微型计算机基础与应用第一章.ppt

第章 计算机基础知识,2023/10/13,1,本章要求：,2023/10/13,2,基本知识点了解计算机的发展、特点及用途掌握计算机中使用的数制及数制间的转换弄清计算机的主要组成部件及其功能重点及难点计算机的系统组成计算机系统中数据的表示形式数制之间的转换,1-1 电子计算机的发展与应用,什么是计算机,2023/10/13,3,计算机的产生和发展是人类生产力的一场革命。,约翰阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证 精度；2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运 算，以保证计算速度；3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分 离的结构。,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,图灵与图灵机,为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”,计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。,图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。,John von Neumann冯诺依曼,1949 EDSAC,冯诺依曼计算机,存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,一、电子计算机的发展,第一代 电子管计算机第二代 晶体管计算机第三代 中小规模集成电路计算机第四代 大规模和超大规模集成电路计算机,2023/10/13,7,一、电子计算机的发展1946年第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世。人们常按制造计算机所用的主要元器件将计算机分为四代：,体积庞大、速度低、成本高、可靠性差、内存容量小,体积大大减小、速度提高、可靠性和内存容量有较大提高,速度、可靠性和内存容量都进一步提高，外设种类繁多,计算机发展史简表,2023/10/13,8,根据电子计算机所采用的特理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成4个阶段：,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW,第一台电子计算机的研制与军事目的有着密切关系。,1第一代（1946年1958年）：电子管阶段,2023/10/13,10,电子管,基本特征采用电子管作为计算机的逻辑元器件，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数KB。其数据表示主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学研究工作。其代表机型有IBM 650（小型机）、IBM 709（大型机）。,2第二代（1959年1964年）：晶体管阶段,2023/10/13,11,晶体管,基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。其代表机型有IBM 7094、CDC 7600。,3第三代（1965年1970年）：集成电路阶段,2023/10/13,12,集成电路,基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发展形成了操作系统。其代表机型有IBM360。,4第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路阶段,2023/10/13,13,超大规模集成电路,基本特征是采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了迅猛的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关。,2023/10/13,14,2023/10/13,15,计算机的特点,（1）运算速度快（2）运算精确度高（3）具有“记忆”和逻辑判断能力（4）通用性强（5）高度自动化另外，还具有可靠性强、可联网等特点,2023/10/13,16,二、计算机的发展方向,2023/10/13,17,未来的计算机以超大规模集成电路为基础，向巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强）微型化（体积缩小、重量减轻）网络化（分散的计算机联成网）智能化（计算机将具有一定的“思维能力”）方向发展。,计算机发展巨型化,2023/10/13,18,CRAY-,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。,中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”,银河,2023/10/13,19,社会在不断发展，人类对自然世界的认识活动也越来越多，很多情况要求计算机对数据进量的运算，如，数学命题的证明、行星轨迹的计算以及航天飞机、宇宙飞船的设计等等。这些应用对计算机速度的要求也越来越高。“巨型化”在这里并不是通常意义上的大小，主要是指机器的性能运算速度等。,计算机发展巨型化,计算机发展微型化,2023/10/13,20,Altair 8800,计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。,计算机发展微型化,2023/10/13,21,一方面，随着计算机的应用日益广泛，在一些特定场合，需要很小的计算机(如航天飞机，由于燃料的关系，设计原则是为了减少每一克而奋斗)，所以计算机的重量、体积都变得越来越小，但功能并不减少。另一方面，随着计算机在世界上日益普及，个人电脑正逐步由办公设备变为电子消费品。人们要求电脑除了要保留原有的性能之外，还要有时尚的外观、轻便小巧、便于操作等特点，如平板电脑、手持电脑等。今后个人电脑在电脑中所占的比重将会越来越大，使用也将会越来越方便。,计算机发展网络化,2023/10/13,22,计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。,计算机发展网络化,2023/10/13,23,因特网的建立正在改变我们的世界，改变我们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性，网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网络通信、电子商务、网络资源共享则具有真实的特性。我们可以通过因特网购买生活必需品，交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。,计算机发展智能化,2023/10/13,24,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来”。笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”,计算机发展智能化,2023/10/13,25,今后，计算机在我们的生活中扮演的角色将会更加重要。计算机应用将具有更多的智能特性，能够帮助用户解决一些自己不熟悉或不愿意做的事。如，智能家电、烹调等。,三、电子计算机的主要应用,2023/10/13,26,科学计算（数值计算）如：天文、地质、气象、航天等涉及的大量计算数据处理（信息处理）对数据进行收集、分类、排序、存储、计算等操作自动控制 无人驾驶飞机的控制计算机辅助设计（CAD）和辅助教学（CAI）人工智能（AI）方面的研究和应用专家系统(Expert system）机器人(Robert)多媒体（Multimedia）技术应用,2023/10/13,27,科学计算：解决科学技术和工程设计中存在的大量的数学计算问题。例如，求解上千阶的微分方程组、几百个方程的线性方程组、大型矩阵运算等.数据处理：数据处理泛指任何形式的计算机管理和操纵数据的过程，例如，企业管理、库存管理、帐目计算、信息情报检索等。实时控制：计算机的速度不断提高，计算机的指令周期已降到几ns级，使得许多生产过程的实时控制成为可能。例如，化工生产过程中的压力、流量、温度等参数的控制。,2023/10/13,28,4.计算机辅助设计和制造：CAD/CAM系统已发展成为更高级的计算机集成制造系统(CIMS)。5.人工智能：是探索和模拟人的感觉和思维过程的科学，它是在控制论、计算机科学、仿生学、生理学等基础上发展起来的新兴边缘学科。6.通信和文字处理：包括文字信息的产生、修改、编辑、复制、保存、检索、传输等，通信和文字处理是实现办公自动化、电子邮件、计算机会议和计算机出版等新技术的必由之路。7.多媒体技术：图形、声音、静态图像、动画、动态图像等多媒体技术。,2023/10/13,29,8.网络技术与信息高速公路：把分布在不同地域的独立的计算机系统用通信设施连接起来，以实现数据通信和资源共享。网络从地域范围大小上分为局域网和广域网。9.教育：包括计算机辅助教学、知识信息系统、自然语言处理等。计算机辅助教学生动、形象、易于理解，是提高教学质量的重要手段之一。10.军事：包括军队自动化指挥系统、计算机作战模拟、军事信息处理武器的自动控制、精确制导武器、军用机器人、数字化部队、后勤保障等。,计算机的分类,2023/10/13,30,1-2 微型计算机系统的组成及工作原理,2023/10/13,31,微机系统包括：硬件系统和软件系统。硬件：指构成计算机的物理设备，即具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实体部分。软件：指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合。,一、微机系统的组成,一、微机系统的组成,2023/10/13,32,2023/10/13,33,计算机系统的组成,二、微型计算机的硬件系统,2023/10/13,34,1.运算器ALU(Arithmetic-Logic Unit)运算器又叫算术逻辑部件，是计算机执行算术运算和逻辑运算的部件。操作时，运算器的操作和操作种类由控制器决定，处理的数据来自存储器，处理的结果通常送回存储器，或暂时存放在内部寄存器中。2.控制器(Control Unit)控制器是整个计算机的指挥中心，它从主存中按规定顺序取出程序中的一条指令，对其进行分析，然后根据指令的要求向有关部件发出各种时序控制信号，控制它们执行这条指令所规定的功能。,运算器与控制器合在一起被称为中央处理器，即CPU(Central Processing Unit)，它是计算机的核心，控制整个计算机系统的工作,2023/10/13,35,CPU的性能指标,CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率；CPU外频：CPU总线频率 CPU字长：单位时间内一次处理的二进制数的位数。前端总线（FSBFront System Bus）指的是CPU和北桥芯片间数据传输的总线。倍频系数：CPU内部的时钟信号是由外部输入的，在CPU内部采用了时钟倍频技术。按一定比例提高输入时钟信号的频率，这个提高时钟频率的比例称为倍频系数。主频=外频倍频 L1/L2 高速缓存：L1是第一层高速缓存。L2是CPU性能表现的关键之一。,CPU的类型如课本第6页图中所示。,2023/10/13,36,主板,2023/10/13,37,插好CPU、内存和显卡的主板,2023/10/13,38,从机箱背面看主板接口,2023/10/13,39,3.存储器(Memory)存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，能根据地址存储数据或指令，也能根据地址提供有关的指令或数据，是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。存储器可分为主存储器和辅助存储器两大类 主存储器(Main Memory)简称主存，也叫内存 辅助存储器(Auxiliary Memory)简称辅存，也叫外存,2023/10/13,40,（1）内部存储器,（1）随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)RAM通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2）只读存储器(Read only Memory，简称ROM)CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。（3）高速缓冲存储器Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。性能指标：存储容量和工作速度。,（2）外部存储器,2023/10/13,41,1）软盘,用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB新型磁盘具有100MB250MB容量软盘曾经是必备的外部存储设备，但目前已基本淘汰。,2023/10/13,42,2）硬盘硬盘片是由涂有磁性材料的硬质合金构成。读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定。影响硬盘容量的因素主要有：磁道、扇区、盘片、磁头、柱面。对照课本第1112页，这里是硬盘的内部构造图示。工作原理：电磁感应,2023/10/13,43,固态硬盘：是由控制单元和存储单元（FLASH芯片）Solid State Disk、IDE FLASH DISK组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。低功耗、传输速度快等特性使得其深受用户的青睐；但是价格高昂、容量偏低的问题也是阻碍其市场推广流行所在。与传统硬盘优缺点大致对比：,2023/10/13,44,磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合,Flash存储设备 闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上,3）移动存储设备,2023/10/13,45,衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率=150KB/秒常用：只读型光盘CD-ROM后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/秒能够刻录光盘的驱动器，外形没有什么差别，称为刻录机。能刻录新数据的盘片，分CD-R和CD-RW。还有DVD-R，DVD-RW刻录盘片要有三个条件：刻录机，刻录盘，和刻录软件。,4）光盘及光盘驱动器,4.输入设备,2023/10/13,46,（1）键盘。是主要的输入设备。标准键盘由101个键组成，是当前我国使用最多的键盘。,（2）鼠标,2023/10/13,47,是控制显示器上光标移动位置并向主机输入用户所选中的某个操作命令或对象的一种输入设备。包括机械式鼠标器和光电式鼠标器。,（3）其他输入设备,2023/10/13,48,5.输出设备,2023/10/13,49,（1）显示器CRT（阴极射线管）的功能是将计算机中的信息转换成各种直观的字符和图象，并在屏幕上显示出来。显示器屏幕上用光点来构成输出内容。像素越多，分辨率越高。像素的深浅程度称为灰度（允许有256级灰度）。彩色有红绿蓝三色组合而成，因此每个像素用24位表示时；真彩可以有224种不同的颜色。分辨率、彩色数及屏幕尺寸是衡量显示器性能的主要指标。液晶显示器(LCD)的工作原理与CRT不同。液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物，加热会呈现透明状的液体状态，冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，具有液体与晶体的特性，故称之为“液晶”。,2023/10/13,50,（1）显示适配器又称为显卡。显示卡和显示器构成了微机的显示系统，显示系统是计算机与人交换信息的窗口，显示信息的质量与显示器、显示卡的性能直接相关，显示卡的类型、性能是决定显示质量的第一关键。显示卡上主要部件有：显示芯片（GPU）、RAMDAC、显示内存、显卡 BIOS、VGA插座、特性连接器等。显示芯片负责图形数据的处理，是显示卡的核心部件。RAMDAC的作用是将显存中的数字信号转换为能够用于显示的模拟信号。显存也是用于存放数据的、只不过它存放的是显示芯片处理后的数据，在屏幕上看到的图像数据都存放在显示内存中。显示卡要达到的分辨率越高，屏幕上显示的像素点就越多，所需的显示内存也就越多。,（3）打印机,2023/10/13,51,主要分为针式、激光、喷墨三种。针式打印机又称点阵打印机，属于击打式打印机。特点：价格便宜，速度慢，噪音大。喷墨打印机：噪声低、速度快、打印效果较好。激光打印机：速度快、无噪声、分辨率高但价格稍高。,电源,向主板、软盘驱动器、硬盘驱动器或光盘驱动器等提供电源(位于机箱内),2023/10/13,52,直流稳压电源,不间断电源,用于交流稳压及停电保护(如：UPS),计算机工作原理,2023/10/13,53,1计算机采用二进制形式来表示数据和指令 数据：以器件的两种物理状态，如晶体管的“通”和“断”等来表示，这种器件只能表示二进制代码。因此，计算机处理的所有数据都要转换成二进制代码。指令：计算机中另一种重要信息，计算机的所有动作都按一条条指令的规定来进行。指令也用二进制代码表示操作码：指出操作的性质操作数：操作的对象,计算机工作原理,2023/10/13,54,2存储程序是计算机自动工作的基础 在计算机上算题前，先把解题方法分解成一个个步骤，都用计算机能够执行的指令表示出来，这些指令就构成了解题程序。把程序通过输入设备送入计算机，以二进制代码形式存入存储器。“启动”程序，计算机就逐个分析执行程序中一条条指令，从而一步一步地自动算完题目。,2023/10/13,55,计算机工作原理,3计算机由五大部件组成,运算器：数据的算术、逻辑运算，比较、移位等操作。存储器：存储程序和数据：运算之前接受输入设备送来的信息。运算过程中为其它部件提供信息。保存中间结果和最终结果。控制器：计算机的控制中心，实现“程序控制”的主要部件。它从存储器中逐条取指令，分析指令规定的操作、所需数据等，再按分析结果向各部分发控制信号，统一指挥计算机完成操作。输入设备：将数字、文字、图像等转换为计算机能识别的二进制编码，并输入到计算机内存储起来，以便加工处理。常用的有键盘、鼠标器、扫描仪等。输出设备：将计算机内数字形式的编码转换成人或其它设备所能接收和识别的信息形式。常用的有显示器、打印机、绘图仪等。,2023/10/13,57,程序的执行过程,N,Y,2023/10/13,58,计算机的性能指标,内存容量,字长,主频,其它,运算速度,2023/10/13,59,系统软件,应用软件,1.4.3 计算机软件系统,三、微型计算机的软件系统,2023/10/13,60,微型计算机系统的软件分为系统软件和应用软件两类。系统软件：管理、控制和维护计算机及其外设、计算机网络，提供用户与计算机界面等的软件。一般包括操作系统、语言编译程序、数据库管理系统。应用软件是指计算机用户为某一特定应用而开发的软件。例如文字处理软件、表格处理软件、绘图软件、财务软件、过程控制软件等。,2023/10/13,61,硬 件,计算机系统层次结构,2023/10/13,62,用户与硬件/软件之间的关系,计算机硬件,用 户,应用软件,系统软件,操作系统,2023/10/13,63,操作系统是最基本，最重要的系统软件。它负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作和编程界面。功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理。分类：单用户操作系统、批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。,操作系统基础,操作系统的定义 操作系统的功能 操作系统用户界面,2023/10/13,64,Windows,DOS,UNIX,2023/10/13,65,什么是操作系统？,用来控制和管理系统资源、方便用户使用计算机的程序的集合，是人机交互的接口。,操作系统基础,Word,Windows,KV300,2023/10/13,66,操作系统的功能,操作系统基础,2023/10/13,67,操作系统用户界面,DOS NetWare UNIX,Windows,窗口图形界面,命令行界面,操作系统基础,语言编译程序,2023/10/13,68,计算机语言（程序设计语言）：人和计算机交流信息使用的语言。分类：机器语言是一种用二进制代码“0”和“1”形式表示的，能被计算机直接识别和执行。汇编语言是一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。机器不能直接识别和执行，必须由“汇编程序”(或汇编系统)翻译成机器语言程序才能运行。高级语言是一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言。计算机不能识别和执行，要把用高级语言编写的源程序翻译成机器指令，通常有编译和解释两种方式。,数据库管理系统,2023/10/13,69,数据库管理系统是有效地进行数据存储、共享和处理的工具。应用范围：档案管理、财务管理、图书资料管理、仓库管理、人事管理等数据处理。目前，微机系统常用的单机数据库管理系统有：DBASE、FoxBase、Visual FoxPro 等，适合于网络环境的大型数据库管理系统Sybase、Oracle、DB2、SQL Server 等。,联网及通信软件,2023/10/13,70,网络技术飞速发展，出现了许多专门用于联网和网络管理的系统软件。例如局域网操作系统Novell NetWare、Microsoft Windows NT；通信软件有Internet浏览器软件，如Netscape公司的Navigator、Microsoft公司的IE等。,应用软件,2023/10/13,71,文字处理软件主要用于用户对输入到计算机的文字进行编辑并能将输入的文字以多种字形、字体及格式打印出来。目前常用的文字处理软件有Microsoft Word、WPS2000等。表格处理软件是根据用户的要求处理各式各样的表格并存盘打印出来。目前常用的表格处理软件有Microsoft Excel等。实时控制软件用于生产过程自动控制计算机。,应用软件：应用软件：为解决具体问题编制的软件，如会计记帐软件等。应用软件常由厂商提供。,文字处理软件：输入、存储、修改、编辑、打印文字资料。常用的有Word，WPS等。,信息管理软件：输入、存储、修改、检索信息，如工资管理软件等。可多个联接构成MIS系统。,CAD软件：高效地绘制、修改工程图纸，进行常规的设计计算，帮助用户寻求较优的设计方案。常用的有AutoCAD等。,实时控制软件：随时收集生产装置、飞行器等的运行状态信息，实施自动或半自动控制。,1-3 计算机中信息表示及计量单位,2023/10/13,76,一、计算机中信息的计量单位字节：Byte，计算机中作为一个单位处理的一系列相邻单元，一个字节是8位 位：bit，表示和存储信息的最小计量单位。通常用小写字母b表示。1 byte(B)=8 bits(b)字节=8个二进制位 1 KB=210 bytes=1,024 bytes 千字节 1 MB=210KB=220 bytes=1,048,576 bytes 兆字节 1 GB=210MB=230 bytes=1,073,741,824 bytes 千兆字节 1 TB=210GB=240 bytes=1,099,511,627,776 bytes吉字节(后面还有更大的单位PB，EB，ZB，YB，BB，但是),二、数制（计数制）,2023/10/13,77,数制：指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。计算机为什么采用二进制？1.二进制只需用两种状态表示数字,容易实现 计算机是由电子元、器件构成的,二进制在电气、电子元器件中最易实现它只有两个数字,用两种稳定的物理状态即可表达,而且稳定可靠比如磁化与未磁化,晶体管的载止与导通（表现为电平的高与低）等而若采用十进制,则需用十种稳定的物理状态分别表示十个数字,不易找到具有這种性能的元器件即使有,其运算与控制的实现也极复杂。2.二进制的运算规则简单 加法是最基本的运算乘法是连加,减法是加法的逆运算（利用补码原理,还可以转化为加法运算,类似钟表拨针时的计算）,除法是乘法的逆运算其余任何复杂的数值计算也都可以分解为基本算术运算复合进行为提高运算效率,在计算机中除采用加法器外,也直接使用乘法器众所周知,十进制的加法和乘法运算规则的口诀各有100条,根据交换率去掉重复项,也各有55条用计算机的电路实现這么多运算规则是很复杂的,相比之下,二进制的算术运算规则非常简单,加法、乘法各仅四条:0+0=000=0 0+1=1010 1+0=110=0 1+1=1011=1 根据交换率去掉重复项,实际各仅条用计算机的脉冲数字电路是很容易实现的.用二进制容易实现逻辑运算 计算机不仅需要算术运算功能,还应具备逻辑运算功能,二进制的0,1分别可用來表示假（false）和真（true）,用布尔代数的运算法则很容易实现逻辑运算 4.二进制的弱点可以克服 二进制主要的弱点是表示同样大小的数值时,其位数比十进制或其它数制多得多,难写难记,因而在日常生活和工作中是不便使用的但這个弱点对计算机而言,并不构成困难在计算机中每个存储记忆元件（比如由晶体管组成的触发器）可以代表一位数字,记忆是它們本身的属性,不存在记不住或忘记的问题至於位数多,只要多排列一些记忆元件就解决了,鉴於集成电路芯片上元件的集成度极高,在体积上不存在问题对於电子元、器件,0和1两种状态的转换速度极快,因而运算速度是很高的,2023/10/13,78,二进制数,二进制数的特点：最多只有两个不同的数字符号，即 0 和 1。逢二进一。(基数为二，逢二进一，借一为二。)二进制优点：0，1两个状态易物理实现；运算规则简单。算术运算与逻辑运算容易沟通。,2023/10/13,79,二进制数与其它数制的对照表,二进制 十进制 八进制 十六进制0000 0 0 00001 1 1 10010 2 2 20011 3 3 30100 4 4 40101 5 5 50110 6 6 60111 7 7 71000 8 10 81001 9 11 91010 10 12 A1011 11 13 B1100 12 14 C1101 13 15 D1110 14 16 E1111 15 17 F,2023/10/13,80,进位计数制的三要素：数位：数码在一个数中所处的位置。基数：每个数位上所能使用的数码的个数。位权：处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。（N进制数中，整数部分第i位的位权为Ni-1,小数部分第j位的位权为N-j。十进制(13542.387)101104310351024101 2100 310-1 810-2 710-3二进制(101.1)212202112012-1(5.5)10,2023/10/13,81,2.不同进制数之间的转换,2023/10/13,82,(1)非十进制数转换为十进制数,2023/10/13,83,例：(1999.8)10=1103+9 102+9 101+9 100+8 10-1,“权”,(1101.1)2=123+1 22+0 21+1 20+1 2-1=（8+4+0+1+0.5）10=（13.5）10,规则：按“权”展开，求和。,(2)十进制数转换为非十进制数,2023/10/13,84,1)十进制整数转换为非十进制整数规则：除基取余，直到商为零为止，倒排。例：将十进制数86转化为二进制 2|86 0 2|43 1 2|21 1 2|10 0 2|5 1 2|2 0 2|1 1 0所以,(86)10=(1010110)2,2)十进制小数转换为非十进制小数规则：乘基取整，直到小数部分为零或给定的精度为止，顺排。例：将十进制数0.875转化为二进制数 0.875 2 1.75 0.75 2 1.5 0.5 2 1.0 所以(0.875)10=(0.111)2,2023/10/13,85,(3)非十进制之间互相转换,1)二进制转换为八进制方法三合一法整数部分：自右向左，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。小数部分：自左向右，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。例如：将（10100101.10111）2 转换成八进制数。（10100101.10111）2=(010 100 101.101 110)2=（2 4 5.5 6）8,2023/10/13,86,2)八进制转换为二进制方法一分为三法 八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制 000 001 010 011 100 101 110 111 例如：将（207.54）8转换成二进制：2 0 7.5 4 010 000 111.101 100 所以，（207.54）8=（010000111.101100）2=（10000111.1011）2,2023/10/13,87,3)二进制转换为十六进制方法四合一法整数部分：自右向左，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。小数部分：自左向右，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。例：(11001111.01111)2=(1100 1111.0111 1000)2=(C F.7 8)16,2023/10/13,88,4)十六进制转换成二进制方法一分为四法十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111十六进制 8 9 A B C D E F二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111例如（1E4.2A）16=（0001 1110 0100.0010 1010）2=（111100100.0010101）2,2023/10/13,89,二进制数在计算机内的表示,计算机中整数一般用定点数表示。定点数指小数点在数中有固定的位置。整数(不带符号的整数)8位：0255，16位：065535带符号整数 符号位（0：正；1：负）最高位为符号位（原码表示法）8位：-128127，16位：-32768+32767,2023/10/13,90,实数的表示,2023/10/13,91,数符 尾数 阶符 阶码,计算机中实数一般用浮点数表示。浮点数指小数点在数中位置不固定。一个浮点数由阶码（指数）和尾数两部分组成。阶码：尾数中的小数点应当向左或向右移动的位数。尾数：表示数值的有效数字，其小数点约定在数符和尾数之间。例：100.101=2+30.100101,三、常见的信息编码,2023/10/13,92,编码：是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。计算机只认识“0”和“1”，任何信息必须转换成二进制形式数据后才能由计算机进行处理、存储和传输。十进制数的编码与表示西文信息的编码与表示中文信息的编码与表示,BCD(二-十进制编码）,2023/10/13,93,BCD码BCD(Binary Code Decimal)码是用若干个二进制表示一个十进制数的编码，BCD码有多种编码方法，常用的有8421码。8421码是将十进制数码09中的每个数分别用4位二进制编码表示，对于多位数，只须将它的每一位数字用8421码直接列出即可。例如，十进制数转换成BCD码如下：(1209.56)10(0001 0010 0000 1001.0101 0110)BCD,十进制数的编码与表示,2023/10/13,94,1.西文信息的编码与表示,2023/10/13,95,字符编码(Character Code)就是用二进制编码来表示字母、数字以及专门的符号。在计算机系统中有两种重要的字符编码方式：ASCII和EBCDIC。EBCDIC(扩展的二十进制交换码)是西文字符的一种编码。采用8位二进制表示，共有256种不同的编码，可表示256个字符。目前计算机中普遍采用的是ASCII(American Standard Code for Information Interchange)码，即美国信息交换标准代码。,2023/10/13,96,数字二进制数字符 二进制编码字符编码：每个字符对应一个整数值字符编码标准：ASCII码：美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange)规定：字节(位)最高位为,位给出128个编码。,西文信息的编码与表示,2023/10/13,97,128种字符：95个可见字符，33个控制字符;制码,2.汉字字符集与编码,1981年，GB2312-80国家标准，其中有6763个汉字和682个非汉字字符，其字符及编码称为国标码又叫国际交换码。GB2312字符集的构成：一级常用汉字3755个，按汉语拼音排列二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列非汉字字符682个汉字也是字符，是中文的基本组成单位。汉字数量大(目前汉字的总数已超过6万个)、字形复杂、异体字多、同音字多。汉字信息的处理相对较复杂，汉字信息的处理一般包括汉字的编码、输入、输出、存储、处理与传输。,2023/10/13,98,2023/10/13,99,汉字字符集与编码：1981年我国颁布了信息交换用汉字编码字符集基本集(GB2312-80)。汉字的输入：(1)数字编码、(2)拼音编码、(3)字形编码汉字的机内码：是指计算机系统内部为存储、处理和传输汉字而使用的代码，简称内码，是汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。4、汉字的输出：如要显示或打印出来，必须把汉字的机内码转换成人们可以阅读的方块字形式。5、汉字信息处理的工作过程,汉字编码（续）,输入码 数码：由数字组成的编码，代码和汉字一一对应，无重码，但编码规则较难记忆，如区位码，电报码。音码：用汉字拼音字母组成的编码，容易学，但重码多，输入速度不高，如拼音码等。形码：把汉字的基本构件偏旁、部首和字根等分类，和不同的键相对应，如五笔字型码、表形码、首尾码等。音形码：根据汉字的读音并兼顾汉字字型而设计的编码，如自然码、声韵部形码、快速输入码等。,2023/10/13,100,汉字编码,2023/10/13,101,汉字国标码(GB231280)每个汉字占两个字节。一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。汉字分区，每个区94个汉字。机内码计算机系统内部处理和存储汉字时所用的代码，简称内码。汉字 国标码 汉字内码 中 8680(01010110 01010000)B(11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B(10111011 10101010)B,汉字编码（续）,输出码：又称字型码或字模点阵码。点阵字形（“1”表示对应位置是黑点、“0”表示是空白）轮廓字形（用曲线描述，精度高、字形可变，如：Windows中的TrueType）,2023/10/13,102,2023/10/13,103,汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码 有1616、2424、3232、4848等编码、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,计算机中信息的表示,在计算机中把符号位和数值一起数码化来表示相应的真值，此编码称为机器码。有原码、反码、补码等方法。,2023/10/13,104,2023/10/13,105,数据在计算机中的表示方式,机器数,0,1,0,0,1,1,0,1,+77,符号位,真值,机器数/真值,计算机中信息的表示,2023/10/13,106,原码：将整数化为二进制数，符号位置0（正数）或1（负数）负数的反码：符号位为1，绝对值部分与原码相反。负数的补码表示：符号位也是“1”，其余为反码的最低位加“1”。,原码表示法,2023/10/13,107,原码的最高位为符号位；其余的位是真值X的绝对值。定点小数的原码,定点整数的原码,例+0.1001 原0.1001；-0.1001 原1.1001,例 x=-1