第1章 计算机系统的基础知识.ppt

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1、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 本章要点与学习要求：计算机产生、发展和应用计算机产生、发展和应用 （了解）（了解）计算机的基本组成计算机的基本组成 （掌握）（掌握）进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 （熟悉）（熟悉）二进制数定点及浮点表示二进制数定点及浮点表示 （掌握）（掌握）二进制数原码反码及补码二进制数原码反码及补码 （掌握）（掌握）计算机常用编码计算机常用编码 （熟悉）（熟悉）补码加减运算补码加减运算 （掌握）（掌握）常用逻辑运算常用逻辑运算 （了解）（了解）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学章节教学章节计算机的发展概述计算机的发

2、展概述 1.1计算机基本组成及工作原理计算机基本组成及工作原理 1.2数制与编码数制与编码 1.3运算基础运算基础1.4逻辑代数及逻辑电路逻辑代数及逻辑电路 1.5第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1.1.1计算机的产生计算机的产生 计算机与一般计算工具的差别计算机与一般计算工具的差别存储器的大小存储器的大小运算能力运算能力 定义定义电电子子计计算算机机是是一一种种能能按按预预先先存存储储的的程程序序，对对以以数数字字形式出现的信息进行处理的形式出现的信息进行处理的电子装置电子装置。1.1 计算机发展概述计算机发展概述 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章

3、 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 结绳计数结绳计数是计算机的是计算机的“远古史远古史”算筹算筹是计算机的是计算机的“古代史古代史”中国中国算盘算盘与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展1.从算筹到算盘从算筹到算盘 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 16141614年年，耐耐普普尔尔利利用用对对数数原原理理制制造造一一台台乘乘法法机机。奥奥托托里里把把对对数刻在木板上，后发展为现在的计算尺。数刻在木板上，后发展为现在的计算尺。1642 1642年，法国数学家布

4、莱斯年，法国数学家布莱斯帕斯卡发明简易机械计算机。帕斯卡发明简易机械计算机。16711671年年，德德国国数数学学家家莱莱布布尼尼茨茨把把帕帕斯斯卡卡机机器器加加以以改改进进,使使它它既可以做加减法，又可以做乘除法运算。既可以做加减法，又可以做乘除法运算。圆柱型对数计算尺圆柱型对数计算尺帕斯卡帕斯卡帕斯卡加法器帕斯卡加法器2.机械计算器机械计算器 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识18201820年，查尔斯年，查尔斯巴贝奇设计了巴贝奇设计了“差分机差分机”(计算机之父计算机之父）18541854年，英国数学家乔治年，英国数学家乔治布尔

5、提出符号逻辑布尔提出符号逻辑 （布尔代数）（布尔代数）2020世纪世纪3030年代末期，英国数学家艾伦年代末期，英国数学家艾伦图灵描述了假想机器（图灵机）图灵描述了假想机器（图灵机）2020世纪世纪3030年代后期，艾肯和年代后期，艾肯和IBMIBM公司的工程师小组完成了公司的工程师小组完成了“Mark IMark I”布 尔巴贝奇Mark第一台差分机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识ENIACENIAC是世界公认的第一台通用电子数字计算机。是世界公认的第一台通用电子数字计算机。19461946年年2 2月月由美国宾州大学的莫克莱和

6、埃克特研制；由美国宾州大学的莫克莱和埃克特研制；1800018000多个多个电子管电子管、15001500多个多个继电器继电器、占地占地170170平方米平方米、重量重量3030吨、吨、计算速度计算速度5 5千次千次/秒；每次至多只能秒；每次至多只能存储存储2020个个十进制数；十进制数；弱点：存储容量小，尚未采用弱点：存储容量小，尚未采用“程序存储程序存储”方式；电子管太多方式；电子管太多第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识图灵对现代计

7、算机贡献：建立了图灵机的理论图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。智能的图灵测试。冯冯诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯即冯诺依曼结构。诺依曼结构。整个系统是由整个系统是由五大基本部件五大基本部件组成，即由运组成，即由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成；设备组成；采用二进制采用二进制，使用机器语言，使用机器语言,指令通过操作指令通过操作码来完成简单的码来完成简单的 操作；操作；采用采用存储程序存储程序的思想，

8、对计算进行集中的的思想，对计算进行集中的顺序控制。顺序控制。现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识所谓所谓现代计算机现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。旧落后的机械或继电器技术。以构成以构成计算机硬件的逻辑元件为标志计算机硬件的逻辑元件为标志，大致经历了，大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模超大规模集电路

9、计算机等四个发展阶段。超大规模集电路计算机等四个发展阶段。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展计算机的发展计算机的发展 P2P2 重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点采用采用电子管电子管作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件；存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等；存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等；外部设备采用纸带、卡片、磁带等；外部设备采用纸带、卡片、磁带等；使用机器语言，使用机器语言，5050年代中期开始使用汇编语言，但没有年代中期开始使用汇编语言，但没有操作系统操作系统体积庞大体积庞大 、笨重、

10、笨重 、耗电多、耗电多、可靠性差、可靠性差、速度慢、速度慢、维维护困难护困难 应用：科学计算应用：科学计算1.1.第一代电子计算机第一代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点使用半导体使用半导体晶体管晶体管作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件；使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带；使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带；输入输出方式有了很大改进；输入输出方式有了很大改进；开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增

11、体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增强强 ;应用：数据处理、工业控制、科学计算应用：数据处理、工业控制、科学计算 2.2.第二代电子计算机第二代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 使用使用中、小规模集成电路中、小规模集成电路作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件；开始使用半导体存储器。辅存仍以磁盘开始使用半导体存储器。辅存仍以磁盘,磁带为主；磁带为主；外部设备种类和品种增加；外部设备种类和品种增加；开始走向系列化、通用化和标准化；开始走向系列化、通用化和标准化；操作系统进一步完善，高级语言数量增多。操作系

12、统进一步完善，高级语言数量增多。计算机的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进计算机的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高一步提高应用：系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领应用：系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。域。3.3.第三代电子计算机第三代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 使用使用大规模、超大规模集成电路大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件；主存采用半导体存储器，辅存采用大容量的软、硬磁盘，主存采用半导体存储器，辅存采用大容量的软、硬磁盘，并开始

13、引入光盘；并开始引入光盘；外部设备有了很大发展，开始采用光字符阅读器（外部设备有了很大发展，开始采用光字符阅读器（OCROCR）,扫描仪、激光打印机和各种绘图仪；扫描仪、激光打印机和各种绘图仪；操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展。操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展。计算机的体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、存储计算机的体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、存储容量、可靠性等大幅度提高。容量、可靠性等大幅度提高。应用：应用：事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面。事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面。4.4.第四代电子计算机第四代电子计算机 上一页上一页

14、 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识人工智能（人工智能（AIAI）：）：是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延伸和扩展人的智能，以实现某些伸和扩展人的智能，以实现某些“机器思维机器思维”或脑力劳动自动或脑力劳动自动化的一门学科。化的一门学科。第五代计算机系统（第五代计算机系统（FGCS):FGCS):就是智能计算机系统，智能计算就是智能计算机系统，智能计算机由以下几个部分组成：机由以下几个部分组成：知识库（知识库（KB:KnowledgeKB:Knowledge Bank Bank）知识库计算机知识库计算机(K

15、BM:KnowledgeKBM:Knowledge Bank Machine Bank Machine）知识库管理系统知识库管理系统(KBMS)(KBMS)问题求解和推理机问题求解和推理机 智能接口系统智能接口系统 应用系统应用系统5.5.人工智能和第五代电子计算机人工智能和第五代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识工作原理工作原理 数字计算机（数字计算机（Digital ComputerDigital Computer）模拟计算机模拟计算机 (Analog Computer)(Analog Computer)混合计算机混合

16、计算机 (Hybrid computer)(Hybrid computer)按应用按应用 通用计算机通用计算机 (General Purpose Computer)(General Purpose Computer)专用计算机专用计算机 (Special Purpose Computer)(Special Purpose Computer)综合性能指标综合性能指标 巨型机巨型机 （Super ComputerSuper Computer）大型机大型机 （Main Frame ComputerMain Frame Computer）小型机（小型机（MiniComputerMiniComputer

17、）微型机（微型机（MicroComputerMicroComputer）工作站（工作站（WorkstationWorkstation）服务器（服务器（ServerServer）网络计算机网络计算机 （Net ComputerNet Computer）计计计计 算算算算 机机机机 分分分分 类类类类 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识巨型机巨型机(Super computer)(Super computer)又称超级计算机，它的价格昂贵、功又称超级计算机，它的价格昂贵、功能强大，多用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。能强大，多用

18、于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。社会模拟等。社会模拟等。它从技术上朝两个方向发展：它从技术上朝两个方向发展：开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表国家的计算机科学水平。国家的计算机科学水平。典型巨型计算机：典型巨型计算机：美国：美国：IBMIBM的的“红杉红杉”（SequoiaSequoia），），持续运算测试达到每持续运算测试达到每秒秒1632416324万亿次，其峰值运算速度高达每秒万亿次，其峰值运算速度高达每秒2013220132万亿

19、次万亿次。中国：天河一号（浪潮）、银河系列、曙光系列等。中国：天河一号（浪潮）、银河系列、曙光系列等。巨巨 型型 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识美国：美国：IBMIBM的的“红杉红杉”上一页上一页 返返 回回下一页下一页 中国：中国：天河一号天河一号第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展 P23P23 微微型型计计算算机机的的分分代代是是以以微微处处理理器器的的位位数数为为依依据据的的，共共分分四四代。代。第一代微型计算机第一代微型计算机 第二

20、代微型计算机第二代微型计算机 第三代微型计算机第三代微型计算机 第四代微型计算机第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：4 4位位/8/8位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/片）：片）：1200120020002000 时钟频率：时钟频率：0.50.50.8MHz0.8MHz 基本指令执行时间：基本指令执行时间：101015S15S 地址总线：地址总线：4/84/8条条CPUCPU举例举例Intel 4004Intel 40041.1.第一代微型计算机第一代微型计算机 上一页上一页 返

21、返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：8 8位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/片）：片）：5000500090009000时钟频率：时钟频率：1 12.5MHz2.5MHz基本指令执行时间：基本指令执行时间：1 12S2S地址总线：地址总线：1616条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 8080Intel 8080、Intel 8085Intel 8085、M6800M6800、Z-80Z-80Intel 8080Intel 80802.2.第二代微型计算机第二代微型计算机 上一页上一页 返返

22、 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：1616位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/片）：片）：2 2万万7 7万万时钟频率：时钟频率：5 5 10MHz 10MHz基本指令执行时间：基本指令执行时间：0.4 0.4 0.75S 0.75S地址总线：地址总线：20/2420/24条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例：）举例：Intel 8086Intel 8086、Intel 8088Intel 8088、Intel 80286Intel 80286、M68000M680003.3.第三代微型计算机第三代微型计算机

23、 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字字 长：长：32/6432/64位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/片）：片）：1010万以上万以上 时钟频率：时钟频率：25 25 150MHz150MHz 基本指令执行时间：基本指令执行时间：0.125S0.125S 地址总线：地址总线：24/3224/32条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 80386Intel 80386、Intel 80486Intel 80486、奔腾系列等、奔腾系列等4.4.第四代微型计算机第四代微型计算机 上一页上一

24、页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微笔记本电脑：一种体积更小、重量更轻的便携式微型机型机 单片计算机：微型计算机的主要部件集成在一块芯单片计算机：微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，也称单片微型计算机，简称单片机。片上，也称单片微型计算机，简称单片机。其他微型计算机其他微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识综合化、智能化综合化、智能化网络化、高速化、整体化、协同化网络化、高速化、整体化、协同化多样化、大众化多样化、大众化微小化、低能耗

25、、低污染、缩微化、绿色化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化 商品化商品化集成化、集成化、高效化高效化 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 1.1.3 1.1.3 计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势 P67P67第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能 了解计算机的工作过程。了解计算机的工作过程。教学重点教学重点 计算机硬件组成及各部分功能计算机硬件组成及各部分功能 1.2 1.2 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及

26、工作原理计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识概念 硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算机实体。机实体。软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料和各种程序。和各种程序。功能 硬件的功能：接受计算机程序硬件的功能：接受计算机程序,并在程序的控制下并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提

27、供一个宽松的工作环境。挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。关系二者缺一不可，没有软件的计算机称为二者缺一不可，没有软件的计算机称为“裸机裸机”裸裸机不能做任何工作。机不能做任何工作。硬件是组成计算机的物质基础硬件是组成计算机的物质基础,软件则是其灵魂软件则是其灵魂1.2.1 1.2.1 计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成 P7P7 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识负负责责数数据据的的算算术术运运算算和和逻逻辑辑运运算算即即数数据据的的加加工处理工处理实实现现记记忆忆功功能能的的部部件件用用来来存存放放计

28、计算算程程序序及及参参与与运运算算的的各各种数据。种数据。存储器存储器运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备实现计算实现计算程序和原始程序和原始数据的输入数据的输入负责对程负责对程序规定的控序规定的控制信息进行制信息进行分析、控制分析、控制并协调输入、并协调输入、输出操作或输出操作或内存访问内存访问1.2.1 1.2.1 计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成 P7P7输出设备输出设备实现计算实现计算结果的输出结果的输出重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识结果结果数据数据中央处理器中央处理器取取数数

29、存存数数外外 部部 设设 备备 接接 口口程序程序数据数据外设外设主主 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识冯冯诺依曼型计算机两大特征：诺依曼型计算机两大特征：程序存储程序存储 采用二进制采用二进制 微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图 P8P8重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识指令指令定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小单位。控制的最小单位。组成：

30、组成：操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能；操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能；地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址地址程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。机器指令是要计算机执行某种操作的指令，它们全机器指令是要计算机执行某种操作的指令，它们全部由部由0 0和和1 1这样的二进制编码组成，其操作通过硬件这样的二进制编码组成，其操作通过硬件逻辑电路实现。逻辑电路实现。1.2.2 1.2.2 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理

31、P9P9 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 输出设备输出设备执行执行结果结果程序程序数据数据先编写出完成这一算题的计算程序；先编写出完成这一算题的计算程序；结束指令结束指令输入设备输入设备内存储器内存储器微处理器微处理器地址地址/指令指令/数据数据分析指令分析指令取指令取指令执行指令执行指令结束结束其他指令其他指令计算机工作过程计算机工作过程CPU工作过程工作过程程序和数据送入计算机内存；程序和数据送入计算机内存；控制器从存储器中取指令；控制器从存储器中取指令；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；取取下下一一条条指指令令，分分析析执执行行

32、，如如此此重重复复操操作作，直直至至执执行行完完程程序序中中 的全部指令，便可获得最终结果。的全部指令，便可获得最终结果。计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识举例说明计算机的工作过程举例说明计算机的工作过程举例说明计算机的工作过程举例说明计算机的工作过程计算计算计算计算5+45+4？P910 P910 步骤步骤解题命令解题命令1 1从存储器中取从存储器中取5 5到运算器到运算器的的0 0号寄存器号寄存器2 2从存储器中取从存储器中取4 4到运算器到运算器的的1 1号寄存器号寄存器3 3在运算器中将在运算器中将

33、0 0号与号与1 1号寄号寄存器中数据相加，得存器中数据相加，得9 94 4将结果将结果9 9存入存储器中存入存储器中5 5打印结果打印结果6 6停机停机指令指令顺序顺序指令内容指令内容执行的操作执行的操作操作数操作数1 1取数取数5 52 2取数取数4 43 3加法加法5,45,44 4存数存数9 95 5打印打印9 96 6停机停机第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识操作名称操作名称操作码操作码取数取数01000100加法加法00100010存数存数01010101打印打印10001000停机停机11111111数的存放数的存放地址地址存放的数存放的数0001(D1)0

34、001(D1)01010101（5 5）0010(D2)0010(D2)01000100（4 4）0011(D3)0011(D3)计算结果计算结果指令指令地址地址指令内容指令内容所完成的操作所完成的操作操作码操作码地址码地址码010101010100010000010001R0(D1)R0(D1)011001100100010000100010R1(D2)R1(D2)011101110010001000010001R0R0+R1R0R0+R1100010000101010100110011(D3)R0(D3)R0100110011000100000110011打印打印(D3)(D3)10101

35、01011111111停机停机第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识0000 01010000 01010000 01000000 01000100 00010100 00010100 00100100 00100010 00010010 00010101 00110101 00111000 00111000 0011 1111 1111 0001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110011010 1010 存储单元地址存储单元地址 存储单元内容存储单元内容原始数据原始数据5 5原始

36、数据原始数据4 4存储计算结果存储计算结果R0(D1)R0(D1)R1(D2)R1(D2)R0R0+R1R0R0+R1(D3)R0(D3)R0打印打印(D3)(D3)停机停机第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程序的过程；计算程序的过程；计算程序是指令的有序集合。计算程序是指令的有序集合。指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指

37、令地址。为取下一条指令准备好指令地址。计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 P11P11 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 学习计算机中数据信息的表示方式和各种表示方学习计算机中数据信息的表示方式和各种表示方式之间的内在联系、二进制的定点与浮点表示及其式之间的内在联系、二进制的定点与浮点表示及其原码反码补码表示、计算机中非数值数据的编码，原码反码补码表示、计算机中非数值数据的编码，使大家对数值数据的表示方式有所了解。使大家对数值数据的表示方式有所了解。教学重点教学重点不同

38、进制数之间的转换不同进制数之间的转换二进制数的原码、反码及补码表示二进制数的原码、反码及补码表示字符编码字符编码1.3 1.3 数制与编码数制与编码数制与编码数制与编码第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识表示数据信息的两种基本方法表示数据信息的两种基本方法按值表示按值表示要求在选定的进位制要求在选定的进位制中正确地表示出数值，中正确地表示出数值，包括数字符号、小数包括数字符号、小数点位置及正负符号等。点位置及正负符号等。1按形表示按形表示按一定的编码方法按一定的编码方法来表示数据来表示数据2 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系

39、统的基础知识数制及其转换数制及其转换数制：用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数制：用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。数目的方法。基数：一个数制所包含的数字符号的个数。基数：一个数制所包含的数字符号的个数。位值：也叫权，通常称某个固定位置上的计数单位位值：也叫权，通常称某个固定位置上的计数单位为位值。为位值。数值的按权展开数值的按权展开 126.07=110126.07=1102 2+210+2101 1+610+6100 0+710+710-2-2第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识不同数制表示不同数制表示 在在数数码码的的右右下下角角注注明明数数制制或

40、在数的后面加一个字母。或在数的后面加一个字母。B B：二进制数：二进制数 O O：八进制数：八进制数 D D：十进制数：十进制数 H H：十六进制数：十六进制数不同数制特点不同数制特点进进位位计计数数制制方方式式:每每种种数数制制使使用用数数码码个个数数R R称称为为基基数数，进进位位计计数数制制编编码码符符合合“逢逢R R进位进位”规则。规则。位位权权表表示示法法:数数制制中中每每一一固固定定位位置置对对应应的的单单位位值值称称为为权权，处处于于不不同同位位置置数数码码代代表表的的值值与它所在位置权值有关。与它所在位置权值有关。121.3.1 1.3.1 进位制数及其相互转换进位制数及其相互

41、转换进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识计算机中常用进制数的表示（重点）计算机中常用进制数的表示（重点）计算机中常用进制数的表示（重点）计算机中常用进制数的表示（重点）上一页上一页 返返 回回下一页下一页 进制进制二进制二进制B B十进制十进制D D八进制八进制O O十六进制十六进制H H用途用途计算机内用计算机内用现实生活用现实生活用用于压缩书写二进制数，转换更用于压缩书写二进制数，转换更直观、更简洁、更方便：直观、更简洁、更方便：2 23 3、2 24 4 数码数码0 0，1 10 0，1

42、1，9 9 0 0，1 1，7 7 0 0，1 1，9 9，A A，B B，F F 基数基数2 210108 81616位权位权2 2i i 1010i i 8 8i i 1616i i 规则规则逢逢2 2进进1 1 逢逢1010进进1 1 逢逢8 8进进1 1 逢逢1616进进1 1 表示表示形式形式（XXXXXX）2 2 XXXBXXXB（XXXXXX）1010 XXXD XXXD（XXXXXX）8 8 XXXO XXXO（XXXXXX）1616 XXXH XXXH 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识使使用用按按权权相相加加法法，即即将将各各位位进进制制数数码码与与它

43、它对对应应的的权权相相乘乘，其其积积相相加加，和和数数即即为为与与该该R R进进制制数数相对应的十进制数。相对应的十进制数。整数的转换整数的转换:采用除采用除R R取取余法。从最后一次除得余余法。从最后一次除得余数读起（即从高位到低位）。数读起（即从高位到低位）。小数部分的转换小数部分的转换:采用采用乘乘R R取整法，将所得小数从取整法，将所得小数从第一次乘得整数读起，就第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应是这个十进制小数所对应的的R R进制小数。进制小数。R R进制数进制数十进制数十进制数十进制数十进制数R R进制数进制数不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制

44、之间的转换 P13P13重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 分分析析：使使用用按按权权相相加加法法，即即将将各各位位进进制制数数码码与与它它对对应应的的权权相相乘乘，其积相加，和数即为与该其积相加，和数即为与该R R进制数相对应的十进制数。进制数相对应的十进制数。(1100101.101)(1100101.101)2 2=1=12 26 6+1+12 25 5+0+02 24 4+0+02 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1+0+02 2-2-2+1+12 2-3-3=

45、64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125=64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125=（101.625101.625）1010即即 （1100101.1011100101.101）2 2=（101.625101.625）1010例例1 1：求（：求（1100101.1011100101.101）2 2 的等值十进制数。的等值十进制数。上一页上一页 返返 回回下一页下一页 33 解解:先求（先求（6666）1010等值二进制数等值二进制数 余数余数 2 66即（即（6666）1010=（1000010)1000010)2 2再求小数部分再求小数部分 积的整数部分积的整数部分 0

46、.1252=0.250 0 0.2502=0.500 0 0.5002=1.000 1 即即(0.125)(0.125)1010=(0.001)=(0.001)2 2所以：所以：(66.625(66.625）1010=(1000010.001=(1000010.001）2 2注注意意：十十进进制制小小数数不不一一定定都都能能转转换换成成完完全全等等值值的的二二进进制制小小数数，所所以以有有时时要要取取近近似似值值，有有换换算算误差存在。误差存在。01684210100001例例2 2：求（：求（66.12566.125）1010等值二进制数等值二进制数 分析：分析：将此数分成整数和小数分别转换

47、，然后再拼接起来。将此数分成整数和小数分别转换，然后再拼接起来。上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识二进制数二进制数八进制数八进制数 “三位并一位三位并一位”以小数点为基准，整数部分以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高从右至左，每三位一组，最高位不足三位时，添位不足三位时，添0 0补足三位；补足三位；小数部分从左至右，每三位小数部分从左至右，每三位一组最低有效位不足三位时，一组最低有效位不足三位时，添添0 0补足三位。补足三位。各组三位二进制数按各组三位二进制数按2 22 2，2 21 1，2 20 0权展开后相加，得到一

48、个权展开后相加，得到一个八进制数八进制数八进制数八进制数二进制数二进制数 “一位拆三位一位拆三位”把一位八进制写成把一位八进制写成对应的三位二进制，然对应的三位二进制，然后按权连接即可后按权连接即可 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 二进制与八进制之间的转换二进制与八进制之间的转换第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识二进制数二进制数十六进制数十六进制数 “四位并一位四位并一位”以小数点为基准，整数部以小数点为基准，整数部分从右至左，每四位一组，最分从右至左，每四位一组，最高位不足四位时，添高位不足四位时，添0 0补足四补足四位；位；小数部分从左至右，每四小数部分从左至右

49、，每四位一组最低有效位不足四位时，位一组最低有效位不足四位时，添添0 0补足四位。补足四位。各组四位二进制数按各组四位二进制数按2 23 3,2 22 2，2 21 1，2 20 0权展开后相加，权展开后相加，得得到一个十六进制数到一个十六进制数十六进制数十六进制数二进制数二进制数 “一位拆四位一位拆四位”把一位十六进制写把一位十六进制写成对应的四位二进制，成对应的四位二进制，然后按权连接即可然后按权连接即可 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 二进制与十六进制之间的转换二进制与十六进制之间的转换第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例3 3：将（：将（101011101

50、1.0010111)1010111011.0010111)2 2 转换转换 为八进制数为八进制数解：解：001 010 111 011.001 011 100 1 2 7 3 .1 3 4 即：即：(1 1010010111111011011.0010010110111)1)2 2=(=(1 12 27 73.3.1 13 34 4)8 8例例4 4：将（：将（2754.41)2754.41)8 8转换成二进制数转换成二进制数 解：解：2 2 7 7 5 5 4 4 .4 4 1 1 010 010 111 111 101101 100 100 .100100 001 001 即：（即：（2