大学计算机基础02.ppt

四川大学计算机基础教学中心,2008年,第2章 计算机系统基础,计算机系统概述 计算机的运算基础 计算机中信息的表示,大学计算机基础（第2章）,2,2.1 计算机系统概述,2.1.1 计算机系统 2.1.2 计算机硬件系统 2.1.3 计算机软件系统,大学计算机基础（第2章）,3,2.1.1 计算机系统,1.计算机系统的组成（P26）,硬件系统,软件系统,主机,外设,系统软件,应用软件,掌握,大学计算机基础（第2章）,4,2.1.1 计算机系统,2.计算机系统的层次关系（P26）,人与计算机之间是间接关系,特点,裸机,硬件系统,软件系统,用户,大学计算机基础（第2章）,5,2.1.1 计算机系统,3.计算机的基本结构（P27）,冯诺依曼机,计算机由五大模块组成 计算机采用二进制 计算机采用“存储程序”的工作原理,掌握,大学计算机基础（第2章）,6,2.1.1 计算机系统,4.计算机的基本工作原理（P28）,计算机事先将需要执行的程序和数据放入存储器中。计算机工作时，自动、连续地从存储器中逐条取出指令，并加以解释和执行。,“存储程序”的工作原理,大学计算机基础（第2章）,7,2.1.1 计算机系统,操作数,指令的组成,指令,计算机硬件能直接识别并执行的命令称为机器指令。,指令系统,计算机所能执行的所有机器指令的集合。,大学计算机基础（第2章）,8,2.1.1 计算机系统,指令的执行过程,取指令,解释指令,执行指令,取指令,解释指令,执行指令,控制器从存储器中取出指令送到指令寄存器中,由控制器对指令进行分析，并将指令的操作码转换成控制信号控制器,由控制器控制指令的执行,存储器,大学计算机基础（第2章）,9,2.1.2 计算机硬件系统,CPU,内存,主机,外设,外存,只读存储器ROM随机存储器RAM,大学计算机基础（第2章）,10,2.1.2 计算机硬件系统,1.中央处理器CPU（P29）,运算器,加、减、乘、除,与、或、非、比较等,控制器,寄存器,CPU内部的临时高速存储单元,算术逻辑单元(ALU),大学计算机基础（第2章）,11,2.1.2 计算机硬件系统,2.存储器（P30）,内存储器,外存储器,计算机中存放程序和数据的记忆装置。,大学计算机基础（第2章）,12,2.1.2 计算机硬件系统,每个内存单元地址中存放的二进制数为该单元的内容。,38F05H,地址,内容,1 0 1 1 0 1 1 0,7 6 5 4 3 2 1 0,38F04H,内存单元地址,内存单元内容,内存由很多存储单元组成，每个内存单元存放8位二进制数。内存单元的编号称为内存单元的地址。,从内存中取出信息，原信息不会被破坏。,读,写,将信息存入内存中，原信息被抹掉。,操作,大学计算机基础（第2章）,13,2.1.2 计算机硬件系统,1 Byte 8 bit,1KB=1024 B,1MB=1024 KB=10242B,1GB=1024 MB=10243B,计算机的最小信息单位,计算机的基本信息单位,1TB=1024 GB=10244B,存储单位,位(bit),字节(Byte),b7,b6,b5 b4 b3 b2 b1 b0,最高位,位,字节（8位）,大学计算机基础（第2章）,14,2.1.2 计算机硬件系统,3.输入/输出设备（P31）,用来接收用户输入的原始数据和程序，并将其转换为二进制代码，存放在内存中。,输入设备,输出设备,将内存中的处理结果转换成人们所能接受的形式（数值、文字、图、声像等），输出到相关设备上。,大学计算机基础（第2章）,15,2.1.2 计算机硬件系统,4.微型计算机硬件系统（P31）,台式机,便携式机,大学计算机基础（第2章）,16,2.1.2 计算机硬件系统,4.微型计算机硬件系统（P31）,主板,图3-2.2 微机主板图,内存插槽,总线插槽,CPU插槽,USB接口,电池,鼠标插口键盘插口,并行接口,大学计算机基础（第2章）,17,2.1.2 计算机硬件系统,微处理器,Microprocessor,大学计算机基础（第2章）,18,存储器,2.1.2 计算机硬件系统,速度慢容量大,海量存储器（光盘、磁带等）,辅助存储器（磁盘）,主存储器,高速缓存（Cache）,寄存器,速度快容量小,CPU内部,内存,解决CPU与内存速度不匹配问题。,大学计算机基础（第2章）,19,2.1.2 计算机硬件系统,主存储器,内存插槽,内存条,128MB、256MB等,大学计算机基础（第2章）,20,2.1.2 计算机硬件系统,磁道,扇区,外存储器,软盘,硬盘,C:或D:120GB,A:3.5英寸(1.44MB),640MB,大学计算机基础（第2章）,21,总线,2.1.2 计算机硬件系统,总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要由地址、数据和控制三大总线组成。,大学计算机基础（第2章）,22,接口,2.1.2 计算机硬件系统,I/O设备一般是通过I/O接口与CPU或主存储器进行信息交换。,大学计算机基础（第2章）,23,无线鼠标,输入/输出设备,2.1.2 计算机硬件系统,输入设备,键盘,鼠标,扫描仪,功能键,主键区,编辑键,数字键盘,光电鼠标,扫描仪,大学计算机基础（第2章）,24,2.1.2 计算机硬件系统,输出设备,显示器,打印机,绘图仪,CRT显示器,LCD液晶显示器,绘图仪,喷墨打印机,激光打印机,针式打印机,大学计算机基础（第2章）,25,2.1.2 计算机硬件系统,5.计算机的主要性能指标（P35）,计算机内部一次最多可同时传送和处理的二进制位数。CPU的字长越长，计算能力越强，精度越高。,字长,16位机,32位机,大学计算机基础（第2章）,26,2.1.2 计算机硬件系统,计算机每秒所能执行的指令条数。单位为MIPS（每秒百万条指令）。,运算速度,通常用主频（时钟频率）来描述计算机的运算速度。主频直接反映CPU的工作速度，时钟频率单位(Hz)。时钟频率越高，计算机的速度越快。,计算机处理过程中，容纳数据量的能力。,内存容量,大学计算机基础（第2章）,27,2.1.3 计算机软件系统,操作系统,支撑软件,系统软件,应用软件,办公自动化软件,第3章介绍,语言处理程序,系统工具软件,数据库管理系统,第5章介绍,第6章介绍,网络工具软件,其它应用软件,Microsoft Office,Lotus SmartSuits,金山WPS,上机实习教材,大学计算机基础（第2章）,28,1.系统软件（P36）,2.1.3 计算机软件系统,2.应用软件（P36）,管理、监控和维护计算机资源的软件，以保证计算机系统正常运行，为用户提供基本的支持与服务。,为解决某一具体的任务或达到某一特定目标而设计的程序。应用软件可以拓宽计算机系统的应用领域，帮助用户提高工作质量和效率。,大学计算机基础（第2章）,29,2.2 计算机的运算基础,2.2.1 进位记数制 2.2.2 不同进位记数制之间的转换 2.2.3 二进制数的基本运算,大学计算机基础（第2章）,30,2.2.1 进位记数制,1.基数（P37）,进位计数制是指用一组特定的数字符号，按照一定的进位规则来表示数目的计数方法。,进位计数制中所使用的不同基本符号的个数。,二进制的基数：,2.位权（P37）,每一个数位上数符所具有的权，它是一个乘方值。,二进制的位权：,2i,2,大学计算机基础（第2章）,31,2.2.1 进位记数制,十进制 D 二进制 B 八进制 O 十六进制H,10i 2i 8i 16i,10 2 8 16,逢十进一 逢二进一 逢八进一 逢十六进一,基数(r),位权(ri),P38 表2-1,大学计算机基础（第2章）,32,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,R 十,位权多项式求和,(217)O=,(3AB)H,(1101.11)B,=23+22+20+2-1+2-2=(13.75)D,282+1 81+7 80=128+8+7=(143)D,【例】,=3162+A161+B160=768+160+11=(939)D,大学计算机基础（第2章）,33,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,十 R,(100.345)D()B,2|100,1100100.,高位,低位,低位,高位,01011,先整为高，后整为低,取值：先余为低，后余为高,0.345 2 0.690 2 1.380 2 0.760 2 1.520 2 1.040,0,0,1,0,0,1,1,余数,|50,|25,2|12,2|6,2|3,2|1,直到商为0,0,直到要求的精度为止,2,整数部分：除基取余法,小数部分：乘基取整法,【例】,2,大学计算机基础（第2章）,34,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,(100)D()O,144,64,余数 8|100 4 8|12 4 8|1 1 0,余数 16|100 4 16|6 6 0,【例】,(100)D()H,【例】,大学计算机基础（第2章）,35,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,(11 100 101.110 1)B()O,00,此处需加两个“0”,345.64,此处可以不加“0”,345.61？,错,2.二、八、十六 进制之间的转换（P41）,【例】二八：3位并1位,【例】八二：1位展3位,整数部分：从右向左进行分组小数部分：从左向右进行分组,(231.34)O()B,“0”不能省,10 11 1.11 100,错,=(010 011 001.011 100)B,=(10 011 001.011 1)B,大学计算机基础（第2章）,36,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,(110 0100.0001 101)B()H,此处需加“0”,0,此处可以不加“0”,64.1A,64.15？,错,【例】二十六：4位并1位,【例】十六二：1位展4位,是否能省？,不能省,可以省,(64.1A)H(0110 0100.0001 1010)B,(1100100.0001101)B,大学计算机基础（第2章）,37,2.2.2 不同进位记数制之间的转换,(576)O,【例】,可借助二进制来完成,(2FB)H,=(101111110)B,=()H,=(1011111011)B,=()O,17E,1373,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 10 11 100 101 110 111 8 9 A B C D E F 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,大学计算机基础（第2章）,38,10001,2.2.3 二进制数的基本运算,1.算术运算（P42）,加法运算,11111111 111 11 111,1100101,1100101,10001,110111101110 110111 101110,000 011 101 1110,【例】,大学计算机基础（第2章）,39,2.2.3 二进制数的基本运算,乘法运算,000 100 010 111,11110011,11110011,11011 1001,【例】,11110011,11011,11011 1001 11011,大学计算机基础（第2章）,40,2.2.3 二进制数的基本运算,2.逻辑运算（P43）,=0,=1,与,0 0=0 1 0=0 0 1=0 1 1=1,或,0 0=0 1 0=1 0 1=1 1 1=1,非,P43 表2-3,全真才真，一假即假,一真即真，全假才假,真的为假，假的为真,大学计算机基础（第2章）,41,2.3 计算机中信息的表示,2.3.1 计算机的数字系统 2.3.2 数值数据的表示 2.3.3 信息编码 2.3.4 字符信息的表示 2.3.5 多媒体信息的表示,大学计算机基础（第2章）,42,2.3.1 计算机的数字系统,计算机中，所有数据均以二进制代码形式表示。计算机采用二进制的主要原因有以下几点：,实现容易,运算简单,可靠性高,通用性强,大学计算机基础（第2章）,43,2.3.2 数值数据的表示,数值型,非数值型,文本型,图形,图像,声音,数 据,视频,大学计算机基础（第2章）,44,2.3.2 数值数据的表示,数的长度,数的符号,小数点的表示,1.机器数（P45）,数值型数据在计算机内部表示的二进制形式称为“机器数”，机器数具有以下特点：,8的倍数,约定表示小数点的位置,机器数具有一定的范围，超过范围便会发生溢出,大学计算机基础（第2章）,45,2.真值（P45）,(-26)D(-11010)B,1,0,0,1,1,0,1,0,机器数,真值,2.3.2 数值数据的表示,符号,(26)D(11010)B,【例】,0,0,0,1,1,0,1,0,(-26)D(-11010)B,1,0,0,1,1,0,1,0,大学计算机基础（第2章）,46,3.定点数与浮点数（P45）,定点数,将小数点固定在数中某个约定的位置。,定点整数,定点小数,(121)D=（1111001)B,2.3.2 数值数据的表示,符号,1,小数点,符号,0,小数点,(-0.625)D=（-0.101)B,大学计算机基础（第2章）,47,浮点数,-0.1100112+11,阶符,阶码,数符,尾数,浮点数的规格化形式,尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围,例(-110.011)B=,N=数符尾数2阶符阶码,定点整数,定点小数,2.3.2 数值数据的表示,0,1,大学计算机基础（第2章）,48,2.3.2 数值数据的表示,4.原码、反码和补码（P46）,Y=-48,X原,X反,X补,X=+95,1,1,Y原,Y反,Y补,大学计算机基础（第2章）,49,2.3.3 信息编码,1.编码（P48）,2.数字化编码（P48）,采用数字作为基本符号进行编码。,用少量的基本符号，一定的组合原则,以表示出大量复杂的信息。,计算机内使用的是二进制编码（也称为基2码）。,基本符号,大学计算机基础（第2章）,50,2.3.4 字符信息的表示,1.西文字符编码（P48）,ASCII码,ASCII码是美国国家标准信息交换码的简称。,【编码原则】,用7位二进制数表示一个字符，该方案能表示128个不同的字符。,见P49 表2-4,【机内表示】,用一个字节表示，最高位为“0”。,大学计算机基础（第2章）,51,A(100 0001)B a(110 0001)B,英文字母编码规律,满足正常的字母排序关系,大小写ASCII码值仅差(32)D,AB Z a b z,(65)D,(97)D,【基本特点】,数字字符(09)编码规律,高三位：011,低四位与十进制数09对应,满足正常排列顺序,1(011 0001)B 2(011 0010)B,128个字符,32个不可显示和打印字符,95个可显示和打印字符,2.3.4 字符信息编码,大学计算机基础（第2章）,52,2.汉字编码（P50）,汉字,输入码,【汉字处理的关键】,汉字输入,机内的表示,汉字输出,【汉字信息处理流程】,交换码,机内码,字型码,输出汉字,2.3.4 字符信息编码,大学计算机基础（第2章）,53,交换码,GB3212-80是我国颁布的信息交换用汉字编码字符基本集的代号，简称“国标码”。,【编码原则】,用双7位进行编码。共收集了7445个汉字、字符。,2.3.4 字符信息编码,大学计算机基础（第2章）,54,2.3.4 字符信息编码,机内码,【编码原则】,“啊”字，存放在国标码表中第 16区1位。,用双字节进行编码，每个字节的最高位为“1”。,国标码：0110000 0100001,机内码：,【例】,查表,大学计算机基础（第2章）,55,输入码（外码）,用等长数字串进行编码,利用汉字发声的声韵编码,利用汉字的字形结构进行编码,利用汉字的音、形结合进行编码,数字码,拼音码,字形码,音形码,2.3.4 字符信息编码,大学计算机基础（第2章）,56,2.3.4 字符信息编码,输出码（字型码）,汉字点阵字模称为字型码。,点阵类型,点阵,占用字节数,1616,32,2424,72,3232,128,4848,288,【例】,“跑”字,大学计算机基础（第2章）,57,2.3.5 多媒体信息的表示,多媒体信息在计算机内表示，需要经过以下过程：,多媒体信息,采样,量化,编码,数字化,采样,量化,按一定的时间间隔对模拟信号进行取样,将离散信号转化为有限位二进制数表示,大学计算机基础（第2章）,58,2.3.5 多媒体信息的表示,1.声音信息数字化（P52）,0,01001010,采样频率(11khz),采样精度（8位）,大学计算机基础（第2章）,59,2.3.5 多媒体信息的表示,2.图形图像信息数字化（P52）,图形数字化,用一系列的计算机指令表示一幅图。,直线（line,start_point,end_point）,圆（circle,center_x,center_y,radius）,占有空间小、缩放不变形,大学计算机基础（第2章）,60,2.3.5 多媒体信息的表示,图像数字化,图像信息数字化是以点阵形式描述一幅图。,采样(1010),量化(1位),像元(pixel),大学计算机基础（第2章）,61,2.3.5 多媒体信息的表示,3.视频信息数字化（P53）,视频信息可以看作是动态图像，它由一幅幅静态的图像（称为帧）所构成，这些静止图像经连续播放便产生动态效果。,按一幅一幅的彩色图像为单位进行数字化。,大学计算机基础（第2章）,62,1.选择题,2.判断题,(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10),3.填空题,Homework,(1)C(2)D(3)B(4)B(5)A(6)C(7)B(8)D(9)A(10)B(11)C(12)C(13)D(14)B(15)C(16)D(17)B(18)B(19)C(20)B,大学计算机基础（第2章）,63,Homework,