第二章-数据存储课件

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：计算机中的数据编码（掌握）计算机中的数据编码（掌握）计算机中的进位计数制及转换（掌握）计算机中的进位计数制及转换（掌握）逻辑代数和触发器的基本概念（理解）逻辑代数和触发器的基本概念（理解）内存和外存（了解）内存和外存（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目的：教学目的：掌握计算机中数的编码，字符的编码，各类进位计数制以及掌握计算机中数的编码，字符的编码，各类进位计数制以及它们之间的相互转换它们之间的相互转换教学重点：教学重点：计算机中的数据编码，类进位计数制以及它们之间的相互转计算机中的数据编码，类进位计数制以及它们之间的相互转换换2.12.1 计算机中信息的表示计算机中信息的表示计算机中信息的表示计算机中信息的表示第二章第二章 概述概述1 1.数据数据 一切能被计算机接收和处理的物理符号都称为一切能被计算机接收和处理的物理符号都称为“数据数据”，如数字、文字、图形、图像、声音等，是存储在计算机上物，如数字、文字、图形、图像、声音等，是存储在计算机上物理符号的集合。理符号的集合。数据按数据按性质性质可分为：可分为：模拟数据模拟数据 数字数据数字数据 数据按数据按类型类型可分为：可分为：数值型数据数值型数据 非数值型数据非数值型数据2.2.信息信息 有意义的数据即信息。有意义的数据即信息。2.1.12.1.1 数据与信息导述数据与信息导述数据与信息导述数据与信息导述第二章第二章 概述概述3.3.信息单位信息单位 1 1 1 1)位位位位(bit)(bit)(bit)(bit)：它是二进制的一个数位，简称位。它是二进制的一个数位，简称位。它是二进制的一个数位，简称位。它是二进制的一个数位，简称位。位是计算机位是计算机位是计算机位是计算机最小的数据单位最小的数据单位最小的数据单位最小的数据单位。n n n n个二进制位可以表示个二进制位可以表示个二进制位可以表示个二进制位可以表示2 2n n种状态。种状态。种状态。种状态。例例例例:二进制数二进制数二进制数二进制数10100101 10100101 10100101 10100101，共有，共有，共有，共有8 8 8 8个位。个位。个位。个位。2)2)2)2)字节字节字节字节(Byte)(Byte)(Byte)(Byte)：8 8 8 8个二进制位为个二进制位为个二进制位为个二进制位为1 1 1 1个字节。个字节。个字节。个字节。字节是字节是字节是字节是最基本的存储单位最基本的存储单位最基本的存储单位最基本的存储单位，也是计算机中，也是计算机中，也是计算机中，也是计算机中最小的信息最小的信息最小的信息最小的信息单位单位单位单位。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换算关系换算关系换算关系换算关系 1B=8b 1KB=210B=1024B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B3)3)字字字字(word)(word)字字字字(Word)(Word)是计算机存储、传输、是计算机存储、传输、是计算机存储、传输、是计算机存储、传输、处理数据的信息单位。通常一组二处理数据的信息单位。通常一组二处理数据的信息单位。通常一组二处理数据的信息单位。通常一组二进制数位叫做一个进制数位叫做一个进制数位叫做一个进制数位叫做一个“字字字字”。字可以是一条指令，也可字可以是一条指令，也可字可以是一条指令，也可字可以是一条指令，也可以是一个数字。以是一个数字。以是一个数字。以是一个数字。字的组合字的组合字的组合字的组合:1 1word=word=n n ByteByte问题问题1、两个两个bit 可以表示状态？可以表示状态？2、11011100有几个有几个bit？占几占几个字节？个字节？3、一台计算机的字长是一台计算机的字长是4个个字节，意味着在字节，意味着在CPU中作中作为一个整体加以传递处理为一个整体加以传递处理的二进制代码为多少位？的二进制代码为多少位？00 01 10 118个个bit，一个字节一个字节32位位千千字节字节兆字节兆字节吉字节吉字节第二章第二章 概述概述二进制二进制2.1.22.1.2 计算机中的数据编码计算机中的数据编码计算机中的数据编码计算机中的数据编码第二章第二章 概述概述（1 1）数的长度）数的长度 数的长度指用一个十进制数表示一个数值所占用的实数的长度指用一个十进制数表示一个数值所占用的实际位数。际位数。例例:12345:12345的长度为的长度为5 5。由于在计算机中储存容量的大小是用字节来度量的由于在计算机中储存容量的大小是用字节来度量的，数的长度也常用字节来计量数的长度也常用字节来计量。（2 2）数的符号）数的符号 通常把通常把一个数的最高位定义为符号位一个数的最高位定义为符号位，用，用“0 0”表示正、表示正、用用“1 1”表示负，称为表示负，称为数符数符。（3 3）小数点的表示）小数点的表示 表示一个数值型数据时，通常要先约定小数点的位置。表示一个数值型数据时，通常要先约定小数点的位置。小数点位置约定在数符后面表示小数点位置约定在数符后面表示定点小数定点小数，在最后一位数符之，在最后一位数符之后表示后表示定点整数定点整数。1.1.计算机中数的编码计算机中数的编码第二章第二章 概述概述 定点整数：定点整数：S小数点小数点无符号位无符号位S小数点小数点定点小数：定点小数：定点数表示定点数表示第二章第二章 概述概述 浮点数表示110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数1100110011N=数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值规格化的形式：尾数的绝对值大于等于大于等于0.1并且小于并且小于1，从而，从而唯一地规定了小数点的位置。唯一地规定了小数点的位置。定点整数定点整数定点小数定点小数第二章第二章 概述概述（4 4）数的编码）数的编码 真值数真值数 把机器外部由正把机器外部由正(+)(+)、负、负(-)(-)号表示的数称为真值数。号表示的数称为真值数。机器数机器数 二进制数在计算机中的表示形式称为机器数，即二进制数在计算机中的表示形式称为机器数，即符号符号位数字化的真值数位数字化的真值数。机器数的特点：机器数的特点：用用二进制二进制表示，平时所用数为十进制。表示，平时所用数为十进制。机器数的机器数的符号位用符号位用1 1与与0 0表示正负表示正负，平时所用数为，平时所用数为“+/-”+/-”表示正负。表示正负。机器数的机器数的位数是固定的位数是固定的，能表示的数值范围受到位，能表示的数值范围受到位数限制，而平时所用数不受此限制。数限制，而平时所用数不受此限制。第二章第二章 概述概述0X1|X|0=XX=0+7：00000111 +0：00000000 -7：10000111 -0：10000000 X原原=(3)补码补码(2)反码反码0X1|X|0=XX=0+7：00000111 +0：00000000 -7：11111000 -0：11111111 X反反=+7：00000111 +0：00000000 0X1|X|+10=XX=0-7：11111001 -0：00000000 X反反=常见带符号数的编码方案 假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1)原码原码 最高位为符号位，其余最高位为符号位，其余n-1位表示数的绝对值。位表示数的绝对值。在原码表示中，零有两种表示形式在原码表示中，零有两种表示形式:+0原原=00000000 -0原原=10000000 8位字长的原码表示范围为位字长的原码表示范围为:-127(11111111)+127(011111111)正数的反码与原码相同，正数的反码与原码相同，负数的反码为除符号位负数的反码为除符号位外其余位按位取反外其余位按位取反。在反码表示在反码表示 中，零有两种表示形式中，零有两种表示形式 +0反反=00000000 -0反反=11111111 正数的补码与原码、反码相同，正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等负数的补码等于它的反码加于它的反码加1。在补码表示在补码表示 中，零有唯一的编码：中，零有唯一的编码：+0补补=-0补补 00000000 8位字长的反码表示范围为：位字长的反码表示范围为：-128(10000000)+127(01111111)第二章第二章 概述概述u “字符字符”包括英文字母、标点符号、特殊符号及数字符号。包括英文字母、标点符号、特殊符号及数字符号。u 字符编码即是将字符转换为二进制的编码规则。字符编码即是将字符转换为二进制的编码规则。u 国际通用的字符编码方案：国际通用的字符编码方案：ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange,即美国标准信息交换码即美国标准信息交换码)(1)基本基本ASCII码码 基本基本ASCII码字符集包括了码字符集包括了128个字符个字符，用一个字节的，用一个字节的低低7位位编码，范围为编码，范围为0127。其中。其中通用控制字符通用控制字符32个，个，阿拉伯数字阿拉伯数字10个个，大小写英文字母大小写英文字母52个个，各种标点符号和运算符号各种标点符号和运算符号34个个。常用字符的常用字符的ASCII编码如下：编码如下：空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 971222.计算机中字符的编码计算机中字符的编码第第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表2-1-2基本基本ASCII码码字符集字符集第二章第二章 概述概述 利用利用ASCIIASCII码值可以比较字符的大小码值可以比较字符的大小 一般地，各类字符的一般地，各类字符的ASCIIASCII码值大小比较，有如下规律：码值大小比较，有如下规律：空格标点符号数字大写字母小写字母空格标点符号数字大写字母小写字母(2)EASCII(2)EASCII码码(即扩展即扩展ASCIIASCII编码编码)EASCII(ExtendedEASCII(Extended ASCII,ASCII,扩充美国标准信息交换码扩充美国标准信息交换码)是是将将基本基本ASCIIASCII码由码由7 7位位扩充为扩充为8 8位位。8位位ASCII编码版本编码版本 8位编码构成扩展位编码构成扩展ASCII编码，能表示的字符和图形符号编码，能表示的字符和图形符号有有256个个，其中包括基本，其中包括基本ASCII码字符码字符128个和扩充的个和扩充的ASCII码码128个。个。扩充的扩充的ASCII码码 最高位为最高位为1 1，扩充部分编码范围为，扩充部分编码范围为 10000000-1111111110000000-11111111，相应的十进制数为，相应的十进制数为128-255128-255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)汉字输入码汉字输入码 汉字输入码又称汉字输入码又称“外码外码”，是用户进行汉字输入操作时使用的代，是用户进行汉字输入操作时使用的代码。码。音码类音码类：全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能自然码和智能ABC等等 形码类形码类：五笔字型法、郑码输入法等：五笔字型法、郑码输入法等。(2)汉字国标码汉字国标码(即即国家标准代码国家标准代码的简称的简称 )汉字国标码采用汉字国标码采用两个字节表示一个汉字两个字节表示一个汉字，每个字节用，每个字节用7位，最高位位，最高位一般置一般置0。(3)汉字机内码汉字机内码(也称也称机器内码机器内码、内码内码或或汉字存储码汉字存储码)把把汉字国标码两字节的最高位都置汉字国标码两字节的最高位都置1，作为微机汉字系统机器内部，作为微机汉字系统机器内部存储、处理和传输汉字信息时使用的编码，例如：存储、处理和传输汉字信息时使用的编码，例如：中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B 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 第二章第二章 概述概述(4)汉字字形码汉字字形码 汉字字形码是对汉字的形状进行二进制编码，主要用来显示或打印汉字汉字字形码是对汉字的形状进行二进制编码，主要用来显示或打印汉字,是是表示汉字字形的字模数据。表示汉字字形的字模数据。常用方式：常用方式：点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码 有有1616、2424、3232、4848等等编码、存储方式简单、无需转换直接输编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差。出放大后产生的效果差。矢量：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。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。第二章第二章 概述概述一、进位计数制一、进位计数制 把一组特定的符号按先后顺序排列起来，由低位向高位把一组特定的符号按先后顺序排列起来，由低位向高位进位计数的方法，称为进位计数的方法，称为“进位计数制进位计数制”。相关概念：相关概念：【数位数位】数码在一个数中的位置数码在一个数中的位置，如十进制数中的个，如十进制数中的个位、十位位、十位 【基数基数】在某种进制数中在某种进制数中允许使用的基本符号的个数允许使用的基本符号的个数，一般一般r r进制数其基数就是进制数其基数就是r r。【权权】和和数位有关的概念数位有关的概念，即，即每一个数位上的数码所每一个数位上的数码所表示的数值的大小，表示的数值的大小，一般等于该一般等于该数码本身乘以一个常数数码本身乘以一个常数，该常数该常数即权即权。任何一个进制数都可按权展开成为多项式，。任何一个进制数都可按权展开成为多项式，各位的权是以各位的权是以基数为底的幂基数为底的幂，如十进制数，如十进制数555.55555.55可表示为：可表示为：555.55=5555.55=510102 2+5+510101 1+5+510100 0+5+51010-1-1+5+51010-2-2 (其中划线部分即为权其中划线部分即为权)2.1.22.1.2 计算机进位计数制计算机进位计数制计算机进位计数制计算机进位计数制第二章第二章 概述概述R进制进制数可用数可用 r个基本符号（例如个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示。表示。基数基数权权:以基数为底的幂以基数为底的幂数码数码678.34=6102+7101+8100+310-1+410-2第二章第二章 概述概述二、二、计算机中常用的进位计数制计算机中常用的进位计数制1.1.十进制（十进制（Decimal notation,Decimal notation,用用D D表示表示）基数为基数为1010，数符为，数符为0-90-9的计数系统，称为的计数系统，称为“十进制十进制”。十进制计数规则十进制计数规则 基数基数:10 数符数符:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 运算规则运算规则:逢十进一逢十进一 位权位权:1010i i 十进制数十进制数整数部分整数部分的位权的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是10100 0、10101 1、10102 2、10103 3、10104 4 十进制数十进制数小数部分小数部分的位权的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是1010-1-1、1010-2-2、1010-3-3、1010-4-4 第二章第二章 概述概述十进制数表示方法：十进制数表示方法：十进制数表示方法：十进制数表示方法：从位权角度看，任意一个十进制数可以展开成数字与其位从位权角度看，任意一个十进制数可以展开成数字与其位权乘积的多项式之和。权乘积的多项式之和。A=(aA=(an-1n-11010n-1n-1aa1 110101 1a a0 010100 0a a-1-11010-1-1a a-2-21010-2-2aa-m-m1010-m-m)其中其中:a ai i(i(i=n,2,1,0,=n,2,1,0,1,1,2,2,m)m)为为0-90-9中任何一个数字符号。中任何一个数字符号。【例例】十进制数十进制数3450.023450.02可以写成如下加权展开多项式：可以写成如下加权展开多项式：3450.02=3103450.02=3104104105105100100100 0 010010-1-1210210-2-2【提示提示】系统默认对十进制数不加下标。系统默认对十进制数不加下标。第二章第二章 概述概述2 2二进制数（二进制数（Binary notation,Binary notation,用用B B表示表示）基基数数为为2,2,数数符符为为0 0、1 1的的计计数数系系统统,称称为为“二二进进制制”。二进制计数规则：二进制计数规则：基数基数:2 2 数符数符:0 0、1 1 运算规则运算规则:逢二进一逢二进一 位权位权：2 2i i 二进制各数位的权是以二进制各数位的权是以2 2为底数的幂。为底数的幂。二进制数整数部分的位权二进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是2 20 0、2 21 1、2 22 2、2 23 3、2 24 4 二进制小数部分的位权二进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是2 2-1-1、2 2-2-2、2 2-3-3、2 2-4-4第二章第二章 概述概述 二进制数表示方法：二进制数表示方法：二进制数表示方法：二进制数表示方法：从位权角度看，任意一个二进制数同样可以用多项从位权角度看，任意一个二进制数同样可以用多项式之和来表示。式之和来表示。A A2 2=(a=(an-1n-122n-1n-1aa1 1221 1a a0 0220 0a a-1-122-1-1a a-2-2222 2aa-m-m22-m-m)其中其中:a ai i(i(i=n,2,1,0,=n,2,1,0,1,1,2,2,m)m)为为0101中任何一个数字符号。中任何一个数字符号。【例例】二进制数二进制数(1011.01)(1011.01)2 2可以写成如下多项式：可以写成如下多项式：(1011.01)(1011.01)2 2=12 123 302022 212121 112120 00202-1-11212-2-2【提示提示】二进制数必须加下标如二进制数必须加下标如(1011.01)(1011.01)2 2,或加数制符如或加数制符如(1011.01)(1011.01)B B来表示。来表示。第二章第二章 概述概述3 3八进制（八进制（Octal notation,Octal notation,用用O O表示表示）基数为基数为8 8，数符为，数符为0-70-7的计数系统，称为的计数系统，称为“八进制八进制”。八进制计数规则：八进制计数规则：基数：基数：8 数符：数符：0、1、2、3、4、5、6、7 运算规则：运算规则：逢八进一逢八进一 位权：位权：8i 八进制各数位的权是以八进制各数位的权是以8 8为底数的幂。为底数的幂。八进制数整数部分的位权八进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是8 80 0、8 81 1、8 82 2、8 83 3、8 84 4 八进制小数部分的位权八进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是8 8-1-1、8 8-2-2、8 8-3-3、8 8-4-4第二章第二章 概述概述 八进制数表示方法八进制数表示方法 从位权角度看从位权角度看,任意一个八进制数同样可以用多项式之和任意一个八进制数同样可以用多项式之和来表示。来表示。A A8 8=(a=(an-1n-188n-1n-1aa1 1881 1a a0 0880 0a a-1-188-1-1a a-2-2882 2aa-m-m88-m-m)其中：其中：a ai i(i(i=n,2,1,0,=n,2,1,0,1,1,2,2,m)m)为为0-70-7中任何一个数字符号。中任何一个数字符号。【例例】八进制数八进制数(4537.71)(4537.71)8 8,按位权相加展开式为：按位权相加展开式为：(4537.71)(4537.71)8 8=48=485858383878780 07878-1-11818-2-2【提示提示】八进制数必须加下标如八进制数必须加下标如(4537.71)(4537.71)8 8,或加数制符如或加数制符如(4537.71)(4537.71)O O来表示。来表示。第二章第二章 概述概述4 4十六进制（十六进制（HexadecinalHexadecinal，用，用H H表示表示）基数为基数为16,16,数符为数符为0-90-9以及以及A-FA-F的计数系统的计数系统,称为称为“十六十六进制进制”。十六进制计数规则：十六进制计数规则：基数基数:16 数符数符:09、AF或或af 运算规则运算规则:逢十六进一逢十六进一 位权位权:16i 十六进制各数位的权是以十六进制各数位的权是以1616为底数的幂。为底数的幂。十六进制数整数部分的位权十六进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是16160 0、16161 1、16162 2、16163 3、16164 4 十六进制小数部分的位权十六进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是1616-1-1、1616-2-2、1616-3-3、1616-4-4第二章第二章 概述概述 十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系 A A A A、B B B B、C C C C、D D D D、E E E E、F F F F表示的数值与十进制数对应关系如表表示的数值与十进制数对应关系如表表示的数值与十进制数对应关系如表表示的数值与十进制数对应关系如表2-2-22-2-22-2-22-2-2所所所所示。示。示。示。表表表表2-2-2 2-2-2 2-2-2 2-2-2 十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数十六进制数十六进制数十六进制数A AB BC CD DE EF F十进制数十进制数十进制数十进制数101011111212131314141515第二章第二章 概述概述 十六十六进制数表示方法进制数表示方法 从位权角度看从位权角度看,任意一个任意一个十六十六进制数同样可以用多项式之进制数同样可以用多项式之和来表示。和来表示。A A1616=(a=(an-1n-11616n-1n-1aa1 116161 1a a0 016160 0a a-1-11616-1-1a a-2 216162 2aa-m-m1616-m-m)其中其中:a ai i(i(i=n,2,1,0,=n,2,1,0,1,1,2,2,m)m)为为0-90-9 以及以及A-FA-F中任何一个数字符号。中任何一个数字符号。【例例】十六进制数十六进制数(34AF)(34AF)1616，按位权展开式为：，按位权展开式为：(34AF.4)(34AF.4)1616=316=31641641610161016151615160 0416416-1-1【提提示示】十十六六进进制制数数必必须须加加下下标标如如(34AF.4)(34AF.4)1616，或或加加数数制制符符如如(34AF.4)(34AF.4)H H来表示。来表示。第二章第二章 概述概述进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制规规 则则逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一基基 数数r=2r=8r=10r=16数数 符符0,10,1,70,1,90,1,9,A,B,F权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH5.计算机中常用的几种进位计数制归纳如下计算机中常用的几种进位计数制归纳如下第二章第二章 概述概述三、三、在计算机内在计算机内部采用二进制部采用二进制1 1易于用器件实现易于用器件实现 二进制只有二进制只有0 0和和1 1两个状态，电子元件就可以用对立的两个状态来表两个状态，电子元件就可以用对立的两个状态来表示，示，可用自然界存在的两种对立的物理状态表示。可用自然界存在的两种对立的物理状态表示。2 2二进制数运算简便二进制数运算简便 二进制数的运算法则比其他进制简单二进制数的运算法则比其他进制简单加法加法 0 00 0 0 0 乘法乘法 00 00 0 0 01 101 01 10 0 11 10 11 1 2(2+1)/2个和个和 2(2+1)/2个积个积3 3易于实现逻辑运算易于实现逻辑运算 采用二进制可以进行逻辑运算，使逻辑代数和逻辑电路成为计算机采用二进制可以进行逻辑运算，使逻辑代数和逻辑电路成为计算机电路设计的数学基础。电路设计的数学基础。第二章第二章 概述概述1.1.非十进制非十进制非十进制非十进制(二、八、十六进制二、八、十六进制二、八、十六进制二、八、十六进制)与十进制的相互转换与十进制的相互转换与十进制的相互转换与十进制的相互转换(1)非十进制非十进制 十进制十进制 一个非十进制数的一个非十进制数的加权系数和加权系数和就是该非十进制数所对应的十就是该非十进制数所对应的十进制数，也称进制数，也称“按权展开法按权展开法”。例：(10101)B=24+22+20=21 (101.11)B=22+21+2-1+2-2=5.75 (101)O=82+80=65 (71)O=781+1=57 (101A)H=163+16+104106进制表示符号进制表示符号B 二进制二进制O八进制八进制D十进制十进制H十六进制十六进制2.1.32.1.3 不同进位计数数制间的转换不同进位计数数制间的转换不同进位计数数制间的转换不同进位计数数制间的转换第二章第二章 概述概述(2)(2)十进制十进制 非十进制非十进制 整数部分：整数部分：除基反序取余除基反序取余 小数部分：小数部分：乘基顺序取整乘基顺序取整100=(144)O=(64)H例：100.345=(1100100.01011)B10025022521226232100010011八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制0.3451.38 20.69 22 0.76 2 1.52 2 1.0401011第二章第二章 概述概述（3 3）二进制、八进制、十六进制数间的相互转二进制、八进制、十六进制数间的相互转二进制、八进制、十六进制数间的相互转二进制、八进制、十六进制数间的相互转换换换换(64)H=(0110 0100)B 6 4(144)O=(001 100 100)B 1 4 4(1 101 101 110.110 101)B=(1556.65)O1 5 5 6 6 5(11 0110 1110.1101 01)B=(36F.D4)H 3 6 F D 4一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制 整数部分整数部分：从右向左按三从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分小数部分：从左向右按三从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零：整数补在左端，小数补在右端整数补在左端，小数补在右端第二章第二章 概述概述二进制、八进制、十六进制数间的关系二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制八进制 对应二进制对应二进制 十六进制十六进制对应二进制对应二进制十六进制十六进制对应二进制对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111第二章第二章 概述概述1.1.二进制数的加法运算二进制数的加法运算2.2.二进制数的减法运算二进制数的减法运算加法运算法则加法运算法则0+0=00+0=00+1=1+0=10+1=1+0=11+1=01+1=0 1101+1110 11011减法运算法则法运算法则0-0=1-1=00-0=1-1=01-0=11-0=10-1=10-1=1 11011-1110 11012.1.42.1.4 二进制数的算术运算二进制数的算术运算二进制数的算术运算二进制数的算术运算第二章第二章 概述概述3.3.二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算 4.4.二进制数的除法运算二进制数的除法运算乘乘法运算法则法运算法则0 00=00=00 01=11=10=00=01 11=11=1除法运算法则法运算法则0 00=00=00 01 1=0=01 11=11=1 1101 1010 0000 1101 0000+1101 10000010 101 1011 111011 1011 1111 1011 100第二章第二章 概述概述逻辑代数起源于逻辑代数起源于19世纪初。逻辑代数研究逻辑量的运算关系。世纪初。逻辑代数研究逻辑量的运算关系。逻辑量逻辑量真、假真、假基本的逻辑运算基本的逻辑运算逻辑与（逻辑与（AND）定义：定义：假假 AND 假假=假假假假 AND 真真=假假真真 AND 假假=假假真真 AND 真真=真真2.22.2 逻辑代数的基本概念逻辑代数的基本概念逻辑代数的基本概念逻辑代数的基本概念第二章第二章 概述概述逻辑或（逻辑或（OR）定义：定义：假假 OR 假假=假假假假 OR 真真=真真真真 OR 假假=真真真真 OR 真真=真真逻辑非（逻辑非（NOT）定义：定义：NOT 假假=真真NOT 真真=假假第二章第二章 概述概述用计算机实现逻辑运算时，通常用符号用计算机实现逻辑运算时，通常用符号“1 1”表示表示真，用符号真，用符号“0 0”表示假。表示假。逻辑运算的定义可表示如下逻辑运算的定义可表示如下：逻辑与的定义0 AND 0=0 0 AND 1=01 AND 0=0 1 AND 1=1逻辑或的定义0 OR 0=0 0 OR 1=11 OR 0=1 1 OR 1=1。逻辑非的定义NOT 0=1 NOT 1=0。第二章第二章 概述概述逻辑变量和逻辑表达式逻辑变量和逻辑表达式设P和Q 是两个逻辑变量，则三种逻辑表达式可能的取值结果如表2-7。逻辑表达式的取值逻辑表达式的取值 逻辑代数是现实世界事物之间逻辑关系的一种抽逻辑代数是现实世界事物之间逻辑关系的一种抽象描述。象描述。例如，当逻辑变量P表示“昨天是晴天”，逻辑变量Q表示“昨天的最高温度是30度”，则逻辑表达式P AND Q表示“昨天是晴天”并且“昨天的最高温度是30度”。PQP AND QP OR QNOT P000010101100101111第二章第二章 概述概述逻辑代数有广泛的现实用途逻辑代数有广泛的现实用途在硬件设计方面在硬件设计方面可以用基本的逻辑元件来实现逻辑代数中的各可以用基本的逻辑元件来实现逻辑代数中的各种基本逻辑操作，而基本的逻辑元件可以构成种基本逻辑操作，而基本的逻辑元件可以构成各种复杂的逻辑部件。各种复杂的逻辑部件。逻辑元件还可以组合出各种各样的控制信号，逻辑元件还可以组合出各种各样的控制信号，用来控制和协调各个部件的工作过程。用来控制和协调各个部件的工作过程。触发器的设计。触发器的设计。在软件设计方面在软件设计方面可以通过组合若干逻辑操作（称作逻辑表达式）可以通过组合若干逻辑操作（称作逻辑表达式）实现逻辑推理。实现逻辑推理。程序设计中的条件判断、条件组合等都是逻辑程序设计中的条件判断、条件组合等都是逻辑表达式的例子。表达式的例子。为实现逻辑推理，机器指令系统中也设计有专为实现逻辑推理，机器指令系统中也设计有专门的逻辑机器指令。门的逻辑机器指令。第二章第二章 概述概述基本的逻辑元件基本的逻辑元件 用半导体材料制造用半导体材料制造。基本逻辑元件的功能表基本逻辑元件的功能表 图2-9 逻辑元件符号和功能表（a）AND；（b）OR；（c）NOT 2.3 2.3 触发器触发器触发器触发器第二章第二章 概述概述触发器触发器用基本的逻辑元件构造的一种具有稳定状态，体积很小、且便于控制的电子装置。触发器的功能特点可以接收并保持所接收的“0”或“1”信号。图图2-10 2-10 触发器触发器（a a）逻辑图；（逻辑图；（b b）功能表功能表 第二章第二章 概述概述触发器的工作原理触发器的工作原理当输入的当输入的S S端为端为1 1，R R端为端为0 0时，则元件时，则元件1 1的输出为的输出为0 0，元件，元件2 2的输出为的输出为1 1，元件，元件3 3的输出为的输出为1 1，元件，元件4 4的的输出为输出为0 0。此种状态对应图。此种状态对应图2-102-10（b b）的第的第1 1行。行。输入输入S S端为端为1 1，R R端为端为0 0时的内部逻辑关系图如图时的内部逻辑关系图如图2-2-1111（a a）所示。所示。第二章第二章 概述概述当输入信号撤消时，因此时是当输入信号撤消时，因此时是R R端的端的0 0信号使触信号使触发器开始工作，所以输入信号撤消是指发器开始工作，所以输入信号撤消是指R R端的端的0 0信号变成了信号变成了1 1信号。但元件信号。但元件4 4输出的输出的0 0将继续使元将继续使元件件1 1的输出保持为的输出保持为0 0，元件，元件1 1输出的输出的0 0使元件使元件2 2的输的输出保持为出保持为1 1，从而在输入信号撤消的情况下，触，从而在输入信号撤消的情况下，触发器保持了输出为发器保持了输出为1 1的状态。此种状态对应图的状态。此种状态对应图2-2-1010（b b）的第的第3 3行。输入行。输入S S端为端为1 1，R R端为端为1 1且前次且前次输出为输出为1 1时的内部逻辑关系图如图时的内部逻辑关系图如图2-112-11（b b）所）所示。示。第二章第二章 概述概述对于图对于图2-102-10（a a）所示的触发器，当输入的所示的触发器，当输入的S S端为端为0 0，R R端为端为1 1时，则元件时，则元件3 3的输出为的输出为0 0，元件，元件4 4的输出的输出为为1 1，元件，元件1 1的输出为的输出为1 1，元件，元件2 2的输出为的输出为0 0。此种。此种状态对应图状态对应图2-102-10（b b）的第的第2 2行。输入行。输入S S端为端为0 0，R R端为端为1 1时的内部逻辑关系图如图时的内部逻辑关系图如图2-112-11（c c）所示。所示。第二章第二章 概述概述当输入信号撤消时，因此时是当输入信号撤消时，因此时是S S端的端的0 0信号使触信号使触发器开始工作，所以输入信号撤消是指发器开始工作，所以输入信号撤消是指S S端的端的0 0信号变为了信号变为了1 1信号。但元件信号。但元件2 2输出的输出的0 0将继续使元将继续使元件件3 3的输出保持为的输出保持为0 0，元件，元件3 3输出的输出的0 0使元件使元件4 4的输的输出保持为出保持为1 1，从而在输入信号撤消的情况下，触，从而在输入信号撤消的情况下，触发器保持了输出为发器保持了输出为0 0的状态。此种状态对应图的状态。此种状态对应图2-2-1010（b b）的第的第4 4行。输入行。输入S S端为端为1 1，R R端为端为1 1且前次且前次输出为输出为0 0时的内部逻辑关系图如图时的内部逻辑关系图如图2-112-11（d d）所）所示示 。第二章第二章 概述概述本节本节主要内容：主要内容：1.1.内存的概念内存的概念2.2.内存的组成内存的组成3.3.高速缓冲存储器高速缓冲存储器4.4.内存的参数内存的参数2.6 内存 2.3 2.3 内存内存内存内存第二章第二章 概述概述数据存储部件数据存储部件外存外存是数据输入后或处理结束后的永久存放地方。是数据输入后或处理结束后的永久存放地方。内存内存是数据进行处理时的临时存放地方，也称为主存是数据进行处理时的临时存放地方，也称为主存储器或主存。储器或主存。内存用许许多多类似触发器的存储电路组成。用内存用许许多多类似触发器的存储电路组成。用于制造存储电路的材料目前主要是半导体材料。于制造存储电路的材料目前主要是半导体材料。和外存相比，内存的特点和外存相比，内存的特点 （1）存取数据的速度很快；）存取数据的速度很快；（2）只能临时存放数据，不能长久保存数据。）只能临时存放数据，不能长久保存数据。2.3.1 2.3.1 内存的概念内存的概念内存的概念内存的概念第二章第二章 概述概述内存的地址编码内存的地址编码一般计算机中以字节为单位进行编码。把内存中一个地址编码单位称为内存的一个单元。内存从逻辑概念上可以看作是划分成许多单元、每个单元都有地址编码、可存储0、1数据的逻辑部件。内存的存储容量（单位内存的存储容量（单位B）内存可以容纳的二进制数据量为内存的存储容量。内存地址的二进制数编码长度将决定内存的存储容量。1KB=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB第二章第二章 概述概述内存的组成内存的组成内存体、地址电路、数据电路和读/写控制电路。如图2-12所示。图图2-122-12 2.3.2 2.3.2 内存的组成内存的组成内存的组成内存的组成第二章第二章 概述概述怎样把所需要的基础程序装入到计算机内存中呢怎样把所需要的基础程序装入到计算机内存中呢？在制造ROM时，把称为自举程序的一种特殊程序固化在ROM中。计算机开机时，自动运行固化在ROM中的自举程序，把所需要的基础程序（如操作系统）由外存装入内存，然后执行基础程序。PROM（Programmable ROM）EPROM（Erasable Programmable ROM）第二章第二章 概述概述内存性能的高或低主要反映在内存的参数上。内存性能的高或低主要反映在内存的参数上。内存的主要参数内存的主要参数（1 1）存储容量）存储容量内存可以容纳的二进制数据量称为内存的存储容量。内存可以容纳的二进制数据量称为内存的存储容量。存储容量的单位是字节，字节用大写字母存储容量的单位是字节，字节用大写字母B B表示。表示。目前微机内存的最大存储容量可达到目前微机内存的最大存储容量可达到4 4GBGB。（2 2）存取时间存取时间指存取内存某一个单元的数据所需要的时间。指存取内存某一个单元的数据所需要的时间。（3 3）可靠性）可靠性内存的可靠性用平均故障间隔时间来描述。内存的可靠性用平均故障间隔时间来描述。（4 4）CacheCache的速度和容量的速度和容量 2.3.3 2.3.3 内存的参数内存的参数内存的参数内存的参数第二章第二章 概述概述可长期保存数据，可长期保存数据，读读/写操作速度慢写操作速度慢的存储部件。的存储部件。外存的种类外存的种类磁盘、磁带、光盘、U盘等。磁盘和磁带是用表面涂有磁的材料制造的，光盘是用表面覆盖有反光物的材料制造的，磁性材料的磁化和非磁化有两种状态，反光面的平和凹也有两种状态，这两种状态可分别对应符号“1”和符号“0”。2.4 2.4 外存外存外存外存第二章第二章 概述概述基本概念基本概念磁盘是一个表面涂有磁性材料的圆形盘片，盘片放在一个可旋转的磁盘是一个表面涂有磁性材料的圆形盘片，盘片放在一个可旋转的机械装置上，盘面划分成许多称为磁道的圆圈。机械装置上，盘面划分成许多称为磁道的圆圈。盘片的上面有一个装在机械支撑臂上的读盘片的上面有一个装在机械支撑臂上的读/写头，读写头，读/写头可前后移写头可前后移动以定位在不同的磁道上。动以定位在不同的磁道上。在读在读/写头的读操作或写操作控制下，磁盘盘片的相应位置上可存写头的读操作或写操作控制下，磁盘盘片的相应位置上可存放或取出放或取出0 0、1 1形式的数据。形式的数据。2.4.1 2.4.1 磁盘磁盘磁盘磁盘第二章第二章 概述概述磁盘工作的原理磁盘工作的原理如图2-13所示。第二章第二章 概述概述基本概念基本概念磁盘的性能主要由读磁盘的性能主要由读/写头的工作方式决定。写头的工作方式决定。一个磁盘盘片的单面或双面上可保存数据。一个磁盘盘片的单面或双面上可保存数据。盘组盘组把几个盘片固定在一起，组成一个盘组。把几个盘片固定在一起，组成一个盘组。盘组的盘片之间留有安放读盘组的盘片之间留有安放读/写头和支撑臂的足够距写头和支撑臂的足够距离，每个盘片的记录面上都装一个读离，每个盘片的记录面上都装一个读/写头。写头。盘组的存储容量可大大扩大。盘组的存储容量可大大扩大。例如，一个由六个盘片组成的盘组，除最上边的面和最下边例如，一个由六个盘片组成的盘组，除最上边的面和最下边的面外，可以有的面外，可以有10个盘面保存数据。一个盘组的所有盘片固个盘面保存数据。一个盘组的所有盘片固定在一起，因此机械轴转动时所有盘片一起旋转。定在一起，因此机械轴转动时所有盘片一起旋转。第二章第二章 概述概述扇区扇区磁盘上每个磁道被划分成若干个称为扇区的圆磁盘上每个磁道被划分成若干个称为扇区的圆弧，每个扇区通常包括弧，每个扇区通常包括512字节或字节或1024字节。字节。磁盘上每个磁道包含相同的扇区数，每个扇区磁盘上每个磁道包含相同的扇区数，每个扇区包含相同的字节数。包含相同的字节数。磁盘上的数据以数据块为存取单位。一个数据磁盘上的数据以数据块为存取单位。一个数据块可以是一个扇区，也可以是若干个扇区。块可以是一个扇区，也可以是若干个扇区。磁盘的地址磁盘的地址对磁盘进行读对磁盘进行读/写操作时，必须给出磁盘的地址。写操作时，必须给出磁盘的地址。磁盘的地址由四部分组成：盘面号、磁道号、磁盘的地址由四部分组成：盘面号、磁道号、扇区号和数据块的长度。扇区号和数据块的长度。第二章第二章 概述概述磁盘容量磁盘容量一个双面存储数据、每个扇区存储一个双面存储数据、每个扇区存储512字节的字节的单盘片磁盘，存储容量为：单盘片磁盘，存储容量为：2磁道数磁道数扇区数扇区数512B一个有一个有10个数据记录面、每个扇区存储个数据记录面、每个扇区存储1024字字节的盘组结构磁盘来说，存储容量为：节的盘组结构磁盘来说，存储容量为：10磁道数磁道数扇区数扇区数1024B。第二章第二章 概述概述磁盘种类磁盘种类硬盘硬盘硬盘的涂磁基片是用硬盘的涂磁基片是用“硬硬”性材料性材料铝合金制铝合金制造。造。采用盘组形式的密封装置。采用盘组形式的密封装置。存储容量较大，存储容量较大，读读/写速度较快。写速度较快。使用寿命长、价格也较高。使用寿命长、价格也较高。目前微机使用的硬盘容量可达数百个目前微机使用的硬盘容量可达数百个GB。软盘软盘软盘的涂磁基片是用软盘的涂磁基片是用“软软”性材料性材料塑料制造。塑料制造。采用单片双面的非密封装置采用单片双面的非密封装置存储容量较小，读存储容量较小，读/写速度较慢。写速度较慢。使用寿命短，但价格也较低。使用寿命短，但价格也较低。常用的常用的3.53.5英寸软盘的存储容量为英寸软盘的存储容量为1.441.44MBMB。第二章第二章 概述概述外接硬盘外接硬盘由于外部接口的传输速度相对较慢，限制了外接由于外部接口的传输速度相对较慢，限制了外接硬盘的读硬盘的读/写速度。写速度。目前外接硬盘的存储容量一般为几十个目前外接硬盘的存储容量一般为几十个GB。衡量磁盘性能的参数主要衡量磁盘性能的参数主要存储容量存储容量是磁盘可存储的数据总量。是磁盘可存储的数据总量。存储容量通常表示为：存储容量通常表示为：盘面数盘面数磁道数磁道数扇区数扇区数扇区字节数（扇区字节数（B）寻址时间寻址时间是读是读/写头定位到所要求扇区位置的等待时间。写头定位到所要求扇区位置的等待时间。传输速率传输速率是读是读/写头定位到所要求扇区位置后每秒读出或写头定位到所要求扇区位置后每秒读出或写入的字节数。写入的字节数。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小结教学小结教学小结教学小结 计算机中的数据编码计算机中的数据编码 计算机各类进位计数制及其相互转换计算机各类进位计数制及其相互转换 逻辑代数和触发器逻辑代数和触发器 内存和外存内存和外存 作作作作 业业业业P9 2-4P9 2-4、2-52-5、2-102-10、2-152-15、2-162-16