算部件地址内容………01000702700101………0270数据程序区数据区控制器运算器（2）（3）（1）（4）（1）内存储器程序计数器PC0100指令寄存器自动加1操作码07地址码0270译码器操作控制线路累加寄存器算术、逻辑运算部件地址内容………01000702700101………0270数据程序区数据区控制器运算器演示：计算机基本工作原理132.2数制转换及运算2.2.1进位计数制ariimni1N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr进制数N可表示为：R进制数用r个基本符号（例如0，1，2，…，r-1）表示数值基数权数码678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2142.2.2不同进位计数制间的转换r进制转化成十进制r进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加例：10101(B)=24+22+1=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=78+1=5101A(H)=163+16+10＝4106进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制演示：十进制数转换成八进制数15十进制转化成r进制整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)~例100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.690220.76021.5202100250225212262321000100111.04八进制100812818044110016604616十六进制演示16二进制、八进制、十六进制数间的相互转换64(H)=01100100(B)64144(O)=001100100(B)1441101101110.110101(B)=1556.65(O)1556651101101110.110101(B)=36F.D4(H)36FD4•一位八进制数对应三位二进制数•一位十六进制数对应四位二进制数•二进制转化成八(十六)进制)整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三(四)位进行分组不足补零17二进制、八进制、十六进制数间的关系八进制对应二进制十六进制对应二进制十六进制对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111182.2.3二进制数的算术运算1.二进制数的加法运算2.二进制数的减法运算加法运算法则0+0=00+1=1+0=11+1=01101+111011011减法运算法则0-0=1-1=01-0=10-1=111011-1110110119二进制数的算术运算3.二进制数的乘法运算4.二进制数的减法运算乘法运算法则0×0=00×1=1×0=01×1=1减法运算法则0÷0=00÷1=01÷1=11101×1010000011010000+1101100000101011011111011101111111011100202.2.4二进制数的逻辑运算逻辑非运算逻辑非的真值表AAF=A0110逻辑与运算逻辑与的真值表ABF=A×B000010100111212.2.4二进制数的逻辑运算逻辑或运算A逻辑或的真值表ABF=A+B000011101111222.3数据在计算机中的表示二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强数值十／二进制转换西文ASCII码汉字输入码／机内码转换声音、图像模／数转换二／十进制转换西文字形码汉字字形码数／模转换内存输入设备输出设备数值西文汉字声音、图像111111111010010123符号位“0”表示正、“1”表示负定点整数2.3.1数值符号数的机器数表示10101100S小数点无符号位S小数点定点小数24浮点数表示110.011(B)=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11阶码数符阶符尾数1100110011N=数符尾数2阶符阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。定点整数定点小数25(3)补码0X1|X|0=XX=0+7：00000111+0：00000000-7：10000111-0：10000000[X]原=+7：00000111+0：000000000X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0+7：00000111+0：00000000-7：11111000-0：11111111-7：11111001-0：00000000(2)反码[X]反=[X]反=带符号数的表示假定一个数在机器中占用8位。(1)原码262.3.2字符西文字符ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127控制字符：0～32，127；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行0AH10回车0DH13空格20H32‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H～5AH65～90‘a’～‘z’61H～7AH97～12227汉字编码(1)汉字输入码音码类全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等形码类五笔字型法、郑码输入法等。(2)汉字国标码(GB2312－80)每个汉字占两个字节。一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。汉字分区，每个区94个汉字。(3)机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字国标码汉字内码中8680(0101011001010000)B(1101011011010000)B华5942(0011101100101010)B(1011101110101010)B区号区中位置输入码国标码字形码机内码地址码汉字输出汉字输入28汉字字形编码(4)汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反（5）汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系29UCS编码组平面行字位最高位为0基本多文种平面（BMP）：0组0平面，包含字母、音节及表意文字等。例如：‘A’41H(ASCII)00000041H(UCS)‘大’3473H(GB2312)00005927H(UCS(6)其他汉字编码UCS码、Unicode码、GBK码、BIG5码等国际标准：通用多八位编码字符集UCS(UniversalCodeSet)世界各种文字的统一的编码方案，一个字符占4个字节。分为：30其他汉字编码Unicode码另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。其字符集内容与UCS的BMP相同。GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字第一字节从81H~FEH，最高位为1；第二字节从40H~FEH，第二字节的最高位不一定是1。BIG5编码台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5401个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。31思考题1．计算机由哪几个部分组成？2．内存和外存有什么区别？3．指令和程序有什么区别？4．浮点数在计算机中是如何表示的？5．“D”、“d”、“3”和空格的ASCII码值？6．简述媒体和多媒体技术。7．简述多媒体与流媒体的关系。8．WAVE文件与MIDI文件区别？9．矢量图文件与位图图像区别？