大学计算机基础第1章

《大学计算机基础第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学计算机基础第1章（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,大学计算机基础,第1章 计算机系统基础,1.1 计算机的发展和展望,近代计算机 计算机的发展简史 微处理器的发展 未来计算机的发展趋势,1.1.1 近代计算机,巴比奇和差分机 分析机现代通用数字机的雏型 模拟机的研制 图灵和理想计算机 电子计算机的诞生,世界上第一台计算机ENIAC,5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW,人类追求的计算工具,Charles Babbage,1822 差分机,1833 分析机,MARK I,ENIAC,算盘,摩尔定理,晶 体 管 数,500 (mlps),1975,1975,1975,1975,1975,10

2、M (transistors),1975,1980,1985,1990,1995,1M,100K,10K,25,0.1,1.0,4004,80386,80286,8080,8086,80486,Pentlum Prooossor,Micro 2000,每18个月芯片能力增长一倍,1.1.2 计算机的发展简史,1.1.3 微处理器的发展,0.18微米芯片,10微米芯片,微处理器集成度发展示意图,1.1.4 未来计算机的发展趋势,超导计算机 量子计算机 光子计算机 生物计算机 神经计算机,1.2 计算机的特点、分类和应用,计算机的特点 计算机的分类 计算机的应用,1.2.1 计算机的特点,运算速度

3、快 计算精度高 具有“记忆”和逻辑判断能力 具有自动运行能力 可靠性高,1.2.2 计算机的分类,巨型机 大型机 小型机 微型机 服务器 工作站,1.2.3 计算机的应用,数值计算 信息处理 实时控制 计算机辅助设计 人工智能 办公自动化 通信与网络 电子商务 计算机进入家庭,1.3 计算机与信息技术,数据与信息 信息技术概述 计算机与信息处理,1.3.1 数据与信息,数据 信息数据和信息的关系,1.3.2 信息技术概述,信息技术的概念 现代信息技术的内容 现代信息技术的发展趋势,1.3.3 计算机与信息处理,计算机在信息处理中的作用 信息高速公路,1.4 计算机系统的组成及基本工作原理,计算

4、机系统,硬件,软件,1.4.1 计算机硬件系统的组成,计算机系统硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分构成。,计算机硬件的基本组成,1.4.2 指令和指令系统,指令：是能被计算机识别并执行的二进制代码，由操作码与操作数组成。 指令系统：即一台计算机所有指令的集合，包括数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入、输出指令和其他指令。 指令执行过程,1.4.2指令和指令系统,指令执行过程 冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出设备输出。 执行步骤：取指令、分析指令、执行指令、程

5、序计数器加1,1.4.3 计算机系统的基本工作原理,计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利 科学家冯诺依曼于1946年首先提出的。采用二进制的形式表示数据和指令采用存储程序方式计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大部件组成,冯诺依曼理论要点,John von Neumann 冯诺依曼,存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,程序+,数据,操作命令,处理,结果,反馈信号,响应信号,请求

6、信号,响应信号,请求信号,输入 设备,输出 设备,冯诺依曼结构框图,1.5 进位计数制及其相互转换,进位计数制 不同进位计数制间的相互转换,1.5.1 进位计数制,位权值的概念,每个位置上的数据所表示的数值等于该数符乘以该位置上的位权值,例：666.66 =,610261016100610-1610-2,例：(101101.11) 2 =,12512412312202112012-112-2,32 + 0 + 8 + 4 + 0 +1 + 0.5 + 0.25,(45.75)10,1.5.2 不同数制之间的转换,1. 二、八、十六进制转换为十进制 对任意一个二、八、十六进制数，均可按照前述r进

7、制数的展开和式方便的转成相应的十进制数 如：（1101.01)2=1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2,1.5.2 不同数制之间的转换,2. 十进制数换为r进制数 (1)十进制整数转换为r进制 规则：采用除以r取余数，直到商为零时结束。所得余数序列，先余为低位，后余为高位。 (2)十进制小数转换为r进制 规则：采用乘以r取整数，直到余数为0时结束。所得整数序列，先整为高位，后整为低位。,十进制整数转为二进制整数,1101,例1：(13)10 = ( )2,1 3,6,3,1,0,2,2,2,2,余数,1,0,1,1,二进制数低位,二进制数高位,十进制小数转成二进制小数

8、,(0.6875)10 = ( )2,0. 6 8 7 5,2,3 7 5 0,1.,2,7 5 0,2,0.,5 0,1.,2,0,1.,整数,1,0,1,1,二进制数高位,二进制数低位,例2：,二进制与八进制、十六进制之间的相互转换,(1) 二进制数转换成八进制数：以小数点为分界点，左右三位一节，不足三位以零补足三位。,例: (101101.01) 2=(101,101.010)=(55.2)8,(2)八进制数转换成二进制数：将每位八进制数码以三位二进制数表示。,例: (76.42) 8=(111110.100010)2=(111110.10001)2,二进制与八进制、十六进制之间的相互转

9、换,(3)二进制数转换成十六进制数：以小数点为分界点，左右每四位一节，不足四位以零补足四位。,(1111011011.100101011)2 = (11,1101,1011.1001,0101,1000)2,= (3DB.958)16,(4)十六进制数转换成二进制数：将每位十六进制数码以四位二进制数表示。,例: (A3B.C) 16 = (101000111011.1100)2,= (101000111011.11)2,1.6数据在计算机中的表示,数据是指所有能输入到计算机中并被计算机识别、存储和加工处理的符号的总称。,数值型数据：128，(32.56)8；,非数值型数据：“学生”、“0730

10、-8845139”。,1.6.1数值数据的表示,1. 计算机中数的有关概念, 数的长度,1字节（byte)=8比特（bit）,在计算机中，数的长度按比特（bit)来计算。但因存储容量常以“字节”为计量单位，所以数据长度也常以字节为单位计算。,1.6.1数值数据的表示, 小数点的表示方法,在计算机中表示数值型数据，其小数点的位置总是隐含的。, 数的符号,一般用数的最高位（左边第一位）来表示数的正负号，并约定以“0”表示正，以“1”表示负。,1.6.1数值数据的表示,数的定点表示：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的。, 定点整数,格式：,2. 定点数表示方法,1.6.1数值数据的表示, 定点

11、小数,范围：-2n-1 (2n-1) 和 1 (1 2-(n-1),格式：,1.6.1数值数据的表示,3. 浮点数的表示方法,格式：,阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通常取2。,1.6.1数值数据的表示,例如： 256.5 的浮点格式(32位)为：,00001001,010000000010000000000000,所以 （256.5)10 =,(0.1000000001)229,阶码:7位,数符,尾数：23位,阶符,32位浮点数的范围,最大正数：(1223)2127,最小正数：212128 2129,最大负数：212128 2129,最小负数：(1223)2127,也即： 2129|X|

12、 (1223)2127,（1）原码,原码就是用最高位表示数的正、负号，0表示正，1表示负，而数值部分用最高位以后的若干位来表示。,例：二进制数 + 1000110的原码表示为：01000110,二进制数 1000110的原码表示为：11000110,数值数据的表示,4. 带符号数的表示方法,数值数据的表示,（2）反码,原码变反码的规则为：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反。,二进制数 1000110的反码表示为：10111001,例：二进制数 + 1000110的反码表示为：01000110,数值数据的表示,（3）补码,补码的取码原则是：正数的补码和其原码相同；负数

13、的补码是它的原码除符号位外逐位取反（即0变1，1变0），最后在末位加1。,例：二进制数 + 1000110的补码表示为：01000110,二进制数 1000110的补码表示为：10111010,原码、补码的几个例子,十进制 原 码 补 码,87 -87127 -1270-0,01010111,01010111,11010111,10101001,01111111,01111111,11111111,10000001,00000000,00000000,10000000,00000000,采用补码来表示正、负整数时，+0 和 0 的取码是完全相同的，而原码对+0和 0 的取码是不相同的。,补码的

14、加减法公式, X + Y 补 = X 补 + Y 补, X Y 补 = X 补 + Y 补, X 补 补= X 原,例题,例： 设 X=44 Y=59 求X +Y = ？ XY = ？,由, X 补 = 0101100, Y 补= 00111011, -Y 补=11000101, -Y 原=10111011,故, X + Y 补 = X 补 + Y 补= 01100111,得,X + Y = + 1100111 = ( + 103)10,由, X Y 补 = X 补 + Y 补=11110001, X Y 原 = XY 补求补=10001111,得,XY = -0001111 = (- 15)

15、10,数值编码,十进制数与8421BCD编码表,1011 0001,0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,0,1,2,3,4,5,6,7,1000,1001,1010 0000,1100 0010,0001 0100,十进制数,8421BCD码,8421BCD码,8,9,10,11,12,13,14,十进制数,15,0001 0101,0001 0011,1.6.2 字符数据的表示,（1）西文字符的ASCII编码,（2）汉字字符的编码,GB2312编码局部表,GB2312编码总体布局,汉字的各种编码及其关系, 汉字机内码, 汉字输入码, 汉字字形码, 国标GB180302000,输入码、机内码、字形码之间的关系, 汉字交换码,1.7 计算机的运算,算术运算：加、减、乘、除 逻辑运算：与、或、非 数据比较：大于、小于、等于、不等于、大于等于、小于等于 数据传送：输入、输出、赋值,