计算机系统组成与计算机工作原理课件

第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 教学目的和要求：教学目的和要求：本章介绍计算机基础知识，主要内容本章介绍计算机基础知识，主要内容有计算机的发展和应用领域、计算机硬件有计算机的发展和应用领域、计算机硬件系统和软件系统的组成及各主要部件的功系统和软件系统的组成及各主要部件的功能、计算机编码和数制。能、计算机编码和数制。通过学习，了解计算机的发展和应用通过学习，了解计算机的发展和应用领域；了解计算机硬件系统的基本配置、领域；了解计算机硬件系统的基本配置、主要性能指标、硬件和软件系统的组成；主要性能指标、硬件和软件系统的组成；理解和掌握数制转换和数据编码的概念和理解和掌握数制转换和数据编码的概念和方法。方法。1第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 1.1 1.1 计算机发展简介计算机发展简介1.2 1.2 信息技术概述信息技术概述 1.3 1.3 计算机系统组成计算机系统组成1.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成1.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类1.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 1.7 1.7 数制及其运算数制及其运算1.8 1.8 文字信息编码形式文字信息编码形式21.1.1 1.1.1 计算机的发展历程计算机的发展历程英国数学家乔治英国数学家乔治布尔（布尔（，1815-18641815-1864）创立逻辑）创立逻辑代数，奠定电子计算机的数学理论基础；代数，奠定电子计算机的数学理论基础；英国科学家图灵（英国科学家图灵（,1912-1954,1912-1954）首次提出逻辑机模）首次提出逻辑机模型型 图灵机。图灵机。建立算法理论和提出图灵测试建立算法理论和提出图灵测试即智能机器；即智能机器；第一台电子数值积分计算机（第一台电子数值积分计算机（19461946）3456美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯诺依曼（诺依曼（,1903-1957 ,1903-1957）提）提出计算机方案。出计算机方案。7三个基本原则三个基本原则:计计算算机机基基本本结结构构：计计算算机机硬硬件件应应具具有有运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和和输输出出设设备备等等五五大大基基本本功能。功能。采采用用二二进进制制数数：二二进进制制数数便便于于硬硬件件实实现现，又又有有简简单的运算规则。单的运算规则。存储程序控制：存储程序实现自动计算。存储程序控制：存储程序实现自动计算。这这3 3个个基基本本原原则则确确定定了了冯冯诺诺依依曼曼型型计计算算机机基基本本结结构构8计算机经历了四代发展历程计算机经历了四代发展历程:第一代（第一代（19461946年年19581958年）为电子管计算机；年）为电子管计算机；第二代（第二代（19581958年年19641964年）为晶体管计算机；年）为晶体管计算机；第三代（第三代（19641964年年19701970年）为中小规模集成电路年）为中小规模集成电路 计算机；计算机；第四代（第四代（19711971年年 ）为大规模、超大规模为大规模、超大规模 集成电路计算机。集成电路计算机。以元件作为划分标准。以元件作为划分标准。91011121.1.2 1.1.2 计算机分类计算机分类按计算机运算速度、字长、存储容量、软按计算机运算速度、字长、存储容量、软件配置及用途等多项性能指标划分：件配置及用途等多项性能指标划分：1.1.高性能计算机高性能计算机 指目前运算速度最快、处理能力最强的指目前运算速度最快、处理能力最强的计算机。计算机。2.2.微型计算机微型计算机 个人计算机（个人计算机（）。）。3.3.工作站工作站 介于微计算机与小型计算机之间的高介于微计算机与小型计算机之间的高档微机系统档微机系统134.4.服务器服务器 高性能计算机，用于网络管理、运行应用高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员的信息请求等程序、处理网络工作站成员的信息请求等5.5.嵌入式计算机嵌入式计算机 计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备中，使其成为智能化和自动化程度他设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备更高的设备141.1.3 1.1.3 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域 1.1.科学计算（科学计算（）2.2.数据处理（数据处理（）3.3.过程控制（过程控制（）4.4.计算机辅助系统（计算机辅助系统（）5.5.人工智能（人工智能（）6.6.信息高速公路（信息高速公路（）7.7.多媒体技术（）多媒体技术（）15线框图线框图 实体图实体图应用举例：计算机辅助设计与制造（）应用举例：计算机辅助设计与制造（）16应用举例：生物仿真模拟应用举例：生物仿真模拟17应用举例：室外建筑效果图应用举例：室外建筑效果图18应用举例：医学里的应用应用举例：医学里的应用用对焦点区域的图象进行分析处理用对焦点区域的图象进行分析处理19应用举例：油气工业应用举例：油气工业20应用举例：天气预报应用举例：天气预报上空九小时上空九小时天气预报图天气预报图用实现的天用实现的天气图气图用实现的用实现的三维局地三维局地气象预报气象预报实时图实时图211.1.4 1.1.4 计算机发展的趋势计算机发展的趋势1.1.人工智能进一步发展人工智能进一步发展 自动装置使用微电脑内核，带有自动装置使用微电脑内核，带有“眼睛眼睛”摄像摄像机，用以完成特定工作。机，用以完成特定工作。2.2.计算机与通信相结合计算机与通信相结合 计算机应用进入网络时代计算机应用进入网络时代信息技术。计算机信息技术。计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体。与通信网络相互协调、相互补充，融于一体。3.3.未来新型计算机未来新型计算机 将由磁、光或来制造，即所谓磁计算机、光子计将由磁、光或来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生物计算机和量子计算机。算机、生物计算机和量子计算机。221.2 1.2 信息技术概述信息技术概述信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术为核心为核心1.2.1 1.2.1 信息与数据信息与数据数据是信息的载体和表示形式数据是信息的载体和表示形式信息是数据表达的内涵或解释信息是数据表达的内涵或解释 1.1.信息信息 客观存在的事物及其运动状态的表征客观存在的事物及其运动状态的表征 2.2.信息的基本特征信息的基本特征 普遍性普遍性 寄载性寄载性 共享性共享性 时效性时效性 可识别性可识别性 可加工性可加工性 3.3.数据数据 数据是信息的载体。数据是信息的载体。4.4.信息数字化信息数字化将现实世界中的信息转换为计算机能识别、存储和处将现实世界中的信息转换为计算机能识别、存储和处理的形式理的形式 231.2.2 1.2.2 现代信息技术现代信息技术信息技术是利用信息科学的原理和方法，研究信息技术是利用信息科学的原理和方法，研究产生、获取、变换、传输、存储、处理和利用产生、获取、变换、传输、存储、处理和利用信息的技术。信息的技术。1.2.3 1.2.3 信息技术的发展趋势信息技术的发展趋势 多学科结合多学科结合 智能化智能化 多媒体化多媒体化 高速度、网络化高速度、网络化1.2.4 1.2.4 信息化社会信息化社会信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活动。动。信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。标志。241.3计计算算机机系系统统组组成成251.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成冯冯 诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构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执行指令执行指令协调控制协调控制存储程序、存储程序、数据、结果数据、结果输入程序、输入程序、数据数据输出结果输出结果26计算机系统的硬件逻辑组成计算机系统的硬件逻辑组成 冯冯.诺依曼思想：诺依曼思想：程序与数据一程序与数据一 样存放在内存样存放在内存存储器存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外存储器外存储器输输出出设设备备内存储器内存储器输输入入设设备备控制器控制器中央处理器中央处理器271.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （为控制器和运算器的总称）（为控制器和运算器的总称）1.1.运算器运算器 计算机用来进行算术、逻辑运算的部件：计算机用来进行算术、逻辑运算的部件：算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元执行算数和逻辑运算的装置执行算数和逻辑运算的装置,核心是加法器核心是加法器 内部总线内部总线 运算器和控制器之间的公共信息通道运算器和控制器之间的公共信息通道 寄存器组寄存器组 暂存操作数和中间结果暂存操作数和中间结果有：累加、暂存、标志、通用有：累加、暂存、标志、通用 等等281.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （为控制器和运算器的总称）（为控制器和运算器的总称）2.2.控制器控制器 控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制整个计算机有条不紊地工作。控制整个计算机有条不紊地工作。主要功能有：主要功能有：取指令取指令 自动形成指令地址自动形成指令地址 分析指令分析指令 分解成微操作分解成微操作 执行指令执行指令 执行微操作命令执行微操作命令 改变指令执行顺序改变指令执行顺序 根据判断结果根据判断结果 输入输入/输出控制输出控制 主机与入主机与入/出设备间出设备间 中断处理中断处理 非预期服务非预期服务29 控制器由以下部件组成：控制器由以下部件组成：程序计数器（）程序计数器（）下条指令地址下条指令地址 指令寄存器（）指令寄存器（）暂存暂存 指令译码器（）指令译码器（）分析指令，分析指令，分解成微操作分解成微操作 时序控制电路时序控制电路 发出命令发出命令 微操作控制电路微操作控制电路 实际执行命令实际执行命令301.4.2 1.4.2 存储器存储器用于存储程序和数据的部件。用于存储程序和数据的部件。两种基本操作：两种基本操作：读操作读操作 写操作写操作 31存储容量：存储容量：是存储器的重要性能指标。是存储器的重要性能指标。存储容量单位：存储容量单位：(位位););(字节字节)；（千字节）（千字节）（兆字节）；（兆字节）；（千兆字节）；（千兆字节）；它们之间的换算关系为：它们之间的换算关系为：1 1字节（）字节（）8 8个二进制位（）个二进制位（）1 1210 B210 B1024 B 1024 B 1 1220 B220 B1024 1024 1 1230 B230 B1024 1024 32位位字，字长字，字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长字节（字节（8 8位）位）33 主存储器（内存）分类：主存储器（内存）分类：随机存储器（）随机存储器（）静态静态 用于用于动态动态 用于内存条用于内存条 用于用于只读存储器（）只读存储器（）只能写只能写1 1次次可多次擦写可多次擦写342 2辅助（外）存储设备辅助（外）存储设备 外部长久存储区域。常用辅助存储器有外部长久存储区域。常用辅助存储器有:磁盘存储器磁盘存储器硬盘、软盘硬盘、软盘;光盘光盘;U U盘盘;磁带磁带磁鼓磁鼓 35硬磁盘硬磁盘u磁盘信息存储格式磁盘信息存储格式u 记录面记录面=磁头数磁头数u 磁道：磁道：40964096u 柱面：所有记录面上同一编号柱面：所有记录面上同一编号的磁道的磁道u 扇区：每个扇区容量为扇区：每个扇区容量为512512字节字节0 0磁道磁道柱面柱面扇区扇区读读/写磁头写磁头硬盘片硬盘片u磁盘工作原理磁盘工作原理3637u硬盘的存储容量硬盘的存储容量u =磁头数磁头数柱面数柱面数扇区数扇区数扇区容量扇区容量u例：例：u 若若已已知知磁磁头头数数为为1616，柱柱面面数数为为40964096，扇区数为扇区数为6363，扇区容量，扇区容量512512字节，则：字节，则：u 硬盘容量硬盘容量=16409663512=164096635122.12.1381.4.3 1.4.3 输入输出设备输入输出设备输入输出（）系统的主要功能是对指定外部设输入输出（）系统的主要功能是对指定外部设备进行输入输出操作。备进行输入输出操作。1.1.输入设备输入设备2.2.向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。设备。3.3.键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音识别器等都是输入设备。识别器等都是输入设备。2.2.输出设备输出设备将计算机处理后的信息，转换成人们能识别的形式将计算机处理后的信息，转换成人们能识别的形式 打印机、显示器打印机、显示器 、绘图仪、绘图仪 、音箱等、音箱等 391.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类软件：是计算机完成一定任务所需的程序、软件：是计算机完成一定任务所需的程序、数据和资料，分为两大类：系统软件和应用数据和资料，分为两大类：系统软件和应用软件。软件。1.5.1 1.5.1 系统软件系统软件包括包括4 4类：类：操作系统操作系统语言处理系统语言处理系统数据库系统数据库系统服务程序服务程序401.1.操作系统（）操作系统（）2.2.为了合理方便地利用计算机系统而对其资源进行为了合理方便地利用计算机系统而对其资源进行管理的软件。管理的软件。3.3.操作系统管理的资源有操作系统管理的资源有4 4类类 ：4.4.进程管理进程管理 5.5.存储管理存储管理 6.6.设备管理设备管理7.7.文件管理文件管理 412.2.语言处理系统语言处理系统通过计算机语言可以编写程序，控制计算机通过计算机语言可以编写程序，控制计算机完成预定任务。完成预定任务。计算机语言分为计算机语言分为3 3大类：大类：机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言423.3.数据库管理系统数据库管理系统 管理数据库的软件，主要面向解决数据处管理数据库的软件，主要面向解决数据处理的非数值计算问题。理的非数值计算问题。4.4.服务程序服务程序 完成一些与管理计算机系统资源及文件有完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。关的任务。431.5.2 1.5.2 应用软件应用软件针对某一应用目的而开发的软件。针对某一应用目的而开发的软件。分为二大类：分为二大类：通用应用软件通用应用软件专用应用软件专用应用软件通用应用软件支持最基本的应用，广通用应用软件支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所有专业领域。泛地应用于几乎所有专业领域。44计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构用用 户户系统应用程序系统应用程序操操 作作 系系 统统机机 器器 语语 言言硬硬 件件 系系 统统451.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 计算机工作过程是执行程序的过程。计算机工作过程是执行程序的过程。程序：为一系列指令的有序集合。程序：为一系列指令的有序集合。46计算机的工作过程计算机的工作过程(1)(1)u计算机的工作过程就是执行程序的过程计算机的工作过程就是执行程序的过程输入设备输入设备输出设备输出设备内存储器内存储器中央处理器中央处理器程序程序执行结果执行结果地址地址/指令指令/数据数据控制命令控制命令控制命令控制命令471.1.计算机的指令系统计算机的指令系统指令：指令：是使计算机完成某个操作所发出的命令；是使计算机完成某个操作所发出的命令；指令系统：指令系统：一台计算机有许多作用不同的指令；一台计算机有许多作用不同的指令；所有指令集合称为该计算机的指令系统；所有指令集合称为该计算机的指令系统；48指令和程序指令和程序程序：程序：按一定顺序组织在一起的指令序列。按一定顺序组织在一起的指令序列。机器指令：机器指令：硬件能够直接识别并执行的指令。硬件能够直接识别并执行的指令。49一条机器指令由两部分组成：操作码和操作数。一条机器指令由两部分组成：操作码和操作数。操作码：指明该指令要完成的操作类型或性质，操作码：指明该指令要完成的操作类型或性质，如取数、做加法或输出数据等。如取数、做加法或输出数据等。操作数：指明操作对象的内容或所在单元地址。操作数：指明操作对象的内容或所在单元地址。指令格式：指令格式：说明指令说明指令的功能的功能说明指令操说明指令操作的对象作的对象指令码指令码目标操作数目标操作数源操作数源操作数50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码 操作数操作数 u数据传送指令u数据处理指令u程序控制指令u输入输出指令u其它指令 CPUCPU内存内存I/OI/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 512.2.计算机工作原理计算机工作原理 计算机执行指令一般分为两个阶段：计算机执行指令一般分为两个阶段：第一阶段称为取指周期，第一阶段称为取指周期，第二阶段称为执行周期。第二阶段称为执行周期。指令执行的一般过程指令执行的一般过程 取指令取指令 分析指令分析指令 读取操读取操作数作数 执行指令执行指令 存放结果存放结果52计算机的工作过程计算机的工作过程(2)(2)指令指令存取命令存取命令运算命令运算命令输入输入/输出命令输出命令原始数据原始数据命令命令/程序程序取数取数读读结果结果存数存数写写设备设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器数据线：数据线：控制线：控制线：53计算机执行程序的方式计算机执行程序的方式有两种执行方式：有两种执行方式：顺序执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。顺序执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。并行执行：同时执行两条或多条指令。并行执行：同时执行两条或多条指令。543 3计算机主要技术指标计算机主要技术指标 字长字长一次并行处理的二进制数的位数一次并行处理的二进制数的位数 ；主频主频的时钟频率的时钟频率 ；运算速度运算速度每秒执行指令的次数（）；每秒执行指令的次数（）；存储容量存储容量 ；存储周期存储周期一次完整存取的操作时间；一次完整存取的操作时间；551.7 1.7 数制及其运算数制及其运算计算机中采用具有两个不同稳态的电子器计算机中采用具有两个不同稳态的电子器件表示数，这就是二进制数。为书写和表件表示数，这就是二进制数。为书写和表示方便，引进八进制和十六进制数。示方便，引进八进制和十六进制数。1.7.1 1.7.1 进位计数制进位计数制 在进位计数制中有基数、位权和数位在进位计数制中有基数、位权和数位3 3个要素。个要素。基数基数某个计数制中所包含的数码个数；某个计数制中所包含的数码个数；数位指数码在一个数中所处位置；数位指数码在一个数中所处位置；位权由位置决定的值；位权由位置决定的值；（位权用基数（位权用基数R R的的i i次幂表示）。次幂表示）。56十进制计数制十进制计数制十进制数的基数是十进制数的基数是1010。数码有。数码有0909共共1010个数字符号个数字符号（用（用D D表示）。表示）。数码处于不同位置代表不同数值数码处于不同位置代表不同数值取决于位权。取决于位权。u因此，因此，301.6876301.6876可写成权展开表示式：可写成权展开表示式：u 301.6876301.68763102310201010101110011006106101 1u 810 8102 27107103 36106104 4572.R2.R进制计数制进制计数制任意任意R R进制计数制同样有基数进制计数制同样有基数R R、位权和按权展、位权和按权展开的表示式。开的表示式。R R可以是任意正整数。可以是任意正整数。任意一个任意一个R R进制数进制数N N可以表示为：可以表示为：N=AN=An-1n-1R Rn-1n-1+A+An-2n-2R Rn-2n-2+A+A1 1R R1 1+A+A0 0R R0 0+A+A-1-1R R-1-1+A+A-m-mR R-m-m=58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则规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数基数281016基本符号基本符号0，10,1,2,70,1,2,90,1,9,权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH常用的各种进制数的表示常用的各种进制数的表示591.7.2 1.7.2 不同进制间的转换不同进制间的转换 各种进制数之间存在一定的转换规则。各种进制数之间存在一定的转换规则。R R进制数进制数(非十进制）转换为十进制数非十进制）转换为十进制数规则：利用按权展开方法，可以将任一进制数转换成规则：利用按权展开方法，可以将任一进制数转换成十进制数。十进制数。方法：只要将各位数码与对应的位权乘积进行相加，方法：只要将各位数码与对应的位权乘积进行相加，和数就是对应的十进制数。和数就是对应的十进制数。60【例【例1.7.11.7.1】将二进制数转换为十进制数。】将二进制数转换为十进制数。（1101.10111101.1011）B B 123123122122021021120 120 12121 102022 212123 312124 4（13.687513.6875）D D【例【例1.7.21.7.2】将八进制数转换为十进制数。】将八进制数转换为十进制数。（455.54455.54）o o48248258158158058058-1 58-1 48-248-2 25625640405 50.6250.6250.06250.0625（301.6875301.6875）D D【例例1.7.3 1.7.3】将十六进制数转换为十进制数。】将十六进制数转换为十进制数。（1212）H H 11621162216121611316013160111611161 1（301.6875301.6875）D D612.2.十进制数转换为十进制数转换为R R进制数（非十进制）进制数（非十进制）规则：规则：将此数分成整数与小数两部分分别转换，将此数分成整数与小数两部分分别转换，然后再将结果拼接起来即可。然后再将结果拼接起来即可。方法：方法：整数部分转换步骤：采用整数部分转换步骤：采用“除除R R取余法取余法”。即将十制制整数不断除即将十制制整数不断除R R取余数，直到商为取余数，直到商为0 0。余数从右到左排列，首次取得的余数在最右。余数从右到左排列，首次取得的余数在最右。62 小数部分转换步骤：采用小数部分转换步骤：采用“乘乘R R取整法取整法”。即将十进制小数不断乘以即将十进制小数不断乘以R R取整数，取整数，直到小数部分为直到小数部分为0 0或达到所求的精度为止（小或达到所求的精度为止（小数部分可能永远不会得到数部分可能永远不会得到0 0）；）；所得的整数从小数点自左往右排列，取有效精所得的整数从小数点自左往右排列，取有效精度，首次取得的整数放在最左。度，首次取得的整数放在最左。63【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)D(301.6876)D 转换成二进制数。转换成二进制数。整数部分整数部分2|301 2|301 2|150 2|150 余数为余数为 1 1 最低位最低位 2|75 2|75 余数为余数为 0 0 2|37 2|37 余数为余数为 1 1 2|18 2|18 余数为余数为 1 1 2|9 2|9 余数为余数为 0 0 2|4 2|4 余数为余数为 1 1 2|2 2|2 余数为余数为 0 0 2|1 2|1 余数为余数为 0 0 0 0 余数为余数为 1 1 最高位最高位 64【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)D(301.6876)D 转换成二进制数。转换成二进制数。小数部分小数部分0.687620.687621.3752 1.3752 整数为整数为 1 1 最高位最高位0.375220.375220.7504 0.7504 整数为整数为 0 00.750420.750421.5008 1.5008 整数为整数为 1 10.500820.500821.0016 1.0016 整数为整数为 1 1 最低位最低位 因此因此 (301)D (301)D (100101101)B (100101101)B (0.6876)D (0.1011)B (0.6876)D (0.1011)B 转换结果：转换结果：（301.6876301.6876）D(100101101.1011)B D(100101101.1011)B 653.3.二进制、八进制、十六进制数（非十）间的二进制、八进制、十六进制数（非十）间的相互转换相互转换 二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关系：系：81 8123 23 一位八进制数对应三位二进制数；一位八进制数对应三位二进制数；161 16124 24 一位十六进制数对应四位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数因此转换方法比较容易（表因此转换方法比较容易（表1.7.21.7.2）。）。66一位八进制数一位八进制数二进制二进制一位十六进制数一位十六进制数二进制二进制0000000001001100012010200103011300114100401005101501016110601107111701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F111167八进制和十六进制转换成二进制八进制和十六进制转换成二进制u每一位八进制数对应三位二进制数。每一位八进制数对应三位二进制数。（1 1分分3 3）u(7123.14)(111 001 010 011.001 100)B (7123.14)(111 001 010 011.001 100)B u 7 1 2 3 7 1 2 3 1 41 4u每一位十六进制数对应四位二进制数。（每一位十六进制数对应四位二进制数。（1 1分分4 4）u(2C11)(0010 1100 0001 1101.1010 0001)B(2C11)(0010 1100 0001 1101.1010 0001)Bu 2 C 2 C 1 D A 11 D A 168二进制转换成八进制和十六进制二进制转换成八进制和十六进制u转换成转换成 八八 进制时三位二进制一组。进制时三位二进制一组。（3 3合合1 1）u转换成十六进制时四位二进制一组。转换成十六进制时四位二进制一组。（4 4合合1 1）u分组方法：从小数点向两边三（四）位一组，分组方法：从小数点向两边三（四）位一组，位数不足整数前补位数不足整数前补0 0，小数后补，小数后补0 0。(11 0110 1110.1101 01)B=(0011 0110 1110.1101 0100)B=(364)H (11 0110 1110.1101 01)B=(001101 101 110.110 101)B=(1556.65)O69例：将二进制数例：将二进制数100101101.1011100101101.1011转换成十六进制数：转换成十六进制数：（0001 0010 1101.10110001 0010 1101.1011）B B（1212）H H 1 2 D.B 1 2 D.B 即：即：整数高位补零整数高位补零又如将二进制数又如将二进制数100101101.1011100101101.1011转换成八进制数：转换成八进制数：（100 101 101.101 100100 101 101.101 100）B B（455.54455.54）O O 4 5 5.5 4 4 5 5.5 4即：小数低位补零即：小数低位补零701.7.3 1.7.3 数值表示及运算数值表示及运算机器数的概念机器数的概念u计算机内部计算机内部,表示数的正、负的符号必须数码化。表示数的正、负的符号必须数码化。将一个带符号数在机器中的表示形式称为机器数将一个带符号数在机器中的表示形式称为机器数;而在机器外部由正负号表示的数称为真值数。而在机器外部由正负号表示的数称为真值数。若一个数占若一个数占1616位位:规定最高位为符号位，规定最高位为符号位，用用0 0表示表示“”号；号；用用1 1表示表示“”号，号，其余位表示数值。其余位表示数值。例如：真值数为：例如：真值数为：-000000011000001-000000011000001 其机器数为：其机器数为：10000000110000011000000011000001称为数符称为数符71数据在计算机中的表示方式数据在计算机中的表示方式2 2、真值数：、真值数：+1001101 +10011010100110 1+77+77 符号位符号位值值机机器器数数/真真值值数数3 3、机器数、机器数1 1、自然数、自然数722.2.定点数和浮点数定点数和浮点数定点定点整整数数隐含隐含小数点小数点位置位置定点数定点数 固定固定隐含隐含位置位置浮点数浮点数不固定不固定隐含隐含位置位置定点定点小小数数u在定点数中在定点数中,小数点位置一旦固定小数点位置一旦固定,就不再改变。就不再改变。u定点数中又有定点整数和定点小数之分。定点数中又有定点整数和定点小数之分。732.2.定点数和浮点数定点数和浮点数定点小数：小数点位置固定在数值最高位前面，用定点小数：小数点位置固定在数值最高位前面，用来表示小于来表示小于1 1的纯小数的纯小数定点整数：小数点位置固定在数值最低位后面，定点整数：小数点位置固定在数值最低位后面，用来表示整数。用来表示整数。1000001100000000数值部分数值部分小数点位置小数点位置数符数符74定点整数的表示范围：定点整数的表示范围：272625242322212010000000128272625242322212011000000符号符号64-（27-127-1）N N（27-127-1）即即-127 N 127-127 N 12775任何浮点数都可表示为：任何浮点数都可表示为：S10jS10jj:Nj:N的阶码的阶码J J前面的前面的：阶符：阶符S S：N N的尾数；的尾数；S S前面的前面的：数符：数符二进制浮点数的规范化：二进制浮点数的规范化：尾数的最高位为尾数的最高位为1 1。例如：例如：110.001110.001的规范化格的规范化格式为：式为：0.1100012+11 0.1100012+11阶阶符符阶阶码码数数符符尾数尾数76u机器数、定点数和浮点数都是用数据第一位表示数机器数、定点数和浮点数都是用数据第一位表示数的符号，用其后各位表示数的绝对值。这种方法简的符号，用其后各位表示数的绝对值。这种方法简单易懂，称为单易懂，称为“原码原码”编码方式。编码方式。3.3.原码、反码和补码原码、反码和补码77 原码：原码：最高位存放数的符号（最高位存放数的符号（0 0为正，为正，1 1 为负）。为负）。数值部分用剩余的位以二进制形式表示。数值部分用剩余的位以二进制形式表示。例如：例如：X X1010011 X1010011 X原原0101001101010011 X X1010011 X1010011 X原原1101001111010011 反码：反码：正数的反码是原码本身；正数的反码是原码本身；负数的反码表示为该数对应的正数按位取反（包负数的反码表示为该数对应的正数按位取反（包括符号位）。括符号位）。例如：正数例如：正数 +0000100 +0000100的反码的反码 =00000100 =00000100 负数负数 -0000100 -0000100的反码的反码 =11111011 =1111101178 补码：补码：正数的补码表示与原码相同；正数的补码表示与原码相同；负数的补码等于其相应反码加负数的补码等于其相应反码加1 1（在最低位加（在最低位加1 1）例如：例如：正数正数 0000100 0000100补补 00000100 00000100负数负数 -0000100 -0000100补补 0000100 0000100反反1 1 11111011 111110111 111111100 11111100 79机器数可以有三种表示法：机器数可以有三种表示法：原码原码反码反码补码补码801 0 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 0 11 0 1 1 0 0 1 1在计算机内部数据是在计算机内部数据是以补码形式出现以补码形式出现-77-77 原码原码反码反码补码补码数据在计算机中的表示方式数据在计算机中的表示方式81u补码运算主要优点是补码运算主要优点是:u 对负数处理后将减法转化为加法。对负数处理后将减法转化为加法。u 不论求和或求差，也不管参加运算的数正与负，不论求和或求差，也不管参加运算的数正与负，u 运算时一律只做加法运算时一律只做加法,大大简化运算。大大简化运算。82二进制加法运算规则二进制加法运算规则 0 0 1 1+0 +1 +0 +1 （加法）（加法）0 1 1 10 （向高位进位）（向高位进位）01001110 01100101+1 +1 01001111 01100110 83补码运算：补码运算：已知：已知：11 ;3;求：求：?求：求：补补X补补Y补补X反反 00001011Y反反 11111100 00001011 +11111101 =00001000 X补补 00001011Y补补 11111101补码的优点：补码的优点：数符也当数值参与运算。数符也当数值参与运算。Y原原 10000011X原原 00001011841.7.4 1.7.4 算术与逻辑运算算术与逻辑运算 计算机中数据采用二进制编码形式实现算术运算计算机中数据采用二进制编码形式实现算术运算和逻辑运算。和逻辑运算。1.1.二进制数算术运算二进制数算术运算 二进制数算术运算与十进制数算术运算基本相同，二进制数算术运算与十进制数算术运算基本相同，也包括加、减、乘和除四则运算，但运算更简单。也包括加、减、乘和除四则运算，但运算更简单。852.2.二进制数逻辑运算二进制数逻辑运算逻辑数据值用于判断某个条件成立与否，逻辑数据值用于判断某个条件成立与否，成立为成立为1 1 真真反之为反之为0 0 假假当要对多个条件进行判断时，则需要用逻辑运算符构当要对多个条件进行判断时，则需要用逻辑运算符构成逻辑表达式，结果还为逻辑值。成逻辑表达式，结果还为逻辑值。逻辑运算主要包括三种基本运算。逻辑运算主要包括三种基本运算。逻辑与运算：通常用逻辑与运算：通常用“”“”或或“”“”符号表示两个符号表示两个逻辑量间的与关系。逻辑量间的与关系。逻辑或运算：通常用逻辑或运算：通常用“”或或“”“”符号表示两个符号表示两个逻辑量间的或关系。逻辑量间的或关系。逻辑非运算：表示同原条件逻辑非运算：表示同原条件A A含义相反，用含义相反，用A A表示表示 86在逻辑运算中，将逻辑量的各种可能的组合与对应运在逻辑运算中，将逻辑量的各种可能的组合与对应运算结果列成表格，称为真值表，它是全面描述逻辑运算结果列成表格，称为真值表，它是全面描述逻辑运算关系的工具之一。一般在真值表中可用算关系的工具之一。一般在真值表中可用1 1或或T T（）表（）表示真，用示真，用0 0或或F F（）表示假。（）表示假。逻辑运算真值表逻辑运算真值表A AB BA AB BA AB B0 00 00 00 01 10 01 10 01 11 11 10 00 01 10 01 11 11 11 10 0871.8.1 1.8.1 西文字符编码西文字符编码 采用采用码。即美国国家信息交换标准字符码。码。即美国国家信息交换标准字符码。用用7 7位二进制数表示一个字符编码位二进制数表示一个字符编码 1.8 1.8 文字信息编码形式文字信息编码形式字符必须按特定规则进行二进制编码才能进行存储。字符必须按特定规则进行二进制编码才能进行存储。88d d6 6d d5 5d d4 4d d3 3d d2 2d d1 1d d0 0，0000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL000001010011100101110111891.8.2 1.8.2 中文字符编码中文字符编码汉字编码包括三个方面：汉字编码包括三个方面：输入编码输入编码(外码外码)内码内码字型码字型码(字模字模)输入码输入码 指输入汉字时的编码，由键盘上字符和数字组成。指输入汉字时的编码，由键盘上字符和数字组成。如：区位码如：区位码 、拼音输入编码、拼音输入编码 、字形输入编码、字形输入编码 902.2.国标码（汉字信息交换码）国标码（汉字信息交换码）汉字用双字节表示。国家标准汉字用双字节表示。国家标准23l2-8023l2-80规定规定74457445个个字符编码，其中有字符编码，其中有682682个非汉字图形符和个非汉字图形符和67636763个个汉字代码。有一级常用字汉字代码。有一级常用字37553755个，二级常用字个，二级常用字30083008个。个。u区位码区位码:2312:23128080基本字符集构成一个二维表，分基本字符集构成一个二维表，分成成9494行，行，9494列，行号称为区号，列号称为位号。每列，行号称为区号，列号称为位号。每一个汉字和符号在码表中都有惟一位置编码，即区一个汉字和符号在码表中都有惟一位置编码，即区号（行号）和位号（列号）为该汉字（或字符）的号（行号）和位号（列号）为该汉字（或字符）的区位码。区位码。u汉字国标码汉字国标码 区号（十六进制数）区号（十六进制数）20H20Hu 接位号（十六进制数）接位号（十六进制数）20H 20H 913.3.内码内码 计算机内部对汉字存储和处理的代码。一个汉字计算机内部对汉字存储和处理的代码。一个汉字输入计算机后便转换为内码。输入计算机后便转换为内码。将某汉字的国标码加上将某汉字的国标码加上8080H8080H，作为汉字内码。，作为汉字内码。4.4.字型码（也称字模或汉字输出码字型码（也称字模或汉字输出码 ）将汉字作为一幅平面图画将汉字作为一幅平面图画 ，分别从纵、横两个方，分别从纵、横两个方向分成相等的向分成相等的NNNN小方块，得到一幅由小方块，得到一幅由“1”“1”组成组成的汉字轮廓画，是一幅数值化的图形。按顺序编的汉字轮廓画，是一幅数值化的图形。按顺序编成二进制代码串存入计算机中，数值化的图形为成二进制代码串存入计算机中，数值化的图形为某汉字的某汉字的NNNN点阵字模。点阵字模。925.5.地址码地址码 所有汉字字模的集合称为字库。汉字地址码是指所有汉字字模的集合称为字库。汉字地址码是指汉字库中存储汉字字型信息的逻辑地址码。它与汉字库中存储汉字字型信息的逻辑地址码。它与汉字内码有着简单的对应关系。汉字内码有着简单的对应关系。6.6.各种汉字代码之间的关系各种汉字代码之间的关系9394第第1 1章章 作业作业习题一、二、三习题一、二、三将下列进制数分别转换为十进制数：将下列进制数分别转换为十进制数：（1011101.11101011101.1110）B B、(135.76)(135.76)o o、（、（5D.EF)5D.EF)H H将十进制数将十进制数 215.6531 215.6531 分别转换成其它进制数。分别转换成其它进制数。求下列各数的补码：求下列各数的补码：195 195、127127、138138、-1-1、-105-105、-127-12795