《大学计算机基础》第1章-计算机基础知识.ppt

大学计算机基础大学计算机基础北京航空航天大学北京航空航天大学教学课件教学课件1第一层次第一层次第二层次第二层次内内 容容 提提 要要2第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识3本章重点本章重点 n进位计数制及数制之间的转换；n原码、反码、补码的概念；n定点数、浮点数的表示方法；n字符编码；n计算机硬件组成及工作原理；n计算机软件系统。41.1 计算机的发展计算机的发展 u1.1.1 电子计算机的产生和发展电子计算机的产生和发展u1.1.2 计算机发展的几个阶段计算机发展的几个阶段 u1.1.3 中国计算机产业的发展大事记中国计算机产业的发展大事记u1.1.4 计算机的特点和用途计算机的特点和用途 u1.1.5 计算机的类型计算机的类型u1.1.6 计算机的新技术计算机的新技术 u1.1.7 未来计算机的发展趋势未来计算机的发展趋势u1.1.8 信息技术的发展信息技术的发展 51.1.1电子计算机的产生和发展电子计算机的产生和发展1642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器Charles BabbageCharles Babbage1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代人类追求的计算工具人类追求的计算工具6第一台电子计算机第一台电子计算机5000次加法次加法/秒秒体重体重30吨吨占地占地170M218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器耗电耗电150KW耗资耗资40万美元万美元7冯冯诺依曼思想诺依曼思想n 程序和数据用二进制表示程序和数据用二进制表示n 程序存储的概念程序存储的概念n 计算机由五个基本部分组成计算机由五个基本部分组成输入、存储、运算、控制和输出输入、存储、运算、控制和输出 8电子恐龙的缩骨法电子恐龙的缩骨法晶体管晶体管ENIACENIAC划时代的实验装置划时代的实验装置晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的电子管的缺点：电子管的缺点：体积大；体积大；耗能高、散热量大。耗能高、散热量大。晶体管的优点：晶体管的优点：体积小；体积小；耗能低；耗能低；性能稳定。性能稳定。9采用中、小采用中、小规模集成电规模集成电路代替了独路代替了独立元件晶体立元件晶体管。管。第三代计算机第三代计算机10晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4750,000,0002,300将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片11晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒计算机的计算机的CPU性能性能 每每18个月，集成度将翻一番，速度个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，而其价格将降低一半。将提高一倍，而其价格将降低一半。计算机第一定律计算机第一定律摩尔定律摩尔定律121.1.2计算机发展的几个阶段计算机发展的几个阶段 n根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展分根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展分为为四四个阶段个阶段第一代第一代(19461958)电子管电子管5千千几万（次几万（次/秒）秒）第二代第二代(19581964)晶体管晶体管几万几万几十万几十万（次（次/秒）秒）第三代第三代(19641970)中、小集成电路中、小集成电路几十万几十万几百万几百万（次（次/秒）秒）第四代第四代(1971至今至今)大规模集成电路大规模集成电路上千万上千万万亿万亿（次（次/秒）秒）131.1.3 中国计算机产业的发展大事记中国计算机产业的发展大事记 n从从1956年开始，我国完成了第一台电子计算机运算器和控年开始，我国完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。讲义。n 1973年，我国第一台百万次集成电子计算机研制成功。年，我国第一台百万次集成电子计算机研制成功。n 1977年，我国第一台微型计算机研制成功。年，我国第一台微型计算机研制成功。n 1983年，年，“银河银河”一号巨型机研制成功，运算速度达一号巨型机研制成功，运算速度达1亿亿次秒。次秒。n 1993年，我国第一台年，我国第一台10亿次巨型亿次巨型“银河银河”型通过鉴定。型通过鉴定。n 1995年，曙光年，曙光1000大型机通过鉴定，峰值可达大型机通过鉴定，峰值可达25亿次亿次秒。秒。n 2005年，联想完成并购年，联想完成并购IBM PC，一跃成为全球第三大，一跃成为全球第三大PC制造商。制造商。141.1.4 计算机的特点和用途计算机的特点和用途n计算机的特点计算机的特点 高速、精确的运算能力高速、精确的运算能力 准确的逻辑判断能力准确的逻辑判断能力 强大的存储能力强大的存储能力 自动功能自动功能 网络与通信功能网络与通信功能 15计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用工商工商：电子商务、：电子商务、AD/CAMAD/CAM教育教育：多媒体教育、远程教育：多媒体教育、远程教育医药医药：CATCAT、MRIMRI、远程医疗远程医疗家庭家庭：家庭信息化：家庭信息化 政府政府：电子政府：电子政府娱乐娱乐：虚拟现实、影：虚拟现实、影视视特技特技 科研科研：数据采集、计算分析：数据采集、计算分析16计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1.科学计算科学计算3.实时控制实时控制2.数据处理数据处理其它领域：其它领域：电子商务电子商务CAD/CAM/CIMSCAD/CAM/CIMS多媒体技术多媒体技术 人工智能人工智能网络与通信网络与通信 171.1.5 计算机的类型计算机的类型专用计算机专用计算机通用计算机通用计算机按用途及使用范围分类按用途及使用范围分类巨型机巨型机微型计算机微型计算机按速度等指标分类按速度等指标分类工作站工作站服务器服务器大型通用机大型通用机181.1.6 计算机的新技术计算机的新技术 充分利用成千上万个网络中充分利用成千上万个网络中的闲置计算机共同参与计算。的闲置计算机共同参与计算。将计算机作为信息处理的部件，将计算机作为信息处理的部件，嵌入到应用系统中的一种技术。嵌入到应用系统中的一种技术。中间件是中间件是介于应用软件和操介于应用软件和操作系统之间的系统软件。作系统之间的系统软件。嵌入式技术嵌入式技术网格计算网格计算中间件技术中间件技术19高性能计算机的竞争高性能计算机的竞争 2002年，日本年，日本NEC公司开发成功公司开发成功“地球模拟器地球模拟器”高性能计算机，每秒运算速度为高性能计算机，每秒运算速度为35.86万亿次，曾万亿次，曾长时间保持世界计算机运算速度的最快纪录。长时间保持世界计算机运算速度的最快纪录。为了应对日本为了应对日本的的“地球模拟器地球模拟器”，美国国防美国国防部先进研究计划局（部先进研究计划局（DARPA）专门拨出了专门拨出了1.5亿美亿美元元进行高性能计算机的研究进行高性能计算机的研究。今年今年6月月28日在德国德累斯顿市举行日在德国德累斯顿市举行的国际超的国际超级计算机大会上，级计算机大会上，IBM 蓝色基因蓝色基因/L超级计算机获得超级计算机获得排名第一。蓝色基因排名第一。蓝色基因/L的运算速度达每秒钟的运算速度达每秒钟280.6万亿次浮点运算，其它没有一款计算机的运算速度万亿次浮点运算，其它没有一款计算机的运算速度超过超过100万亿次浮点运算。万亿次浮点运算。20蓝色基因商业版服务器蓝色基因商业版服务器八台蓝色基因服务器八台蓝色基因服务器21装配中的蓝色基因装配中的蓝色基因221.1.7 未来计算机的发展趋势未来计算机的发展趋势n发展趋势发展趋势巨型化巨型化微型化微型化 网络化网络化智能化智能化 n 未来新的一代未来新的一代模糊计算机模糊计算机 生物计算机生物计算机 光子计算机光子计算机超导计算机超导计算机量子计算机量子计算机 231.1.8信息技术的发展信息技术的发展 n数据与信息数据与信息 数据是信息的载体。数据是信息的载体。信息既是对各种事物的变化和特征的反映，又信息既是对各种事物的变化和特征的反映，又是事物之间相互作用和联系的表征。是事物之间相互作用和联系的表征。数据与信息的区别数据与信息的区别应用在信息加工和处理中的科学、技术与工应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。n信息技术信息技术 联合国教科文组织对信息技术的定义联合国教科文组织对信息技术的定义 24现代现代信息技术信息技术的内容和特点的内容和特点n现代信息技术的现代信息技术的内容内容信息基础技术信息基础技术新材料、新能源、新器件的开发和制造技术新材料、新能源、新器件的开发和制造技术 信息系统技术信息系统技术感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术 信息应用技术信息应用技术 工厂的自动化、办公自动化、家庭自动化、人工智能和工厂的自动化、办公自动化、家庭自动化、人工智能和互联通信技术互联通信技术 n现代信息技术的现代信息技术的特点特点数字化数字化 多媒体化多媒体化 高速度、网络化、宽频带高速度、网络化、宽频带 智能化智能化 251.2 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 u1.2.1 计算机采用二进制编码计算机采用二进制编码 u1.2.2 进位计数制进位计数制 u1.2.3 R进制转换为十进制进制转换为十进制 u1.2.4 十进制转换为十进制转换为R进制进制 u1.2.5 八进制转换为十六进制八进制转换为十六进制 u1.2.6 计算机中的信息单位计算机中的信息单位 u1.2.7 数值数值 u1.2.8 字符字符 重点重点26基本概念基本概念信息：数值、文字、语音、图形和图像。信息：数值、文字、语音、图形和图像。信息必须数字化编码，才能传送、存储和处理。信息必须数字化编码，才能传送、存储和处理。271.2.1 计算机采用二进制编码计算机采用二进制编码 二进制的优点二进制的优点 物理上容易实现，信息的存储更加容易，物理上容易实现，信息的存储更加容易，可靠性强，运算简单，通用性强可靠性强，运算简单，通用性强ENIAC采用十进制采用十进制 冯冯诺依曼研制诺依曼研制IAS时，时，提出了二进制的表示方法提出了二进制的表示方法 281.2.2 进位计数制进位计数制进位计数制进位计数制进位制中的三个要素进位制中的三个要素:数码数码：数制中固定的基本符号：数制中固定的基本符号基数基数：某种进位制所包含的的数字符号（或：某种进位制所包含的的数字符号（或数码）的个数。数码）的个数。N进制的基数是进制的基数是N。位权位权：在某种进位制中，各数码的位权是以：在某种进位制中，各数码的位权是以该进位制的基数为底的幂次方。该进位制的基数为底的幂次方。例：十进制数例：十进制数9788的基数、的基数、各数码的位权分别是多少？各数码的位权分别是多少？29常用的进位制类型常用的进位制类型不同进制数的表示方法不同进制数的表示方法在该数的后面加上字母在该数的后面加上字母B（二进制）、二进制）、O（八进制）、八进制）、D（十进制）、十进制）、H（十六进制）来表示。十六进制）来表示。例例：（：（10100101）B 表示二进制数表示二进制数。数制数制类类型型基数基数数数 码码权权形式表示形式表示二二进进制制20，1 21 B八八进进制制80，1，2，3，4，5，6，7 81O十十进进制制100，1，2，3，4，5，6，7，8，9101D十六十六进进制制160，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F161H30几种不同的进制数的基本符号几种不同的进制数的基本符号31不同进制间的转换不同进制间的转换n转换基本原则：转换基本原则：对整数部分和小数部分分别进行转换对整数部分和小数部分分别进行转换R进制进制十进制十进制R进制进制十进制十进制八进制八进制十六进制十六进制32R进制向十进制的转换进制向十进制的转换R R进制进制十进制十进制方法方法 把各个把各个R R进制数按权展开求和进制数按权展开求和弄清进位制中三要素弄清进位制中三要素:数码、基数、位权数码、基数、位权33十进制表示形式十进制表示形式任意一任意一个十进制数个十进制数D，可表示成如下形式：可表示成如下形式：(D)10=Dn-1 10n-1+Dn-2 10n-2+D1 101+D0 100 +D-1 10-1+D-2 10-2+D-m+1 10-m+1+D-m 10-m 式中式中Di是数码，其取值范围为是数码，其取值范围为09；i为数码的编号（整数位为数码的编号（整数位 取取n-10，小数位取小数位取-1-m)；10为基数为基数。例：例：(123.45)D=110+210+3100 +410-+510-=(123.45)D34二进制表示形式二进制表示形式 任意一个二进制数任意一个二进制数B，可表示成如下形式：可表示成如下形式：(B)2=Bn-1 2n-1+Bn-2 2n-2+B1 21+B0 20 +B-1 2-1+B-2 2-2+B-m+1 2-m+1+B-m 2-m 式中式中Bi是数码，其取值范围为是数码，其取值范围为01；i为数码的编号（整数为数码的编号（整数位取位取n-10，小数位取小数位取-1-m)；2为基数。为基数。例：例：(110.01)B=12+12+020 +02-+12-=(6.25)D35八进制表示形式八进制表示形式 任意一个任意一个八进制数八进制数Q，可表示成如下形式：可表示成如下形式：(Q)8=Qn-1 8n-1+Qn-2 8n-2+Q1 81+Q0 80+Q-1 8-1 +Q-2 8-2+Q-m+1 8-m+1+Q-m 8-m 式中式中Qi是数码，其取值范围为是数码，其取值范围为07；i为数码的编号（整数位为数码的编号（整数位取取n-10，小数位取小数位取-1-m)；8为基数为基数。例：例：八进制(123.45)O=18+28+380 +48-+58-=(83.578125)D36十六进制表示形式十六进制表示形式任意一个十六进制数任意一个十六进制数H，可表示成如下形式：可表示成如下形式：(H)16=Hn-1 16n-1+Hn-2 16n-2+H1 161+H0 160 +H-1 16-1+H-2 16-2+H-m+1 16-m+1+H-m 16-m 式中式中Hi是数码，其取值范围为是数码，其取值范围为0F；i为数码的编号（整数位为数码的编号（整数位取取n-10，小数位取小数位取-1-m)；16为基数。为基数。例：十六进制(123.45)H=116+216+3160+416-+516-=(291.26953125)D371.2.3 R进制转换为十进制进制转换为十进制 方法方法 把各个把各个R R进制数按权展开求和进制数按权展开求和例例 把下面的二进制数转换成十进制数把下面的二进制数转换成十进制数 (1101.101)B=1 23+1 22+0 21+1 20+1 2-1+0 2-2+1 2-3 =8+4+0+1+0.5+0+0.125 =(13.625)D381.2.3 R进制转换为十进制进制转换为十进制例例把下面的八进制数转换成十进制数把下面的八进制数转换成十进制数。(456.124)O=4 82+5 81+6 80+1 8-1+2 8-2+4 8-3 =256+40+6+0.125+0.03125+0.0078125 =(302.1640625)D例例把下面的十六进制数转换成十进制数把下面的十六进制数转换成十进制数。（32CF.48)H=3 163+2 162+C 161+F 160+4 16-1 +8 16-2 =12288+512+192+15+0.25+0.03125 =(13007.28125)D391.2.4 十进制转换为十进制转换为R进制进制十进制十进制R R进制进制方方法法（1 1）整数整数转换用转换用“除基取余法除基取余法”，直到商，直到商为零；每次相除所得余数为对应的二进为零；每次相除所得余数为对应的二进制整数的各位数码。制整数的各位数码。（2 2）小数小数转换用转换用“乘基取整法乘基取整法”，直到乘，直到乘积的小数部分为零，或达到所要求的位积的小数部分为零，或达到所要求的位数（当小数部分永不可能为零时）。数（当小数部分永不可能为零时）。40十进制转换为二进制十进制转换为二进制十进制十进制二进制二进制方方法法（1 1）整数整数转换用转换用“除除2 2取余法取余法”，直到商，直到商为零；每次相除所得余数为对应的二为零；每次相除所得余数为对应的二进制整数的各位数码。进制整数的各位数码。（2 2）小数小数转换用转换用“乘乘2 2取整法取整法”，直到乘，直到乘积的小数部分为零，或达到所要求的积的小数部分为零，或达到所要求的位数（当小数部分永不可能为零时）。位数（当小数部分永不可能为零时）。41十进制数十进制数 125.6875 转换成二进制数转换成二进制数31015171311101二进制整数低位二进制整数低位二进制整数高位二进制整数高位2余数余数125162结果结果 故整数部分故整数部分(125)D=(1111101)B222222商为零商为零42小数部分的转换小数部分的转换取整取整 0.68751.3750 )21 二进制小数首位二进制小数首位 二进制小数末位二进制小数末位0 0.37500.7500 )20.75001.50001 )20.50001.00001 )2为零为零,转换结束转换结束0000 故小数部分（故小数部分（.6875)D=（.1011)B 结果结果43十进制转换为十六进制（例）十进制转换为十六进制（例）将十进制数（将十进制数（197.734375)D 转换成十六进制数转换成十六进制数(197.734375)D=(C5.BC)H结果结果结果结果441.2.5 八进制转换为十六进制八进制转换为十六进制二进制二进制八进制八进制方方法法（1）二进制数转换成八进制数）二进制数转换成八进制数:以小数点为以小数点为界，向左界，向左(小数点之前小数点之前)或向右或向右(小数点之后小数点之后)每每3位二进制位二进制 数用相应的一位八进制数取代数用相应的一位八进制数取代（不足不足3位的二进制数先用位的二进制数先用0补足补足）。）。（2）八进制数转换成二进制数）八进制数转换成二进制数:以小数点为以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的界，向左或向右每一位八进制数用相应的3位二进制数取代；如果不足位二进制数取代；如果不足3位，则用零补位，则用零补足。足。一位八进制数对应着一位八进制数对应着3位位二进制数二进制数首先首先45二进制转换为八进制（例）二进制转换为八进制（例）将二进制数将二进制数1101101110.11011转换成八进制数转换成八进制数 1 5 5 6 .6 6(001 101 101 110.110 110)B=(?)O46八进制转换为二进制（例）八进制转换为二进制（例）(135.23)O=(001 011 101.010 011)B 1 3 5 .2 3(7123.56)O=(111 001 010 011.101 110)B7 1 2 3 .5 6将八进制数将八进制数135.23和和7123.56转换成转换成二进制数二进制数47（1）二进制数转换成十六进制数）二进制数转换成十六进制数:以小数点为以小数点为界，界，向左向左(小数点之前小数点之前)或向右或向右(小数点之后小数点之后)每每4位二进制数用相应的一位十六进制数取代位二进制数用相应的一位十六进制数取代（不足不足4位的二进制数先用位的二进制数先用0补足补足）。（2）十六进制数转换成二进制数）十六进制数转换成二进制数:以小数点为以小数点为界，向左或向右每一位十六进制数用相应的界，向左或向右每一位十六进制数用相应的4位二进制数取代；如果不足位二进制数取代；如果不足4位，则用零补位，则用零补足。足。一位十六进制数对应着一位十六进制数对应着4位二进制数位二进制数二进制与十六进制转换二进制与十六进制转换二进制二进制十六进制十六进制方方法法48二进制转换为十六进制（例）二进制转换为十六进制（例）将二进制数将二进制数1101101110.11011转换成十六进制数转换成十六进制数 3 6 E .D 8 （0011 0110 1110.1101 1000）B=（?）H49十六进制转换为二进制（例）十六进制转换为二进制（例）将十六进制数将十六进制数6A.B1和和2C1D.6转换成二进制数转换成二进制数(6A.B1)H=(0110 1010.1011 0001)B 6 A.B 1(2C1D.6)H=(0010 1100 0001 1101.0110)B 2 C 1 D .650八进制与十六进制间的转换八进制与十六进制间的转换n（2731.62）O=（010 111 011 001.110 010）B 2 7 3 1.6 2 （0101 1101 1001.1100 10）B=（5D9.C8）Hn 借助于二进制借助于二进制 将八（将八（十六）进制数转换成十六（八）进制数十六）进制数转换成十六（八）进制数 方法是：将方法是：将1位转换为位转换为3（4）位二进制数）位二进制数n（2D5C.74）H =（0010 1101 0101 1100.0111 0100）B 2 D 5 C .7 4 （0 010 110 101 011 100.011 101 00）B =（26534.35）O511.2.6 计算机中的信息单位计算机中的信息单位 位位 度量数据的最小单位度量数据的最小单位 字节字节 信息组织和存储的基本单位信息组织和存储的基本单位 1 Byte=8 bit 1 KB=1024 B 1 MB=1024 KB 1 GB=1024 MB 1 TB=1024 GB 521.2.7 数值数值用用0或或1表示正负号的数表示正负号的数机器数机器数机器数对应的实际数值，机器数对应的实际数值，也称尾数。也称尾数。真值数真值数 例如例如：真值数真值数（1001101）B 其机器数为其机器数为11001101，存放在计算机中。存放在计算机中。53问题的提出问题的提出1 0 0 0 0 1 0 10 0 0 0 0 1 001 0 0 0 1 0 0 1+=-9错误的结果错误的结果为解决此类问题，提出了：为解决此类问题，提出了：原码、反码和补码原码、反码和补码符号位参加运算，符号位参加运算，-5+4=？54原码表示原码表示 原码表示相当于：原码表示相当于：1.正数的符号位是正数的符号位是0，负数的符号位是，负数的符号位是1。2.数值位就是这个数的绝对值的二进制表示。数值位就是这个数的绝对值的二进制表示。原码表示法简单、易懂，与真值的转换方便。原码表示法简单、易懂，与真值的转换方便。缺点：加减法运算复杂。缺点：加减法运算复杂。55原码表示（例）原码表示（例）以以8位原码表示下列各数：位原码表示下列各数：(0.25)D、(-0.8125)D、(228)D、(-12)D(0.25)D=(0.01)B=(-0.8125)D=(-0.1101)B=(228)D=(11100100)B=(-12)D=(-1100)B=018位原码表示范围：位原码表示范围：-127=X=+127101000001101 000110000056原码表示的说明原码表示的说明 原码原码0的表示有两种的表示有两种：（以（以4位带符号定点整数为例）位带符号定点整数为例）正正0：0000 负负0：1000n位带符号定点整数表示范围：位带符号定点整数表示范围：-2 n-1+1=X=2 n-1-1 4位带符号定点整数的原码表示范围：位带符号定点整数的原码表示范围：1111 0111，即，即-77 也就是也就是-2 4-1+1=X=2 4-1-157反码表示反码表示反码表示相当于：反码表示相当于：1.正数的符号位是正数的符号位是0，负数的符号位是，负数的符号位是1；2.正数的数值位同原码相同，正数的数值位同原码相同，负数负数的的数值位将原码的数值位各位取反。数值位将原码的数值位各位取反。58反码表示（例）反码表示（例）以以8位反码表示下列各数：位反码表示下列各数：(0.25)D、(-0.8125)D、(228)D、(-12)D(0.25)D=(0.01)B=(-0.8125)D=(-0.1101)B=(228)D=(11100100)B=(-12)D=(-1100)B=(0 0100000)原原(1 1101000)原原8位反码表示范围：位反码表示范围：-127=X=+127(10001100)原原(0 0100000)反反(1 0010111)反反(11110011)反反59反码表示的说明反码表示的说明 反码反码0的表示有两种的表示有两种：（以（以4位带符号定点整数为例）位带符号定点整数为例）正正0：0000 负负0：1111 n位带符号定点整数表示范围：位带符号定点整数表示范围：-2 n-1+1=X=2 n-1-1 4位带符号定点整数的反码表示范围：位带符号定点整数的反码表示范围：1000 0111，即，即-77 也就是也就是-2 4-1+1=X=2 4-1-160补码表示补码表示补码表示相当于：补码表示相当于：1.正数的符号位是正数的符号位是0，负数的符号位是，负数的符号位是1；2.2.正数的数值位同原码相同，负数的数正数的数值位同原码相同，负数的数值位将反码的数值位值位将反码的数值位+1（末位）。（末位）。补码表示适于加减法运算。补码表示适于加减法运算。61补码表示（例）补码表示（例）以以8位补码表示下列各数：位补码表示下列各数：(0.25)D (-0.8125)D (228)D (-12)D(0.25)D=(0.01)B=(-0.8125)D=(-0.1101)B=(228)D=(11100100)B=(-12)D=(-1100)B=8位补码表示范围：位补码表示范围：-128=X=+127(0 0100000)反反(1 0010111)反反(11110011)反反(0 0100000)补补(1 0011000)补补(11110100)补补62补码表示的说明补码表示的说明 补码补码0的表示只有一种的表示只有一种：以以4位带符号定点整数为例位带符号定点整数为例 0000 n 位带符号定点整数表示范围：位带符号定点整数表示范围：-2 n-1=X=2 n-1-1 4位带符号定点整数的补码表示范围：位带符号定点整数的补码表示范围：1000 0111，即，即-87 也就是也就是-2 4-1=X=2 4-1-163用补码进行运算（例）用补码进行运算（例）1 0 0 0 0 1 0 10 0 0 0 0 1 001 0 0 0 1 0 0 1+=11 1 1 1 0 1 10 0 0 0 0 1 0 01 1 11 1 1 1 1-5 的补码的补码-1 的补码的补码利用补码，利用补码，可方便地实现正负数的加法运算可方便地实现正负数的加法运算 符号位如同数值一样参加运算符号位如同数值一样参加运算 允许产生最高位的进位（被丢失），使用较广泛。允许产生最高位的进位（被丢失），使用较广泛。-5+4=？4 的补码的补码原码原码除符号位外末位减除符号位外末位减1再取反，则得到原再取反，则得到原码码 10000001X64几种表示的比较几种表示的比较0 0 X XX=0X=01|1|X|+1X|+10=0=X X+127+127：01111111 0 01111111 0：00000000 00000000 127127：1000000110000001 （3）补码）补码 XX补补=128128：10000000 10000000 0 0 X X1|1|X|X|0=0=X XX=0X=0+127+127：01111111 +0 01111111 +0：00000000 00000000 127127：10000000 10000000 0 0：11111111 11111111 （2）反码）反码 XX反反=0=0=X X0 0 X X1|1|X|X|+127+127：01111111 +001111111 +0：00000000 00000000 127127：11111111 11111111 0 0：10000000 10000000 XX原原=（1）原码原码X=0X=0（+0）补补=（-0）补补=0000000065小小 结结 符号位符号位 数值位数值位原码原码 该数绝对值的二进制表示该数绝对值的二进制表示 反码反码 正数同原码，负数为原码的各位取反正数同原码，负数为原码的各位取反补码补码 正数同原码，负数为反码末位正数同原码，负数为反码末位1 1原码、反码、补码优缺点原码、反码、补码优缺点整数表示范围整数表示范围0 0 的表示的表示1表负数表负数0表正数表正数66定点数定点数定点小数：定点小数：定点整数：定点整数：定点数定点数：在计算机中用固定长度表示，小数点固定在某一个位置。在计算机中用固定长度表示，小数点固定在某一个位置。67浮点表示浮点表示阶符阶符阶符阶符 阶码阶码阶码阶码 数符数符数符数符尾尾尾尾 数数数数 X=(X=(11.0111.01)B B=0.11012=0.11012101010 1101阶和尾数均为原码阶和尾数均为原码010 1101阶为补码，尾数为原码阶为补码，尾数为原码000浮点表示法浮点表示法：小数点的位置是浮动的。一个浮点数分为阶码和尾数：小数点的位置是浮动的。一个浮点数分为阶码和尾数两部分。两部分。68浮点表示（续）浮点表示（续）阶符阶符 阶码阶码 数符数符尾尾 数数X1=(-0.00011)B=-0.11 2-11 11 1100阶和尾数均为原码阶和尾数均为原码101 1100阶为补码，尾数为原码阶为补码，尾数为原码11169计算机中数的表示计算机中数的表示正负号正负号和小数点和小数点数数定点数定点数浮点数（阶码尾数）浮点数（阶码尾数）定点小数（原码、反码、补码）定点小数（原码、反码、补码）定点整数定点整数不带符号不带符号带符号（原码、反码、补码）带符号（原码、反码、补码）701.2.8 字符字符ASCII (American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码，美国信息交换标准代码)7位位ASCII码用码用7位二进制数表示一个字符的编码位二进制数表示一个字符的编码 常用字符有常用字符有128个，编码从个，编码从0到到127。字符字符 十六进制表示十六进制表示 十进制表示十进制表示 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122控制字符：控制字符：34个，个，032，127；普通字符：普通字符：94个。个。例：例：“a”字符的编码为字符的编码为 1100001，对应的十进制数是对应的十进制数是 9771ASCII 码码72中文字符汉字编码中文字符汉字编码国标码（国标码（GB2312-80）一级汉字：一级汉字：3755个，按汉语拼音排列个，按汉语拼音排列二级汉字：二级汉字：3008个，按偏旁部首排列个，按偏旁部首排列 区位码区位码由由94个区号和个区号和94个位号构成个位号构成每个汉字占两个字节每个汉字占两个字节73区位码转换为国标码区位码转换为国标码例例“中中”区位码：区位码：（5448）D （3630）H （0011 0110 0011 0000）B（5448）D+区位分别加区位分别加32=（8680）D（3630）H（2020）H=（5650）H （0011 0110 0011 0000）+（0010 0000 0010 0000）B =（0101 0110 0101 0000）B区、位分别加区、位分别加32 国标码国标码“华华”字的区位码是字的区位码是2710 2710，那么国标码是什么？，那么国标码是什么？思考思考ASCII表中的控制码表中的控制码 （32）D =（0010 0000）B 74汉字的处理过程汉字的处理过程汉字输入码汉字输入码五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等形码类形码类其它其它语音、手写输入或扫描输入等语音、手写输入或扫描输入等 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等等音码类音码类75国标码转换为机内码国标码转换为机内码国标码（国标码（GB2312-80）及其机内码）及其机内码汉字在计算机内部进行存储、处理的代码汉字在计算机内部进行存储、处理的代码汉字内码汉字内码 汉字内码：汉字内码：2个字节存储个字节存储 机内码：每个字节最高位置机内码：每个字节最高位置“1”目地：区分于目地：区分于ASCII码码 方法：汉字的国标码方法：汉字的国标码 8080H“中中”字的内码是：字的内码是：国标码国标码（5650）H（8080）H（D6D0）H 0101 0110 0101 0000+1000 0000 1000 0000=1101 0110 1101 0000 例例76汉字字形码汉字字形码 用于汉字在显示屏或打印机输出。用于汉字在显示屏或打印机输出。通常有两种表示方式：通常有两种表示方式：点阵点阵和和矢量矢量表示方式。表示方式。汉字字形码汉字字形码汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码1616点阵显示汉字，点阵显示汉字，需要多少存储空间？需要多少存储空间？计算计算16168=32字节字节77汉字地址码汉字地址码n汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码n输出设备输出汉字时，必须通过地址码输出设备输出汉字时，必须通过地址码n字形信息是按一定顺序连续存放在存储介质上，字形信息是按一定顺序连续存放在存储介质上，所以汉字地址码也大多是连续有序的，所以汉字地址码也大多是连续有序的，与汉字内码间有着简单的对应关系，以简化与汉字内码间有着简单的对应关系，以简化汉字内码到汉字地址码的转换。汉字内码到汉字地址码的转换。781.3 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 u 1.3.1 运算器运算器 u 1.3.2 控制器控制器 u 1.3.3 存储器存储器 u 1.3.4 输入输出设备输入输出设备 u 1.3.5 计算机的结构计算机的结构 重点重点791.3.1 运算器运算器实现数据处理的实现数据处理的核心部件，相关核心部件，相关的性能指标包括的性能指标包括计算机的字长和计算机的字长和速度。速度。运算器运算器存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备简单运算器的结构示意图简单运算器的结构示意图 冯冯诺依曼机：计算机由输入、存储、运算、控制和输出诺依曼机：计算机由输入、存储、运算、控制和输出5 5个部分组成。个部分组成。801.3.2 控制器控制器控制计算机各部控制计算机各部件协调工作，并件协调工作，并使整个处理过程使整个处理过程有条不紊地进行。有条不紊地进行。控制器结构简图控制器结构简图 运算器运算器存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备811.3.2 控制器控制器机器指令机器指令操作操作码码源操作数（或地址）源操作数（或地址）目的操作数地址目的操作数地址指令的执行过指令的执行过程程 是计算机硬件真正可以是计算机硬件真正可以“执行执行”的命令。基本格式的命令。基本格式:从存储单元中读指令，并存放到指令寄存器从存储单元中读指令，并存放到指令寄存器IR中。中。指令译码器分析该指令（称为指令译码器分析该指令（称为译码译码）。）。控制器根据译码结果，按顺序产生控制信号。控制器根据译码结果，按顺序产生控制信号。控制计算机完成相应的操作，实现数据处理和结果保存。控制计算机完成相应的操作，实现数据处理和结果保存。控制器和运算器两部分合称控制器和运算器两部分合称中央处理器中央处理器，简称，简称CPU。CPU82计算计算1+2=?运算器运算器 控制