引言與計算機系統(tǒng)概述12 進制與編碼

1、程序設(shè)計基礎(chǔ)（C）,主講：孫承愛 軟件工程系(13#426)課程性質(zhì)：計算機相關(guān)專業(yè)之專業(yè)基礎(chǔ)課 學(xué)時安排: 90學(xué)時(上課60學(xué)時，上機30學(xué)時) 上課在J7-415，上機在J13-332 上機時間：4、5、7、9、11星期6上午3、4節(jié) 6、8、10、12-18星期5上午3、4節(jié) 考核方式:考試成績占70%，平時成績30%(課堂+上機+作業(yè))，缺課1/3者不得參加考試。 上機單獨計算學(xué)分，是另外一門課 學(xué)習(xí)方法：多思考，多編程，多上機 參考資料: Internet+Baidu/Google Donald Ervin Knuth,“The Art of Comput

2、er Programming”計算機程序設(shè)計藝術(shù)卷1-基本算法 ,課程性質(zhì)、學(xué)時安排與考核,本課程所講內(nèi)容及學(xué)時分配 第1章 結(jié)論 （5學(xué)時） 第2章 C語言概述（1學(xué)時） 第3章 基本數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)運算（5學(xué)時） 第4章 常用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（4學(xué)時） 第5章 C程序結(jié)構(gòu)與控制語句（6學(xué)時） 第6章 數(shù)組（6學(xué)時） 第7章 函數(shù)（8學(xué)時） 第8章 預(yù)處理命令（1學(xué)時） 第9章 指針（12學(xué)時） 第10章 結(jié)構(gòu)體與共用體（5學(xué)時） 第11章 文件（6學(xué)時） 第12章 綜合應(yīng)用舉例（1學(xué)時）,第1章 緒論,1.1 計算機系統(tǒng)概述 1.2 數(shù)據(jù)及其在計算機內(nèi)部的表示 1.3 問題求解與算法 1.4 程序

3、設(shè)計與程序設(shè)計語言 1.5 計算機問題求解的過程,1.1 計算機系統(tǒng)概述,計算機系統(tǒng)功能、組成、工作原理,計算機系統(tǒng)功能,功能：在程序控制下接收、存儲數(shù)據(jù)并按程序要求對數(shù)據(jù)進行加工處理進而輸出結(jié)果 程序：為實現(xiàn)特定目標(biāo)或解決特定問題而用計算機編程語言編寫的命令序列，是計算機解題的關(guān)鍵,計算機系統(tǒng)組成(原理),計算機系統(tǒng)組成(部件),運算器:ALU,AC累加寄存器,MDR主存數(shù)據(jù)寄存器 CPU 計 控制器:PC,IR指令寄存器, MAR主存地址寄存器 算 機 內(nèi)存儲器：RAM Cache ROM 硬 存儲器 件 外存儲器：硬盤 光盤 優(yōu)盤 軟盤 系 輸入設(shè)備：鍵盤 鼠標(biāo) 掃描儀 數(shù)碼相機 統(tǒng) 輸

4、出設(shè)備：顯示器 打印機 音箱 投影儀,“存儲單元地址”,主板示意圖：,計算機工作原理,基本原理：存儲程序和程序控制。 先把指揮計算機如何進行操作的指令序列（程序）和原始數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備輸送到計算機內(nèi)存中。每一條指令中明確規(guī)定了計算機從哪個地址取數(shù)，進行什么操作，然后送到什么地址去等步驟。 計算機在運行時，先從內(nèi)存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存儲器中取出數(shù)據(jù)進行指定的運算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進行下去，直至遇到停止指令。 計算機指令執(zhí)行過程舉例 特點：程序與數(shù)據(jù)一樣存儲，按程序編排的順

5、序一步一步地取出指令、自動地完成指令規(guī)定的操作，故稱之為存儲程序工作原理，又稱馮.諾依曼原理。,高級語言源程序舉例,#include void main() int x,y; scanf(“%d”, ,相關(guān)概念說明：,指令:能被計算機識別并直接執(zhí)行的二進制代碼，一條指令對應(yīng)計算機能完成的一種操作。分算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳送指令、程序流程控制指令、處理器控制指令等，由操作碼和操作數(shù)（地址碼）兩部分組成 指令系統(tǒng)：計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。 超級計算機通常采用RISC架構(gòu)(精簡指令集計算機,幾十條指令)，桌面計算機為滿足兼容性常采用CISC架構(gòu)(復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機，幾百條指令）

6、程序：為實現(xiàn)特定目標(biāo)或解決特定問題而用計算機編程語言編寫的命令序列 編程語言：機器語言 匯編語言 高級語言 軟件：程序及其相關(guān)文檔的集合，是程序設(shè)計的最終結(jié)果。通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類，中間件介于兩者之間，為應(yīng)用程序提供跨平臺統(tǒng)一的服務(wù)接口,小結(jié)：,計算機系統(tǒng)功能 計算機系統(tǒng)組成（原理和部件） 計算機工作原理（原理和指令執(zhí)行過程） 指令、指令系統(tǒng)、程序與軟件的區(qū)別，應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和中間件區(qū)別 作業(yè)1：概述計算機系統(tǒng)組成 作業(yè)2：概述計算機工作原理,?,引： 數(shù)據(jù)在計算機中的表示？,圖形圖像,數(shù)值,文本,音頻,視頻,1.2 數(shù)據(jù)及其計算機內(nèi)部表示,進位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 各類數(shù)據(jù)的編碼表示

7、,進制：用進位的方法進行計數(shù)的數(shù)制，如十進制 數(shù)碼：進制中用到的數(shù)字符號，如十進制中的0-9 基數(shù)： 數(shù)制中數(shù)碼的個數(shù),如十進制基數(shù)為10 位權(quán)：數(shù)碼在不同位置上的權(quán)值 例：十進制數(shù)(1 1 1 . 1 1 )10,101,100,10-1,10n-1,10-m,進位計數(shù)制的相關(guān)概念,常見進制,位權(quán)：(1111)2 (A15) 16,表示：(1111)10 (1111)2 (1111)8 (1111)16 1111D 1111B 1111O 1111H 1111 01111 0 x1111,二進制逢2進1，只需0與1兩個數(shù)碼，易于用電子元件表示,如可表示為磁性的正負、開關(guān)的開與關(guān),故計算機中采

8、用二進制計數(shù),進制轉(zhuǎn)換,非十進制數(shù),十進制數(shù),十進制數(shù),非十進制數(shù),二、八、十六進制之間的轉(zhuǎn)換,位權(quán)法：按位權(quán)展開求和 例：,非十進制數(shù) 十進制數(shù),(1101.1)2 = 1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1 = 8 + 4 + 0 + 1 + 0.5 = (13.5)10,(D.8)16 = 13+8*16-1 = 13 + 0.5 = (13.5)10,(0111 1111)2 = 27-1=127 0 x7FFF=215-1=32767,十進制數(shù) 非十進制數(shù),1）將整數(shù)部分轉(zhuǎn)為非十進制數(shù) 2）將小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為非十進制數(shù) 3）用小數(shù)點將兩者連接起來,取余法:除基取余倒排序,商

9、為0時停止 例:將(11)10轉(zhuǎn)為二進制，(75)10轉(zhuǎn)為十六進制,十進制整數(shù) 非十進制數(shù),結(jié)果：(1011)2,11,2,1,5,2,1,2,2,1,0,2,0,1,結(jié)果：(4B)16,75,16,B,4,16,4,0,取整法:乘基取整正排序,小數(shù)部分為零時停止 例：將(0.625)10轉(zhuǎn)換為二進制與十六進制,十進制小數(shù) 非十進制數(shù),0.625 2 1.250 2 0.50 2 1.0,結(jié)果為（0.101)2,1,0,1,0.625 8 5.000,結(jié)果為（0.5)8,5,例：將(11.625)10轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),整數(shù)從右向左三位并一位 小數(shù)從左向右三位并一位 二進制 八進制,八進制與二進制

10、之間的轉(zhuǎn)換,(100110110111.010 100 )2 ( 4 6 6 7. 2 4 )8,不足三位者用0補位,HB,小結(jié)：,計算機計數(shù)原理與二、八、十六與十進制間相互轉(zhuǎn)換 練習(xí)1：十進制轉(zhuǎn)二進制和十六進制 255 127 121.2,0 x0000 0 x0001 0 x0002 0 xFFFF,字節(jié)Byte,容量？,1Byte=8 bit 1KB=210Byte 1TB=210GB 1GB=210MB 1MB=210KB,?,思考： 數(shù)據(jù)的表示？,圖形圖像,數(shù)值,文本,音頻,視頻,2.1 文本數(shù)據(jù)表示-字符編碼,ASCII碼：用7位二進制數(shù)給字符編碼,共128個西文字符,機器內(nèi)占1字

11、節(jié),最高位始終為0。熟悉Aa0與空格等編碼 擴展ASCII碼：用8位二進制數(shù)給字符編碼,共256 個字符，機器內(nèi)占一字節(jié)。各歐洲國家增加部分不盡相同 國標(biāo)碼:GB2312ASCII常用漢字符號； GBKGB2312不常用字（含BIG5繁體漢字）圖形符號 GB18030GBKExt-A(日文、朝鮮語等)圖形符號 GB2312與GBK是雙字節(jié)等寬編碼,GB18030變長編碼,有單字節(jié)、雙字節(jié)和四字節(jié)三種方式 Unicode字符集：統(tǒng)用多8位編碼字符集，只規(guī)定了符號的二進制代碼大小，未規(guī)定存儲細節(jié)。UTF-8就是在互聯(lián)網(wǎng)上使用最廣的一種unicode的實現(xiàn)方式 。它是一種變長的編碼方式,1-3個字節(jié)

12、，與ASCII碼兼容,2.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示整數(shù),假設(shè)用2字節(jié)存儲整數(shù), 編碼方法據(jù)整數(shù)類型不同而不同: 無符號整型:各位均為數(shù)值位, 將真值轉(zhuǎn)換為二進制填到低位,高位補零即可. 有符號整型:最高位為符號位0/1,其余N-1位為數(shù)值位。有原碼、反碼、補碼三種編碼方法 正整數(shù)的原碼、反碼和補碼相同:符號位填0表正,將真值轉(zhuǎn)換為二進制填到低位,中間補零. 負整數(shù)原碼:符號位填1,真值轉(zhuǎn)換為二進制填低位,中間補0 負整數(shù)反碼:原碼基礎(chǔ)上符號位不變余變反. 負整數(shù)補碼:反碼基礎(chǔ)上加1(絕對值逐位變反末位加1),(77)10,0000 0000 0,(+77)10,0,符號位,數(shù)值部分,00000000,(

13、-77)10,1,00000000,(-77)10,1,11111111,(-77)10,1,11111111,2.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示整數(shù),說明：機器內(nèi)對有符號整數(shù)實際采用補碼表示:0表示法唯一(+0和-0補碼同);減運算可化為加運算(7-8與7+(-8)，且所得結(jié)果仍然是補碼;負數(shù)的補碼再“求補”(逐位變反末位加1)得絕對值 思考: 求0與32767的各種編碼表示,求2字節(jié)補碼的表示范圍? 說明：為什么會有原碼、反碼、補碼三種編碼方案？注意學(xué)習(xí)方法，要自覺，多思考，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題的能力！,(77)10,0000 0000 0,(+77)10,0,00000000,(-77)10,1,0000000

14、0,(-77)10,1,11111111,(-77)10,1,11111111,1,1000 00,0,1,2.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示實數(shù),-6.5D,1,0,1,00,IEEE754標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)定了單精度浮點數(shù)和雙精度浮點數(shù)兩種實數(shù)的表示法:將真值轉(zhuǎn)化為二進制數(shù), 并寫成以2為基的科學(xué)計數(shù)法形式(1.M2E),之后分符號位S、尾數(shù)M和指數(shù)E三部分存儲。符號位0正1負;尾數(shù)部分因小數(shù)點前均1故只存放小數(shù)點后純小數(shù)部分(隱含1);真值指數(shù)可正可負,為方便處理在原指數(shù)基礎(chǔ)上加上一正整數(shù)使均非負(Excess碼).,-110.1B,-1.101B*2+2,思考：11.2的單雙精度浮點數(shù)表示？給出浮點數(shù)表示求對應(yīng)真值？規(guī)格化情況下單精度浮點數(shù)表示的最大、最小