大学计算机基础_郝兴伟_大学基础

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1、高等学校计算机公共教学改革与实践,第一章 计算机基础知识,1.1 二进制与数据的编码 1.2 微型计算机的组成和基本原理 1.3 计算机软件系统 1.4 数据存储 1.5 计算机与信息的安全 1.6 相关法律法规与伦理道德问题,目 录,第一章 计算机基础知识,1.1 二进制与数据的编码 1.2 微型计算机的组成和基本原理 1.3 计算机软件系统 1.4 数据存储 1.5 计算机与信息的安全 1.6 相关法律法规与伦理道德问题,1.1 二进制与数据的编码,一、数的进制与转换 二、原码、反码与补码 三、数的定点表示和浮点表示 四、数据的存储单位 五、字符编码,一、数的进制与转换,一、数的进制与转换

2、,1数的进制 2不同进制数之间的转换,1数的进制,1数的进制,1.数制的概念 数制（Numbering system）即表示数值的方法，有非进位数制和进位数制两种。 表示数值的数码与它在数中的位置无关的数制称为非进位数制。 按进位的原则进行计数的数制称为进位数制，简称“进制”。 2、基本特点 数制的基数确定了所采用的进位计数制。 表示一个数字时所用的数字符号的个数称为基数（Radix）。如十进制数 制的基数为10；二进制的基数为2。 逢N进一。 如十进制中逢10进1；八进制中逢8进1；二进制中逢2进1；十六进制中逢16进1。(见表1.1) 采用位权表示法。 如任何一个r进制具有有限位小数的正数

3、，都可以表示为： 其中： 对于数字的n位整数部分，可以用以下的数学式子描述： 对于数字的m位的小数部分，可以用以下的数学式子描述：,(1-1),(1-2),(1-3),1数的进制(续),1数的进制(续),在输入输出数据时，可以用数据后加一个特定的字母来表示它所采用的进制：字母D表示数据为十进制（也可以省略）；字母B表示数据为二进制；字母O表示数据为八进制；字母H表示数据为十六进制。 举例： 567.17D（十进制的567.17） 110.11（十进制的110.11，省略了字母D） 110.11B（二进制的110.11） 245O（八进制的245） 234.5BH（十六进制的234.5B） 23

4、4.5B（错误的数据表示方法）。,一、数的进制与转换,1数的进制 2不同进制数之间的转换,2不同进制数之间的转换,二进制数转换为十进制数 十进制数转换为二进制数 二进制转换为八进制、十六进制,二进制数转换为十进制数,2不同进制数之间的转换(续),二进制数转换为十进制数 根据公式（1-1）、(1-2)、(1-3），对于一个二进制数，如果希望求出它对应的十进制数，可以写出该数的位权展开式，从而很容易地算出它所对应的十进制数。 举例: 11010101B=120+021+122+023+124+025+126+127=213D 0.1101B=12-1+12-2+02-3+12-4=0.5+0.25

5、+0.0625=0.8125D,2不同进制数之间的转换(续),十进制数转换为二进制数 （1）对公式（1-2）稍作分析知，整数部分的转换可采用“除基数取余法”，即用基数2多次去除被转换的十进制数，记下余数的值，直到商为0。将每次所得到的余数按逆序排列，就是转换后的二进制数。 【例1.1】 158D=？B,得：158D=10011110B,2不同进制数之间的转换(续),十进制数转换为二进制数 (续) （2）分析公式（1-3），小数部分的转换可采用“乘基数取整法”，即用基数2多次乘十进制的小数部分，每次相乘后取整数部分按正序排列，就是所对应的二进制数。 。 例 0.8125D=？B,得：0.8125

6、D=0.1101B,2不同进制数之间的转换(续),二进制转换为八进制、十六进制 1个八进制位等于3个二进制位，1个十六进制位等于4个二进制位。因此，实现二进制数与八进制数、二进制数与十六进制数之间的转换比较容易。 【例1.2】 1101001111001.11011B= ? O = ？H,得：1101001111001.11011B= 1A79.D8H,得：1101001111001.11011B= 15171.66O,1.1 二进制与数据的编码,一、数的进制与转换 二、原码、反码与补码 三、数的定点表示和浮点表示 四、数据的存储单位 五、字符编码,二、原码、反码与补码,1原码 2反码 3、补

7、码,1原码,1原码,原码是机器数的一种简单的表示法。其符号用0表示正号，用1表示负号。 举例： 二进制数X1= +1010101 和X2= -1010101 其原码记作： X1原 = +1010101原 = 01010101 X2原 = -1010101原 = 11010101。 原码机器数的表示范围因字长而定，采用8位二进制原码表示时，其真值的表示范围为：-127,127，即二进制的取值范围为：11111111，01111111。 注意：对数字0的表示有二种原码形式：00000000和10000000。,二、原码、反码与补码,1原码 2反码 3、补码,2反码,机器数的反码可以由原码得到。 如

8、果机器数为正数，则该机器数的反码和原码相同；如果机器数为负数，则其反码是对原码除符号位以外的所有数位取反。 举例： 二进制数X1= +1010101 和X2= -1010101 其反码记作： X1反= +1010101原 反 = 01010101 反 = 01010101 X2反= -1010101原 反 = 11010101 反 = 10101010,二、原码、反码与补码,1原码 2反码 3、补码,3补码,机器数的补码可以由原码得到。 如果机器数是正数，则该机器数的补码与原码相同；如果机器数是负数，则该机器数的补码是对它的原码除符号位外的各位取反，并且在末位上加1得到的。 举例： 二进制数X

9、1= +1010101 和X2= -1010101， 其补码记作： X1补= +1010101原 补 = 01010101 补 = 01010101 X2补= -1010101原 补 = 11010101 反 +1= 10101010+1 = 10101011 机器数的补码表示范围因字长而定，采用8位二进制补码表示时，其真值的表示范围为：-128,127，即二进制整数补码的取值范围为：10000000，01111111。 对于数字0的补码表示只有一种形式：00000000。,3补码(续),【例1.3】 已知 X1= +1010101 和X2= +0011101，通过其补码表示法计算X1 - X

10、2的值。 解：X1 - X2 = X1 + (- X2 ) X1补= +1010101原 补 = 01010101 补 = 01010101 -X2补= -0011101原 补 = 10011101 反 +1= 11100010+1 = 11100011 X1-X2补=X1补 + -X2补 = 01010101+11100011 = 00111000（超出字长的进位丢弃） 由 X1-X2补 原 = 00111000 原 = 00111000 知：X1 - X2 = 00111000,1.1 二进制与数据的编码,一、数的进制与转换 二、原码、反码与补码 三、数的定点表示和浮点表示 四、数据的存储

11、单位 五、字符编码,三、数的定点表示和浮点表示,1定点数 2浮点数,1定点数,1定点数,数的定点表示是指数据字中小数点的位置固定不变。 一般用来表示一个纯小数（不含整数位的数或者整数)。 当表示一个纯小数时，小数点固定在符号位之后。 当表示一个整数时，小数点固定在数据字最后一位之后。 例：字长为16时，数据“ ”和“+32767”表示，如图1. 1所示。 图1. 1 16位字长数据字的定点表示 数的定点表示其数值的取值范围有限，为了扩大数的表示范围，也可以通过编程技术，采用多个字节表示一个定点数。,三、数的定点表示和浮点表示,1定点数 2浮点数,2浮点数,数的浮点表示法是指表示一个数时，其小数

12、点的位置是浮动的。 在数的浮点表示中，一个数由两部分组成：其一是阶码部分（表示数的指数记数法中的指数，记为E）；其二是尾数部分（相当于指数记数法中的尾数，记为M），因此对于一个数N，通过浮点表示法可以表示（注意：E和M中都包含有各自的符号位）为： 尾数M的小数点位置位于尾数部分的数符位之后。M为一纯小数，并且最高位从数据中第一个非零数位开始；阶码E为一整数。 例：数据“0.00000111011”的M值为“0.111011”；阶码N为“-101”，如图1. 2所示。,图1. 2 32位浮点数的结构,1.1 二进制与数据的编码,一、数的进制与转换 二、原码、反码与补码 三、数的定点表示和浮点表示

13、 四、数据的存储单位 五、字符编码,四、数据的存储单位,在计算机中，数据存储的最小单位为比特（bit），1比特为1个二进制位。 由于1比特太小，无法用来表示出数据的信息含义，所以又引入了“字节”（Byte，B；注意：这里B作为数据量大小的单位，不要和数的表示中表示为二进制数的B混淆）作为数据存储的基本单位。 在计算机中规定，1个字节为8个二进制位。除字节外，还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）。 它们的换算关系是： 1 KB=1 024 B= B 1 MB=1 024 KB=1048 576 B = B 1 GB=1 024 MB=1 048 576 KB=1 0

14、73 741 824 B= B 1 TB=1 024 GB= B,1.1 二进制与数据的编码,一、数的进制与转换 二、原码、反码与补码 三、数的定点表示和浮点表示 四、数据的存储单位 五、字符编码,五、字符编码,1ASCII码 2汉字的编码,1ASCII码,1 ASCII码,在计算机中，最常用的是英文字符，它的编码为ASCII码（American national Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准码。 在ASCII中，用7 个二进制位表示1个字符，共可以表示128个字符，其中95个可打印或显示的字符，其他的则为不可打印或显示的

15、字符。 在ASCII码的应用中，也经常用十进制表示，如空格：32；数字 0 9：48 57；大写字母A Z：65 90；小写字母a z：97 122。 一个ASCII码的长度不超过8个二进制位。因此，保存一个ASCII码只需一个字节 ASCII码只占用了一个字节中低端的7位，最高位（第8位）为0。,1 ASCII码(续),五、字符编码,1ASCII码 2汉字的编码,2 汉字的编码,区位码 为了解决汉字的编码问题，1980年我国公布了GB231280国家标准，在此标准中共含有6 763个简化汉字和682个汉字符号。在该标准的汉字编码表中，汉字和符号按区位排列，共分成了94个区，每个区有94个位。 汉字的机内码 保存一个汉字的区位码要占用两个字节，区号、位号各占一个字节。区号、位号都不超过94，所以这两个字节的最高位仍然是“0”。为了避免汉字区位与ASCII码无法区分，汉字在计算机内的保存采用了机内码，也称汉字的内码。目前占主导地位的汉字机内码是将区码和位码分别加上数A0H作为机内码。但在我国的台