大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課件

同學(xué)們好計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)任課教師：

郭延芬（信息學(xué)院）聯(lián)系方式：郵箱：

gyfen@126.com

一.學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的重要性二.《計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)目標(biāo)1.建立數(shù)學(xué)模型,尋找算法,編程實(shí)現(xiàn)2.培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格和習(xí)慣,重在思維方法的學(xué)習(xí),鼓勵(lì)創(chuàng)新3.強(qiáng)化實(shí)踐4.養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣1)強(qiáng)調(diào)可讀性2)變量要加注釋,程序構(gòu)思要有說(shuō)明3)學(xué)會(huì)如何調(diào)試程序4)盡可能優(yōu)化程序5)對(duì)運(yùn)算結(jié)果要做到正確與否的分析5.學(xué)習(xí)方法2)動(dòng)手動(dòng)腦,在理論指導(dǎo)下實(shí)踐3)注重學(xué)習(xí)思路,總結(jié)思路4)做學(xué)問(wèn),要又學(xué)又問(wèn)5)“自學(xué),動(dòng)手,應(yīng)用,上網(wǎng)”6)在編寫(xiě)大量程序后,才能感到運(yùn)用自如6.學(xué)習(xí)心態(tài)

自立自信自尊自強(qiáng)1)要有戰(zhàn)勝困難的勇氣和信心2)要求做到越學(xué)越會(huì)充滿信心1）養(yǎng)成課堂記筆記的良好習(xí)慣三.課程的地位與任務(wù)本課程是為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的第一門(mén)計(jì)算機(jī)課程。它既是計(jì)算機(jī)的入門(mén)課又是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)課。本課程的主要任務(wù)是通過(guò)講課、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)掌握為開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件所需要的基礎(chǔ)知識(shí)和技能，掌握處理復(fù)雜問(wèn)題的一般方法。四.要求：

1上課認(rèn)真聽(tīng)講，領(lǐng)會(huì)、掌握各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，做好筆記；

2做到：課后復(fù)習(xí)，課前預(yù)習(xí)，認(rèn)真獨(dú)立完成課后練習(xí)；

3認(rèn)真對(duì)待每一次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)鍛煉解決問(wèn)題的能力。課程內(nèi)容及安排：本課程主要內(nèi)容：

1.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

2.C++語(yǔ)言

總課時(shí)：講課88學(xué)時(shí)，上機(jī)56學(xué)時(shí)全部課程在兩個(gè)長(zhǎng)學(xué)期完成。計(jì)算機(jī)綜合課程設(shè)計(jì)：

安排在短學(xué)期,32學(xué)時(shí)團(tuán)隊(duì)完成一個(gè)大型作業(yè)。第一學(xué)期（講課44學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)28學(xué)時(shí)）課程內(nèi)容：

1．計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)（4~5學(xué)時(shí)）

計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)（理解）

計(jì)算機(jī)工作原理（理解）計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示及其運(yùn)算（重點(diǎn)）

2.C++語(yǔ)言（第1至第3章，第5章第4章調(diào)整到第二學(xué)期講）第二學(xué)期（講課44學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)28學(xué)時(shí)）課程內(nèi)容：

C++語(yǔ)言（第4章，第6章至第10章）

MFC基本概念上機(jī)時(shí)間安排：（第1~3周周四自習(xí)，不上課）

從第四周(10月8日）開(kāi)始至十六周（雙周）每周一下午1～4節(jié)課(逢雙周）上機(jī)內(nèi)容按課堂上布置的內(nèi)容進(jìn)行。上機(jī)地點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中心（教室依中心三樓屏幕顯示為準(zhǔn)）要求：

1事先預(yù)習(xí)，做好準(zhǔn)備。

2帶校園卡，按時(shí)進(jìn)場(chǎng)。

3機(jī)房不準(zhǔn)做與課堂內(nèi)容無(wú)關(guān)的事情。課程總成績(jī)：

平時(shí)作業(yè)及實(shí)驗(yàn)10%

期末筆試成績(jī)60%

期末上機(jī)成績(jī)30%參考書(shū)籍：

1.《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》，沈軍等高等教育出版社20052.《C++程序設(shè)計(jì)》，譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社，20053.《VisualC++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，陳華生，蘇州大學(xué)出版社，20054.《C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，鄭莉，清華大學(xué)出版社，2005計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)主要介紹：

計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示計(jì)算機(jī)的誕生√

人類(lèi)發(fā)明和創(chuàng)造工具的本質(zhì)是改善人類(lèi)自身的能力√

機(jī)械、電子等工業(yè)發(fā)明創(chuàng)造的工具（設(shè)備）基本上都是拓展人類(lèi)各種物理器官（除大腦器官）的能力√

計(jì)算機(jī)的發(fā)明是延伸人類(lèi)大腦器官的能力

由于大腦器官在人類(lèi)活動(dòng)中的特殊作用，決定了計(jì)算機(jī)的特殊性和重要性。

如，一切交通工具都是人腿功能的延伸，一切工作母機(jī)都是人手能力的擴(kuò)展，望遠(yuǎn)鏡、電子顯微鏡又是人眼視覺(jué)的延長(zhǎng)，電話等則是人耳聽(tīng)覺(jué)的伸展等等；信息文明以信息加工與處理為特征，是對(duì)人類(lèi)最高級(jí)的器官、或是說(shuō)指揮一切器官的器官——大腦功能的延伸，人類(lèi)智慧得到增強(qiáng)。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的抽象視圖

硬件部分相當(dāng)于人的軀體，軟件部分相當(dāng)于人的各種思維。軟件一定是在硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行，硬件必須由軟件驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。軟件和硬件兩者的結(jié)合才能完成整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作。

計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)是一種“半機(jī)半人”的結(jié)構(gòu)，即聰明的人類(lèi)思想與強(qiáng)大的機(jī)器軀體的合一，它充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn)。硬件軟件控制器運(yùn)算器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件BIOS與操作系統(tǒng)

WindowsXPLinuxCPU存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備支撐軟件匯編、編譯、調(diào)試、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.1.1計(jì)算機(jī)的邏輯（功能）結(jié)構(gòu)

硬件是系統(tǒng)的硬平臺(tái)，操作系統(tǒng)是系統(tǒng)的軟平臺(tái)，系統(tǒng)應(yīng)用軟件通常支撐用戶軟件的開(kāi)發(fā)。1.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器圖1.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成回顧人用紙和筆解題的過(guò)程：例：計(jì)算112+72×4

原始數(shù)據(jù)：a=112,b=72,c=4步驟：a)根據(jù)先乘除后加減的運(yùn)算次序算b×a

中間結(jié)果288寫(xiě)到紙上

b)算a+288結(jié)果400將結(jié)果400寫(xiě)到紙上①確定方法和解題步驟，把原始數(shù)據(jù)、解題步驟寫(xiě)在紙上；②按步驟逐步計(jì)算，中間結(jié)果寫(xiě)在紙上，直到算完；③將結(jié)果寫(xiě)在紙上。

從解題過(guò)程看，若要設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)器來(lái)執(zhí)行以上解題過(guò)程，該機(jī)器必須具備：1)主存儲(chǔ)器---記憶設(shè)備特點(diǎn)：①當(dāng)數(shù)據(jù)存入某單元，該單元的老數(shù)據(jù)消失（被沖掉）。②從單元取數(shù)據(jù)時(shí)，不破壞原有數(shù)據(jù)。

取之不盡，一擠就走。2)處理器（控制器，運(yùn)算器）

控制計(jì)算過(guò)程按步驟進(jìn)行，執(zhí)行計(jì)算。3)輸入輸出設(shè)備用于輸入指令與數(shù)據(jù)，輸出問(wèn)題的解答。稱(chēng)外部設(shè)備。用“I/O”表示。(INPUT/OUTPUT)計(jì)算機(jī)工作過(guò)程特點(diǎn)：將程序存儲(chǔ)起來(lái)，在程序的控制下工作。稱(chēng)：存儲(chǔ)程序并在程序控制下工作為馮·若依曼原理。記憶、計(jì)算、控制、輸入、輸出。具體設(shè)備：

表示數(shù)據(jù)流 表示控制流圖1.2馮·若依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2微型計(jì)算機(jī)的組成

一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，從功能的角度而言，

一般包含五大功能部件：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備?？偩€接口DRPCALUAARI/O橋內(nèi)存儲(chǔ)器I/O總線USB控制器圖形適配器磁盤(pán)控制器磁盤(pán)顯示器鼠標(biāo)鍵盤(pán)存儲(chǔ)器總線系統(tǒng)總線+1通用寄存器IR指令寄存器解碼器時(shí)序擴(kuò)展槽網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)適配器CPU芯片輸入/輸出設(shè)備以太網(wǎng)1）中央處理器(CPU)---CentralProcessingUnit運(yùn)算器（ALU）—算術(shù)邏輯單元，負(fù)責(zé)算術(shù)與邏輯運(yùn)算計(jì)算機(jī)的核心部件，完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。完成對(duì)信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件。控制器：計(jì)算機(jī)的指揮中心。負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析、判斷，并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào)，使計(jì)算機(jī)的有關(guān)設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作，保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地工作。CPU中還包括若干寄存器，用來(lái)存放運(yùn)算過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)、地址或其他信息。寄存器的種類(lèi)很多，主要的有：通用寄存器：向ALU提供運(yùn)算數(shù)據(jù)，或保留運(yùn)算結(jié)果。一般CPU有多個(gè)通用寄存器。(DR:數(shù)據(jù)寄存器，AR：地址寄存器等）累加器A：這是一個(gè)使用相對(duì)頻繁的特殊的通用寄存器，有重復(fù)累加數(shù)據(jù)的功能。程序計(jì)數(shù)器PC：存放將要執(zhí)行的指令的地址。指令寄存器IR：存放根據(jù)PC的內(nèi)容從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出的指令。CPU主要性能指標(biāo)字長(zhǎng)單位時(shí)間內(nèi)CPU一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)。主頻

CPU內(nèi)核電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。它很大程度上決定了CPU工作的速度。

速度

每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)。

CPU的生產(chǎn)工藝技術(shù)

CPU的生產(chǎn)工藝技術(shù)通常用nm來(lái)描述，精度越高在同樣體積的硅材料上可以集成的元件越多，CPU的工作頻率也越高。2）存儲(chǔ)器（Memory）

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和記憶裝置，用來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序。存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器。微機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器也稱(chēng)內(nèi)存或主存。

存儲(chǔ)器中存放信息的管理：將整個(gè)內(nèi)存劃分成許多存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)稱(chēng)為地址（Address）。地址與存儲(chǔ)單元之間為一對(duì)一的關(guān)系，地址是存儲(chǔ)單元的唯一標(biāo)志。CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作是通過(guò)地址進(jìn)行的。

存儲(chǔ)單元的地址和該單元中所存放的內(nèi)容概念不同。存儲(chǔ)單元的地址以二進(jìn)制數(shù)表示，稱(chēng)為地址碼。地址碼的寬度（位數(shù)）表明了可以訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的數(shù)目。1024（210）字節(jié)＝1KB1024KB(220字節(jié))=1MB230字節(jié)＝1GB240字節(jié)＝1TB最高位最低位b7b6b5b4b3b2b1b0計(jì)算機(jī)中，信息存儲(chǔ)的常用單位：（1）位(bit，縮寫(xiě)為b)：二進(jìn)制的每一位(“0”或“1”)是二進(jìn)制信息的最小單位（2）字節(jié)(Byte,縮寫(xiě)為B)：是信息存儲(chǔ)的基本單位

8位二進(jìn)制位＝1個(gè)字節(jié)（Byte）（1）主存儲(chǔ)器（又稱(chēng)內(nèi)存）：直接和CPU相連，存放當(dāng)前要運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。按工作方式不同可分為：只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM兩種。只讀存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）

：

ROM在正常工作的時(shí)候只能讀出其中存放的數(shù)據(jù)，而不能改變其內(nèi)容。因此ROM經(jīng)常被用來(lái)存放一些固定不變，無(wú)需修改的數(shù)據(jù)與程序。特點(diǎn)：

a.掉電以后，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，通電后可以繼續(xù)使用。

b.

存取速度快，可與CPU處理速度匹配，但價(jià)格貴，存儲(chǔ)信息量較小。

在正常工作時(shí)能隨時(shí)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作的存儲(chǔ)器，其對(duì)數(shù)據(jù)的修改是在正常工作狀態(tài)，而無(wú)需特別的寫(xiě)入環(huán)境。

RAM的讀寫(xiě)速度一般都比ROM快，而且存取任一單元所需的時(shí)間相同。

RAM在掉電的時(shí)候會(huì)將其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)丟失。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)

內(nèi)存的主要性能指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量

內(nèi)存所能容納的二進(jìn)制的總位數(shù)，一個(gè)有K位地址線，L位數(shù)據(jù)線的存儲(chǔ)芯片所擁有的容量為2K×L位。（2）存取速度指從內(nèi)存單元將數(shù)據(jù)讀到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寄存器或從存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寄存器將數(shù)據(jù)寫(xiě)到內(nèi)存單元所需的時(shí)間，前者為讀取時(shí)間，后者為寫(xiě)入時(shí)間。（3）可靠性內(nèi)存可靠性用平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）來(lái)衡量。也可以看作是兩次故障之間的時(shí)間間隔。MTBF越長(zhǎng)，可靠性越高。(MeanTimeBetweenFailures)（4）性能/價(jià)格比性能主要是指上面三項(xiàng)，對(duì)不同的用途，側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同。（2）輔助存儲(chǔ)器（又稱(chēng)外存）：特點(diǎn)：

訪問(wèn)速度較主存儲(chǔ)器慢，通過(guò)磁信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行操作，價(jià)格便宜，存儲(chǔ)量大。外存儲(chǔ)器：（簡(jiǎn)稱(chēng)外存、輔助存儲(chǔ)器）用于保存暫時(shí)不用但又需長(zhǎng)期保留的程序或數(shù)據(jù)。

不直接與CPU相連接（CPU不能直接訪問(wèn)，其中存儲(chǔ)的程序及相關(guān)的數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存，才能被CPU使用）非易失性，用于長(zhǎng)期存放各類(lèi)信息存儲(chǔ)介質(zhì)：磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶等存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在兩個(gè)層次上：高速緩沖存儲(chǔ)器和主存，主存和輔存

前者主要解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的速度問(wèn)題，后者主要解決存儲(chǔ)器的容量問(wèn)題。◆總線：是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線，信息包括指令、數(shù)據(jù)和地址。

◆總線標(biāo)準(zhǔn)指芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間，通過(guò)總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。

總線ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線）

PCI（外部設(shè)備互連總線，也稱(chēng)局部總線）

AGP（加速圖形端口總線）

EISA（擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線）a.總線分類(lèi)(1)按總線功能或信號(hào)類(lèi)型劃分為：數(shù)據(jù)總線：雙向三態(tài)邏輯，線寬表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。地址總線：?jiǎn)蜗蛉龖B(tài)邏輯，線寬決定了系統(tǒng)的尋址能力?？刂瓶偩€：就某根來(lái)說(shuō)是單向?？刂瓶偩€最能體現(xiàn)總線特點(diǎn)，決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。三態(tài):高電平、低電平、高阻抗計(jì)算機(jī)的總線CPU地址總線（AB）RAMI/O接口I/O設(shè)備ROM數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）地址總線只能由CPU或DMA控制器發(fā)出到其他部件。數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一次可以傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)?？刂菩盘?hào)每根都是單向的，或者傳送CPU發(fā)出的控制信息或者是部件發(fā)回的狀態(tài)信息。(2)按總線的分級(jí)結(jié)構(gòu)分為：

CPU總線：微機(jī)系統(tǒng)中速度最快的總線，主要在CPU內(nèi)部，連接CPU內(nèi)部部件，在CPU周?chē)男》秶鷥?nèi)也分布該總線，提供系統(tǒng)原始的控制和命令。局部總線：在系統(tǒng)總線和CPU總線之間的一級(jí)總線，提供CPU和主板器件之間以及CPU到高速外設(shè)之間的快速信息通道。系統(tǒng)總線：也稱(chēng)為I/O總線，是傳統(tǒng)的通過(guò)總線擴(kuò)展卡連接外部設(shè)備的總線。由于速度慢，其功能已經(jīng)被局部總線替代。通信總線：也稱(chēng)為外部總線，是微機(jī)與微機(jī)，微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線。b.總線的主要性能參數(shù)1．總線頻率：MHz表示的工作頻率，是總線速率的一個(gè)重要參數(shù)。2．總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。3．總線的數(shù)據(jù)傳輸率

總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度/8位)×總線頻率

例：PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s。5）輸入（input）是指把信息（程序，數(shù)據(jù)，信息）送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。當(dāng)用做名詞時(shí)，指輸入給計(jì)算機(jī)的內(nèi)容。輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入信息的裝置，用于向計(jì)算機(jī)輸入原始數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的程序。輸入到計(jì)算機(jī)中的信息都使用二進(jìn)制中的“0”和“1”兩個(gè)符號(hào)來(lái)表示。按照輸入信息的類(lèi)型，設(shè)備可以劃分如下類(lèi)型：數(shù)字和文字輸入設(shè)備（鍵盤(pán)、寫(xiě)字板等）位置和命令輸入設(shè)備（鼠標(biāo)器、觸摸屏等）圖形輸入設(shè)備（掃描儀，數(shù)碼相機(jī)等）聲音輸入設(shè)備（話筒，MIDI演奏器等）視頻輸入設(shè)備（攝像機(jī)）溫度、壓力輸入設(shè)備（溫度、壓力傳感器）6）輸出（output）是指把信息送出計(jì)算機(jī)的過(guò)程。當(dāng)用做名詞時(shí)，指計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的結(jié)果。計(jì)算機(jī)的輸出可以是文本、語(yǔ)音、音樂(lè)、圖像、動(dòng)畫(huà)等多種形式。輸出設(shè)備主要用于將計(jì)算機(jī)處理過(guò)的信息保存起來(lái)（用“0”和“1”的組合表示），或以人們能接受的數(shù)字、文字、符號(hào)、圖形和圖像等形式顯示或打印出來(lái)。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D／A）等。1.2計(jì)算機(jī)的工作原理1.2.1指令與指令系統(tǒng)1.指令：指計(jì)算機(jī)完成某個(gè)基本操作的命令操作碼操作數(shù)操作碼指明該指令要完成的操作操作數(shù)表示參與操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址

計(jì)算機(jī)的基本工作原理：存儲(chǔ)程序和程序控制。2.指令系統(tǒng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合稱(chēng)為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。1）數(shù)據(jù)傳送指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在內(nèi)存與CPU之間以及在不同寄存器之間的傳送。

2）數(shù)據(jù)處理指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

3）程序控制指令實(shí)現(xiàn)改變程序執(zhí)行順序的功能。4）輸入輸出指令實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。

5）其他指令實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的管理。

程序執(zhí)行過(guò)程：計(jì)算機(jī)語(yǔ)言可劃分為三類(lèi)：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言。①機(jī)器語(yǔ)言（低級(jí)語(yǔ)言）面向機(jī)器的語(yǔ)言，適合計(jì)算機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，計(jì)算機(jī)能識(shí)別，可直接運(yùn)行。

缺點(diǎn)：繁瑣、不宜懂、修改不便。②匯編語(yǔ)言（低級(jí)語(yǔ)言）用符號(hào)表示存儲(chǔ)器地址和操作碼。

優(yōu)點(diǎn)：易記憶和辨認(rèn)指令含義，修改容易。

缺點(diǎn)：不能直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言，必須將匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，然后再執(zhí)行翻譯成的機(jī)器語(yǔ)言。③高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言一樣，不能被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，必須把高級(jí)語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序才能執(zhí)行。有兩種方式：a)編譯方式源程序執(zhí)行分成兩個(gè)階段：

編譯階段和運(yùn)行階段。特點(diǎn)：⑴編譯方式執(zhí)行速度快，編譯完成后，產(chǎn)生的目標(biāo)程序可脫離程序獨(dú)立存在，反復(fù)使用。⑵解釋方式不存貯所產(chǎn)生的機(jī)器語(yǔ)言程序（目標(biāo)程序），因此只要求較小的內(nèi)存空間。源程序

初始數(shù)據(jù)

解釋程序

運(yùn)行結(jié)果b)解釋方式1.3計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示及其運(yùn)算

1．進(jìn)位計(jì)數(shù)制

1)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)各位數(shù)字所表示的值與它在數(shù)中的位置有關(guān)。例：十進(jìn)制數(shù)828.8

百位上的8表示8×102=800

十位上的2表示2×101=20

個(gè)位上的8表示8×100=8

小數(shù)點(diǎn)后的8表示8×10-1=0.8

每個(gè)數(shù)字在不同的位置上有不同的權(quán)。即：數(shù)828.8的值為：

8×102+2×101+8×100+8×10-1

其中：102、101、100、10-1稱(chēng)為權(quán)。

任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N，都可表示成按權(quán)展開(kāi)的多項(xiàng)式：

N=dn×10n+dn-1×10n-1+···+d1×101+d0×100+d-1×10-1+···+d-m×10-m=×10i其中：di是0～9十個(gè)數(shù)中的任意一個(gè)。

m，n是整數(shù)。

10被稱(chēng)為十進(jìn)制的基數(shù)，代表進(jìn)制。對(duì)于R進(jìn)制表示的數(shù)N，可以按權(quán)展開(kāi)為：

N=an×Rn+an-1×Rn-1+···+a1×R1+a0×R0+a-1×R-1+···+a-m×R-m

=

×Ri其中：ai是0,1,...(R-1)這R個(gè)數(shù)字中的任一個(gè)。

m,n是正整數(shù)。R是基數(shù)，代表進(jìn)制。對(duì)R進(jìn)制來(lái)說(shuō)：

小數(shù)點(diǎn)左邊第i位的權(quán)為：Ri-1

小數(shù)點(diǎn)右邊第i位的權(quán)為：R-i幾種進(jìn)制：R進(jìn)制需要R個(gè)不同符號(hào)

二進(jìn)制（binary）0,1(逢二進(jìn)一)

N=bi×2i

八進(jìn)制(octal)0,1,...7(逢八進(jìn)一)

N=oi×8i

十進(jìn)制(decimal)0,1,...9(逢十進(jìn)一)

N=di×10i

十六進(jìn)制(hex)0,1,...9,A,B,C,D,E,F(逢十六進(jìn)一)

N=hi×16i2)計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制原因：

①二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)單只有0和1兩個(gè)數(shù)?！胺甓M(jìn)一”；二進(jìn)制數(shù)是由一串0和1的數(shù)構(gòu)成。

二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算規(guī)則：

0+0=0;0+1=1+0=1;1+1=10(逢二進(jìn)一)例：計(jì)算1011011+1010.111011011

+1010.111100101.11∴1011011+1010.11=1100101.11二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則：

0-0=1-1=0;1-0=1;0-1=1(借一當(dāng)二)例：1011001-1101.011011001

-1101.011001011.11∴1011001-1101.01=1001011.11二進(jìn)制乘法規(guī)則：

0×0=0;0×1=1×0=0;1×1=1例：1011.01×1011011.01

×101101101101101

111000.01∴1011.01×101=111000.01二進(jìn)制除法運(yùn)算規(guī)則：

0÷1=0;1÷1=1例：

100100.01÷101111.01

101100100.01101

1000101

110101

101101

∴100100.01÷101=111.010②電路簡(jiǎn)單可靠?jī)蓚€(gè)數(shù)字：0和1?？捎脙煞N狀態(tài)的物理器件實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：元件狀態(tài)少，處理簡(jiǎn)單、可靠。③邏輯性強(qiáng)二進(jìn)制數(shù)字0和1正好代表邏輯代數(shù)中的‘假’和‘真’。因此，可用邏輯代數(shù)作為工具分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)中的邏輯電路，使邏輯電路成為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。④通用性強(qiáng)二進(jìn)制不僅可以表示數(shù)值數(shù)據(jù)，還適于各種非數(shù)值數(shù)據(jù)的數(shù)字化編碼。3)信息存儲(chǔ)單位位（bit比特，縮寫(xiě)b）:

二進(jìn)制的每一位（0或1）是二進(jìn)制信息的最小單位，存儲(chǔ)器中最小存儲(chǔ)單位稱(chēng)為一個(gè)存儲(chǔ)位（bit）。字節(jié)（byte,縮寫(xiě)B(tài)）：八個(gè)二進(jìn)制位組合成為一個(gè)存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)單元稱(chēng)為字節(jié)(byte)。

8bit是常用單位，稱(chēng)一個(gè)字節(jié)，排列順序?yàn)椋?/p>

b7b6b5b4b3b2b1b0

其中：b7是最高位，b0是最底位。不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制1)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

按權(quán)展開(kāi)然后相加，其和便為十進(jìn)制數(shù)。例：求與(11011.01)2等值的十進(jìn)制數(shù)解：

(11011.01)2=1×24+1×23+0×22+1×21

+1×20+0×2-1+1×2-2=16+8+0+2+1+0+0.25=(27.25)10

2)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

a)整數(shù)部分：除2取余法（商為零止）例：把(18)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

2│182│9

余0(a0)2│4

余1(a1)2│2

余0(a2)2│1

余0(a3)0余1(a4)∴(18)10=(10010)2低高b)小數(shù)部分：乘2取整（乘積的小數(shù)部分為0止）例:(0.8125)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)解0.8125

×2

整數(shù)部分

1.62501(a-1)

×2

1.25001(a-2)

×2

0.50000(a-3)

×2

1.00001(a-4)

∴(0.8125)10=(0.1101)2高低c)如果過(guò)程不可能終止，例(0.1)10轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制，無(wú)法表示成有限位的R進(jìn)制時(shí)，必須事先確定i的值（精度）。例：將十進(jìn)制數(shù)0.121轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)解：取i=52×0.121=0.242整數(shù)部分為：0(a-1)2×0.242=0.484整數(shù)部分為：0(a-2)2×0.484=0.968整數(shù)部分為：0(a-3)2×0.968=1.936整數(shù)部分為：1(a-4)2×0.936=1.872整數(shù)部分為：1(a-5)

∴(0.121)10=(0.00011)2高低d)既有整數(shù)又有小數(shù)部分的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)對(duì)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再把兩部分結(jié)果合并起來(lái)。

例：把（18.8125）10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)∵(18)10=(10010)2

(0.8125)10=(0.1101)2

∴(18.8125)10=(10010.1101)23)八進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換八進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)：以8為基數(shù)按權(quán)展開(kāi)并相加；十進(jìn)制數(shù)→八進(jìn)制數(shù)：整數(shù)部分除8取余，

小數(shù)部分乘8取整；

例：a)(938)10→八進(jìn)制數(shù)解：938÷8=117余2(a0)117÷8=14余5(a1)14÷8=1余6(a2)1÷8=0余1(a3)

∴(938)10=(1652)8高低4)十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)：

以16為基數(shù)按權(quán)展開(kāi)并相加；十進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)：

整數(shù)部分除16取余，

小數(shù)部分乘16取整；例：(314)10→十六進(jìn)制數(shù)解：314÷16=19

余A(a0)19÷16=1

余3(a1)1÷16=0

余1(a2)

∴(314)10=(13A)16高低5)二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的基數(shù)是2，八進(jìn)制數(shù)的基數(shù)是8,

即23=8。因此，八進(jìn)制數(shù)的一位對(duì)于二進(jìn)制的三位。a)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(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，每三位一組，最高位不足三位時(shí)補(bǔ)0，小數(shù)部分從左到右，每三位一組，最低位不足三位時(shí)補(bǔ)0，然后改成等值的一位八進(jìn)制數(shù)即可。例：將(11101.1101)2→八進(jìn)制數(shù)

011101.110100

∴(11101.1101)2=(35.64)85364b)八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：

“一位拆三位”。把一位八進(jìn)制數(shù)寫(xiě)成等值的三位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例：(45.61)8

→二進(jìn)制數(shù)

45.61

∴(45.61)8=(100101.110001)21001011100016)二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換基于24=16,所以，十六進(jìn)制的一位對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)的四位。a)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(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，每四位一組，最高位不足四位時(shí)補(bǔ)0，小數(shù)部分從左到右，每四位一組，最低位不足四位時(shí)補(bǔ)0，然后改成等值的一位十六進(jìn)制數(shù)即可。例：(1101011011.10101)2→十六進(jìn)制數(shù)

001101011011.10101000

∴(1101011011.10101)2=(35B.A8)1635BA8b)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

“一位拆四位”，把一位十六進(jìn)制數(shù)改寫(xiě)成等值的四位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例：(35B.A8)16→二進(jìn)制數(shù)

35B.A8

∴(35B.A8)16=(1101011011.10101)2001101011011101010001.3.2機(jī)器數(shù)

把一個(gè)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示成的二進(jìn)制形式稱(chēng)為機(jī)器數(shù)。原來(lái)的數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值。特點(diǎn)：

1)計(jì)算機(jī)不同，機(jī)器數(shù)的固有位數(shù)也不同。

2)機(jī)器數(shù)把真值的符號(hào)數(shù)字化?！?”表示正，“1”表示負(fù)。

3)機(jī)器數(shù)依靠格式上的約定表示小數(shù)點(diǎn)的位置。根據(jù)約定小數(shù)點(diǎn)的位置是否固定，分為定點(diǎn)表示法和浮點(diǎn)表示法兩種。1.數(shù)據(jù)的符號(hào)表示機(jī)器數(shù)有三種表示方法：原碼、補(bǔ)碼和反碼。規(guī)定：

最高位（最左邊一位）表示數(shù)的符號(hào)，“0”表示正號(hào)，“1”表示負(fù)號(hào)，其余各位表示數(shù)的大小，即這個(gè)數(shù)的絕對(duì)值。1)原碼表示法例：設(shè)機(jī)器數(shù)位數(shù)是8，則

[+77]原

=01001101[-77]原

=11001101[+127]原

=01111111[-127]原

=11111111零的原碼有正負(fù)之分：

[+0]原

=00000000[-0]原

=10000000數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示方式即：+7701001101機(jī)器數(shù)01001101+77

符號(hào)位真值機(jī)器數(shù)/真值2)反碼規(guī)定：整數(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（即：“0”變“1”，“1”

變“0”）。例：[+48]原

=00110000[+48]反=00110000[-48]原

=10110000[-48]反

=110011113)補(bǔ)碼規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼則是該數(shù)的反碼最后一位加1。例：[+77]原

=01001101[+77]補(bǔ)

=01001101[-77]原

=11001101[-77]補(bǔ)

=10110010+00000001=10110011101100101100110110110011原碼反碼補(bǔ)碼帶符號(hào)的機(jī)器數(shù)-77

原碼反碼補(bǔ)碼數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示方式2.定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N可表示為:

(N)10=±10r×Ni×10-ir表示N的小數(shù)點(diǎn)的位置,可正可負(fù)或零,m為有效數(shù)字部分(尾數(shù)),Ni=0,1,...,9。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N可表示為:

(N)2=±2r×Ni×2-iNi為0或1。1)定點(diǎn)表示法

約定：計(jì)算機(jī)中所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置固定不變①規(guī)定小數(shù)點(diǎn)位置在數(shù)的最高位之前，計(jì)算機(jī)中所表示的數(shù)是純小數(shù)。

r=0,設(shè)尾數(shù)有n位：│N│min

=2-n

│N│max

=1-2-n

數(shù)符

尾數(shù)

②規(guī)定小數(shù)點(diǎn)位置在數(shù)的最低位，計(jì)算機(jī)所表示的數(shù)為整數(shù)。設(shè)尾數(shù)有n位：│N│min

=1│N│max

=2-n-1例：n=7,用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)整數(shù)x。

x＞0[x]補(bǔ)

=0111111=+(27-1)=+127x＜0[x]補(bǔ)

=1000000=-27=-128∴8位定點(diǎn)整數(shù)的表示范圍是-128～+127。數(shù)符尾數(shù)2)浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)數(shù)表示法，小數(shù)點(diǎn)位置必須在數(shù)中給出。任一二進(jìn)制數(shù)N可表示為：

(N)2=±2r×Ni×2-i=±2r×M

其中：r稱(chēng)為階（小數(shù)點(diǎn)的位置，可正可負(fù)），

M表示尾數(shù)（可正可負(fù)）。表示格式：

或

數(shù)符階符

階

尾數(shù)階符

階數(shù)符尾數(shù)

規(guī)定：

尾數(shù)為二進(jìn)制定點(diǎn)純小數(shù)，約定小數(shù)點(diǎn)在尾數(shù)最高位的左邊；階為二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，隱含基數(shù)為2。例：0.11011×23

0.01010×215

0.10011×2-16

都具有5位有效位，因子23、215、2-16指出了小數(shù)點(diǎn)的真實(shí)位置。特點(diǎn)：表示的數(shù)值范圍大。例：設(shè)計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16比特，用6位表示階（其中一位為階符），尾數(shù)占剩余比特，求構(gòu)成十進(jìn)制數(shù)17的16比特浮點(diǎn)表示。解：(17)10=(10001)2

用純小數(shù)表示為：(10001)2=(.10001)2×25

得到尾數(shù)為:10001,階碼為：(5)10=(101)2

階碼與尾數(shù)均為正，因此，(17)10的16比特浮點(diǎn)表示為：

注：尾數(shù)不夠位數(shù)時(shí)，在其低端加零；階碼不夠位數(shù)時(shí)，在其高端加零。

或：00001111000000000010011100000000中文信息的編碼與表示漢字也是字符，是中文的基本組成單位。漢字?jǐn)?shù)量大(目前漢字的總數(shù)已超過(guò)6萬(wàn)個(gè))、字形復(fù)雜、異體字多、同音字多。漢字信息的處理相對(duì)較復(fù)雜，漢字信息的處理一般包括漢字的編碼、輸入、輸出、存儲(chǔ)、處理與傳輸。漢字字符集與編碼：

1981年我國(guó)頒布了《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》(GB2312-80)

。漢字的輸入：

(1)數(shù)字編碼、(2)拼音編碼、(3)字形編碼漢字的機(jī)內(nèi)碼：

是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部為存儲(chǔ)、處理和傳輸漢字而使用的代碼，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)碼，是漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。

漢字編碼4、漢字的輸出：如要顯示或打印出來(lái)，必須把漢字的機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成人們可以閱讀的方塊字形式。

5、漢字信息處理的工作過(guò)程

輸入碼

數(shù)碼：由數(shù)字組成的編碼，代碼和漢字一一對(duì)應(yīng)，無(wú)重碼，但編碼規(guī)則較難記憶，如區(qū)位碼，電報(bào)碼。音碼：用漢字拼音字母組成的編碼，容易學(xué)，但重碼多，輸入速度不高，如拼音碼等。形碼：把漢字的基本構(gòu)件偏旁、部首和字根等分類(lèi)，和不同的鍵相對(duì)應(yīng)，如五筆字型碼、表形碼、首尾碼等。音形碼：根據(jù)漢字的讀音并兼顧漢字字型而設(shè)計(jì)的編碼，如自然碼、聲韻部形碼、快速輸入碼等。

漢字國(guó)標(biāo)碼(GB2312－80)

每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。 一級(jí)漢字：3755個(gè)；二級(jí)漢字：3008個(gè)。 漢字分區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。機(jī)內(nèi)碼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部處理和存儲(chǔ)漢字時(shí)所用的代碼，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)碼。

區(qū)號(hào)區(qū)中位置漢字機(jī)內(nèi)碼漢字機(jī)內(nèi)碼指在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示一個(gè)漢字的編碼。機(jī)內(nèi)碼和國(guó)標(biāo)碼稍有區(qū)別。因?yàn)闈h字的區(qū)碼和位碼的取值范圍都在1到94，如果直接用它作機(jī)內(nèi)碼，就會(huì)與基本ASCII碼沖突。（00H─1FH）

為了避免與ASCII碼中的控制碼沖突，可以在區(qū)碼和位碼的基礎(chǔ)上加20H。為了避免與ASCII碼中的字符沖突，在區(qū)碼和位碼的基礎(chǔ)上加80H。由此，一個(gè)漢字的內(nèi)碼，占兩個(gè)字節(jié)，分別為高位字節(jié)和低位字節(jié)，按以下規(guī)則變換，漢字機(jī)內(nèi)碼的兩個(gè)字節(jié)為：

高位字節(jié)=區(qū)碼+20H+80H

（即：區(qū)碼+A0H）低位字節(jié)=位碼+20H+80H

（即：位碼+A0H）

由于漢字的區(qū)碼與位碼的取值范圍均為01H─5EH（即十進(jìn)制的01─94）。因