2016計算機導論3--0928三(計)分析

1、同學們，下午好！同學們，下午好！ Copyright 2016Page 1第二章 計算機基礎知識 1 1 數(shù)據(jù)的表示與存儲數(shù)據(jù)的表示與存儲一、數(shù)據(jù)的類型一、數(shù)據(jù)的類型多種形式的數(shù)據(jù)組成了計算機所處理的多種形式的數(shù)據(jù)組成了計算機所處理的多媒體多媒體信息！信息！ Copyright 2016Page 2第二章 計算機基礎知識二、數(shù)據(jù)的位模式表示二、數(shù)據(jù)的位模式表示統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法 位模式位模式(bit pattern)(bit pattern)u位（位（bit bit binary digit binary digit） 0/10/1二進制的兩種狀態(tài)可用簡單的電子設備（如開關、燈泡

2、二進制的兩種狀態(tài)可用簡單的電子設備（如開關、燈泡的亮的亮/ /暗等）實現(xiàn)！暗等）實現(xiàn)！u位模式（位模式（bit patternbit pattern） 一個二進制序列，即位流一個二進制序列，即位流由多個位組成位模式。如：由多個位組成位模式。如：1001101001110000110010011010011100001100 數(shù)據(jù)以位模式存儲！數(shù)據(jù)以位模式存儲！ 通過通過解釋位模式解釋位模式（輸入（輸入/ /輸出設備或程序完成）來區(qū)分數(shù)輸出設備或程序完成）來區(qū)分數(shù)據(jù)類型（數(shù)字、文本、或其他數(shù)據(jù)）據(jù)類型（數(shù)字、文本、或其他數(shù)據(jù)）u字節(jié)（字節(jié)（bytebyte） 特指長度為特指長度為 8 8 的位模

3、式！的位模式！ Copyright 2016Page 3第二章 計算機基礎知識三、不同類型數(shù)據(jù)的表示三、不同類型數(shù)據(jù)的表示u數(shù)（數(shù)（datadata） 數(shù)值用二進制表示法描述數(shù)值用二進制表示法描述 u文本（文本（texttext） 文本由符號組成文本由符號組成 對所用符號集進行編碼對所用符號集進行編碼 每一個符號每一個符號位模式位模式 符號集的大小決定了符號集的大小決定了位模式的長短！位模式的長短！常用編碼常用編碼：n ASCIIASCII American Standard Code for Information American Standard Code for Information

4、 InterchangeInterchange（美國信息交換標準碼）（美國信息交換標準碼） 每個符號每個符號 7 7位的位模式。符號（即代碼）集可定義位的位模式。符號（即代碼）集可定義128128（2 27 7）種不同的符號。種不同的符號。 表表2-5 (Page 36)2-5 (Page 36) Copyright 2016Page 4第二章 計算機基礎知識n擴展擴展ASCIIASCII碼碼 Extended ASCII Extended ASCII位模式統(tǒng)一為一個字節(jié)（位模式統(tǒng)一為一個字節(jié)（8 8位）位）nUnicodeUnicode 每個符號每個符號 1616位的位模式！位的位模式！ 符

5、號集可定義多達符號集可定義多達65536(265536(21616) ) 種不同的符號種不同的符號 代碼的不同部分被分配用于表示世界上不同語言的符號。其代碼的不同部分被分配用于表示世界上不同語言的符號。其中還有部分代碼被用于表示圖形和特殊符號中還有部分代碼被用于表示圖形和特殊符號u圖像（圖像（imageimage）兩種表示方法：兩種表示方法：位圖位圖或或矢量圖矢量圖A A、位圖、位圖 圖像被分成像素圖像被分成像素(pixel)(pixel)矩陣矩陣 像素的大小由圖像分辨率決定，每一個像素被賦值為位模像素的大小由圖像分辨率決定，每一個像素被賦值為位模式，位模式的長度和值取決于圖像式，位模式的長度

6、和值取決于圖像 黑白圖像黑白圖像 一位位模式，一位位模式，0 0對應黑，對應黑，1 1對應白；或反之對應白；或反之 Copyright 2016Page 5第二章 計算機基礎知識彩色圖像彩色圖像 常見常見RGB表表示示灰度圖像灰度圖像 nB B、矢量圖、矢量圖 將圖像分解成曲線和直線的組合，其中每一曲將圖像分解成曲線和直線的組合，其中每一曲線或直線由數(shù)學公式表示。僅僅把公式存儲在計算機中！線或直線由數(shù)學公式表示。僅僅把公式存儲在計算機中！ Copyright 2016Page 6第二章 計算機基礎知識u音頻（音頻（audioaudio）音頻表示聲音和音樂。把音頻連續(xù)信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)，音頻表示

7、聲音和音樂。把音頻連續(xù)信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)，并使用位模式來存儲它們并使用位模式來存儲它們u視頻（視頻（videovideo）視頻是圖像（幀）在時間上的序列表示視頻是圖像（幀）在時間上的序列表示 圖像的表示與存儲是視頻的基礎，再加上幀間壓縮！圖像的表示與存儲是視頻的基礎，再加上幀間壓縮！ Copyright 2016Page 7第二章 計算機基礎知識2 2 數(shù)的進制表示數(shù)的進制表示 一、十進制一、十進制是一個加權計數(shù)法。是一個加權計數(shù)法。 （按權展開按權展開）31097.2003 = 331097.2003 = 3* *10104 4+1+1* *10103 3+0+0* *10102 2+9+9

8、* *10101 1+7+7* *10100 0+ + 2 2* *1010-1-1+0+0* *1010-2-2+0+0* *1010-3-3+3+3* *1010-4-4任意一個十進制數(shù)任意一個十進制數(shù)S S，可表示為，可表示為: : S = kS = kn nk kn-1n-1k k1 1k k0 0 . .k k-1-1 k k-m-m = = k kn n* *1010n n+ k+ kn-1n-1* *1010n-1n-1+ + + k + k0 0* *10100 0 + + + k + k-m-m* *1010-m-m = = k ki i* *1010i i 稱稱1010為十

9、進制的為十進制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9 重要原則：重要原則： 逢十逢十進一進一 Copyright 2016Page 8第二章 計算機基礎知識二、二進制二、二進制重要原則：重要原則： 逢二進一逢二進一S = kS = kn nk kn-1n-1 k k1 1k k0 0. .k k-1-1 k k-m-m = k = kn n* *2 2n n+ k+ kn-1n-1* *2 2n-1n-1+ + + k + k0 0* *2 20 0 + + + k + k-m-m* *2 2-m-m = k = ki i*

10、*2 2i i 稱稱2 2為二進制的為二進制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,10,1 Copyright 2016Page 9第二章 計算機基礎知識三、進制轉換三、進制轉換u 二進制二進制十進制十進制方法：方法：按權展開按權展開! ! （1101.1101)1101.1101)2 2 = 1= 1* *2 23 3+1+1* *2 22 2+0+0* *2 21 1+1+1* *2 20 0+ + 1 1* *2 2-1-1+1+1* *2 2-2-2+0+0* *2 2-3-3+1+1* *2 2-4-4 = (13.8125) = (13.8125)1010u 十進制十進制二進制二進制

11、方法：方法：整數(shù)部分整數(shù)部分除二取余除二取余! ! 小數(shù)部分小數(shù)部分乘二取整乘二取整! ! 注：先算出來的值靠近小數(shù)點！注：先算出來的值靠近小數(shù)點！說明說明: :并非任意十進制小數(shù)均可轉換成有限的二進制小數(shù)并非任意十進制小數(shù)均可轉換成有限的二進制小數(shù)! ! 如如:(0.6):(0.6)1010=(0.1001 1001 1001 1001 =(0.1001 1001 1001 1001 ) )2 2 Copyright 2016Page 10第二章 計算機基礎知識四、四、r r進制進制 重要原則：重要原則： 逢逢r r進一進一S = kS = kn nk kn-1n-1 k k1 1k k0

12、0 . .k k-1-1 k k-m-m = k = kn n* *r rn n+ k+ kn-1n-1* *r rn-1n-1+ + + k + k0 0* *r r0 0 + + + k + k-m-m* *r r-m-m = k= ki i* *r ri i 稱稱r r為為r r進制的進制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,1,0,1,r-1,r-1與十進制間的轉換與十進制間的轉換: :l r r 十：十：按權展開按權展開l 十十 r r：除除r r取余取余 、乘、乘r r取整取整與二進制間的轉換與二進制間的轉換: :二二進制進制十十進制進制r進制進制 Copyright 2016Page

13、 11第二章 計算機基礎知識五、八進制五、八進制 重要原則：重要原則： 逢八進一逢八進一 n八進制與二進制的對應關系八進制與二進制的對應關系: :八進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)0 00000001 10010012 20100103 30110114 41001005 51011016 61101107 7111111 Copyright 2016Page 12第二章 計算機基礎知識六、十六進制六、十六進制重要原則：重要原則： 逢十六進一逢十六進一n十六進制與二進制的對應關系十六進制與二進制的對應關系: :十六進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)0 00000

14、00008 8100010001 1000100019 9100110012 200100010A A101010103 300110011B B101110114 401000100C C110011005 501010101D D110111016 601100110E E111011107 701110111F F11111111 Copyright 2016Page 13第二章 計算機基礎知識二進制與陰陽八卦的聯(lián)系二進制與陰陽八卦的聯(lián)系 Copyright 2016Page 14第二章 計算機基礎知識七、二進制數(shù)的運算七、二進制數(shù)的運算u 加法加法：逢二進一逢二進一 110110110

15、+10100011 = 1001011001110110110+10100011 = 1001011001 110110110 110110110 + 10100011+ 10100011 1001011001 1001011001u 減法減法：借一當二借一當二 1101001-101100 = 1111011101001-101100 = 111101 1101001 1101001 - 101100- 101100 111101 111101 Copyright 2016Page 15第二章 計算機基礎知識3 3 碼制碼制一、無符號整數(shù)格式一、無符號整數(shù)格式界于界于0 0到到+之間的所有整

16、數(shù)！之間的所有整數(shù)！ 計算機中用于存儲整數(shù)的二進制位數(shù)的多少決定了能夠存計算機中用于存儲整數(shù)的二進制位數(shù)的多少決定了能夠存儲無符號整數(shù)的最大值。儲無符號整數(shù)的最大值。 如：如：n n位位 范圍：范圍：0 0 (2(2n n-1-1）存儲無符號整數(shù)過程存儲無符號整數(shù)過程： 1) 1) 整數(shù)整數(shù) 二進制數(shù)二進制數(shù) 2) 2) 位數(shù)位數(shù) n n n，則溢出，則溢出 計算機中負數(shù)是如何表示的呢？計算機中負數(shù)是如何表示的呢？ Copyright 2016Page 16第二章 計算機基礎知識 二、原碼二、原碼即：符號即：符號 + + 絕對值絕對值 ( 107)( 107)10 10 = (= (0 011

17、01011)1101011)2 2 (-107) (-107)10 10 = (= (1 11101011)1101011)2 2 含一個正含一個正0 0 和一個負和一個負0 0 ！l表示范圍表示范圍：用：用8 8位原碼表示：位原碼表示：-127 -127 +127+127 當用當用n n位位二進制數(shù)表示二進制數(shù)表示x x的原碼時的原碼時: :02220111xxxxxnnn原l 表示范圍表示范圍：用用n n位位原碼表示：原碼表示： - - (2(2n-1n-1-1)-1) +(2+(2n-1n-1-1)-1) Copyright 2016Page 17第二章 計算機基礎知識三、反碼三、反碼

18、( 107) ( 107)1010= (= (0 01101011)1101011)2 2 (-107) (-107)1010= (= (1 10010100)0010100)2 2l表示范圍表示范圍 用用8 8位反碼表示：位反碼表示：-127 -127 +127+127 當用當用n n位位二進制數(shù)表示二進制數(shù)表示x x的反碼時的反碼時: :02122011xxxxxnnn反l 表示范圍表示范圍用用n n位位反碼表示：反碼表示：- - (2 2n-1n-1-1)-1) + + (2 2n-1n-1-1)-1)含一個正含一個正0 0 和一個負和一個負0 0 ！如果把正數(shù)取反如果把正數(shù)取反 相應的

19、負數(shù)；把負數(shù)取反相應的負數(shù)；把負數(shù)取反 相應的相應的正數(shù)；對一個數(shù)兩次取反正數(shù)；對一個數(shù)兩次取反 本身本身 Copyright 2016補碼補碼:l -1 111 111l -2 111 110l l -126 100 010l -127 100 001l -128 100 000Page 18第二章 計算機基礎知識四、補碼四、補碼 ( 107) ( 107)1010= (= (0 01101011)1101011)2 2 (-107) (-107)1010= (= (1 10010101)0010101)2 2l表示范圍表示范圍：用：用8 8位補碼表示：位補碼表示： -128 -128 +1

20、27 +127 當用當用n n位位二進制數(shù)表示二進制數(shù)表示x x的補碼時的補碼時: :0222011xxxxxnnn補l 表示范圍表示范圍用用n n位位補碼表示：補碼表示：- - 2 2n-1n-1 + + (2 2n-1 n-1 -1)-1)僅含一個僅含一個0 0 ！反碼反碼： l -0 111 111l -1 111 110l -2 111 101l l -126 100 001l -127 100 000 Copyright 2016Page 19第二章 計算機基礎知識 如果把如果把正數(shù)轉換成正數(shù)轉換成補碼補碼 相相應的負數(shù)；應的負數(shù)；如果把負數(shù)如果把負數(shù)轉換成補碼轉換成補碼 相應的相應

21、的正數(shù)；對一正數(shù)；對一個數(shù)兩次取個數(shù)兩次取補碼補碼 本本身身存儲內容存儲內容無符號整數(shù)無符號整數(shù)原原 碼碼反反 碼碼補補 碼碼000000000001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110011010101010111011110011001101110111101110111111110 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515+0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-0-0-1-1-2-2-3-3-4-4-5-

22、5-6-6-7 -7 +0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-7-7-6-6-5-5-4-4-3-3-2-2-1-1-0 -0 +0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-8-8-7-7-6-6-5-5-4-4-3-3-2-2-1 -1 碼制表示小結（以碼制表示小結（以n = 4n = 4為例）為例） Copyright 2016Page 20第二章 計算機基礎知識4 EXCESS4 EXCESS系統(tǒng)系統(tǒng)另一種存儲另一種存儲正數(shù)正數(shù)和和負數(shù)負數(shù)表示法。存儲小數(shù)表示形式的指數(shù)值表示法。存儲小數(shù)表示形式的指數(shù)值在在ExcessExcess轉換中，轉換

23、中，幻數(shù)幻數(shù)通常是通常是 2 2n-1n-1 或或 2 2n-1n-1-1-1 n n 為存儲單元的位數(shù)。為存儲單元的位數(shù)。 n = 8n = 8，幻數(shù)就是，幻數(shù)就是 128 128 或或 127127分別稱為分別稱為Excess128Excess128表示，表示，Excess127Excess127表示表示在在ExcessExcess系統(tǒng)中表示一個數(shù)的步驟系統(tǒng)中表示一個數(shù)的步驟( (數(shù)數(shù)Excess)Excess) ： 1) 1) 將整數(shù)與幻數(shù)相加將整數(shù)與幻數(shù)相加 2) 2) 把結果轉換成二進制數(shù)，并補把結果轉換成二進制數(shù)，并補0 0使它總的位數(shù)為使它總的位數(shù)為n n位位 例：在例：在Exc

24、ess128Excess128系統(tǒng)中將系統(tǒng)中將-25-25存儲在存儲在8 8位存儲單元中位存儲單元中 -25 + 128 = 103 -25 + 128 = 103 1100111 1100111 補補0 0成成8 8位得位得 0110011101100111ExcessExcess系統(tǒng)表示數(shù)轉化為原數(shù)的步驟系統(tǒng)表示數(shù)轉化為原數(shù)的步驟(Excess(Excess數(shù)數(shù)) ) 1) 1) 把數(shù)轉換成十進制把數(shù)轉換成十進制 2) 2) 從該整數(shù)中減去幻數(shù)從該整數(shù)中減去幻數(shù) Copyright 2016Page 21第二章 計算機基礎知識5 5 數(shù)的定點數(shù)的定點/ /浮點表示浮點表示一、定點數(shù)一、定點

25、數(shù) 小數(shù)點位置固定不變小數(shù)點位置固定不變 通常表示二進制整數(shù)通常表示二進制整數(shù).二、浮點數(shù)二、浮點數(shù) 回顧回顧: : 十進制數(shù)的科學計數(shù)法十進制數(shù)的科學計數(shù)法-123.456 = -1.23456-123.456 = -1.23456* *10102 2 = -12345.6= -12345.6* *1010-2-2與之對應，在二進制數(shù)中：與之對應，在二進制數(shù)中：-101.011 = -10.1011-101.011 = -10.1011* *2 21 1 = 10101.1= 10101.1* *2 2-10-10. Copyright 2016Page 22第二章 計算機基礎知識不失一般性

26、，一個二進制實數(shù)可表示成：不失一般性，一個二進制實數(shù)可表示成：記階表示法qp2 規(guī)格化浮點數(shù)規(guī)格化浮點數(shù) . .1XX1XXXX XX * * 2 2xxxxxx于是，浮點數(shù)在計算機中只存數(shù)的三部分信息：于是，浮點數(shù)在計算機中只存數(shù)的三部分信息：符號符號、階碼階碼和和尾數(shù)尾數(shù)（小數(shù)點右邊的位），其具體存儲形式為：（小數(shù)點右邊的位），其具體存儲形式為：通常，用通常，用ExcessExcess表示法來存儲階符和階數(shù)！表示法來存儲階符和階數(shù)！ Copyright 2016Page 23第二章 計算機基礎知識n浮點數(shù)存儲的浮點數(shù)存儲的IEEE標準：標準： Copyright 2016Page 24第二

27、章 計算機基礎知識6 6 數(shù)的運算數(shù)的運算 一、算術運算一、算術運算 整數(shù)運算整數(shù)運算 基于補碼進行基于補碼進行A、討論、討論l 兩個正數(shù)相加兩個正數(shù)相加： （+17）+ （+22）= （+39） 符號位為符號位為0 0，正確，正確l 一正一負相加一正一負相加： （+24）+ （-17） = （+7）l 兩數(shù)相減兩數(shù)相減：被減數(shù)化為負數(shù)的補碼，再相加；：被減數(shù)化為負數(shù)的補碼，再相加； 109107 = 01101101+10010101 = 100000010 （+2） 104107 = 01101000+10010101 = 11111101 （-3）l 兩負數(shù)相加兩負數(shù)相加：轉換為補碼相加

28、。：轉換為補碼相加。l 相加溢出相加溢出： （+127）+（+3） （+130） = （-126） Copyright 2016Page 25第二章 計算機基礎知識B、總結、總結l 二進制加二進制加/減法減法 補碼加法！補碼加法！l 符號位直接參與運算！符號位直接參與運算！l 四則運算中，乘法四則運算中，乘法 多次加法實現(xiàn)；多次加法實現(xiàn)； 除法除法 多次減法實現(xiàn)。多次減法實現(xiàn)。l 全部歸結為加法運算全部歸結為加法運算 用加法器來完成！用加法器來完成！ 浮點數(shù)運算浮點數(shù)運算 根據(jù)根據(jù)IEEEIEEE規(guī)范化標準格式進行規(guī)范化標準格式進行u 對階對階 階數(shù)不等，小的一方尾數(shù)小數(shù)點左移，使階數(shù)相同階數(shù)

29、不等，小的一方尾數(shù)小數(shù)點左移，使階數(shù)相同u 尾加尾加 尾數(shù)相加尾數(shù)相加u 尾數(shù)規(guī)范化尾數(shù)規(guī)范化 將尾數(shù)規(guī)范化為將尾數(shù)規(guī)范化為 . 1XXXX u 修正階修正階 根據(jù)尾數(shù)規(guī)范化情況調整階數(shù)根據(jù)尾數(shù)規(guī)范化情況調整階數(shù)二、邏輯運算（見后節(jié)）二、邏輯運算（見后節(jié)） Copyright 2016Page 26第二章 計算機基礎知識7 7 信息的幾種編碼信息的幾種編碼 一、一、BCDBCD碼碼 一種一種二十進制二十進制的編碼的編碼 二、二、ASCIIASCII碼碼 字符編碼方案字符編碼方案（7 7位）位） 擴展擴展ASCIIASCII碼碼 三、漢字編碼三、漢字編碼 采用采用 GB2312-80GB2312

30、-80 四、數(shù)據(jù)校驗碼四、數(shù)據(jù)校驗碼 奇偶校驗碼：在表示數(shù)據(jù)的奇偶校驗碼：在表示數(shù)據(jù)的N N位代碼中增加一位奇偶校驗位位代碼中增加一位奇偶校驗位 海明校驗碼：增加校驗位，用來校驗代碼中海明校驗碼：增加校驗位，用來校驗代碼中“1 1”的個數(shù)是的個數(shù)是奇數(shù)（奇校驗）還是偶數(shù)（偶校驗）奇數(shù)（奇校驗）還是偶數(shù)（偶校驗） 應用：計算機各部件間信息傳輸以及網(wǎng)絡中信息傳輸應用：計算機各部件間信息傳輸以及網(wǎng)絡中信息傳輸 Copyright 2016Page 27第二章 計算機基礎知識8 8 邏輯代數(shù)基礎邏輯代數(shù)基礎一、命題邏輯基礎一、命題邏輯基礎 命題邏輯又稱命題邏輯又稱命題演算命題演算，是，是數(shù)理邏輯數(shù)理邏

31、輯（符號邏輯符號邏輯）的一部分）的一部分n命題命題：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句n命題的真值命題的真值：命題所具有的值，：命題所具有的值，“真真”(true(true，簡記為，簡記為T)T)或或“假假”（false,false,簡記為簡記為F F）稱為其真值）稱為其真值n原子命題原子命題：不能分解為更為簡單的陳述句的命題：不能分解為更為簡單的陳述句的命題n復合命題復合命題：將原子命題用連接詞和標點符號復合而成的命題：將原子命題用連接詞和標點符號復合而成的命題n命題標識符命題標識符：表示命題的符號，該標識符稱為命題常量：表示命題的符號，該標識符稱為命題常量n

32、命題變元命題變元：命題標識符表示任意命題，用特定命題取代時命：命題標識符表示任意命題，用特定命題取代時命題才有真值題才有真值 Copyright 2016Page 28第二章 計算機基礎知識u復合命題復合命題 連接詞連接詞“與與”（）“或或”（）“非非”（）：）： “與與”():():命題命題A A和和B B的的“與與”，當且僅當，當且僅當A A和和B B同時為真時同時為真時ABAB為真為真 “或或”( ():):命題命題A A和和B B的的“或或”，當且僅當，當且僅當A A和和B B同時為假時同時為假時A AB B為假為假 “非非”( ():):命題命題A A的的“非非” ，若，若A A為真

33、，則為真，則A A為假；若為假；若A A為假，則為假，則A A為真。為真。 ABAB、A AB B、A A的真值表的真值表: :A AB BABABA AB BA AF FF FF FF FT TF FT TF FT TT TT TF FF FT TF FT TT TT TT TF F Copyright 2016Page 29第二章 計算機基礎知識u連接詞連接詞“異或異或”（）“條件條件”（）“雙條件雙條件”（ ）： “異或異或”( ():):當且僅當當且僅當A A和和B B同時為真或者同時為假時，同時為真或者同時為假時，ABAB為為假假 “條件條件”( ():):當且僅當當且僅當A A為真

34、，為真，B B為假時，為假時，ABAB為假為假 “雙條件雙條件”( ):( ):當且僅當當且僅當A A與與B B的真值相同時，的真值相同時，A BA B為真為真 ABAB、ABAB、A BA B的真值表的真值表: :A AB BABABABABA BA BF FF FF FT TT TF FT TT TT TF FT TF FT TF FF FT TT TF FT TT T Copyright 2016Page 30第二章 計算機基礎知識命題公式命題公式n命題公式命題公式：由命題變元、連接詞和括號組成的合式的式子：由命題變元、連接詞和括號組成的合式的式子n命題公式等價命題公式等價：如果兩個命題

35、公式：如果兩個命題公式P P和和Q Q，無論其命題變元取，無論其命題變元取什么值它們的真值都相同，則稱該兩個命題公式等價，記為什么值它們的真值都相同，則稱該兩個命題公式等價，記為P PQ Q證明：證明： （ABAB）與）與ABAB是等價的是等價的 A AB B（ABAB）ABABF FF FF F F F F FT TF FF FT T F FT TT TT T T T F F F F Copyright 2016Page 31第二章 計算機基礎知識證明：狄摩根定律之一：證明：狄摩根定律之一：（ABAB）ABAB。A AB B ABAB（ABAB）A AB B ABABF FF FF FT T

36、T TT TT TF FT TF FT TT TF F T TT TF FF FT T F FT TT TT TT TT TF FF FF FF F Copyright 2016Page 32第二章 計算機基礎知識 命題公式的等價律命題公式的等價律零零 律：律：AFAFA A AF AFF F幺幺 律：律：ATATT T AT ATA A 冪等律：冪等律：AAAAA A AA AAA A求補律：求補律：AAAAT T AA AAF F交換律：交換律：ABABBABA AB ABBABA結合律：結合律：AA（BCBC）（）（ABAB）C C A A（BCBC）（）（ABAB）C C分配律：分配律

37、：AA（BCBC）ABACABAC ABC ABC （ABAB）（ACAC）吸收律：吸收律：ABABABABA A （ABAB）（ABAB）A A狄摩根定律：狄摩根定律：（ABAB）ABAB （ABAB）ABAB雙重否定律：雙重否定律： A AA A Copyright 2016Page 33第二章 計算機基礎知識T T 1 1 F F 0 0 與與( () . . 或或( () + + 非非( () 邏輯代數(shù)的等價律邏輯代數(shù)的等價律零零 律：律：A A0 0A A A 0 A 00 0幺幺 律：律：A A1 11 1 A 1 A 1A A 冪等律：冪等律：A AA AA A A A A AA

38、 A求補律：求補律：A A 1 1 A A 0 0 交換律：交換律：A AB BB BA A A B A BB AB A二、邏輯代數(shù)基礎二、邏輯代數(shù)基礎結合律：結合律：A A（B BC C）（）（A AB B）C C A A（B CB C）（）（A BA B）C C分配律：分配律：A A（B BC C）A BA BA CA C A AB C B C （A AB B）（）（A AC C）吸收律：吸收律：A BA BA A A A （A AB B）（）（A A ）A A狄摩根定律：狄摩根定律： 雙重否定律：雙重否定律： A A B BB BB BB B(A+B)(A+B) (A B)(A B) A

39、 A Copyright 2016Page 34第二章 計算機基礎知識 邏輯函數(shù)的化簡邏輯函數(shù)的化簡例例1 1試將邏輯函數(shù)試將邏輯函數(shù)F FA A B B 化簡化簡 解：解：F F A A B B （A A ）(A(AB)B) （分配律）（分配律） 1 (A1 (AB) B) （求補律）（求補律） A AB B （幺律）（幺律）例例2 2試將邏輯函數(shù)試將邏輯函數(shù)F FABABA A B B 化簡化簡 解：解：F F ABABA A B B A A（B B ） （B B ）（分配律）（分配律） A A （求補律）（求補律） 1 1 （求補律）（求補律）B BBB B BBB Copyright

40、2016Page 35第二章 計算機基礎知識一、計算機硬件的基本結構一、計算機硬件的基本結構輔助存儲器輔助存儲器內存儲器內存儲器運運 算算 器器 控制器控制器輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備 程序程序原 始 數(shù)原 始 數(shù)據(jù)據(jù) 運算運算 結果結果控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)9 9 計算機基本結構與工作原理計算機基本結構與工作原理 Copyright 2016Page 36第二章 計算機基礎知識運算器運算器u對二進制數(shù)進行運算的部件。完成各種算術運算、邏輯運算、對二進制數(shù)進行運算的部件。完成各種算術運算、邏輯運算、比較運算、移位運算以及字符運算等比較運算、移位運算以及字符運算等u寄存器用來暫存參加運算的操作數(shù)

41、或中間結果，常用的寄存器寄存器用來暫存參加運算的操作數(shù)或中間結果，常用的寄存器有累加寄存器、暫存寄存器、標志寄存器和通用寄存器等有累加寄存器、暫存寄存器、標志寄存器和通用寄存器等u主要技術指標：運算速度，單位是主要技術指標：運算速度，單位是MIPSMIPS（百萬指令（百萬指令/ /秒）秒）存儲器存儲器u用來存儲數(shù)據(jù)和程序的部件用來存儲數(shù)據(jù)和程序的部件u存儲單位：存儲單位：bit bit 或或 bytebyte、“字字”和和“字長字長”u存儲容量：存儲單元的總數(shù)，其單位為存儲容量：存儲單元的總數(shù)，其單位為K K （1K1K2 2101010241024）u存儲器的分類：存儲器的分類：內存儲器：（

42、內存或主存）存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù)。內存儲器：（內存或主存）存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù)。包括隨機存取存儲器（包括隨機存取存儲器（RAMRAM）和只讀存儲器（）和只讀存儲器（ROMROM）等）等外存儲器：（外存或輔存）用來存放需要長期保存的信息外存儲器：（外存或輔存）用來存放需要長期保存的信息 Copyright 2016Page 37第二章 計算機基礎知識 控制器控制器u指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協(xié)調工作的部件指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協(xié)調工作的部件u控制器的組成：控制器的組成：程序計數(shù)器（程序計數(shù)器（PCPC）：用來對程序中的指令進行計數(shù)，使控）：用來對程序中的指令進

43、行計數(shù)，使控制器能依次讀取指令制器能依次讀取指令指令寄存器（指令寄存器（IRIR）：指令執(zhí)行期間暫存正在執(zhí)行的指令）：指令執(zhí)行期間暫存正在執(zhí)行的指令指令譯碼器（指令譯碼器（IDID）：識別指令功能，分析指令的操作要求）：識別指令功能，分析指令的操作要求時序控制電路：生成時序信號，以協(xié)調在指令執(zhí)行周期內時序控制電路：生成時序信號，以協(xié)調在指令執(zhí)行周期內各部件的工作各部件的工作微操作控制電路：用來產(chǎn)生各種控制操作命令微操作控制電路：用來產(chǎn)生各種控制操作命令 Copyright 2016Page 38第二章 計算機基礎知識輸入輸入/ /輸出設備輸出設備簡稱為簡稱為I/OI/O設備，是外部與計算機交換

44、信息的渠道設備，是外部與計算機交換信息的渠道u輸入設備輸入設備：用于輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、圖形、圖：用于輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、圖形、圖像以及聲音等信息。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標器、像以及聲音等信息。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標器、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀以及語音輸入裝置等掃描儀、光筆、數(shù)字化儀以及語音輸入裝置等u輸出設備輸出設備：用于顯示或打印程序、運算結果、文字、圖：用于顯示或打印程序、運算結果、文字、圖形、圖像等，也可以播放聲音。常用的輸出設備有顯示形、圖像等，也可以播放聲音。常用的輸出設備有顯示器、打印機、器、打印機、XYXY繪圖儀以及聲音播放裝置等繪圖儀以及聲音播放裝置等 Cop

45、yright 2016Page 39第二章 計算機基礎知識 計算機的指令系統(tǒng)計算機的指令系統(tǒng)u指令指令：能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，它規(guī)定了計：能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，它規(guī)定了計算機能完成的某一種操作算機能完成的某一種操作u指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：一臺計算機能執(zhí)行的所有指令的集合：一臺計算機能執(zhí)行的所有指令的集合u指令的格式指令的格式：一條指令由操作碼和地址碼組成。操作碼規(guī)：一條指令由操作碼和地址碼組成。操作碼規(guī)定了該指令進行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)、結果定了該指令進行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)、結果以及下一條指令的地址以及下一條指令的地址u指令的分類指令的分類：數(shù)據(jù)傳送型

46、指令數(shù)據(jù)傳送型指令數(shù)據(jù)處理型指令數(shù)據(jù)處理型指令輸入輸出型指令輸入輸出型指令硬件控制指令硬件控制指令二、計算機的工作原理二、計算機的工作原理 計算機的工作過程計算機的工作過程 （Page 52 Page 52 圖圖2-62-6） Copyright 2016Page 40第二章 計算機基礎知識三、計算機組織與系統(tǒng)結構三、計算機組織與系統(tǒng)結構u精簡指令集技術精簡指令集技術 CISC CISC RISC RISC u高速緩存技術高速緩存技術 CacheCache技術技術u虛擬存儲技術虛擬存儲技術 利用操作系統(tǒng)支持，獲取利用操作系統(tǒng)支持，獲取“變大變大”的存儲空間的存儲空間u指令流水線技術指令流水線技

47、術 PipelinePipeline，重疊執(zhí)行，重疊執(zhí)行u并行處理技術并行處理技術 SISD SISD SIMD SIMD MISDMISD MIMDMIMD計算機組織與系統(tǒng)結構領域的一些主要技術計算機組織與系統(tǒng)結構領域的一些主要技術 Copyright 2016Page 41第二章 計算機基礎知識 一、程序設計語言一、程序設計語言發(fā)展：發(fā)展： 機器語言時代機器語言時代 匯編語言時代匯編語言時代 高級語言時代高級語言時代u機器語言機器語言 機器語言程序設計的特點是：所有指令都直接采用二進機器語言程序設計的特點是：所有指令都直接采用二進制（制（0/10/1）編碼組成。）編碼組成。 用機器語言設計

48、程序的問題：用機器語言設計程序的問題： 程序設計非常費力，編程的效率非常低；程序設計非常費力，編程的效率非常低； 不同計算機的機器語言是不兼容的。不同計算機的機器語言是不兼容的。u匯編語言匯編語言 匯編語言程序設計中用匯編語言程序設計中用“助記符助記符”來表示某個特殊的操來表示某個特殊的操作。如作。如LOADLOAD、ADDADD、STORESTORE、JUMPJUMP、HALTHALT. . 匯編語言和機器語言基本上是一一對應的匯編語言和機器語言基本上是一一對應的 用匯編語言編寫的程序用匯編語言編寫的程序( (稱源程序稱源程序) )需要用需要用匯編程序匯編程序(Assembler)(Asse

49、mbler)把它翻譯為等價的機器語言程序把它翻譯為等價的機器語言程序( (稱目標程序稱目標程序) ) 1010 程序設計基礎程序設計基礎 Copyright 2016Page 42第二章 計算機基礎知識u 高級語言高級語言 用人們易于接受和理解的表達方式進行程序設計。用人們易于接受和理解的表達方式進行程序設計。如運算直接用數(shù)學公式表示、操作用英文描述等。如運算直接用數(shù)學公式表示、操作用英文描述等。 高級語言程序設計的抽象度高，與具體計算機的相高級語言程序設計的抽象度高，與具體計算機的相關度低關度低( (或沒有相關度或沒有相關度) )，求解問題的方法描述直觀。從，求解問題的方法描述直觀。從而使設

50、計人員有更多的精力集中于求解問題的算法，而而使設計人員有更多的精力集中于求解問題的算法，而非語言本身！非語言本身！使用高級語言編寫的程序需經(jīng)使用高級語言編寫的程序需經(jīng)編譯程序編譯程序(Compiler)(Compiler)翻譯為等價的機器語言程序才能執(zhí)行。翻譯為等價的機器語言程序才能執(zhí)行。 一般說來，編譯后生成的目標程序不一定能達到一般說來，編譯后生成的目標程序不一定能達到運行效率最高，所以，在一些特定的軟件設計問題中，運行效率最高，所以，在一些特定的軟件設計問題中，仍然使用匯編語言編寫程序（如外設的驅動程序等）。仍然使用匯編語言編寫程序（如外設的驅動程序等）。 Copyright 2016P

51、age 43第二章 計算機基礎知識二、二、GOTOGOTO語句的問題以及程序設計方法語句的問題以及程序設計方法19661966年，年，C.BC.Bhmhm和和G.JacopiniG.Jacopini發(fā)表了關于發(fā)表了關于“程序結構程序結構”的重要論文的重要論文 Flow Diagrams, Turing Machines and Flow Diagrams, Turing Machines and Languages with Only Two Formation RulesLanguages with Only Two Formation Rules 指出：任何程序的邏輯結構都可以用三種最基本

52、的程指出：任何程序的邏輯結構都可以用三種最基本的程序結構（序結構（順序、選擇、循環(huán)順序、選擇、循環(huán)）來表示）來表示 19681968年，年，戴克斯特拉（戴克斯特拉（Dijkstra)Dijkstra)經(jīng)過深思熟慮后，在經(jīng)過深思熟慮后，在給給ACMACM通訊通訊編輯的信中，首次提出了編輯的信中，首次提出了“GOTOGOTO語句是有害語句是有害的的”（Go to Statement Considered HarmfulGo to Statement Considered Harmful）問題）問題該問題在該問題在ACMACM通訊通訊雜志上發(fā)表后，引發(fā)了激烈的爭雜志上發(fā)表后，引發(fā)了激烈的爭論，不少著

53、名的學者參與了討論論，不少著名的學者參與了討論 Copyright 2016Page 44第二章 計算機基礎知識經(jīng)過經(jīng)過6 6年的爭論，年的爭論，19741974年，圖靈獎獲得者年，圖靈獎獲得者克努特（克努特（D. E. D. E. KnuthKnuth）教授在他發(fā)表的有影響力的論文教授在他發(fā)表的有影響力的論文帶有帶有GOTOGOTO語句的結語句的結構化程序設計構化程序設計（Structured Programming with Goto Structured Programming with Goto StatementsStatements）中對這場爭論作了較為全面而公正的論述：）中對這場

54、爭論作了較為全面而公正的論述： 濫用濫用GOTOGOTO語句是有害的，完全禁止也不明智。在不破壞程語句是有害的，完全禁止也不明智。在不破壞程序良好結構的前提下，有控制地使用一些序良好結構的前提下，有控制地使用一些GOTOGOTO語句，就有可能語句，就有可能使程序更清晰，效率也更高。關于使程序更清晰，效率也更高。關于“GOTOGOTO語句語句”的爭論，其焦的爭論，其焦點應當放在程序的結構上，一個好的程序應該是邏輯正確、結點應當放在程序的結構上，一個好的程序應該是邏輯正確、結構清晰、樸實無華構清晰、樸實無華 關于關于“GOTOGOTO語句語句”問題的爭論直接導致了一個新的學科分問題的爭論直接導致了

55、一個新的學科分支領域，即程序設計方法學的產(chǎn)生支領域，即程序設計方法學的產(chǎn)生 結構程序設計結構程序設計方法方法 面向對象程序設計面向對象程序設計方法方法 函數(shù)程序設計函數(shù)程序設計方法等等方法等等 Copyright 2016Page 45第二章 計算機基礎知識三、程序設計三、程序設計程序設計程序設計 一個使用程序設計語言產(chǎn)生一系列的指令以告訴計算一個使用程序設計語言產(chǎn)生一系列的指令以告訴計算機該做什么的過程機該做什么的過程 廣義的程序設計廣義的程序設計： u需求分析需求分析u總體設計總體設計u詳細設計詳細設計u編碼編碼u測試測試u運行與維護運行與維護 Copyright 2016Page 46第

56、二章 計算機基礎知識 結構化程序設計結構化程序設計 采用采用自頂向下自頂向下、逐步求精逐步求精的設計方法和單入口單出口的控制的設計方法和單入口單出口的控制成分（順序、分支和循環(huán)）成分（順序、分支和循環(huán)） 先全局后局部、先整體后細節(jié)、先抽象后具體的開發(fā)過程先全局后局部、先整體后細節(jié)、先抽象后具體的開發(fā)過程 T FTF條件AAB（a）順序結構 （b）選擇型分支結構 （c）循環(huán)結構AB條件 Copyright 2016Page 47第二章 計算機基礎知識四、良好的程序設計風格四、良好的程序設計風格u標識符標識符：按意命名、保留字用大寫字母、使用統(tǒng)一的縮寫：按意命名、保留字用大寫字母、使用統(tǒng)一的縮寫規(guī)

57、則規(guī)則u表達式表達式：使用括號、使用庫函數(shù)、條件化簡、函數(shù)與過程：使用括號、使用庫函數(shù)、條件化簡、函數(shù)與過程u模塊化模塊化：模塊的獨立性（高內聚、低耦合）、模塊的規(guī)模：模塊的獨立性（高內聚、低耦合）、模塊的規(guī)模適中適中u語句的排列格式語句的排列格式：排列格式美觀、層次分明、使用統(tǒng)一的：排列格式美觀、層次分明、使用統(tǒng)一的縮進格式，同一嵌套深度并列的語句對齊縮進格式，同一嵌套深度并列的語句對齊u注釋注釋：添加必要的注釋，以說明程序、過程和語句等的功：添加必要的注釋，以說明程序、過程和語句等的功能及注意事項能及注意事項 Copyright 2016Page 48第二章 計算機基礎知識1111 算法與

58、程序算法與程序n算法算法被譽為計算學科的靈魂，算法設計的優(yōu)劣決定了軟件系被譽為計算學科的靈魂，算法設計的優(yōu)劣決定了軟件系統(tǒng)的性能。統(tǒng)的性能。n程序程序則是將算法用計算機語言加以表達，從而把算法求解問則是將算法用計算機語言加以表達，從而把算法求解問題的思想在計算機上予以具體實現(xiàn)。題的思想在計算機上予以具體實現(xiàn)。一、算法一、算法(Algorithm)(Algorithm)n考察求兩個整數(shù)的考察求兩個整數(shù)的最大公約數(shù)最大公約數(shù)的算法。的算法。 問題：設問題：設M M，N N為整數(shù)，為整數(shù)，gcd(gcd(M,NM,N) )為它們的最大公約數(shù)，為它們的最大公約數(shù)， 即即 gcd(gcd(M,NM,N)

59、=maxZ | M)=maxZ | M能被能被Z Z整除，整除，N N能被能被Z Z整除整除 以著名的以著名的歐幾里德輾轉相除歐幾里德輾轉相除方法為例：方法為例： Copyright 2016Page 49第二章 計算機基礎知識算法算法 計算計算gcd(gcd(M,NM,N) ) nA1. A1. 輸入輸入M M，N N（不失一般性，設（不失一般性，設M MN N）；令）；令Z Z是輔助變量；是輔助變量；nA2. A2. 重復執(zhí)行以下操作：重復執(zhí)行以下操作： （1 1）若）若N N=0=0，則輸出，則輸出M M，算法停止。，算法停止。 （2 2）若）若N N00，則，則Z Z M M mod mod N N，M M N N，N N Z Z。 例：求出例：求出4848和和3232的最大公約數(shù)的最大公約數(shù)gcd(48,32): gcd(48,32): (1) (1) 令令M = 48M = 48，N = 32N = 32； (2) (2) 因因 N0, 48N0, 48除以除以3232的余數(shù)為的余數(shù)為16, Z = 1616, Z = 16，且，且 M = 32M = 32，N = 16N = 16 (3) (3) 因因 N0N0，3232除以除以1616的余數(shù)為的余數(shù)為0 0，Z = 0Z = 0， 且且 M = 16M = 16，