漂亮課件——計算機(jī)基礎(chǔ)知識

1、2.1 計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)2.3 信息在計算機(jī)內(nèi)的表示第2章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識 2.1 計算機(jī)系統(tǒng)的組成 完整的計算機(jī)系統(tǒng)包括兩大部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件構(gòu)成計算機(jī)的物理設(shè)備，即由機(jī)械、光電、磁器件構(gòu)成，具有輸入、存儲、計算、控制和輸出功能的實體部件。軟件指系統(tǒng)中的程序以及開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需的所有文檔的集合 計算機(jī)系統(tǒng)的組成 計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)硬件中央處理器（CPU）運算器、控制器、寄存器存儲器內(nèi)存隨機(jī)存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）外存軟盤、硬盤、光盤、U盤輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、投影儀計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、服務(wù)程序應(yīng)

2、用軟件應(yīng)用軟件包、用戶程序主機(jī)外設(shè)輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2.1.1 計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成 馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)美籍匈牙利科學(xué)家馮.諾依曼確立了至今仍然沿用的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備運算器控制器存儲器輸出設(shè)備CPU提出了存儲的概念，將數(shù)據(jù)和指令一起存儲這個概念被譽(yù)為計算機(jī)發(fā)展史上的一個里程碑“標(biāo)志著現(xiàn)代電子計算機(jī)時代的真正開始。 計算機(jī)內(nèi)信息（數(shù)據(jù)和控制信息）用二進(jìn)制表示“逢二進(jìn)一”：1+0=1，1+1=10，0+0=0特點：可行性、簡易性、邏輯性、可靠性、不直觀 計算機(jī)硬件由五大部分組成 計算機(jī)的工作原理：存儲程序的工作原理. 將程序（指令序列）和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，運行時順序取出指

3、令一條條地執(zhí)行 指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放,由PC指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址 機(jī)器以運算器為中心馮.諾依曼計算機(jī)的特征CPUCPU又叫中央處理器 ，是計算機(jī)核心部件。1971年Intel推出4004的4位微處理器，掀開了微處理器發(fā)展史的第一頁。這個比大拇指指甲還小的硅片里有2300個晶體管，相當(dāng)于ENIAC的計算能力。采用Intel8088芯片的第一臺IBM PC機(jī)主頻為4.77MHz。采用Intel奔騰4微處理器的的PC機(jī)運行速度是2GHz，奔騰III問世時有950萬晶體管，奔騰4則超過4000萬個 “如果汽車行業(yè)象半導(dǎo)體行業(yè)一樣迅猛發(fā)展，勞斯萊斯將能用一加侖汽油跑50萬英里，買新車比

4、停車還劃算?！盜ntel公司的創(chuàng)始人(Gordon Moore)戈登摩爾將微處理器的發(fā)展與汽車工業(yè)的發(fā)展作如此比較。主要由運算器和控制器組成運算器完成計算機(jī)內(nèi)所有的數(shù)學(xué)和邏輯運算，即進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工處理其技術(shù)性能的高低直接影響著計算機(jī)的運算速度和整機(jī)性能控制器負(fù)責(zé)從內(nèi)存中讀取指令，進(jìn)行解釋、執(zhí)行、并控制與I/O設(shè)備的通信，其工作是不斷地取指令、分析指令、執(zhí)行指令根據(jù)不同指令的功能發(fā)出各種控制信號，從而完成程序的執(zhí)行存儲器是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合可讀寫其中的數(shù)據(jù)通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器每個記憶單元由8位二進(jìn)制位組成位,字節(jié),字,字長存儲器1KB=210B=1024B1MB= 210K

5、B= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字節(jié)BYTE7 6 5 4 3 2 1 0位Bit位、字節(jié)、字位(Bit)：即數(shù)位，是計算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位。字節(jié)(Byte)：8位為1個字節(jié)，即1個字節(jié)由8個二進(jìn)制數(shù)位組成。字節(jié)是計算機(jī)中用來表示存儲空間大小的最基本的容量單位。存儲空間容量的單位除用字節(jié)(Byte,簡記為B)表示外，還可以用千字節(jié)(KB)、兆字節(jié)(MB)及十億字節(jié)(GB)等表示。 1KB2101024 1MB210KB1024KB220 1TB1024GB240 1GB210MB1024MB230B字(Word)：字由若干字節(jié)構(gòu)成(一般

6、為字節(jié)的整數(shù)倍)，如16位、32位、64位等。內(nèi)存儲器的訪問過程111011011100110110001101111011011110100111101101111011011110110111101101111011011110110111101101100011011100110110001101111011010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址0001控制:寫數(shù)據(jù)1000000010000000存儲器的訪問過程：向0001單元寫數(shù)據(jù)內(nèi)存（主存）隨機(jī)存儲器，可讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)無法保

7、存內(nèi)存中存放的是正在執(zhí)行的程序和正在使用的數(shù)據(jù)程序運行時，若從內(nèi)存中取出的是數(shù)據(jù)，則送運算器計算，若取出的是指令，則送控制器翻譯，并執(zhí)行該指令其它存儲設(shè)備: 外存，寄存器，高速緩存等內(nèi)存與外存 內(nèi)存與硬盤 都是存儲介質(zhì) 原材料不同 內(nèi)存中存放的是當(dāng)前正在運行的程序和數(shù)據(jù) 硬盤中存放的是大量的沒有使用的程序和數(shù)據(jù) 硬盤容量大，速度慢、可長期保存數(shù)據(jù)、價格低 內(nèi)存容量小，速度快、數(shù)據(jù)易失、價格高 與CPU直接打交道的是內(nèi)存內(nèi)存與外存外部設(shè)備常用輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)和程序轉(zhuǎn)換成計算機(jī)中用以表示二進(jìn)制的電信號，輸入到計算機(jī)的內(nèi)存中。 鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。常用輸出設(shè)備把運算處理結(jié)果按照人們所

8、要求的形式輸出 顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。IEEE（Institute of electrical and electronic Engineers美國電氣及電子工程師協(xié)會組織）在1983年明確給軟件下了一個定義： 軟件是計算機(jī)程序，方法、規(guī)則、相關(guān)的文檔以及在計算機(jī)上運行時所必須的數(shù)據(jù)。 通常把軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。2.1.2 計算機(jī)軟件系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件管理、控制和維護(hù)計算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的軟件為計算機(jī)系統(tǒng)與用戶之間提供良好界面支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運行操作系統(tǒng)統(tǒng)管計算機(jī)的所有資源，如處理器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備等硬件設(shè)施管理其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件確保整個計算機(jī)系統(tǒng)有效地運轉(zhuǎn)，并為用戶

9、提供良好的使用環(huán)境。系統(tǒng)軟件計算機(jī)解題的一般過程用高級語言編寫程序翻譯成機(jī)器語言執(zhí)行程序源程序目標(biāo)程序輸出結(jié)果計算機(jī)解題的過程 用高級語言編程 程序輸入計算機(jī)，由計算機(jī)將程序翻譯成機(jī)器語言程序，保存在存儲器中 執(zhí)行機(jī)器語言程序，輸出結(jié)果問題1：高級語言與機(jī)器語言的區(qū)別問題2：程序是如何執(zhí)行的？例如：C語言的 d=b*b-4*a*c；需要五條指令實現(xiàn)：設(shè)：A-a, B-b,C-c, D-d, E-4，程序如下： MUL B B ; MUL A E ; MUL A C ; SUB B A ; MOV D B ；高級語言與機(jī)器語言的區(qū)別？程序是如何執(zhí)行的？源程序機(jī)器語言程序ALU控制器載入內(nèi)存運算結(jié)

10、果控制信號I/0XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX系統(tǒng)軟件程序設(shè)計語言第一代語言：機(jī)器語言在設(shè)計某一類型計算機(jī)時，首先為它設(shè)計一套“指令系統(tǒng)”，即規(guī)定好用指定的一個二進(jìn)制代碼代表一種操作。例如由16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)組成： 1011011000000000：作為加法指令； 1011010100000000：作為減法指令 這種由0和1組成的指令，稱為“機(jī)器指令”。在計算機(jī)誕生初期，必須用機(jī)器語言編寫程序。其特點是：難學(xué)、難記、難寫，依賴于機(jī)器，可移植性差，易出錯第二代語言匯編語言，用符號代替二進(jìn)制，與機(jī)器語言一一對應(yīng)，較直觀，不易出錯，不能通用匯編語言程序匯編程序系統(tǒng)軟件機(jī)器語言目標(biāo)程序

11、結(jié)果匯編執(zhí)行第三代語言:高級語言不依賴于具體的計算機(jī)、只關(guān)心程序的實現(xiàn)方法。必須將源程序翻譯成機(jī)器語言程序才能執(zhí)行。這一過程由“編譯系統(tǒng)”軟件來完成。在一臺計算機(jī)上能運行某種高級語言程序的條件：此計算機(jī)上必須配有該語言的編譯系統(tǒng)。例如在一臺微機(jī)上運行c語言程序，必須先將為該微機(jī)設(shè)計的c編譯系統(tǒng)軟件裝入計算機(jī)內(nèi)。特點：簡單、直觀、不易出錯，不依賴機(jī)器，可移植性強(qiáng)算法語言源程序編譯程序系統(tǒng)軟件機(jī)器語言目標(biāo)程序結(jié)果編譯執(zhí)行第四代語言:特點：開發(fā)速度快，易維護(hù)，易調(diào)試非過程的。過程化語言，即是對于一個任務(wù)怎么完成，加減乘除都需要一步一步地寫清楚。非過程語言只用說做什么，具體做由語言來完成。如數(shù)據(jù)庫查詢

12、語言SQL第五代語言：智能化語言查詢年紀(jì)為12歲的學(xué)生姓名：SELECT STUDENT.NAME FROM STUDENT WHERE AGE=12服務(wù)程序通常包括監(jiān)控管理程序，調(diào)試程序，故障檢查和診斷程序、連接編譯程序等數(shù)據(jù)庫管理程序用于管理數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的軟件對數(shù)據(jù)庫運行描述，管理，查詢，操作及維護(hù)等網(wǎng)絡(luò)通信管理程序主要用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中信息的傳遞和接受系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件是專業(yè)人員為各種應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件是為解決各類實際問題而設(shè)計的程序如文字處理軟件WPS、Word、Excel、CAD、SPSS（統(tǒng)計軟件）等都屬于應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件應(yīng)用程序用層次的觀點看到的計算機(jī)軟件開發(fā)工具用戶操作系統(tǒng)

13、硬件字符、數(shù)字、聲音、圖像等信息都必須經(jīng)過某種方式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的形式，才能提供給計算機(jī)進(jìn)行處理?？尚行裕憾M(jìn)制只需要表示和1兩種狀態(tài)，這在技術(shù)（物理）上很容易實現(xiàn)。 可靠性：由于僅有二種狀態(tài)，處理起來簡單，并且抗干擾能力強(qiáng)，鑒別信息的可靠性高適用于各種數(shù)值型和非數(shù)值型信息的數(shù)字編碼邏輯性：與邏輯命題兩個值“真”與“假”相對應(yīng)，為計算機(jī)現(xiàn)實邏輯判斷提供了方便。2.3 信息在計算機(jī)內(nèi)的表示 2.3 信息在計算機(jī)內(nèi)的表示 進(jìn)位計數(shù)制，就是按進(jìn)位的方法進(jìn)行計數(shù)。它包括三要素：數(shù)位、基數(shù)、位權(quán)。常用進(jìn)位計數(shù)制：16進(jìn)制、10進(jìn)制、8進(jìn)制、2進(jìn)制按權(quán)展開式：數(shù)位數(shù)位是指數(shù)碼在數(shù)中的位置。 例如十進(jìn)制數(shù)：1

14、234.56 1 2 3 4. 5 6 千 百 十 個 十 百 位 位 位 位 分 分 位 位 3 2 1 0 -1 -2基數(shù)某種計數(shù)制中，每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼的個數(shù)，稱為這種計數(shù)制的基數(shù)。 1. 十進(jìn)制的基數(shù) 基數(shù)為10，數(shù)碼為0，1，2，9十個。 2. 二進(jìn)制的基數(shù) 基數(shù)為2，數(shù)碼為0，1兩個。 3. 十六進(jìn)制的基數(shù) 基數(shù)為16，數(shù)碼為09，A，F(xiàn)十六個。 4. 八進(jìn)制的基數(shù) 基數(shù)為8，數(shù)碼為0，1，7八個。進(jìn)制表示符號B：二進(jìn)制O：八進(jìn)制D：十進(jìn)制H：十六進(jìn)制位權(quán)位權(quán)是指在進(jìn)位計數(shù)制中，為了確定一個數(shù)位的實際數(shù)值必須乘上的因子。 十進(jìn)制數(shù)123.45中的位權(quán) 1 2 3. 4 5 1

15、02 101 100 10-1 10-2 十六進(jìn)制數(shù)12A.BC中的位權(quán) 1 2 A. B C 162 161 160 16-1 16-2 二進(jìn)制數(shù)101.01中的位權(quán) 1 0 1. 0 1 22 21 20 2-1 2-22的各冪次方23=824=1625=3226=6428=25629=512210=1024按權(quán)展開式對于任意一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的r進(jìn)制數(shù)k=(an-1a1a0.a-1a-2a-m)r，均可按權(quán)展開為：二進(jìn)制與十進(jìn)制之間的特殊轉(zhuǎn)換值：2n=1000B2n-1=111Bn個n個16進(jìn)制十六進(jìn)制計數(shù)制中，數(shù)值用0，1，9，A，F(xiàn)表示，基數(shù)為16，是逢十六進(jìn)一的計數(shù)制，各數(shù)位的

16、權(quán)是以16為底的冪?！纠?】十六進(jìn)制數(shù)56EA可以表示為：(56EA)16=5163+6162+14161+10160 =(22250)10【例2】十六進(jìn)制數(shù)26.25可以表示為： (26.25)16=2161+6160+216-1+516-2 =(38.144531)102進(jìn)制二進(jìn)制計數(shù)制中，數(shù)值用0，1表示，基數(shù)為2，是逢2進(jìn)一的計數(shù)制，各數(shù)位的權(quán)是以2為底的冪?！纠?】十六進(jìn)制數(shù)1101可以表示為：(1101)2=123+122+021+120 =(13)102.3.2不同進(jìn)位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 r 進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制按權(quán)展開式： 例： 10101(B)=1*24+1*22+1*20=21 1

17、01.11(B)=1*22+1*20+1*2-1+1*2-2=5.75 101(O)=1*82+1*80=65 71(O)=781+1*80=5 101A(H)=1*163+1*161+10*160=4106十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成 r 進(jìn)制整數(shù)部分：除以 r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分：乘以 r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例：100.345(D)=1100100.01011(B)100250225212262321000100111.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 1.04八進(jìn)制1008128180441100166

18、04616十六進(jìn)制不同進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制 105(D) =0.3125(D) =0.3128(D) =105.3125(D) =1101001(B)0.0101(B)1101001.0101(B)0.0101(B)二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換 64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4一位八進(jìn)制數(shù)對應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)對應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)二

19、進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八(十六)進(jìn)制)整數(shù)部分：從右向左按三(四)位進(jìn)行分組小數(shù)部分：從左向右按三(四)位進(jìn)行分組不足補(bǔ)零二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的關(guān)系 八進(jìn)制 對應(yīng)二進(jìn)制 十六進(jìn)制對應(yīng)二進(jìn)制 十六進(jìn)制 對應(yīng)二進(jìn)制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111345(O) = （B）124(H) = （B）ABC(H) = （B）1101001010(B) = （O）1101001010(B) = （H）11100101101

20、010111100151210010010034A不同進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換 2.3.3 數(shù)在計算機(jī)中的表示二進(jìn)制形式（編碼） 用帶“+”和“”號表示的數(shù)稱為真值。數(shù)值有大小及符號。數(shù)在計算機(jī)的表示稱為機(jī)器數(shù)。數(shù)的符號數(shù)值化把數(shù)的二進(jìn)制代碼的最高位定義為符號位，“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)。小數(shù)計算機(jī)中通常只表示整數(shù)和純小數(shù)小數(shù)點約定在一個固定的位置上，不占用一個數(shù)位機(jī)器數(shù)的表示范圍受字長和數(shù)據(jù)類型的限制若表示一個整數(shù)，字長為8位，最大值為127，若數(shù)值超過127，就要“溢出”。為表示較大的或較小的數(shù)，計算機(jī)采用浮點數(shù)來表示數(shù)值符號位 “0”表示正 、 “1”表示負(fù) 定點整數(shù) 符號數(shù)的機(jī)器數(shù)表示 10

21、101100S小數(shù)點無符號位S小數(shù)點 定點小數(shù) 浮點數(shù)表示階碼數(shù)符階符尾數(shù)1100110011N= 數(shù)符尾數(shù)2階符階碼尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍 規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于等于0.1并且小于1，從而唯一地規(guī)定了小數(shù)點的位置。 定點整數(shù)定點小數(shù)110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11機(jī)器數(shù)由數(shù)符和真值數(shù)兩部分組成數(shù)符不能參加運算如+7加上-5應(yīng)為+2，若直接用二進(jìn)制數(shù)的加法運算： 00000111 +7機(jī)器數(shù) + 10000101 -5機(jī)器數(shù) 10001100 -12機(jī)器數(shù)如果不直接相加，而要考慮符號位的處理。則運算會變

22、得復(fù)雜。為了解決這類問題，在機(jī)器數(shù)中，引進(jìn)原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念。帶符號數(shù)的表示79-38=4179+62=141 在一個兩位加法器中，運算結(jié)果為79+62=(1)41因此： 79-38=79+62 （mod 100）62是-38的補(bǔ)碼（mod 100） 100+(-38)=62減法運算變成了加法運算X補(bǔ)=X原 (X=0)X補(bǔ)=模+X(真值) (X0)設(shè)機(jī)器字長為8位，X=-1011011BX補(bǔ)=100000000B-1011011B=10100101B(3)補(bǔ)碼0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - 7： 10000111 - 0：10000000 X原

23、=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 -7：11111000 - 0：11111111 - 7：11111001 - 0：00000000 (2)反碼X反=X補(bǔ)=帶符號數(shù)的表示 假定一個數(shù)在機(jī)器中占用8位。(1) 原碼+127 -127 -0.1001111 -0.1001111 -0.1001111-107的八位原碼，反碼，補(bǔ)碼？ 01111111原 1.1001111原 1.0110000反11111111原 1.0110001補(bǔ)11101011原 10010100反 10

24、010101補(bǔ)求下列數(shù)的8位機(jī)器數(shù) 字符的編碼除數(shù)值數(shù)據(jù)外，計算機(jī)還要處理的就是字符包括英文字符以及各種標(biāo)點符號，運算符等這些都要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼后才能在計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理目前國際上通用的西文字符編碼是ASCII碼American Standard Code for Information Interchange美國國家信息交換代碼字符 ACSII碼連續(xù)編碼規(guī)則 ,P40128個常用字符，用7位二進(jìn)制編碼，從0到127控制字符：032，127；普通字符：94個。 例如：“a”字符的編碼為1100001，十進(jìn)制數(shù)是97 換行 0AH 10 回車 0DH 13 空格 20H 32 09 30H39

25、H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122西文字符 漢字是一種象形文字。在計算機(jī)內(nèi)部處理、存儲文字的字形和語音很困難，故要進(jìn)行代碼化漢字信息處理系統(tǒng)在處理漢字和詞語時，要進(jìn)行一系列漢字代碼轉(zhuǎn)換輸入碼:通過鍵盤或其它的輸入工具輸入漢字時按一定的編碼來進(jìn)行.機(jī)內(nèi)碼:計算機(jī)內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字的代碼。字形碼:用于漢字輸出漢字代碼體系 漢字編碼漢字輸入碼音碼類：全拼、雙拼、微軟拼音、智能ABC等 形碼類：五筆字型法、鄭碼輸入法等 。漢字國標(biāo)碼(GB231280)每個漢字占兩個字節(jié)。 一級漢字：3755個；二級漢字：3008個。漢字分區(qū)，每個區(qū)94個漢字。區(qū)位碼:由區(qū)號和位號組合構(gòu)成。國標(biāo)碼：分別在區(qū)號和位號上加32D得到漢字 區(qū)碼 位碼 國標(biāo)碼南 36 47 68 79 十進(jìn)制 南 24H 2fH 44H 4FH 十六進(jìn)制 漢字編碼機(jī)內(nèi)碼漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基