引言与计算机系统概述-1.2进制与编码.ppt

程序设计基础（C）,主讲：孙承爱软件工程系(13#426),课程性质：计算机相关专业之专业基础课学时安排:90学时(上课60学时，上机30学时)上课在J7-415，上机在J13-332 上机时间：4、5、7、9、11星期6上午3、4节 6、8、10、12-18星期5上午3、4节考核方式:考试成绩占70%，平时成绩30%(课堂+上机+作业)，缺课1/3者不得参加考试。上机单独计算学分，是另外一门课学习方法：多思考，多编程，多上机参考资料:Internet+Baidu/GoogleDonald Ervin Knuth,“The Art of Computer Programming”计算机程序设计艺术卷1-基本算法,课程性质、学时安排与考核,本课程所讲内容及学时分配第1章 结论（5学时）第2章 C语言概述（1学时）第3章 基本数据类型与数据运算（5学时）第4章 常用标准库函数（4学时）第5章 C程序结构与控制语句（6学时）第6章 数组（6学时）第7章 函数（8学时）第8章 预处理命令（1学时）第9章 指针（12学时）第10章 结构体与共用体（5学时）第11章 文件（6学时）第12章 综合应用举例（1学时）,第1章 绪论,1.1 计算机系统概述1.2 数据及其在计算机内部的表示1.3 问题求解与算法1.4 程序设计与程序设计语言1.5 计算机问题求解的过程,1.1 计算机系统概述,计算机系统功能、组成、工作原理,计算机系统功能,功能：在程序控制下接收、存储数据并按程序要求对数据进行加工处理进而输出结果程序：为实现特定目标或解决特定问题而用计算机编程语言编写的命令序列，是计算机解题的关键,计算机系统组成(原理),计算机系统组成(部件),运算器:ALU,AC累加寄存器,MDR主存数据寄存器 CPU 计 控制器:PC,IR指令寄存器,MAR主存地址寄存器算 机 内存储器：RAM Cache ROM 硬 存储器件 外存储器：硬盘 光盘 优盘 软盘 系 输入设备：键盘 鼠标 扫描仪 数码相机统 输出设备：显示器 打印机 音箱 投影仪,“存储单元地址”,主板示意图：,计算机工作原理,基本原理：存储程序和程序控制。先把指挥计算机如何进行操作的指令序列（程序）和原始数据通过输入设备输送到计算机内存中。每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去，直至遇到停止指令。计算机指令执行过程举例特点：程序与数据一样存储，按程序编排的顺序一步一步地取出指令、自动地完成指令规定的操作，故称之为存储程序工作原理，又称冯.诺依曼原理。,高级语言源程序举例,#includevoid main()int x,y;scanf(“%d”,相关概念说明：,指令:能被计算机识别并直接执行的二进制代码，一条指令对应计算机能完成的一种操作。分算术运算指令、逻辑运算指令、数据传送指令、程序流程控制指令、处理器控制指令等，由操作码和操作数（地址码）两部分组成指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。超级计算机通常采用RISC架构(精简指令集计算机,几十条指令)，桌面计算机为满足兼容性常采用CISC架构(复杂指令系统计算机，几百条指令）程序：为实现特定目标或解决特定问题而用计算机编程语言编写的命令序列编程语言：机器语言 汇编语言 高级语言软件：程序及其相关文档的集合，是程序设计的最终结果。通常分为系统软件和应用软件两类，中间件介于两者之间，为应用程序提供跨平台统一的服务接口,小结：,计算机系统功能计算机系统组成（原理和部件）计算机工作原理（原理和指令执行过程）指令、指令系统、程序与软件的区别，应用软件、系统软件和中间件区别作业1：概述计算机系统组成作业2：概述计算机工作原理,?,引：数据在计算机中的表示？,图形图像,数值,文本,音频,视频,1.2 数据及其计算机内部表示,进位计数制及其转换各类数据的编码表示,进制：用进位的方法进行计数的数制，如十进制数码：进制中用到的数字符号，如十进制中的0-9基数：数制中数码的个数,如十进制基数为10位权：数码在不同位置上的权值 例：十进制数(1 1 1.1 1)10,101,100,10-1,10n-1,10-m,进位计数制的相关概念,常见进制,位权：(1111)2(A15)16,表示：(1111)10(1111)2(1111)8(1111)16 1111D 1111B 1111O 1111H 1111 01111 0 x1111,二进制逢2进1，只需0与1两个数码，易于用电子元件表示,如可表示为磁性的正负、开关的开与关,故计算机中采用二进制计数,进制转换,非十进制数,十进制数,十进制数,非十进制数,二、八、十六进制之间的转换,位权法：按位权展开求和例：,非十进制数 十进制数,(1101.1)2=1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1=8+4+0+1+0.5=(13.5)10,(D.8)16=13+8*16-1=13+0.5=(13.5)10,(0111 1111)2=27-1=1270 x7FFF=215-1=32767,十进制数 非十进制数,1）将整数部分转为非十进制数2）将小数部分转换为非十进制数3）用小数点将两者连接起来,取余法:除基取余倒排序,商为0时停止例:将(11)10转为二进制，(75)10转为十六进制,十进制整数 非十进制数,结果：(1011)2,11,2,1,5,2,1,2,2,1,0,2,0,1,结果：(4B)16,75,16,B,4,16,4,0,取整法:乘基取整正排序,小数部分为零时停止例：将(0.625)10转换为二进制与十六进制,十进制小数 非十进制数,0.625 2 1.250 2 0.50 2 1.0,结果为（0.101)2,1,0,1,0.625 8 5.000,结果为（0.5)8,5,例：将(11.625)10转换为二进制数,整数从右向左三位并一位 小数从左向右三位并一位二进制 八进制,八进制与二进制之间的转换,(100110110111.010 100)2(4 6 6 7.2 4)8,不足三位者用0补位,HB,小结：,计算机计数原理与二、八、十六与十进制间相互转换练习1：十进制转二进制和十六进制 255 127 121.2,0 x00000 x00010 x00020 xFFFF,字节Byte,容量？,1Byte=8 bit 1KB=210Byte1TB=210GB 1GB=210MB 1MB=210KB,?,思考：数据的表示？,图形图像,数值,文本,音频,视频,2.1 文本数据表示-字符编码,ASCII码：用7位二进制数给字符编码,共128个西文字符,机器内占1字节,最高位始终为0。熟悉Aa0与空格等编码扩展ASCII码：用8位二进制数给字符编码,共256 个字符，机器内占一字节。各欧洲国家增加部分不尽相同国标码:GB2312ASCII常用汉字符号；GBKGB2312不常用字（含BIG5繁体汉字）图形符号 GB18030GBKExt-A(日文、朝鲜语等)图形符号 GB2312与GBK是双字节等宽编码,GB18030变长编码,有单字节、双字节和四字节三种方式Unicode字符集：统用多8位编码字符集，只规定了符号的二进制代码大小，未规定存储细节。UTF-8就是在互联网上使用最广的一种unicode的实现方式。它是一种变长的编码方式,1-3个字节，与ASCII码兼容,2.2数值数据表示整数,假设用2字节存储整数,编码方法据整数类型不同而不同:无符号整型:各位均为数值位,将真值转换为二进制填到低位,高位补零即可.有符号整型:最高位为符号位0/1,其余N-1位为数值位。有原码、反码、补码三种编码方法正整数的原码、反码和补码相同:符号位填0表正,将真值转换为二进制填到低位,中间补零.负整数原码:符号位填1,真值转换为二进制填低位,中间补0负整数反码:原码基础上符号位不变余变反.负整数补码:反码基础上加1(绝对值逐位变反末位加1),(77)10,0000 0000 0,(+77)10,0,符号位,数值部分,00000000,(-77)10,1,00000000,(-77)10,1,11111111,(-77)10,1,11111111,2.2数值数据表示整数,说明：机器内对有符号整数实际采用补码表示:0表示法唯一(+0和-0补码同);减运算可化为加运算(7-8与7+(-8)，且所得结果仍然是补码;负数的补码再“求补”(逐位变反末位加1)得绝对值思考:求0与32767的各种编码表示,求2字节补码的表示范围?说明：为什么会有原码、反码、补码三种编码方案？注意学习方法，要自觉，多思考，培养发现问题的能力！,(77)10,0000 0000 0,(+77)10,0,00000000,(-77)10,1,00000000,(-77)10,1,11111111,(-77)10,1,11111111,1,1000 00,0,1,2.2数值数据表示实数,-6.5D,1,0,1,00,IEEE754标准：规定了单精度浮点数和双精度浮点数两种实数的表示法:将真值转化为二进制数,并写成以2为基的科学计数法形式(1.M2E),之后分符号位S、尾数M和指数E三部分存储。符号位0正1负;尾数部分因小数点前均1故只存放小数点后纯小数部分(隐含1);真值指数可正可负,为方便处理在原指数基础上加上一正整数使均非负(Excess码).,-110.1B,-1.101B*2+2,思考：11.2的单双精度浮点数表示？给出浮点数表示求对应真值？规格化情况下单精度浮点数表示的最大、最小值？,2.3其余数据的表示,P16-P18音频、图形图像和视频数据的存储可结合网络学到的资料自学,小结：,二、八、十六与十进制间相互转换标准ASCII码、扩展ASCII码、国标码和Unicode码给出一个无符号数会求其机器数表示给出一个有符号数会求其原/反/补码(P14有误)给出补码会求其对应真值,理解补码的表示范围给出实数会求其机器内的单/双精度浮点数表示；给出单/双精度浮点数表示，会求其真值,课下作业（记）：,P46 1.3,