CFchRevisedCompSci的實(shí)用學(xué)習(xí)課件

CFchRevisedCompSci的實(shí)用學(xué)習(xí)課件第1頁/共134頁1-21.1計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)的定義二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、計(jì)算機(jī)的分類四、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第2頁/共134頁1-31.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)一、計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)內(nèi)容101=表示多少？第3頁/共134頁1-4

計(jì)算機(jī)是一種能對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和高速處理的工具或電子機(jī)器。對(duì)上述定義要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：①計(jì)算機(jī)不僅是一個(gè)計(jì)算工具，而且還是一個(gè)信息處理機(jī)。②計(jì)算機(jī)不同于其它任何機(jī)器，它能存儲(chǔ)程序，并按程序的引導(dǎo)自動(dòng)存取和處理數(shù)據(jù)，輸出人們所期望的信息。一、計(jì)算機(jī)的定義返回第4頁/共134頁1-5二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展1、早期的計(jì)算工具與ENIAC的誕生2、計(jì)算機(jī)的不同發(fā)展時(shí)期3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)第5頁/共134頁1-6二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展1、早期的計(jì)算工具與第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生

東方的創(chuàng)造：算籌、算盤西方的靈感：機(jī)械式計(jì)算工具

機(jī)電式計(jì)算工具第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生

1946年2月,美國賓夕法尼亞大學(xué)物理學(xué)家莫克利和工程師?？颂貫槭椎臄?shù)十

人共同開發(fā)了世界上第一臺(tái)通用

數(shù)字電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)。第6頁/共134頁1-7ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator簡稱ENIAC（1946），譯為電子數(shù)字積分機(jī)和計(jì)算機(jī)電子管:18000只電阻:70000個(gè)電容:10000只繼電器:1500個(gè)耗電:140kW/h占地:170m2重量:30噸速度:5000次/秒二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展第7頁/共134頁1-8

ENIAC的主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。當(dāng)ENIAC公開展出時(shí)，一條炮彈的軌道用20s就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。

二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展1949：EDSAC(電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算機(jī)

英國劍橋大學(xué))1951：EDVAC(電子離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)

美國賓夕法尼亞大學(xué))第8頁/共134頁1-92.計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段代別第一代1946-1958第二代1959-1964第三代1965-1970第四代1971-現(xiàn)在電子器件電子管晶體管集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路存儲(chǔ)器水銀延遲線磁鼓、磁芯磁芯、磁鼓磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁盤、光盤運(yùn)算速度5000-幾萬幾十萬-百萬百萬-幾百萬幾百萬-幾千億處理方式機(jī)器語言匯編語言算法語言操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理分時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)控制各行各業(yè)典型機(jī)種ENIACEDVACIBM7090CDC6600IBM360PDP-IIVAX-IIIBMPC/Apple二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展第9頁/共134頁1-103、發(fā)展趨勢(shì)--第五代計(jì)算機(jī)(新一代計(jì)算機(jī))創(chuàng)新：基本元器件生物計(jì)算機(jī)采用生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子制成生物芯片，其運(yùn)算過程是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。量子計(jì)算機(jī)采用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。光計(jì)算機(jī)采用光學(xué)技術(shù)，由光器件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。在光器件方面研制的基本部件有：用于進(jìn)行圖像處理的快速傅立葉變換部件，用于進(jìn)行信息處理的光乘法、加法運(yùn)算器。二、計(jì)算機(jī)發(fā)展第10頁/共134頁1-113.計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)巨型化(功能巨型化)巨型化是指具有高速運(yùn)算、大存儲(chǔ)容量和功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如：中國“天河一號(hào)”(2600萬億次/秒)，日本的“京”(8162萬億次/秒)。微型化(體積微型化)微型化包括臺(tái)式微型機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦。摩爾定律：集成電路→翻一番/18個(gè)月網(wǎng)絡(luò)化(資源網(wǎng)絡(luò)化)網(wǎng)絡(luò)化是指利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把分散在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互連起來，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以達(dá)到所有用戶都可共享數(shù)據(jù)、軟硬件資源的目的。如：Internet。智能化(處理智能化)智能化就是要求計(jì)算機(jī)能模擬人的感覺和思維能力，如：專家系統(tǒng)和機(jī)器人。二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展返回第11頁/共134頁1-12三、計(jì)算機(jī)的分類1、按用途分類2、按處理對(duì)象分類3、按規(guī)模和處理能力分類第12頁/共134頁1-131.按計(jì)算機(jī)用途分類

通用計(jì)算機(jī)：為了能夠解決各種問題，具有較強(qiáng)的通用性而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。它具有一定的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量，帶有通用的外設(shè)，配備各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

專用計(jì)算機(jī)：為了解決一個(gè)或一類特定問題而專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。其軟硬件的配置依據(jù)解決問題的需要而定。三、計(jì)算機(jī)的分類第13頁/共134頁1-14

2.按處理對(duì)象分類

數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)：處理非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時(shí)間上是

離散的。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算精度高、通用性強(qiáng)。

模擬式電子計(jì)算機(jī)：處理連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時(shí)間上是連續(xù)的。缺點(diǎn)：精度不高、數(shù)據(jù)不易存儲(chǔ)、通用性差。

混合式電子計(jì)算機(jī)：可處理數(shù)字量和模擬量缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)困難。三、計(jì)算機(jī)的分類第14頁/共134頁1-15

3.按規(guī)模和處理能力分類(IEEE)

巨型機(jī)：超級(jí)計(jì)算機(jī),功能最強(qiáng),價(jià)格最貴。

小巨型機(jī)：與巨型機(jī)相比，價(jià)格大幅降低。

大型機(jī)：主機(jī)，具有很強(qiáng)的管理和處理數(shù)據(jù)的能力，在大企業(yè)、銀行等單位使用。

小型機(jī)：中小企業(yè)，VAX-II,DJS-2000。

工作站：高檔微機(jī)，具有很強(qiáng)的圖形處理能力，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Sun工作站。

個(gè)人計(jì)算機(jī)：IBMPC，Apple三、計(jì)算機(jī)的分類返回第15頁/共134頁1-16

1.運(yùn)算速度快：每秒數(shù)萬億次，氣象預(yù)報(bào)

2.計(jì)算精度高：理論上不受限制，圓周率

3.存儲(chǔ)能力強(qiáng)：存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)（圖書館）

4.具有邏輯判斷能力：算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算判斷或比較

5.具有自動(dòng)執(zhí)行能力：無需人工干預(yù)四、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)返回第16頁/共134頁1-17五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1、科學(xué)計(jì)算或數(shù)值計(jì)算2、數(shù)據(jù)處理或信息處理3、過程控制或?qū)崟r(shí)控制4、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)5、人工智能6、通信網(wǎng)絡(luò)第17頁/共134頁1-181.科學(xué)計(jì)算或數(shù)值計(jì)算利用計(jì)算機(jī)來完成科學(xué)研

究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計(jì)算。實(shí)際問題→數(shù)學(xué)模型→計(jì)算量大。（仿真原子彈爆炸）

2.數(shù)據(jù)處理或信息處理指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、檢索和傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。信息時(shí)代海量數(shù)據(jù)的管理和有效利用。五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第18頁/共134頁1-193.過程控制或?qū)崟r(shí)控制利用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)控制。無人自動(dòng)化工廠。

4.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)：CAD

計(jì)算機(jī)輔助制造：CAM

CAD+CAM=計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)--CIMS

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)：CAI五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第19頁/共134頁1-205.人工智能利用計(jì)算機(jī)模擬或部分模擬人的智能活動(dòng)，如感知、判斷、理解、學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別等。實(shí)用技術(shù)：智能機(jī)器人

6.通信網(wǎng)絡(luò)

Internet→網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上訂票網(wǎng)上教學(xué)、網(wǎng)上醫(yī)療網(wǎng)上稅收、網(wǎng)上出版五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域返回第20頁/共134頁1-21一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換二、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位及地址四、計(jì)算機(jī)中信息編碼1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)三、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示五、多媒體信息第21頁/共134頁1-22你知道計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理嗎？計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理第22頁/共134頁1-231.數(shù)制的概念2.常用的數(shù)制3.不同數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換4.二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)返回第23頁/共134頁1-24定義：數(shù)制是用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。

非進(jìn)位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關(guān)。典型的非進(jìn)位記數(shù)制是羅馬數(shù)字，例如羅馬數(shù)字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ

進(jìn)位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關(guān)。例如，十進(jìn)制數(shù)123.451.數(shù)制的概念第24頁/共134頁1-25

進(jìn)位記數(shù)制的要素：①基數(shù)：指各種進(jìn)位記數(shù)制中允許選用基本數(shù)碼的個(gè)數(shù)。例如十進(jìn)制的數(shù)碼有：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9→基數(shù)是10②位權(quán)：每個(gè)數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個(gè)與數(shù)碼所在位置相關(guān)的常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做權(quán)值。例如：十進(jìn)制

123.4＝1×102+2×101+3×100

+4×10-1

返回1.數(shù)制的概念第25頁/共134頁1-26（1）十進(jìn)制（DecimalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9→基數(shù)是10②位權(quán)：

123.4＝1×102+2×101+3×100

+4×10-1

2.常用的數(shù)制十進(jìn)制D(dn-1dn-2...

d0

d-1d-2...

d-m)D=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+...+

d0×100

+

d-1×10-1

+d-2×10-2+

...+

d-m×10-m第26頁/共134頁1-27（2）二進(jìn)制（BinaryNotation）：①基數(shù)：

0,1→基數(shù)是2②位權(quán)：

101.01＝1×22+0×21+1×20

+0×2-1+1×2-2

2.常用的數(shù)制二進(jìn)制B(bn-1bn-2...

b0

b-1b-2...

b-m)B=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+...+

b0×20

+

b-1×2-1

+b-2×2-2+

...+

b-m×2-m第27頁/共134頁1-28（3）八進(jìn)制（OctalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7→基數(shù)是8②位權(quán)：

123.4＝1×82+2×81+3×80

+4×8-1

2.常用的數(shù)制八進(jìn)制Q(qn-1qn-2...

q0

q-1q-2...

q-m)Q=qn-1×8n-1+qn-2×8n-2+...+

q0×80

+

q-1×8-1

+q-2×8-2+

...+

q-m×8-m第28頁/共134頁1-29（四）十六進(jìn)制（HexdecimalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F→基數(shù)是16②位權(quán)：

123.4＝1×162+2×161+3×160

+4×16-1

2.常用的數(shù)制十六進(jìn)制H(hn-1hn-2...

h0

h-1h-2...

h-m)H=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+...+

h0×160

+

h-1×16-1

+h-2×16-2+

...+

h-m×16-m第29頁/共134頁1-30

幾種進(jìn)位記數(shù)制比較2.常用的數(shù)制第30頁/共134頁1-31幾種進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF2.常用的數(shù)制返回第31頁/共134頁1-32

⑴二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的互換

人→十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)→二進(jìn)制

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，然后求和，就可把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。例如：

(101.1)2＝1×22+0×21+1×20+1×2-1

＝(?)103.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換(101.1)2＝(5.5)10第32頁/共134頁1-33

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)有整數(shù)和小數(shù)兩部分。在轉(zhuǎn)換時(shí)，整數(shù)部分采用除2取余法

小數(shù)部分采用乘2取整法

然后通過小數(shù)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)連接起來即可。例如：(105.625)10=(?)2

（12.375)10=（？）23.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換(12.375)10＝(1100.011)2第33頁/共134頁1-34

⑵二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的互換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

三位并一位：以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每三位一組，不足三位添0補(bǔ)足,然后把每組的三位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加，得到相應(yīng)的一位八進(jìn)制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。例如：(1011100.00101011)2=(?)8(001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8

134.1263.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第34頁/共134頁1-35

八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

一位拆三位：將每一位八進(jìn)制數(shù)寫成對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(123.67)8=(?)2123.67(八進(jìn)制)001,010,011.110111(二進(jìn)制)(123.67)8=(1010011.110111)23.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第35頁/共134頁1-36

⑶二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

四位并一位：以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每四位一組，不足四位添0補(bǔ)足,然后把每組的四位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加，得到相應(yīng)的一位十六進(jìn)制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。

例如：(1011110.00011)2=(?)16

(0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16

5E.183.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第36頁/共134頁1-37

十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

一位拆四位：把一位十六進(jìn)制數(shù)寫成對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(123.EF)16=(?)2

123.EF(十六進(jìn)制)

0001,0010,0011.1110,1111(二進(jìn)制)(123.EF)16=(100100011.11101111)

十進(jìn)制數(shù):512D或512二進(jìn)制數(shù):1011B

八進(jìn)制數(shù):127Q

十六進(jìn)制數(shù):A8H3.不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換返回第37頁/共134頁1-38

電路簡單：計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個(gè)狀態(tài)。

可靠性高：兩個(gè)狀態(tài)表示的二進(jìn)制兩個(gè)數(shù)碼，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯(cuò)。

運(yùn)算簡單：二進(jìn)制運(yùn)算法則簡單。

邏輯性強(qiáng)：計(jì)算機(jī)工作原理是建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)。4.二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)返回第38頁/共134頁1-39

1.位(bit，b)

位是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位，一個(gè)二進(jìn)制位只能表示兩種狀態(tài)，如0、1。

2.字節(jié)(Byte，B)

字節(jié)是數(shù)據(jù)處理的基本單位，一個(gè)字節(jié)是由八位二進(jìn)制數(shù)組成。1Byte=8bit01000001存儲(chǔ)器容量大小的單位：KB、MB、GB。二、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位第39頁/共134頁1-40

1KB＝210＝1024B1MB＝210×210＝1024×1024＝1048576B1GB＝210×210×210＝1024×1024×1024

＝1073741824B

3.字(Word)

字是CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送數(shù)據(jù)的長度。一個(gè)字通常由一個(gè)或若干個(gè)字節(jié)組成。字長越長，計(jì)算機(jī)性能越強(qiáng)。

常用的字長：8位、16位、32位、64位等。二、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位返回第40頁/共134頁1-411FA4230BH（雙字）雙字地址31HCBH74H0BH23HA4H1FH36H06HFEH7AH00H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH31H（字節(jié)）74CBH（字）字節(jié)地址字地址返回第41頁/共134頁1-42三、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

1.機(jī)器數(shù)與真值

數(shù)值型數(shù)據(jù)(符號(hào)＋數(shù)字)→數(shù)碼化

規(guī)定：＋→0，－→1

例如：(+68)10＝(01000100)2(-68)10＝(11000100)2

機(jī)器數(shù)：將符號(hào)和數(shù)字組合的二進(jìn)制數(shù)

真值：由機(jī)器數(shù)所表示的實(shí)際值大小1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第42頁/共134頁1-432.原碼、反碼和補(bǔ)碼

⑴原碼

規(guī)定：用符號(hào)位和數(shù)值位表示一個(gè)帶符號(hào)數(shù)正數(shù)符號(hào)→0，負(fù)數(shù)符號(hào)→1

例如：求二進(jìn)制數(shù)+10011，-10011的原碼。

[+10011]原＝010011[-10011]原＝110011

又如：若字長為8b，求十進(jìn)制數(shù)+5，-6的原碼。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)[+5]原＝（00000101）2[-6]原＝（10000110）2第43頁/共134頁1-44

零的原碼形式有兩種：

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000

原碼表示數(shù)的范圍：

8位：-127～+12716位：-32767～+32767

用原碼表示一個(gè)數(shù)，與真值之間轉(zhuǎn)換方便。對(duì)乘除法比較合適，但對(duì)加減法容易出錯(cuò)。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第44頁/共134頁1-45⑵反碼

規(guī)定：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是對(duì)該數(shù)的原碼除符號(hào)位外各位取反。例如：求二進(jìn)制數(shù)+0010011，-0010011的反碼。

[+0010011]反＝00010011[-0010011]反＝11101100零的反碼形式有兩種：

[+0]反＝00000000[-0]反＝111111111.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)任意數(shù)的反碼的反碼即是原碼本身第45頁/共134頁1-46⑶補(bǔ)碼

規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是對(duì)該數(shù)的原碼除符號(hào)位外各位取反，末位加1.例如：求二進(jìn)制數(shù)+10011，-10011的反碼。

[+0010011]補(bǔ)＝00010011[-0010011]補(bǔ)＝[11101100]反+1=11101101零的原碼形式有兩種

[+0]補(bǔ)＝00000000[-0]補(bǔ)＝000000001.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)任意數(shù)的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼即是原碼本身第46頁/共134頁1-47補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍：

8位：-128～+12716位：-32768～+32767引入補(bǔ)碼后，減法運(yùn)算可轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。

[X+Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)＝[X+(-Y)]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)

例如：用補(bǔ)碼計(jì)算十進(jìn)制數(shù)1-2＝-1；目前計(jì)算機(jī)中加減法基本采用補(bǔ)碼運(yùn)算。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（00000001)補(bǔ)+（11111110)補(bǔ)=（11111111)補(bǔ)=-1第47頁/共134頁1-48

總結(jié)①一個(gè)正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼的表示形式相同，符號(hào)位置0，其它位是數(shù)的真值。負(fù)數(shù)的原碼符號(hào)位→1其余位是該數(shù)的絕對(duì)值負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位→1其余各位逐位取反負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼符號(hào)位→1其余各位逐位取反，末位加1[+0]原＝0.00…0[-0]原＝1.00…0不唯一[+0]反＝0.00…0[-0]反＝1.11…1不唯一[+0]補(bǔ)＝00…0[-0]補(bǔ)＝00…0唯一

②真值零的表示：1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)返回第48頁/共134頁1-493.定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)

⑴定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)是小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)。根據(jù)小數(shù)點(diǎn)隱含固定位置不同，可分為：

定點(diǎn)小數(shù)：

定點(diǎn)整數(shù)：例如：-1011011的補(bǔ)碼表示為1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)符號(hào)位數(shù)值部分·小數(shù)點(diǎn)位置符號(hào)位數(shù)值部分·小數(shù)點(diǎn)位置10100101第49頁/共134頁1-50⑵浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)是小數(shù)點(diǎn)位置不固定，根據(jù)需要而浮動(dòng)的數(shù)。它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)階符階碼尾符尾數(shù)31302423220階碼部分尾數(shù)部分階碼：補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)，表示該數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置尾數(shù)：補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)，表示數(shù)據(jù)的有效位數(shù)數(shù)的范圍：-1×2127～(1-2-23)×2127返回第50頁/共134頁1-51

AmericanStandardCodeforInformationInterchange(ASCII，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)。

國際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(ISO646)。

ASCII碼是對(duì)數(shù)字、字母、通用符號(hào)和控制符號(hào)等字符進(jìn)行編碼。

ASCII碼：7位→128種0000000→1111111四、計(jì)算機(jī)中信息編碼：ASCII碼第51頁/共134頁1-52ASCII碼表(7位)高三位b6b5b4低四位b3b2b1b01.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)B6b5b4b3b2b1b0第52頁/共134頁1-53[例]將China五個(gè)字符的ASCII碼查出并存放在內(nèi)存中。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

ASCII碼的字符集：①10個(gè)數(shù)字：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9②52個(gè)大、小寫字母③25個(gè)特殊字符

比較大?。?<…<9<A<…<Z<a<…<z第53頁/共134頁1-542.漢字編碼

漢字處理技術(shù)：漢字輸入、漢字輸出、計(jì)算機(jī)內(nèi)部的編碼問題。根據(jù)漢字處理過程中的不同要求，有多種編碼形式。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)漢字輸入碼漢字交換碼漢字機(jī)內(nèi)碼漢字字形碼輸入設(shè)備輸出設(shè)備漢字庫第54頁/共134頁1-55

⑴漢字輸入碼

作用：讓用戶直接使用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入漢字。

特點(diǎn)：規(guī)則簡單，重碼率低，擊鍵次數(shù)少。

分類：數(shù)字編碼→電報(bào)碼、區(qū)位碼等字音編碼→全拼、雙拼等字形編碼→五筆字型、鄭碼等混合編碼→自然碼、智能ABC等1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第55頁/共134頁1-56

⑵漢字交換碼

在漢字信息處理系統(tǒng)與通信處理系統(tǒng)之間進(jìn)行漢字信息交換時(shí)所使用的編碼。

設(shè)計(jì)漢字交換碼編碼體系要考慮：☆被編碼的漢字個(gè)數(shù)盡量多；☆編碼的長度盡可能短；☆編碼具有唯一性；☆碼制的轉(zhuǎn)換要方便。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-2312-1980編碼的漢

字交換碼→國標(biāo)碼.第56頁/共134頁1-57

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2312-1980：信息交換用漢字編碼字符集--基本集一級(jí)漢字3755個(gè)(按拼音排序)

二級(jí)漢字3008個(gè)(按部首排序)

字母、數(shù)字和特殊圖形記號(hào)等

國標(biāo)碼規(guī)定：一個(gè)漢字采用兩個(gè)字節(jié)來表示1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)圖形字符(7445個(gè))0XXXXXXX0XXXXXXX第一字節(jié)第二字節(jié)例如：啊→區(qū)位碼→1601國標(biāo)碼＝區(qū)位碼+3232→4833H第57頁/共134頁1-58

⑶漢字機(jī)內(nèi)碼漢字機(jī)內(nèi)碼是在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理、傳輸漢字用的代碼。目前我國使用的內(nèi)碼是國標(biāo)碼高位置1。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)漢字機(jī)內(nèi)碼＝漢字國標(biāo)碼＋8080H

例如：啊→機(jī)內(nèi)碼＝3021H+8080H＝B0A1H01XXXXXXX國標(biāo)碼機(jī)內(nèi)碼01XXXXXXX第58頁/共134頁1-59

又如：“中國”→漢字機(jī)內(nèi)碼＝？漢字區(qū)位碼漢字國標(biāo)碼漢字機(jī)內(nèi)碼中54488680=5650HD6D0H國259057122=397AHB9FAH

通過Debug查看漢字機(jī)內(nèi)碼：1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第59頁/共134頁1-60

⑷漢字字形碼字形碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，它主要用于漢字輸出(打印、顯示等)時(shí)產(chǎn)生的漢字字形。

點(diǎn)陣大小類型：16×16、24×24

32×32、48×48以上

漢字庫：一個(gè)漢字系統(tǒng)所允許使用的全部漢字的漢字字形編碼的集合。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第60頁/共134頁1-61

例如：把一個(gè)方塊橫向和縱向都分為16格。若用1表示黑點(diǎn)，用0表示白點(diǎn)，則16×16的點(diǎn)陣漢字可用256位二進(jìn)制數(shù)來表示，占用32B。

漢字“寶”的16×16點(diǎn)陣數(shù)字化信息：02H00H01H04H7FHFEH40H04H80H08H00H00H3FHF8H01H00H01H00H1FHF0H01H00H01H40H01H20H01H20H7FHFCH00H00H1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)返回第61頁/共134頁1-621.3邏輯代數(shù)與邏輯電路一、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

1.邏輯變量和邏輯函數(shù)

邏輯變量：這種具有邏輯屬性的變量。

邏輯函數(shù)：隨邏輯變量的變化而改變。

表示方法：邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖Y=f(A,B)YABA取值：0、1B取值：0、1Y取值：0、1第62頁/共134頁1-631.3邏輯代數(shù)與邏輯電路2.基本邏輯運(yùn)算

與運(yùn)算：Y=A·B

或運(yùn)算：Y=A+B

非運(yùn)算：Y=AABY=A·B000110110001ABY=A+B000110110111AY=A0110第63頁/共134頁1-641.3邏輯代數(shù)與邏輯電路3.邏輯代數(shù)的基本定律0-1律A·0＝0A+1＝1自等律A·1＝AA+0＝A重疊律A·A＝AA+A＝A互補(bǔ)律A·A＝0A+A＝1交換律A·B＝B·AA+B＝B+A結(jié)合律A·(B·C)＝(A·B)·CA+(B+C)＝(A+B)+C分配律A·(B+C)＝A·B＋A·CA＋B·C＝(A+B)·(A+C)吸收律A·(A+B)＝AA+AB＝A第64頁/共134頁1-65二、基本邏輯電路

1.與門電路實(shí)現(xiàn)邏輯乘法功能的電路邏輯表達(dá)式是：F=A·B

當(dāng)A=B=1→F=1，否則F=0

2.或門電路實(shí)現(xiàn)邏輯加法功能的電路邏輯表達(dá)式是：F=A+B

當(dāng)A=B=0→F=0，否則F=11.3邏輯代數(shù)與邏輯電路第65頁/共134頁1-66

3.非門電路實(shí)現(xiàn)邏輯取反功能的電路邏輯表達(dá)式是：F=A

當(dāng)A=0→F=1；當(dāng)A=1→F=0

4.與非門電路由與門、非門組合的電路邏輯表達(dá)式是：F=A·B當(dāng)A=B=1→F=0，否則F=11.3邏輯代數(shù)與邏輯電路第66頁/共134頁1-671.3邏輯代數(shù)與邏輯電路5.異或門電路由與門、或門、非門組合的邏輯電路邏輯表達(dá)式是：F=A·B+A·B當(dāng)A=B=0或1→F=0，否則F=1與、或、非門電路的不同組合，就可設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路。如：①實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換的譯碼器；②執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算的加法器。第67頁/共134頁1-681.3邏輯代數(shù)與邏輯電路三、邏輯電路舉例[例]分析邏輯電路，寫出邏輯表達(dá)式和真值表。F0=A·B·CF1=A·B·C第68頁/共134頁1-691.3邏輯代數(shù)與邏輯電路[解]⑴寫出邏輯表達(dá)式⑵列出真值表ABCF0F1F2F3F4F5F6F70000010100111001011101111000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001第69頁/共134頁1-701.3邏輯代數(shù)與邏輯電路[例]設(shè)計(jì)半加器。[解]⑴輸入Ai、Bi；輸出和Si、進(jìn)位Ci⑵繪出真值表⑶寫出邏輯表達(dá)式

Si=Ai·Bi+Ai·BiCi=Ai·Bi⑷畫出邏輯電路圖AiBiSiCi0001101100101001返回第70頁/共134頁1-71二、圖靈機(jī)和

馮·諾依曼機(jī)三、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理一、邏輯代數(shù)與邏輯電路第71頁/共134頁1-721.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)

1936年，圖靈發(fā)表“論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用”論文，給“可計(jì)算性”下了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機(jī)”(TuringMachine)的設(shè)想。“圖靈機(jī)”不是一種具體的機(jī)器，而是一種思想模型，可制造一種十分簡單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算裝置，用來計(jì)算所有能想象得到的可計(jì)算函數(shù)。

第72頁/共134頁1-731.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)一、圖靈機(jī)

1.直觀描述①圖靈機(jī)的計(jì)算裝置：一條兩端可無限延長的帶子，一個(gè)讀寫頭，一組控制指令。┄bb10100010bb┄狀態(tài)q1讀寫頭控制指令讀寫頭可以沿帶子方向左右移動(dòng)，并可以在每個(gè)方格上進(jìn)行讀寫。第73頁/共134頁1-741.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)②帶子上的符號(hào)為一個(gè)有窮字母表：{S0,S1,S2,¨¨,Sp}

通常僅有S0、S1兩個(gè)字符，其中：S0→0，S1→1這可加深對(duì)布爾值、二進(jìn)制機(jī)器的理解。③機(jī)器的控制狀態(tài)：{q1,q2,¨,qn}圖靈機(jī)的初始狀態(tài)設(shè)為q1,結(jié)束狀態(tài)設(shè)為qn┄bb101

00010bb┄第74頁/共134頁1-751.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)④五元組指令集合：(qiSjSkR(LN)qk)

qi表示機(jī)器目前所處的狀態(tài)；

Sj表示讀寫頭從方格中讀入的符號(hào)；

Sk表示機(jī)器寫入讀寫頭所對(duì)應(yīng)方格的符號(hào)；

R,L,N表示右移一格,左移一格,不移動(dòng)；

qk表示下一步機(jī)器的狀態(tài)。五元組形式的指令集，它定義了機(jī)器在特定狀態(tài)下讀入一個(gè)特定字符時(shí)所采取的動(dòng)作。┄bb101

00010bb┄讀寫頭第75頁/共134頁1-761.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)

2.工作原理機(jī)器從給定帶子上的某起點(diǎn)出發(fā)，其動(dòng)作完全由其初始狀態(tài)值及機(jī)內(nèi)五元組指令集來決定。計(jì)算結(jié)果是從機(jī)器停止時(shí)帶子上的信息得到。指令死循環(huán)：q1S2S2Rq3

q3S3S3Lq1指令二義性：q3S2S2Rq4

q3S2S4Lq6

┄bb101

00010bb┄第76頁/共134頁1-771.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)

3.應(yīng)用實(shí)例

[例]假設(shè)：b表示空格q1表示機(jī)器的初始狀態(tài)q4表示機(jī)器的結(jié)束狀態(tài)如果帶子上的輸入信息為10100010，讀寫頭位對(duì)準(zhǔn)最右邊第一個(gè)為0的方格，且狀態(tài)為q1。按照根據(jù)五元組指令集，輸出正確的計(jì)算結(jié)果是什么？第77頁/共134頁1-781.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)指令集q101Lq2q110Lq3q1bbNq4q200Lq2q211Lq2q2bbNq4q301Lq2q310Lq3q3bbNq4計(jì)算函數(shù)是：S(x)=x+1bb10100010bb……q1bb11000101bb……q11q21q20q20q20q21q20q21q2bq4q1q2q3第78頁/共134頁1-791.4圖靈機(jī)與馮·諾依曼機(jī)

[例]圖靈機(jī)Mz：其中Q={q1,q2,qf}

五元組指令集為：q110Rq1q100Lq2q201Nqf

求Mz對(duì)任何一串“1”的作用是什么？bb11111100bb……q1僅留下最后一個(gè)“1”bb00000000bb……q1bb00000000bb……q2bb00000100bb……qf返回第79頁/共134頁1-80一、

馮·諾依曼機(jī)美籍匈牙利：馮·諾依曼

數(shù)學(xué)家(1903-1957)

數(shù)學(xué)博士（1926）普林斯頓大學(xué)客座教授（1930）普林斯頓大學(xué)第一批終身教授普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所（1933-1957

美國數(shù)學(xué)會(huì)主席（1951-1953）

第80頁/共134頁1-81一、

馮·諾依曼的貢獻(xiàn)(1903-1957)

1.計(jì)算機(jī)—二進(jìn)制思想與程序內(nèi)存

“計(jì)算機(jī)之父”

2.經(jīng)濟(jì)學(xué)—和摩根斯特思合著的《對(duì)策論和經(jīng)濟(jì)行為》

“博弈論之父”

3.物理學(xué)—《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》

對(duì)原子物理學(xué)的發(fā)展發(fā)展有極其重要的價(jià)值。第81頁/共134頁1-82一、馮·諾依曼機(jī)重要思想：存儲(chǔ)程序、二進(jìn)制

1.馮·諾依曼機(jī)的特征⑴計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；⑵計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)；⑶采用存儲(chǔ)程序方式，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)逐條取出指令并執(zhí)行程序。第82頁/共134頁1-83一、馮·諾依曼機(jī)馮·諾依曼機(jī)工作原理先將程序(一組指令)和數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)程序就能按

照程序指定的

邏輯順序把指

令讀取并逐條

執(zhí)行，自動(dòng)完

成指令規(guī)定的

操作。返回第83頁/共134頁1-84二、計(jì)算機(jī)工作原理1.計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2.計(jì)算機(jī)的工作原理3.計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)4.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)返回計(jì)算機(jī)的典型問題第84頁/共134頁1-851.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)以運(yùn)算器為中心的存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)模型。存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器結(jié)果數(shù)據(jù)傳送線控制信號(hào)線程序或數(shù)據(jù)第85頁/共134頁1-861.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)1）運(yùn)算器運(yùn)算器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件。在控制器的操縱下，它與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位運(yùn)算等。2）控制器控制器負(fù)責(zé)對(duì)指令進(jìn)行分析和判斷，發(fā)出控制信號(hào)，使計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)算器＋控制器＝中央處理單元(CPU)第86頁/共134頁1-873）存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是存放大量程序和數(shù)據(jù)的部件。

分類：內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器

特點(diǎn)：內(nèi)存→存取速度快、存儲(chǔ)容量小外存→存取速度慢、存儲(chǔ)容量大

1.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)第87頁/共134頁1-884）輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能識(shí)別的形式存放的內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀等。1.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)第88頁/共134頁1-895）輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理過的信息以人們所能接受的形式表示出來。常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音箱等。1.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)第89頁/共134頁1-90總結(jié)：1.計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)運(yùn)算器＋控制器＋內(nèi)存儲(chǔ)器＝主機(jī)輸入設(shè)備＋輸出設(shè)備＝外部設(shè)備返回第90頁/共134頁1-912.計(jì)算機(jī)工作原理1）指令和程序

指令：能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的命令。它是硬件可執(zhí)行的、完成一個(gè)基本操作所發(fā)出的命令。

指令格式：

指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)能識(shí)別所有指令的集合。

程序：指用戶根據(jù)某一問題的解決步驟，選用一組指令進(jìn)行有序排列的集合。操作碼地址碼或數(shù)據(jù)第91頁/共134頁1-922.計(jì)算機(jī)工作原理

2）計(jì)算機(jī)的工作過程

舉例說明：計(jì)算7+2=?文字描述的計(jì)算程序計(jì)算步驟解題命令1從存儲(chǔ)器中取出7到運(yùn)算器的0號(hào)寄存器中2從存儲(chǔ)器中取出2到運(yùn)算器的1號(hào)寄存器中3將0號(hào)和1號(hào)寄存器中的數(shù)據(jù)相加，得和94將計(jì)算結(jié)果9存入存儲(chǔ)器中5在輸出設(shè)備中打印計(jì)算結(jié)果96停機(jī)返回第92頁/共134頁計(jì)算程序的簡寫形式指令操作碼表操作數(shù)存放單元指令順序操作碼操作數(shù)1取數(shù)72取數(shù)23加法7，24存數(shù)95打印96停機(jī)操作名稱操作碼取數(shù)0100加法0101存數(shù)1010打印1000停機(jī)1111數(shù)的操作地址存放的數(shù)00010111(7)00100010(2)0011計(jì)算結(jié)果第93頁/共134頁用二進(jìn)制表示的計(jì)算程序存儲(chǔ)器布局指令地址操作碼地址碼所完成的操作010101000001R0←(D1)011001000010R1←(D2)011101010001R0←(R0)+(R1)100010100011D3←(R0)100110000011打印機(jī)←(D3)10101111停機(jī)單元地址存儲(chǔ)單元內(nèi)容000100000111700100000001020011

計(jì)算結(jié)果0100010101000001

取數(shù)指令011001000010

取數(shù)指令011101010001

加法指令100010100011

存數(shù)指令100110000011

打印指令10101111

停機(jī)指令1011┇返回第94頁/共134頁1-953.計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)各種語言處理程序各種應(yīng)用程序用戶程序操作系統(tǒng)向下控制硬件，向上支持其它軟件。即操作系統(tǒng)把用戶與物理機(jī)器隔開，凡是對(duì)機(jī)器的操作一律轉(zhuǎn)化為操作系統(tǒng)的調(diào)用。返回第95頁/共134頁1-964.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

1）字長2）運(yùn)算速度

3）存儲(chǔ)速度

4）外部設(shè)備配置5）軟件配置第96頁/共134頁1-974.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

1）字長字長是計(jì)算機(jī)CPU能直接處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。字長位數(shù)越多，計(jì)算精度越高，但硬件成本也越高。目前計(jì)算機(jī)字長一般分為8位、16位、32位、64位不等。

字長為16位第97頁/共134頁1-982）運(yùn)算速度與主頻、執(zhí)行具體指令、內(nèi)存速度等有關(guān)。

時(shí)間頻率：計(jì)算機(jī)時(shí)鐘頻率(主頻)。

指令執(zhí)行速度MIPS：百萬條指令/秒MIPS＝指令條數(shù)/(執(zhí)行時(shí)間×106)

指令通常指加減運(yùn)算等短指令。

核心程序法：4.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)整數(shù)測(cè)試程序-Dhrystone浮點(diǎn)測(cè)試程序-LinpackWhetstone基準(zhǔn)測(cè)試程序SPEC基準(zhǔn)測(cè)試程序基準(zhǔn)程序第98頁/共134頁1-993）存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器容量：主存容量、輔存容量。存儲(chǔ)容量越大，存放的信息就越多，處理能力就越強(qiáng)。

4.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)第99頁/共134頁1-1004）外部設(shè)備配置外部設(shè)備配置是指主機(jī)所配置的外部設(shè)備的數(shù)量以及各種設(shè)備的性能指標(biāo)。

4.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)第100頁/共134頁1-1015）軟件配置另外，還要考慮計(jì)算機(jī)的可靠性、可維護(hù)性、兼容性、安全性和性能價(jià)格比等。4.計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)返回第101頁/共134頁1-102算籌：計(jì)數(shù)方法123456789102030405060708090算盤：通過手動(dòng)完成從低位到高位的數(shù)字傳送，數(shù)字由算珠的數(shù)量表示，數(shù)位則由算珠的位置來確定。返回第102頁/共134頁1-1031822年英國巴貝奇設(shè)計(jì)了差分機(jī)（計(jì)算平方表和函數(shù)數(shù)值表），1834年他又提出分析機(jī)的設(shè)想。1642年法國帕斯卡利用齒輪技術(shù)制成了第一臺(tái)加法(減法)機(jī)。1670年德國萊布尼茲制造出能進(jìn)行加減乘除的演算機(jī)。機(jī)械式計(jì)算工具：借助于各種機(jī)械裝置自動(dòng)傳送十進(jìn)位，而機(jī)械裝置的動(dòng)力來自計(jì)算人員的手。返回第103頁/共134頁1-104機(jī)電式計(jì)算工具：使用電力做動(dòng)力，但計(jì)算機(jī)構(gòu)本身還是機(jī)械的。1888年美國霍勒瑞斯制造第一臺(tái)機(jī)電式計(jì)算機(jī)(制表機(jī))，用于人口普查卡片分類統(tǒng)計(jì)。1938年德國朱斯制造了第一臺(tái)采用二進(jìn)制數(shù)的全自動(dòng)可編程機(jī)電式計(jì)算機(jī)。美國艾肯提出、IBM公司生產(chǎn)的自動(dòng)序列控制演算器(MarkI)于1944年正式在哈佛大學(xué)投入運(yùn)行。返回第104頁/共134頁1-105電子管返回第105頁/共134頁1-106繼電器返回電阻電容第106頁/共134頁1-107晶體管返回集成電路IC第107頁/共134頁1-108超大規(guī)模集成電路(VLSI)返回第108頁/共134頁1-109整數(shù)部分采用除2取余法

小數(shù)部分采用乘2取整法

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)(105.625)10=(1101001.101)2返回第109頁/共134頁1-110連續(xù)變化與離散變化返回第110頁/共134頁1-111五、多媒體信息編碼

聲音、圖像或圖形、視頻或動(dòng)畫

1.聲音數(shù)字化

聲音是通過一定介質(zhì)傳播的連續(xù)的波。t振幅周期A聲波重要指標(biāo)：振幅→音量的大小周期→重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔頻率→信號(hào)每秒鐘變化次數(shù)1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第111頁/共134頁1-112聲音數(shù)字化過程：采樣量化編碼模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)連續(xù)的模擬聲音信號(hào)聲音信號(hào)的采樣離散的音頻信號(hào)示意1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第112頁/共134頁1-113聲音數(shù)字化三要素采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)每個(gè)采樣點(diǎn)用多少二進(jìn)制位表示數(shù)據(jù)范圍使用聲音通道的個(gè)數(shù)采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好數(shù)據(jù)量也越大量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍11.025kHz22.05kHz44.1kHz8位＝256個(gè)值16位＝65536個(gè)值單聲道立體聲1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第113頁/共134頁1-114

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的計(jì)算公式：數(shù)據(jù)量＝采樣頻率×量化位數(shù)

×聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bit)數(shù)據(jù)量(KB/s)單聲道立體聲11.025810.7721.531621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.271.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第114頁/共134頁1-115

音頻的文件格式：

WAV文件：WAV是Microsoft/IBM共同開發(fā)的PC波形文件。因未經(jīng)壓縮，文件數(shù)據(jù)量很大。聲音層次豐富，還原音質(zhì)好。

WMA文件：WMA(WindowsMediaAudio)是WindowsMedia格式中的一個(gè)子集(音頻格式)。壓縮到MP3一半。MP3文件：MP3(MPEGAudiolayer3)是一種按MPEG標(biāo)準(zhǔn)的音頻壓縮技術(shù)制作的音頻文件。高壓縮比(11:1)，優(yōu)美音質(zhì)。1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

APE文件：無損壓縮音頻第115頁/共134頁1-116

2.圖像的數(shù)字化

連續(xù)空間位置的離散和數(shù)字化亮度值的離散和數(shù)字化空間位置采樣m×n20×13256亮度量化8b24b1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第116頁/共134頁1-117

圖像的主要參數(shù)：

圖像分辨率：指數(shù)字圖像的實(shí)際像素?cái)?shù)目，它反映圖像在屏幕中顯示的大小。顏色深度：指記錄每個(gè)像素所使用的二進(jìn)制位數(shù)。位數(shù)顏色數(shù)說明4位16種Windows3.x中畫筆支持16種顏色8位256種多媒體應(yīng)用中的最低顏色深度16位32768種RGB5:5:5,剩余1位表示其它屬性(透明度)24位16M種真彩色，超出人眼所能識(shí)別的顏色范圍32位16M種RGB8:8:8,剩余8位表示其它屬性(透明度)1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第117頁/共134頁1-118

圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算：圖像文件的大小是指在磁盤上存儲(chǔ)整幅圖像所需的字節(jié)數(shù)。

數(shù)據(jù)量＝圖像分辨率×顏色深度/8(B)[例題]一幅640×480的真彩色圖像，未壓縮的圖像數(shù)據(jù)量是多少？640×480×24/8＝921600B＝900KB1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第118頁/共134頁1-119

圖像的文件格式

BMP：Windows標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式

JPG：一種高效率壓縮格式(1:10～20)

GIF：用于交換圖片的，對(duì)灰度

圖像表現(xiàn)佳，但不超過256色的圖像。PNG：流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，它使用LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。

PNG存儲(chǔ)灰度圖像時(shí)圖像深度達(dá)16位

PNG存儲(chǔ)彩色圖像時(shí)圖像深度達(dá)48位1.2計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第119頁/共134頁1-120

3.視頻數(shù)字化

視頻：連續(xù)地隨著時(shí)間變化的一組圖像

幀：一幅單獨(dú)的圖像

幀率：每秒種播放的幀數(shù)，單位是f/s

典型的幀率：24f/s、25f/s、30f/s

常見的視頻信號(hào)：電影、電視1.2計(jì)算機(jī)