第2章 計算機基礎(chǔ)知識

第二章計算機基礎(chǔ)知識(3學(xué)時)

2.1計算機系統(tǒng)的組成與工作原理(掌握)2.1.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)軟件硬件主機運算器控制器內(nèi)存CPU隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、掃描儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機外存：軟、硬盤、光盤、閃存網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等外部設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)：Windows、Unix、Linux語言處理程序：C、Pascal、VB等實用程序：診斷程序、排錯程序等通用應(yīng)用軟件：辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫專用應(yīng)用軟件：企業(yè)的管理信息系統(tǒng)2.1.2計算機系統(tǒng)的硬件組成馮.諾依曼思想：計算機由五大模塊組成程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存二進制存儲器數(shù)據(jù)流控制流運算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器計算機硬件包括主機和外設(shè)計算機五大部件的功能1.運算器

運算器也稱算術(shù)邏輯單元(ALU，ArithmeticandLogicUnit)，是進行算術(shù)運算和邏輯運算的部件。2.控制器

控制器是計算機的神經(jīng)中樞和指揮中心。其功能是控制計算機各部件協(xié)調(diào)工作，使計算機自動地執(zhí)行程序。運算器控制器控制整個計算機所有部件的工作執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算CPU中央處理器3.存儲器

存儲器是存放數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，每個記憶單元由8位二進制位組成，是計算機中各種信息存儲和交流的中心。存儲器通常分為內(nèi)部存儲器（簡稱內(nèi)存儲器、內(nèi)存）和外部存儲器（簡稱外存儲器、外存）兩大類。存儲器外存儲器存放大量信息內(nèi)存儲器信息交流中心位、字節(jié)、字長和地址位（Bit）：簡記為b。是計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單位。

字節(jié)（Byte）：簡記為B。8個二進制位為一個字節(jié)。字節(jié)是存儲數(shù)據(jù)的基本單位。

字長（Word)：CPU在單位時間內(nèi)能一次處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長是衡量計算機性能的一個重要指標。字長越長，精度越高。

地址（Address）：在計算機中，內(nèi)存被分成一個個字節(jié)，每個字節(jié)都由一個惟一的地址來標識。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB76543210字節(jié)Byte位Bit4.輸入/輸出設(shè)備1）輸入設(shè)備

輸入設(shè)備用來接收用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將其轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的形式存放在內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有：2）輸出設(shè)備

輸出設(shè)備用于將存放在內(nèi)存中由計算機處理得到的結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡軌蚪邮艿男问?。常用的輸出設(shè)備有：

鍵盤鼠標掃描儀手寫輸入板數(shù)字化儀CRT、液晶顯示器激光、噴墨、針式）打印機繪圖儀2.1.3計算機基本工作原理1.計算機指令系統(tǒng)指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，它規(guī)定了計算機能完成一種操作。操作碼

操作數(shù)

指令

結(jié)構(gòu)分類操作碼要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù)操作的內(nèi)容或所在的地址IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機對計算機的硬件進行管理等數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

2.計算機基本工作原理

1)指令的執(zhí)行過程一條指令的執(zhí)行過程分為以下3步驟：①取指令按照指令計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號；由地址碼確定操作數(shù)地址。③執(zhí)行指令由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到①。取指令分析指令執(zhí)行指令計算機基本工作原理

一般把計算機完成一條指令所花費的時間稱為1個指令周期，指令周期越短，指令執(zhí)行越快。通常所說的CPU主頻或工作頻率，就反映了指令執(zhí)行周期的長短。計算機的工作就是執(zhí)行程序，即自動連續(xù)地執(zhí)行一系列指令，而程序開發(fā)人員的工作就是編制程序。1.程序程序就是為完成某一處理任務(wù)而設(shè)計的一系列指令的有序集合。2.程序的執(zhí)行過程

CPU不斷地取指令、分析指令、執(zhí)行指令直至遇到停止命令結(jié)束的過程。2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換及運算(掌握)在計算機內(nèi)部，數(shù)據(jù)的存儲和處理都是采用二進制數(shù)，采用二進制數(shù)的主要原因是：

（1）二進制數(shù)在物理上最容易實現(xiàn)。

（2）二進制數(shù)的運算規(guī)則簡單，這將使計算機的硬件結(jié)構(gòu)大大簡化。

（3）二進制數(shù)的兩個數(shù)字符號“1”和“0”正好與邏輯命題的兩個值“真”和“假”相對應(yīng)，為計算機實現(xiàn)邏輯運算提供了便利的條件。二進制數(shù)書寫冗長，為了書寫方便，一般用十六進制數(shù)或八進制數(shù)作為二進制數(shù)的簡化表示。2.2.1進位計數(shù)制N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mR進制數(shù)N可表示為：R進制數(shù)用r個基本符號（例如0，1，2，…，r-1）表示數(shù)值。r稱為該數(shù)制的基數(shù)，而數(shù)制中每一個固定位置對應(yīng)的單位值稱為權(quán)?；鶖?shù)權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2(678.34)10=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2

各位的“權(quán)”

1001010.10.012.2.2不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1.r進制轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)碼乘以各自的權(quán)的累加例：(10101)B=24＋22＋1=21(101.11)B=22＋1＋2-1＋2-2=5.75(101)O=82＋0＋1=65(71)O=781＋1=5(101A)H=163＋0＋16＋10=4106(56.07)D=5101＋6100＋710-2進制表示符號B二進制O八進制D十進制H十六進制2.十進制轉(zhuǎn)化成r進制整數(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)1.3800.34520.69022

0.7602

1.520210025022521226232100010011

1.04八進制100812818044110016604616十六進制3.二進制、八進制、十六進制數(shù)間的關(guān)系

八進制對應(yīng)二進制十六進制對應(yīng)二進制十六進制對應(yīng)二進制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F11114.二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八、十六進制數(shù)二進制轉(zhuǎn)化成八(十六)進制，以小數(shù)點為中心向左、右兩邊分組，每三（四）位為一組，兩頭不足三（四）位的，整數(shù)部分冠“0”，小數(shù)部分補“0”。1110.11(B)=001110.110(B)

=16.6(O)111110.11(B)=00111110.1100(B)

=

3E.C(H)2）八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)將八(十六)進制的每一位用三（四）位二進制數(shù)來表示即可。每三（四）位為一組。一位八進制數(shù)對應(yīng)三位二進制數(shù)，一位十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù)723.14(O)=111010011.001100(B)2CA.5F(H)=?(B)2.2.3二進制數(shù)的算術(shù)運算二進制數(shù)的算術(shù)運算也包括加、減、乘和除四則運算，但運算更簡單。加法運算：本位的被加數(shù)、加數(shù)和來自低位的進位。逢二進一，有4種加法運算法則。減法運算：本位的被減數(shù)、減數(shù)和向高位的借位（借位為1，否則為0）。乘法運算：有4種運算法則。除法運算：有三種法則。在計算機中二進制的加法是基本運算，乘、除可以通過加、減和移位來實現(xiàn)，而減法真正實現(xiàn)是加上一個負數(shù)，其主要是運用了補碼運算。2.2.4二進制數(shù)的邏輯運算1.邏輯數(shù)據(jù)的表示二進制數(shù)的0和1在邏輯上可以代表真與假、是與非等。2.邏輯運算邏輯運算的結(jié)果為邏輯值。1）邏輯非運算若A為原事件，則邏輯非表示與原事件含義相反，常用A表示。運算規(guī)則：0=11=02）邏輯與運算該運算也稱為邏輯乘，表示當(dāng)A、B兩個事件同時滿足結(jié)果才為真。運算規(guī)則：0×1=01×0=00×0=01×1=13）邏輯或運算表示當(dāng)A、B兩個事件只要有一個滿足時結(jié)果就為真。運算規(guī)則：0＋0=00＋1=11＋0=11＋1=12.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示(了解)

計算機中任何形式的數(shù)據(jù)（數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音、視頻等）都采用二進制編碼轉(zhuǎn)換，采用二進制是因為：物理上容易實現(xiàn)，可靠性強。運算簡單，通用性強。計算機中的二進制數(shù)的0和1，便于表示和進行邏輯運算。輸入設(shè)備數(shù)值：十二進制轉(zhuǎn)換西文：ASCII碼漢字：輸入碼機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換聲音、圖像：模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸出設(shè)備二十進制轉(zhuǎn)換數(shù)值字形碼西文漢字字形碼漢字數(shù)/模轉(zhuǎn)換聲音、圖像內(nèi)存2.定點數(shù)和浮點數(shù)

定點數(shù)約定小數(shù)點隱含在某一固定位置上為定點表示法；小數(shù)點位置可以任意浮動的為浮點表示法。2.3.1數(shù)值符號數(shù)的機器數(shù)表示數(shù)在計算機中的表示統(tǒng)稱為機器數(shù)，其特點是：數(shù)的符號數(shù)值化；小數(shù)點約定在一個固定位置上，不占用1個數(shù)位；機器數(shù)表示的范圍受到字長和數(shù)據(jù)類型的限制。

符號位“0”表示正、“1”表示負10101100定點數(shù)定點整數(shù)S小數(shù)點無符號位S小數(shù)點定點小數(shù)定點數(shù)：約定小數(shù)點隱含在某一固定位置上。定點整數(shù)：約定小數(shù)點位置在機器數(shù)的最右邊。定點小數(shù)：約定的小數(shù)點位置在符號位和有效數(shù)值部分之間，定點小數(shù)是純小數(shù)，所有數(shù)值的絕對值均小于1。浮點數(shù)：小數(shù)點的位置可以任意浮動。小數(shù)點位置不固定的浮點數(shù)-1101.010(B)=-0.110101×2100（B）階碼數(shù)符階符尾數(shù)0001001011010100N=±d×2±p=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

定點整數(shù)定點小數(shù)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。

階碼只能是一個帶符號的整數(shù)，階碼本身的小數(shù)點約定在階碼的最右面。

尾數(shù)表示數(shù)的有效部分，是純小數(shù)。其小數(shù)點約定在數(shù)符與尾數(shù)之間。

在浮點數(shù)表示中，階符與數(shù)符各占一位，階碼的位數(shù)表示數(shù)的大小范圍，尾數(shù)的位數(shù)表示數(shù)的精度。例：設(shè)階碼為6位，尾數(shù)為8位，則二進制數(shù)-1101.010的浮點數(shù)的存放形式為：3.帶符號數(shù)的運算符號位“0”表示正、“1”表示負運算帶來問題復(fù)雜性:10101100例-5+4的結(jié)果應(yīng)為-1。但在計算機中若按照上面講的符號位同時和數(shù)值參加運算，則運算如下：若要考慮符號位的處理，則運算變得復(fù)雜。為了解決此類問題，引入了多種編碼表示方式，常用的是：原碼、反碼和補碼，其實質(zhì)是對負數(shù)表示的不同編碼。0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111 -0：10000000[X]原=(2)反碼

對于正數(shù)與原碼相同；對于負數(shù)數(shù)符位為1，其數(shù)值位取反。0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000-7：11111000-0：11111111[X]反=4.帶符號數(shù)的表示

假定一個數(shù)在機器中占用8位。原碼

其數(shù)符位0表示正，1表示負；其數(shù)值部分就是該數(shù)絕對值的二進制表示。0<=X+7：00000111+0：000000000X1|X|+1X<=0-7：11111001-0：00000000[X]補=(3)補碼補碼：對于正整數(shù)其補碼與原碼相同；對于負數(shù)，數(shù)符位為1，其數(shù)值位取反，最右位加1，即為反碼加1。例-5+4。正整數(shù)4的補碼為00000100；負整數(shù)-5的原碼為10000101；反碼為11111010；補碼為11111011。

00000100……4的補碼+11111011……-5的補碼

11111111……補碼相加的結(jié)果運算結(jié)果11111111，正好是-1的補碼形式。字符1.常見的信息編碼1）BCD碼BCD碼就是二進制編碼的十進制數(shù)。也即用四位二進制表示一個十進制數(shù)。（54）D=（01010100）BCD2）ASCII碼國際上通用的西文字符編碼就是所謂的ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。3）漢字編碼漢字的編碼主要分為三類，數(shù)字編碼，拼音，字形碼（如漢語拼音）、數(shù)字（區(qū)位碼）、或特殊符號（五筆字形）構(gòu)成。4）機內(nèi)碼機內(nèi)碼是計算機設(shè)備內(nèi)部對信息進行處理、內(nèi)部存儲、傳輸所用的代碼。2.西文字符(掌握)

ACSII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange美國信息交換標準代碼)128個常用字符，用7位二進制編碼，從0到127控制字符：0～32，127；普通字符：94個。例如：“a”字符的編碼為1100001，對應(yīng)的十進制數(shù)是97；換行0AH10回車0DH13空格 20H32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’61H～7AH 97～122ASCII碼表0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111000NULBSDELCANSP(08@HPX`hpx001SOHHTDC1EM!)19AIQYaiqy010STXLFDC2SUB“*2:BJRZbjrz011ETXVTDC3ESC#+3;CKS[cks{100EOTFFDC4FS$,4<DLT\dlt|101ENQCRNAKGS%-5=EMU]emu}110ACKSOSYNRS&.6>FNV↑fnv~111BELSIETBUS‘/7?GOW↓gowDELd2d1d0即低3位d6d5d4d3

即高4位漢字漢字信息處理流程英文是拼音文字，采用不超過128種字符的字符集就能滿足英文處理的需要，在一個計算機系統(tǒng)中，輸入、存儲和輸出都可以使用同一種編碼，輸入碼和機內(nèi)碼是一樣的。漢字是象形文字，種類繁多，GB2312-80中常用漢字6763個。因此，漢字處理技術(shù)首先要解決的是漢字的輸入、計算機內(nèi)部的編碼（機內(nèi)碼）及漢字的輸出。

漢字通過輸入設(shè)備輸入到計算機；再通過漢字編碼系統(tǒng)將輸入碼轉(zhuǎn)換成國標碼，將國標碼每個字節(jié)的最高位變?yōu)椤?”生成機內(nèi)碼；機內(nèi)碼對應(yīng)地轉(zhuǎn)換成地址碼，從漢字庫中取到相應(yīng)的漢字字形；在輸出設(shè)備上輸出漢字。3.漢字編碼(了解)漢字輸入輸入碼國標碼機內(nèi)碼地址碼字形碼漢字輸出(1)漢字輸入碼輸入碼供用戶通過輸入裝置輸入到計算機而編制的編碼。

音碼類：全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等

形碼類：五筆字型法等；數(shù)字編碼：區(qū)位碼、電報碼。(2)漢字國標碼(GB2312－80)國標碼又稱為交換碼，它主要用于不同漢字處理系統(tǒng)之間進行漢字交換。它與區(qū)位碼的關(guān)系是：將某個漢字的區(qū)位碼的“區(qū)號”和“位號”分別加上十進制的32。國標區(qū)位碼將漢字和符號分為94個區(qū)，每個區(qū)94個字符。一級漢字3755個，按拼音排列，二級漢字3008個，按偏旁部首排列，部首順序按依筆劃多少排列。共6763個漢字。機內(nèi)碼是計算機設(shè)備內(nèi)部對信息進行處理、內(nèi)部存儲、傳輸所用的漢字代碼。漢字數(shù)量多，用２個字節(jié)來存放漢字的編碼。兩個字節(jié)共16位，可以表示216=65536個可區(qū)別的碼，如果兩個字節(jié)各用７位，則可表示214=16384個可區(qū)別的碼。一個碼代表一個漢字，這已夠用了?，F(xiàn)在我國的漢字信息系統(tǒng)采用了與ASCII碼相應(yīng)的８位碼方案，用２個８位構(gòu)成一個漢字機內(nèi)碼。為了實現(xiàn)中西文兼容，通常利用字節(jié)的最高位來區(qū)分某個碼值是代表漢字或ASCII碼字符。其體的作法是，若最高位為“１”視為漢字符，最高位為“０”視為ASCII碼字符。所以漢字的機內(nèi)碼就在上述的國標碼的基礎(chǔ)上，把２個字節(jié)的最高位一律由“０“改為“１”而構(gòu)成。漢字國標碼漢字內(nèi)碼

中8680(0101011001010000)B(1101011011010000)B

華

5942(0011101100101010)B(1011101110101010)B

(3)漢字機內(nèi)碼

漢字字形碼又稱為漢字字模是漢字字型的字模數(shù)據(jù)，用于漢字在顯示或打印輸出。漢字字形碼通常有