第2章 計算機基礎知識1

一第2章

計算機基礎知識

主要內容

2.1計算機系統(tǒng)的組成與工作原理

2.2數制轉換及運算

2.3數據在計算機中的表示

2.4多媒體和流媒體概述

一

基本要求

＞理解計算機系統(tǒng)的基本組成

＞理解軟件的分類及常用軟件的功能

＞理解計算機基本工作方式

＞理解數值轉換及運算

＞理解信息在計算機內的表示與存儲方式

＞了解多媒體與流媒體技術

大學計算機基礎

一2.1計算機系統(tǒng)的組成與T作原理

2.1.1計算機系統(tǒng)的組成

2.1.2計算機硬件的組成

2.1.3計算機系統(tǒng)軟件的組成

2.1.4計算機的基本工作原理

大學計算機基礎

2.1.1計算機系統(tǒng)的組成

一

統(tǒng)軟件

用軟件

計算機系統(tǒng)分為：硬件+軟件

大學計算機基礎

2.1.2計算機硬件的組成

網絡設備

計算機硬件包括主機和外設\______________________________

輸輸

入出

設設馮?諾依曼思想：

備備?五大模塊

?程序與數據一

樣存放在內存

?二進制

數據流—?控制流---------

，

高

八

I

、一十”一

、L

一皆算機I勺^極

大學計算機基礎

oi.處理器

A寄存器

寄存器是處理器內部的葡沙存隔孽元，用來存

放一些數據。如指令寄存器，指令計數器等。

A控制器

控制整個計算機所有部件的工作。

A運算器

執(zhí)行算術運算和邏輯運算。

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2.存儲器

?存儲器是計算機存儲數榔口程序的記憶單元集合。

?每個記憶單元由8位二進制位組成。

?存儲器通常分為內存儲器和外存儲器。

?存儲器的技術指標：速度和容量

字節(jié)BYTE1KB=21OB=1O24B

,A、

1MB=210KB=1024KB

1GB=210MB=1024MB

1TB=210GB=1024GB

位Bit

1PB=210TB=1024TB

大學計算機基礎

一存儲器的訪問過程：向［0001］單元寫數據

地址0001>

0000111101101111011011000

000110000000111011011001

001011101101110011011010

00111110100110001101noJlooooooo

01001110110111101101

010110001101111011011101

011011101101100011011110

控制:寫

011111101101111011011111

I八高，

大學計算機基礎

輸入輸出設備

?輸入設備負責把用戶命令包括程序和數據輸入

到計算機。

?輸出設備負責將計算機處理的結果顯示或打印

出來。

12.L3計算機系統(tǒng)軟件的組成

操作系統(tǒng)系

---______________—

語言處理程序統(tǒng)

軟

服務程序

件

數據庫管理系統(tǒng)

應

工具軟件

用

應用軟件包軟

用戶程序一J件

I八;至J

Ji.

:；2L4計算機的基本工作原理

1.指令和程序

■指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼,完成

一種操作。

■指令的組成

要完成的操作類操作的內容或所

型或性質在的地址

■指令系統(tǒng)：一臺計算機的所有指令的集合。=

、■程序：按一定順序組織在一起的指令序列。卜

_42-_--_---------------_------------------------------_--------_-_--、--------叼而?

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O2.執(zhí)行過程

(1)指令執(zhí)行過程

-取指令

-分析指令

-讀取操作數

-執(zhí)行指令

-存放結果

(2)程序執(zhí)行過程

-不斷地執(zhí)行各條指令的過程

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程序

大學計算機基礎

°3.計算機的工作原理

原始數據

命令/程序i讀取數

I/O設備內存儲器運算器

結果▲'寫」尸存數

指令;存取命令

輸入/輸出命運算命令

控制線:

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第2章計算機基礎知識

2.2數制轉換及運算

2.2.1進位計數制

2.2.2不同進位計數制之間的轉換

2.2.3二進制數的運算

第2章計算機基礎知識

一、常見的數制

1s數制：指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數的方法，也稱計數制。

2、進位計數制：按進位的方法進行計數，如十進制、二進制等，日常生活和計算機中均采用進位計數

制-進位計數制包括三個要素：數位、基數、位權

①、數位：指數中各數字的位置；

②、基數：指進位計數制中數字的個數。

③、位權：某數位上數字所代表的數值大小等于該數字乘以一個固定的數，這個固定的數就是這個數

位的位權口

例3n：常見進位計數制的三要素基本情況如下.

進數位一百位十位個位?十分位百分位千分位

位^

計進基數103?十進制有0~9共10個數字）

工制

制位權……10L10°-10'110-210-3.....

二

?

?進數位第3位第2位第1位?第1位第2位第3位…

?

±位

京基數2（，?二進制有。?1共2個數字）

計

數制

制位權...222120-2'12'22'3……

第2章計算機基礎知識

221進位計數制

1.數制：指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數的方法

定義:

?按進位的原則進行計數

?逢N進1

.采用位權表示法

第2章計算機基礎知識

2.常用進位計數制表示方法

用用計數制的基數和數字符號

進制十進制二進制八進制十六進制

基數10216

數字符號0~90,10~70*9,A,B,

C,D,E,F

表示符號D0H

第2章計算機基礎知識

第2章計算機基礎知識

余數法:除基數取余數、由下而上排列。

示例:將(236)10轉換成二進制。

22364

21180二進制數的低位F

結果為：

11101100

27...................0

23...................1

二進制數的高位

21...................1說明

0...................1

第2章計算機基礎知識

二十進制小數—A非十進制小型二

進位法:用十進制小數乘基數，當積為0或達到

所要求的精度時，將整數部分由上而下排列。

示例:將0.8125轉換為二進制小數。

0.8125

X2

1.625r

X2結果為：0.1101,

1.25

X2

0-5說明

X2

1.0

第2章計算機基礎知識

位權法:把各非十進制數按衣展矛求和

轉換公式?.11111-2

(F)x=an_xXx_+an_2Xx+...+

11

axXx+a0Xx°+a.Xx+…

示例：

3211

(1011.1)2=1X2+0X2+1X2+1X2°+lX2'

=8+0+2+1+05

=(U.5)io

練習：

(456.45)8=(302.8125)10

(2AF)16=(687)10

第2章計算機基礎知識

第2章計算機基礎知識

余電1100110110111.010100

IIIXII

(4667.24)8

000110110111.0100

IIIX

總結

(1B7.4)16

第2章計算機基礎知識

223二進制數的運算

1.二進制數的算術運算

(1)加法運算

0+0=00+1=11+0=11+1=10

【例】101

+110

11000

(1011)2乙+(1101)乙2=(11000)乙2

第2章計算機基礎知識

(2)減法運算

0-0=00-1=11-0=11-1=0

【例】1011

101

110

(1011)廣(101)廣(110),

乙乙乙

第2章計算機基礎知識

(3)乘法運算

0x0=00x1=01x0=01x1=1

【例】1011

X1101

1011

0000

1011

1011

10001111

(1011)2x(1101)尸(10001111),

第2章計算機基礎知識

(3)除法運算

0.000-1=01+0無意義1+1=1

［例］100010

101/10101011

101___________

0101

101

01

(10101011)2+(101)2

=(100010)2…(1)2

第2章計算機基礎知識

2.二進制數的邏輯運算

邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算。

邏輯變量值：真(I)氮假(0)

(1)遺輯非

■對一個邏輯變量進行求反運算。

■布爾代數表達式：F=A

第2章計算機基礎知識

第2章計算機基礎知識

2.3數據在計算機中的表示

2.3.1數值

2.2.2字符

2.2.3聲音

2.2.4圖形和圖像

2.2.5視頻

第2章計算機基礎知識

231數值

1.整數的表示

?整數是以定,點舞的形式表示。

S

?刀笈二透制戲表示的不帶符號整數其取值

范圍是2-乙

第2章計算機基礎知識

?帶符號整數必須使用一個二進制位作為其

符號位，0表示立數、1表示員數。

例如：8位二進制數：10101011

帶符號數為-43；不帶符號數為171

?刀/二遺制數表示的帶符號整數其取值

n1n

范圍是-(2~-l)?2一1一1o

第2章計算機基礎知識

?帶符號數在計算機內有原碼、反碼、補碼和BCD

碼多種表示方法，對于正數，它的二進制原碼、

反碼、補碼的表示形式是一樣的，對于負數，則

有不同的定義。

?原碼：將數的最高位置為1,表示負號，其余各

位不變，用來表示數值的大小。

(-43)原碼二(-00101011)2=10101011

?反碼：對數各位求反，此時最高位為1,表示負

號。(-43)反碼=11010100

?補碼：對數各位求反，再在最低位加1,最高位

為1,表示負號。(-43)反碼=11010101

第2章計算機基礎知識

2.實數的表示

?實數一般用浮,點戮來表示。

?浮點數由兩部分組成,一部分用以表示數

據的有效位，稱為尾數；一部分用于表示該

數的小數點位置，稱為階碼。

階符階碼數符尾數

例如：

110.011B=1.10011X2+1°=11001.1X2lo=O.llOOllX2+n

0110110011

第2章計算機基礎知識

?浮點數的規(guī)格化的形式：尾數尾數部分的

最高位必須為1,數的實際大小可以通過移動

階碼進行調整。

?的位數決定

?階碼的位數決定數的范圍。

任意一個實數，在計算機內部都可以用指數

和尾數來表示，這種表示實數的方法叫做浮

點表示法。

第2章計算機基礎知識

3.帶符號數的表示

原碼一11001101

反碼0110010

補碼0110011

原碼

反碼

第2章計算機基礎知識

232字符

1.西文字符

?ASCII碼（AmericanStandardCodeFor

InformationInterchange）。

?ASCII碼采用七位二進制位編碼，共可表

示27=128個字符，0到127。

?控制字符：0?32；普通字符：94個。

?例如：“a”字符的編碼為1100001,對應

的士

表

?、卜，?P37231

第2章計算機基礎知識

2.漢字編碼?GB2312-80

I漢字輸?每個漢字占兩個字節(jié)

音碼類：全拼、微■?一級漢字:3755個

輸入碼二級漢字:

軟拼音和智能ABC等?3008個。

W?漢字分區(qū),每個區(qū)94

形碼類：五筆字（八個漢字。

型法、鄭碼輸入法國標碼

等。

每個漢字字形碼在漢

將國標碼的的每機內碼字字庫中的相對位移

個字節(jié)的最高位地址

由o變?yōu)?

地址碼點陣：漢字字形點陣的

16x16點陣漢字，代碼。有16X16、

需要16x16/8=32個字形碼24X24、32X328等

字節(jié)表示一個點陣矢量：存儲的是描述漢

信息I漢字輸4字字形的輪廓特征

第2章計算機基礎知識

233聲音

1.模擬音頻的數字化

復雜的聲波由許許多具有不同振幅和頻率

的正弦波組成。

采樣：每隔一定時間間隔對模擬波形上取一

ono1

個幅度值。1

oloJ

i

on11

量化：將每個采樣點u1

on1

u*

noo1

得到的幅度值以數字存儲u1

ooo

Ino1

編碼：將采樣和量化uA

1n1n

uu

in11

后的數字數據以一定的u41

n1oJ

1

格式記錄下來。I1o1

11

第2章計算機基礎知識

2.聲音文件

?Wave格式文件(.WAV)

記錄了真實聲音的二進制采樣數據，通

常文件較大。

?MIDI格式文件(.MID)

數字音樂的國際標準.記錄的是音符

數字，文件小。

?MPEG音頻文件(.MP1/.MP2/.MP3)

采用MPEG音頻壓縮標準進行壓縮的文件。

第2章計算機基礎知識

2.3.4圖形和圖像

1.圖形(Graphics)

?圖形是由點、笏等組成的有龍界窗曲，以

矢量圖形文件存儲。中存放描述圖形的指令。

?矢量圖形文件中存儲的層一期般加各個圖元

的大小、位置、形狀、顏色、維數等屬性的指

令集合。

?圖形設計軟件有Autodesk公司的4/%C4。、

COREL公司的CorelDraw0

第2章計算機基礎知識

2.圖像(Image)

?圖像是由圖像段備輸入的無力界顏必，數

字化后以作圖形才存儲。

?圖像的數字化

?采樣

?量化

?編碼