计算机系统的基础知识.ppt

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1、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识本章要点与学习要求：计算机产生、发展和应用计算机产生、发展和应用 （了解）（了解）计算机的基本组成计算机的基本组成 （掌握）（掌握）进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 （熟悉）（熟悉）二进制数定点及浮点表示二进制数定点及浮点表示 （掌握）（掌握）二进制数原码反码及补码二进制数原码反码及补码 （掌握）（掌握）计算机常用编码计算机常用编码 （熟悉）（熟悉）补码加减运算补码加减运算 （掌握）（掌握）常用逻辑运算常用逻辑运算 （掌握）（掌握）逻辑代数的初步知识逻辑代数的初步知识 （掌握）（掌握）基本逻辑电路和逻辑元件基本逻辑电路和逻辑元件

2、（了解）（了解）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学章节教学章节计算机的发展概述计算机的发展概述 1.1计算机基本组成及工作原理计算机基本组成及工作原理 1.2数制与编码数制与编码 1.3运算基础运算基础1.4逻辑代数及逻辑电路逻辑代数及逻辑电路 1.5第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学目的：教学目的： 了解计算机的产生、发展和应用了解计算机的产生、发展和应用教学重点：教学重点： 计算机的发展计算机的发展1.11.1 计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入现在，计

3、算机在我们的日常生活中无处不现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你了解计算机的发展史吗？在，你了解计算机的发展史吗？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1.1.1 计算机的产生计算机的产生 计算机与一般计算工具的差别计算机与一般计算工具的差别存储器的大小存储器的大小运算能力运算能力 定义定义电电子子计计算算机机是是一一种种能能按按预预先先存存储储的的程程序序，对对以以数数字字形形式式出出现现的的信信息息进行处理的进行处理的电子装置电子装置。1.11.1 计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述 P1P1P1P1 上一页上一页 返

4、返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 结绳计数结绳计数是计算机的是计算机的“远古史远古史” 算筹算筹是计算机的是计算机的“古代史古代史” 中国中国算盘算盘与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展1. 从筹算到算盘从筹算到算盘 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 16141614年年，耐耐普普尔尔利利用用对对数数原原理理制制造造一一台台乘乘法法机机。奥奥托托里里把把对对数数刻刻在木板上，后发展为现在的计算尺。在木板上，后发展为现在的

5、计算尺。 1642 1642年年，法国数学家布莱斯法国数学家布莱斯帕斯卡发明简易机械计算机。帕斯卡发明简易机械计算机。 16711671年年，德德国国数数学学家家莱莱布布尼尼茨茨把把帕帕斯斯卡卡机机器器加加以以改改进进, , 使使它它既既可可以做加减法，又可以做乘除法运算。以做加减法，又可以做乘除法运算。圆柱型对数计算尺圆柱型对数计算尺帕斯卡帕斯卡帕斯卡加法器帕斯卡加法器2. 机械计算器机械计算器 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识18201820年，英格兰的查尔斯年，英格兰的查尔斯巴贝奇设计了巴贝奇设计了“差分机差分机” ( (计算

6、机之父计算机之父） 英国数学家乔治英国数学家乔治布尔布尔18541854年提出符号逻辑年提出符号逻辑 （布尔代数）（布尔代数）2020世纪世纪3030年代末期，英国数学家艾伦年代末期，英国数学家艾伦图灵描述了假想机器（图灵机）图灵描述了假想机器（图灵机）2020世纪世纪3030年代后期，艾肯和年代后期，艾肯和IBMIBM公司的工程师小组完成了公司的工程师小组完成了“ Mark IMark I”布尔巴贝奇Mark第一台差分机2. 机械计算器（续）机械计算器（续） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识ENIACENIAC是世界公认的第一台通

7、用电子数字计算机。是世界公认的第一台通用电子数字计算机。19461946年年2 2月月由美国宾州大学的莫克利和埃克特研制；由美国宾州大学的莫克利和埃克特研制；1800018000多个多个电子管电子管、15001500多个多个继电器继电器、占地占地170170平方米平方米、重量、重量3030吨吨、计算速、计算速度度5 5千次千次/ /秒秒；每次至多只能；每次至多只能存储存储2020个个十进制数；十进制数；弱点弱点：存储容量小，尚未采用：存储容量小，尚未采用“程序存储程序存储”方式；电子管太多方式；电子管太多第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机 P1P1

8、P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识图灵图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。冯冯诺依曼贡献诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯：建立现代计算机基本结构，即冯诺依曼结构。诺依曼结构。 整个系统是由整个系统是由五大基本部件五大基本部件组成，即由运算器、控制器、存储器、输组成，即由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成；入设备、输出设备组成； 采用二进制采用二进制，使用机

9、器语言，使用机器语言, ,指令通过操作码来完成简单的指令通过操作码来完成简单的 操作；操作； 采用采用存储程序存储程序的思想，对计算进行集中的顺序控制。的思想，对计算进行集中的顺序控制。冯冯. .诺诺依依曼曼图图 灵灵现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识所谓所谓现代计算机现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。旧落后的机械或继电器技术。 以构成以构成计算机硬件的逻辑元

10、件为标志计算机硬件的逻辑元件为标志，大致经历了，大致经历了从从电子管电子管、晶体管晶体管、中小规模集成电子路中小规模集成电子路到到大规模大规模超大规模集电路超大规模集电路计算机等四个发展阶段。计算机等四个发展阶段。 1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展计算机的发展计算机的发展 P2 P2 重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互现代计算机与微型机划分的标准有什么不同？现代计算机与微型机划分的标准有什么不同？现代计算机：现代计算机：电子器件不同电子器件不同微型机：微型机：微处理器的位数微处理器的位数 上一页上一页

11、 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点采用采用电子管电子管作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件； 存储器使用存储器使用水银延迟线水银延迟线、静电存储管静电存储管、磁鼓磁鼓等；等； 外部设备采用外部设备采用纸带纸带、卡片卡片、磁带磁带等；等； 使用使用机器语言机器语言，5050年代中期开始使用年代中期开始使用汇编语言汇编语言，但，但没有操作系统没有操作系统； 体积庞大体积庞大 、笨重笨重 、耗电多耗电多、 可靠性差可靠性差、 速度慢速度慢、 维护困难维护困难 。 典型机器典型机器 ENIACENIAC、EDVACEDVAC、UNIVACUNIVA

12、C、IBM 701IBM 701、IBM 650IBM 650 应用应用科学计算科学计算1. 第一代电子计算机第一代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点使用半导体使用半导体晶体管晶体管作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件； 使用使用磁芯作为主存储器磁芯作为主存储器，辅助存储器采用，辅助存储器采用磁盘磁盘和和磁带磁带； 输入输出方式有了很大改进；输入输出方式有了很大改进； 开始使用操作系统开始使用操作系统，有了各种计算机，有了各种计算机高级语言高级语言；体积减小体积减小、重量减轻重量减轻、耗电量减少耗电量减少、速度加快速

13、度加快、可靠性增强可靠性增强 。典型机器典型机器IBM IBM 的的70907090、70947094、70407040、70447044应用应用数据处理、工业控制、科学计算数据处理、工业控制、科学计算 2. 第二代电子计算机第二代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 特点特点 使用使用中、小规模集成电路中、小规模集成电路作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件； 开始使用半导体存储器开始使用半导体存储器。辅存仍以。辅存仍以磁盘磁盘, ,磁带磁带为主；为主； 外部设备种类和品种增加；外部设备种类和品种增加； 开始走向系列化、通用化

14、和标准化；开始走向系列化、通用化和标准化； 操作系统进一步完善操作系统进一步完善，高级语言数量增多高级语言数量增多； 计算机的计算机的体积、重量进一步减小体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高运算速度和可靠性进一步提高。 典型机器典型机器IBM 370IBM 370系列、系列、 IBM 360IBM 360系列、富士通系列、富士通F230F230系列等。系列等。 应用应用系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。3. 第三代电子计算机第三代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计

15、算机系统的基础知识特点特点 使用使用大规模、超大规模集成电路大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件；作为逻辑开关元件； 主存采用主存采用半导体存储器半导体存储器，辅存采用大容量的，辅存采用大容量的软、硬磁盘软、硬磁盘，并开始引入，并开始引入光盘光盘； 外部设备有了很大发展，开始采用外部设备有了很大发展，开始采用光字符阅读器光字符阅读器（OCROCR）, ,扫描仪扫描仪、激激光打印机光打印机和各种和各种绘图仪绘图仪； 操作系统不断发展和完善，操作系统不断发展和完善，数据库管理系统数据库管理系统进一步发展。进一步发展。 计算机的计算机的体积、重量、功耗进一步减小体积、重量、功耗进一步减小，运算速

16、度、存储容量、可靠运算速度、存储容量、可靠性等大幅度提高性等大幅度提高。 典型机器典型机器IBMIBM的的43004300系列、系列、30803080系列、系列、30903090系列，以及系列，以及IBM 9000IBM 9000系列系列 应用应用事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面4. 第四代电子计算机第四代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识人工智能（人工智能（AIAI）：）：是研究如何是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延用人工的方法和技术来模仿、延伸和扩展人的智能伸和扩

17、展人的智能，以，以实现某些实现某些“机器思维机器思维”或脑力劳动自动或脑力劳动自动化化的一门学科。的一门学科。第五代计算机系统（第五代计算机系统（FGCS:):FGCS:): 就是就是智能计算机系统智能计算机系统，智能计算，智能计算机由以下几个部分组成：机由以下几个部分组成：知识库（知识库（KB:KnowledgeKB:Knowledge Bank Bank） 知识库计算机知识库计算机( (KBM:KnowledgeKBM:Knowledge Bank Machine Bank Machine） 知识库管理系统知识库管理系统(KBMS) (KBMS) 问题求解和推理机问题求解和推理机 智能接口

18、系统智能接口系统 应用系统应用系统5. 人工智能和第五代电子计算机人工智能和第五代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识工作原理工作原理 数字计算机（数字计算机（Digital ComputerDigital Computer）模拟计算机模拟计算机 (Analog Computer)(Analog Computer)混合计算机混合计算机 (Hybrid computer)(Hybrid computer)应用领域应用领域 通用计算机通用计算机 (General Purpose (General Purpose Computer

19、) Computer) 专用计算机专用计算机 (Special Purpose (Special Purpose Computer) Computer) 计计计计 算算算算 机机机机 分分分分 类类类类 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 综合性能指标综合性能指标 巨型机巨型机 （Super ComputerSuper Computer） 大型机大型机 （Main Frame ComputerMain Frame Computer） 小型机（小型机（MiniComputerMiniComputer） 微型机（微型机（MicroComputerMicroComputer） 工作站（工作站（Wo

20、rkstationWorkstation） 服务器（服务器（ServerServer） 网络计算机网络计算机 （Net ComputerNet Computer） 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识巨型机巨型机(Super computer)(Super computer)又称又称超级计算机超级计算机，它的价格昂贵、功，它的价格昂贵、功能强大，多用于能强大，多用于战略武器战略武器、空间技术空间技术、石油勘探石油勘探、天气预报天气预报、社会模拟社会模拟等。等。 两个方向发展两个方向发展开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能采用多

21、处理器结构，提高机器性能，采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表国家的计用于尖端领域，代表国家的计算机科学水平算机科学水平。典型巨型计算机典型巨型计算机如美国的如美国的ILLIAC-IVILLIAC-IV型计算机（型计算机（每秒每秒1.51.5亿次亿次）、）、CRAY-1CRAY-1型计算机型计算机（每秒（每秒1 1亿次）。亿次）。 “银河银河”系列系列计算机和计算机和“曙光一号曙光一号”并行计算机等，标志着我国是并行计算机等，标志着我国是世界上少数几个能独立研制出巨型机的国家之一。世界上少数几个能独立研制出巨型机的国家之一。巨巨 型型 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页

22、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识运算速度可达运算速度可达5000亿次的亿次的“神威神威”计算机计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展 P23P23微型计算机的分代是以微型计算机的分代是以微处理器的位数微处理器的位数为依据，分四代：为依据，分四代： 第一代微型计算机第一代微型计算机 第二代微型计算机第二代微型计算机 第三代微型计算机第三代微型计算机 第四代微型计算机第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统

23、的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：4 4位位/8/8位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/ /片）：片）：1200120020002000 时钟频率：时钟频率：0.50.50.8MHz0.8MHz 基本指令执行时间：基本指令执行时间：101015S15S 地址总线：地址总线：4/84/8条条CPUCPU举例举例40041. 第一代微型计算机（第一代微型计算机（19711973） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：8 8位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/ /片）：片

24、）：5000500090009000时钟频率：时钟频率：1 12.5MHz2.5MHz基本指令执行时间：基本指令执行时间：1 12S2S地址总线：地址总线：1616条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 8080Intel 8080、Intel 8085Intel 8085、M6800M6800、Z-80Z-8080802. 第二代微型计算机（第二代微型计算机（19741977） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：1616位位 芯片集成度（晶体管数目芯片集成度（晶体管数目/ /片）：片）：2

25、2万万77万万时钟频率：时钟频率：510MHz510MHz基本指令执行时间：基本指令执行时间：0.40.75S0.40.75S地址总线：地址总线：20/2420/24条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例：）举例：Intel 8086Intel 8086、Intel 8088Intel 8088 、Intel 80286Intel 80286、M68000M680003. 第三代微型计算机（第三代微型计算机（19781981） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字长：字长：32/6432/64位位 芯片集成度（晶体管数目

26、芯片集成度（晶体管数目/ /片）：片）：1010万以上万以上 时钟频率：时钟频率：25 25 150MHz150MHz 基本指令执行时间：基本指令执行时间：0.125S0.125S 地址总线：地址总线：24/3224/32条条微处理器（微处理器（CPUCPU）举例）举例Intel 80386Intel 80386、Intel 80486Intel 80486、奔腾系列等、奔腾系列等4. 第四代微型计算机（第四代微型计算机（20世纪世纪80年代初期至中期）年代初期至中期） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识笔记本电脑笔记本电脑：一种体积

27、更小、重量更轻的便携式微型机：一种体积更小、重量更轻的便携式微型机 单片计算机单片计算机：微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，也：微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，也称单片微型计算机，简称单片机。称单片微型计算机，简称单片机。 单片机的发展历史可分为三个阶段单片机的发展历史可分为三个阶段： 初级单片机阶段（初级单片机阶段（1976-19781976-1978） 高性能单片机阶段（高性能单片机阶段（19781978年以后）年以后） 1616位单片机推出阶段（位单片机推出阶段（19821982年以后）年以后） 其他微型计算机（其他微型计算机（20世纪世纪80年代中后期）年代中后期） 上一页上

28、一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识综合化、智能化综合化、智能化网络化、高速化、整体化、协同化网络化、高速化、整体化、协同化多样化、大众化多样化、大众化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化 商品化商品化集成化、集成化、 高效化高效化 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 1.1.3 1.1.3 计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势 P67P67第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。

29、按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。A）4 B）6 C）7 D）3分析：按计算机采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。分析：按计算机采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。结论：答案应选结论：答案应选 A） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结 计算机的定义计算机的定义 与计算机诞生有关的技术的发展与计算机诞生有关的技术的发展 现代计算机的发展现代计算机的发展 微型计算机的发展微型计算机的发展 计算机的特点计算机的特点 计算机的应用计算机的应用 上一页上一页 返返 回回下

30、一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识作作作作 业业业业P43 1P43 11 1冯诺依曼计算机的主要特征是什么？冯诺依曼计算机的主要特征是什么？补充：计算机和微型计算机分别是根据什么划代的？计补充：计算机和微型计算机分别是根据什么划代的？计算机和微型计算机这几代各是什么？算机和微型计算机这几代各是什么？ 返返 回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能掌握计算机系统的组成成分及各组成成分的功能 了解计算机的工作过程了解计算机的工作过程。 教学重点教学重点 计算机计算机硬件

31、组成硬件组成及及各部分功能各部分功能 1.2 1.2 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入现在，我们已经了解计算机的发展，那么现在，我们已经了解计算机的发展，那么计算机的内部有哪些部件组成？计算机的内部有哪些部件组成？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识概念 硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算硬件系统：指由电子部件和机电装置组成的计算机实体。机实体。 软件系统：指为计算机工作服务的全部技术资料软件系统：指为计算

32、机工作服务的全部技术资料和各种程序。和各种程序。功能 硬件的功能：接受计算机程序硬件的功能：接受计算机程序, ,并在程序的控制下并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。 软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发软件的功能：保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。关系二者缺一不可，没有软件的计算机称为二者缺一不可，没有软件的计算机称为“裸机裸机”裸裸机不能做任何工作。机不能做任何工作。硬件是组成计算机的物质基础硬件是组成计算机的物质基础, ,软件则是其灵魂软件则是其灵魂1.2.

33、1 1.2.1 计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成 P7P7 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识负负责责数数据据的的算算术术运运算算和和逻逻辑辑运运算算即即数数据据的的加加工处理工处理实实现现记记忆忆功功能能的的部部件件用用来来存存放放计计算算程程序序及及参参与与运运算算的的各各种数据。种数据。存储器存储器运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备实现计算实现计算程序和原始程序和原始数据的输入数据的输入负责对程序负责对程序规定的控制规定的控制信息进行分信息进行分析、控制并析、控制并协调输入、协调输入、输出操

34、作或输出操作或内存访问内存访问1.2.1 1.2.1 计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成计算机的基本组成 P7P7输出设备输出设备实现计算实现计算结果的输出结果的输出重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识结果结果数据数据中央处理器中央处理器取数取数存数存数外外 部部 设设 备备 接接 口口程序程序数据数据外设外设主主 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识冯冯诺依曼型计算机两大特征：诺依曼型计算机两大特征： 程序存储程序存储采用二进制采用二进制微型计算机

35、的组成框图微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图 P8P8重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识指令指令定义：定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小单位能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小单位组成：组成：操作码：操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能；计算机应该执行的某种操作的性质和功能；地址码：地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址程序程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。是由完成某一特定任务的一组指令所组

36、成。机器指令机器指令计算机执行某种操作的指令，它们全部由计算机执行某种操作的指令，它们全部由0 0和和1 1这样的二进制编码组成，其这样的二进制编码组成，其操作通过硬件逻辑电路实现。操作通过硬件逻辑电路实现。1.2.2 1.2.2 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 P9P9 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 输出设备输出设备执行执行结果结果程序程序数据数据先编写出完成这一算题的计算程序；先编写出完成这一算题的计算程序； 结束指令结束指令输入设备输入设备内存储器内存储器微处理器微处理器地址地址/ /指令指令/ /数据数据分析指令分析指令取指令取

37、指令执行指令执行指令结束结束其他指令其他指令计算机工作过程计算机工作过程CPU工作过程工作过程u程序和数据送入计算机内存；程序和数据送入计算机内存； u控制器从存储器中取指令；控制器从存储器中取指令； u控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；u 取取下下一一条条指指令令，分分析析执执行行，如如此此重重复复操操作作，直直至至执执行行完完程程序序中中 的全部指令，便可获得最终结果。的全部指令，便可获得最终结果。计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识计算机的自动计算过

38、程就是执行一段预先编制好的计算程计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程序的过程；序的过程；计算程序是指令的有序集合。计算程序是指令的有序集合。指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。令准备好指令地址。1.2.2 1.2.2 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 P11P11动画演示动画演示 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识

39、计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结 计算机系统的组成计算机系统的组成 计算机硬件及各部分的功能计算机硬件及各部分的功能 计算机的工作过程计算机的工作过程 作作作作 业业业业P 43 4P 43 4 返返 回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的学习计算机中学习计算机中数据信息的表示方式数据信息的表示方式和各种表示方式之间的和各种表示方式之间的内在联系、二进制的内在联系、二进制的定点与浮点表示定点与浮点表示及其及其原码反码补码表原码反码补码表示示、计算机中、计算机中非数值数据的编码非数值数据的编码，使大家对数值数据的表，使大家

40、对数值数据的表示方式有所了解。示方式有所了解。 教学重点教学重点不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换二进制数的原码、反码及补码表示二进制数的原码、反码及补码表示字符编码字符编码1.3 1.3 数制与编码数制与编码数制与编码数制与编码第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入计算机可以处理各种各样的数据，如文本、计算机可以处理各种各样的数据，如文本、图像、声音、动画等，那么这些信息在计算机图像、声音、动画等，那么这些信息在计算机内部是如何保存的？内部是如何保存的？ 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识按形表示按一定的编码方法来

41、表示数据按值表示要求在选定的进位制中正确地表示出数值，包括数字符号、小数点位置及正负符号等。表示数据信息的两种基本方法表示数据信息的两种基本方法12 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1. 特点特点 ：10个有序的数字符号：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9其中：“十”为进位基数(Base / Radix)，“逢十进一”的计数规则小数点符号：“.”2. 表示法表示法 ：并列表示法Positional Notation多项式表示法Polynomial Notation简称基数(R)。十十十十 进进进进 制制制制 数数数数 上一页上一

42、页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例：十进制数12345.6780910410310210110010-110-210-310-410-5 如上所示，处在不同位置的数字具有不同的如上所示，处在不同位置的数字具有不同的“权权”，并列计数法，也称并列计数法，也称位置表示法位置表示法。万千百十个位位位位位小数点十百千万十万分分分分分位位位位位并列表示法并列表示法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识多项式表示法多项式表示法将并列式按将并列式按“权权” 展开为按权展开式，称为展开为按权展开式，称

43、为多项式表示法多项式表示法。如下例：如下例：12345.67809 = 1104 + 2103 + 3102 + 4101 + 510 0 + 610-1 + 710-2 + 810-3 + 0 10-4 + 910 - 5 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识进位制数进位制数 所谓所谓“数制数制”，即各种进位计数制。，即各种进位计数制。 在在R R进制中，具有进制中，具有R R个数字符号，它们是个数字符号，它们是0 0，1 1，2 2，（，（R-1R-1） 在在R R进制中，由低位向高位是按进制中，由低位向高位是按“逢逢R R进一进一

44、“的规则进行计数。的规则进行计数。 R R进制的基数（进制的基数（basebase）是）是 R R，R R进制数的第进制数的第i i位的权位的权(weight)(weight)为为“R Ri i”，并约定整数最低位的位序号，并约定整数最低位的位序号i=0i=0（i=n,i=n,2 2，1 1，0 0，-1-1， -2 -2）。）。 小数点右移一位扩大倍，左移一位缩小为原来的小数点右移一位扩大倍，左移一位缩小为原来的1/1/倍。倍。 1.3.1 1.3.1 进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换 P12P12 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1

45、 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识不同数制表示 在在数数码码的的右右下下角角注注明明数数制制或或在数的后面加一个字母。在数的后面加一个字母。 B：二进制数：二进制数 Q：八进制数：八进制数 D：十进制数：十进制数 H：十六进制数：十六进制数不同数制特点进进位位计计数数制制方方式式: :每每种种数数制制使使用用数数码码个个数数R R称称为为基基数数，进进位位计计数数制制编编码码符符合合“逢逢R R进位进位”规则。规则。位位权权表表示示法法: :数数制制中中每每一一固固定定位位置置对对应应的的单单位位值值称称为为权权，处处于于不不同同位位置置数数码码代代表表的的值值与与它它所所在在

46、位位置置权权值有关。值有关。121.3.1 1.3.1 进位制数及其相互转换（续）进位制数及其相互转换（续）进位制数及其相互转换（续）进位制数及其相互转换（续） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制 十十 六六 进进 制制规规 则则基基 数数数数 码码 权权形式表示形式表示逢二进一逢二进一R=2 0,12iB逢八进一逢八进一 R=80,1,2,78iQ逢十进一逢十进一 R=100,1,2, ,910iD逢十六进一逢十六进一 R=160,1,9,A,B,C,D,E,F16iH计算机中常用进制

47、数的表示计算机中常用进制数的表示计算机中常用进制数的表示计算机中常用进制数的表示重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识使使用用按按权权相相加加法法，即即将将各各位位进进制制数数码码与与它它对对应应的的权权相相乘乘，其其积积相相加加，和和数数即即为为与与该该R R进进制制数数相相对对应应的的十十进制数。进制数。 整数的转换整数的转换: :采用除采用除R R取取余法。从最后一次除得余余法。从最后一次除得余数读起（即从高位到低位）数读起（即从高位到低位）。 小数部分的转换小数部分的转换: :采用采用乘乘R R取整法，将所得小数从取整法

48、，将所得小数从第一次乘得整数读起，就第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应是这个十进制小数所对应的的R R进制小数进制小数R进制数十进制数十进制数R进制数不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换 P13P13重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 分分析析：使使用用按按权权相相加加法法，即即将将各各位位进进制制数数码码与与它它对对应应的的权权相相乘乘，其其积积相相加加，和数即为与该和数即为与该R R进制数相对应的十进制数。进制数相对应的十进制数。(1100101.101)(1100101.1

49、01)2 2=1=12 26 6+1+12 25 5+0+02 24 4+0+02 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1 + 0 + 02 2-2 -2 + 1+ 12 2-3-3=64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125 =64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125 =（101.625101.625）1010即即 （1100101.1011100101.101）2 2= =（101.625101.625）1010例例1：求（：求（1100101.101）2 的等值十进制数。的等值十进制数。 上一页上一页 返返 回回下一页

50、下一页 33 解:先求（66）10等值二进制数 余数 2 66即（即（6666）1010= =（1000010) 1000010) 2 2再求小数部分 积的整数部分 0.6252=1.250 1 0.2502=0.500 0 0.5002=1.000 1 即(0.625)10=(0.101)2所以： (66.625）10=(1000010.101）2注注意意：十十进进制制小小数数不不一一定定都都能能转转换换成成完完全全等等值值的的二二进进制制小小数数，所所以以有有时要取近似值，有换算误差存在。时要取近似值，有换算误差存在。01684210100001例例2：求（：求（66.625）10等值二进

51、制数等值二进制数 分析：分析：将此数分成整数和小数两部分分别转换，然后再拼接起来将此数分成整数和小数两部分分别转换，然后再拼接起来。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识二进制、八二进制、八进制、十六进制、十六进制间转换进制间转换二进制数二进制数八进制数八进制数“三位并一位三位并一位” 以小数点为基准，整数部分从右至左，以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高位不足三位时，添每三位一组，最高位不足三位时，添0 0补补足三位；足三位； 小数部分从左至右，每三位一组最低小数部分从左至右，每三位一组最低有效位不足三位时，添有效位不足

52、三位时，添0 0补足三位。补足三位。 各组三位二进制数按各组三位二进制数按2 22 2，2 21 1，2 20 0权展开权展开后相加，后相加， 得到一个八进制数得到一个八进制数八进制数八进制数二进制数二进制数“一位拆三位一位拆三位” 把一位八进制写成对应的三位二进制，把一位八进制写成对应的三位二进制，然后按权连接即可然后按权连接即可二进制数二进制数十六进制数十六进制数“四位并一位四位并一位” 以小数点为基准，整数部分从右至左，以小数点为基准，整数部分从右至左，每四位一组，最高位不足四位时，添每四位一组，最高位不足四位时，添0 0补补足四位；足四位； 小数部分从左至右，每四位一组最低小数部分从左

53、至右，每四位一组最低有效位不足四位时，添有效位不足四位时，添0 0补足四位。补足四位。 各组四位二进制数按各组四位二进制数按2 23 3,2 22 2，2 21 1，2 20 0权权展开后相加，展开后相加， 得到一个十六进制数得到一个十六进制数十六进制数十六进制数二进制数二进制数“一位拆四位一位拆四位” 把一位十六进制写成对应的四位二进把一位十六进制写成对应的四位二进制，然后按权连接即可制，然后按权连接即可重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识解： 001 010 111 011 . 001 011 100 1 2 7 3 .

54、1 3 4 即： (1010111011.0010111)2=(1273.134)8例例3：将（：将（1010111011.0010111)2 转换转换 为八进制数为八进制数 分析：分析：按照按照“三位并一位三位并一位”的原则，对二进制数进行处理。的原则，对二进制数进行处理。 例例4：将（：将（2754.41)8转换成二进制数转换成二进制数 分析：分析：按照按照“一位拆三位一位拆三位”的原则，对八进制数进行处理。的原则，对八进制数进行处理。 解： 2 7 5 4 . 4 1 010 111 101 100 . 100 001 即：（2754.41)8=(10111101100.100001)2

55、 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识解： 001011010101011101002D5.74 即： （1011010101.011101)2=(2D5.74)16例例5：将（：将（1011010101.011101)2转换成十六进制数转换成十六进制数 分析：分析：按照按照“四位并一位四位并一位”的原则，对二进制数进行处理。的原则，对二进制数进行处理。 例例6：将（：将（5A0B.0C)16转换成二进制数转换成二进制数 分析：分析：按照按照“一位拆四位一位拆四位”的原则，对八进制数进行处理。的原则，对八进制数进行处理。 解： 5A0B

56、0C0101101000001011.00001100 即：（5A0B.0C)16=(101101000001011.000011)2 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识2. 2. 二进制数的定点表示二进制数的定点表示二进制数的定点表示二进制数的定点表示 P15P15概念指计算机中的指计算机中的小数点位置固定不变小数点位置固定不变的数的数的表示方式的表示方式。功能分类定点整数定点整数：小数点固定在数的最低位之后。：小数点固定在数的最低位之后。设字长为位，能表示的数值范围为：设字长为位，能表示的数值范围为： 00000000-01111

57、111 00000000-01111111 即即0-0-（7 7）定点小数定点小数：小数点固定在数的最高位之前。：小数点固定在数的最高位之前。设字长为位，能表示的范围为：设字长为位，能表示的范围为： 0.00000000.1111111 0.00000000.1111111 即即0-0-（1- 1- -7-7 ） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识浮点表示法浮点表示法: : 指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮动浮动” 的的数的表示方式：通过阶码和尾数表示：数的表示方式：通过阶码和尾

58、数表示： N=2N=2E E (S) (S) E E称为称为阶码阶码，它是一个二进制正整数，它是一个二进制正整数 ； E E前的前的为阶码的符号，称为为阶码的符号，称为阶符阶符（E Ef f）；）； S S称为称为尾数尾数，它是一个二进制正小数，它是一个二进制正小数 ； S S前的前的为尾数的符号，称为为尾数的符号，称为尾符尾符( (S Sf f) ) ； “”是阶码是阶码E E的的底数底数。 二进制数的浮点表示二进制数的浮点表示二进制数的浮点表示二进制数的浮点表示 P16P16 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例：例：10101.

59、10110101.101表示为：表示为：1.010110121.01011012100100 也可表示为：也可表示为：0.1010110120.101011012101101 规格化浮点数：规格化浮点数：小数点后第一位数不为小数点后第一位数不为0 0。 如上如上例例的的0.1010110120.101011012101101 即为规格化浮点数即为规格化浮点数小数点的位置可以浮动小数点的位置可以浮动N=2+E(+S)阶码阶码尾数尾数浮点数的表示浮点数的表示第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识阶码阶码尾数尾数阶符阶符尾尾符符例：二进制数例：二进制数101.1和和10.11的规格

60、化浮点表示形式为的规格化浮点表示形式为 (设字长为设字长为8位位) 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识真值真值一一 个个 数数 的的 正正 号号 用用”+ +”表表示示；负负号号用用”- -”表表示示，即即为为该该数数的的真真值值。例例如如：十十进进制制数数+13.5+13.5二二进进制制的的真真值值为为+1101.1;+1101.1;十十进进制制数数-13.5-13.5二二进进制的真值为制的真值为-1101.1-1101.1机器数机器数以以0 0表表示示正正数数的的符符号号，以以1 1表表示示负负数数的的符符号号，并并且且每每一一位

61、位的的数数值值也也用用0 0和和1 1表表示示之之后后，这这样样的的数数叫叫机机器器数数，有有时时也叫做机器码也叫做机器码符号化符号化好处好处可可以以方方便便的的存存储储；在在做做乘乘法法或或除除法法时时，把把数数的的符符号号位位按按位位相相加加后后，就就得得到到结结果果的的符符号号位位。其其规规则则是是正正数数乘乘正正数数，符符号号按按位位相相加加得得0 0；正正数数乘乘负负数数，符符号号按按位位相相加加得得 1 1；负负数数乘乘负负数数，符符号号按按位相加得位相加得0 0。3. 3. 二进制的原码、反码及补码表示二进制的原码、反码及补码表示二进制的原码、反码及补码表示二进制的原码、反码及补

62、码表示 P17P17数符（数符（+/-+/-）+ +尾数（数值的绝对值尾数（数值的绝对值）符号（符号（+/-+/-）数码化；）数码化； 最高位：最高位：“0 0”表示表示“+ +”，“1 1”表示表示“- -机器数的分类机器数的分类原码、反码、补码原码、反码、补码 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 原码是一种机器数。数的原码表示是在机器中用符号位的原码是一种机器数。数的原码表示是在机器中用符号位的0 0和和1 1表示数的正号和负号，而其余位表示数的本身。表示数的正号和负号，而其余位表示数的本身。 对于正数，对于正数，X=X=+ +X

63、 Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0，则原码为：则原码为： X X原原= =0 0X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0 对于负数，对于负数，X=X=- -X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0，则原码为：则原码为： X X原原= =1 1X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0 原码表示法的特点原码表示法的特点: :优点优点: :简单易懂，与真值的转换方便。简单易懂，与真值的转换方便。 缺点缺点: :异号相加时机器首先应判断数的符号，然后比较两数的绝对值，增异号相加时机器首先应判断数的符号，然后比较两数的绝对值，增加了机器的复杂程度。加了机器的复杂程度。

64、 符号位+尾数部分（真值）原码表示法原码表示法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识表示方法表示方法对于正数其反码与原码相同；对于对于正数其反码与原码相同；对于X=X=+ +X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0，则反码为：则反码为：X X反反= =0 0X Xn-2n-2X Xn-n-3 3X X0 0对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即对于负的二进制数，符号位不变，数值各位取反，即 0 0变为，变为，l l变为变为0 0。对于。对于X=X=- -X Xn-2n-2X Xn-3n-3X X0 0，则反码为则反码为X

65、 X反反= =1 1特点特点: :在计算机中容易实现，如触发器，一边表示原码，另一边表示反码。在计算机中容易实现，如触发器，一边表示原码，另一边表示反码。 正数：尾数部分与真值形式相同；正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反负数：尾数为真值数值部分按位取反反码表示法反码表示法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识（+4+4）称为（）称为（8 8）对）对1212的补码，的补码， 数学公式表示为：数学公式表示为： 8+48+4（mod 12) mod 12) 什么是补码？什么是补码？ 上一页上一页 返返 回回下一页下

66、一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识表示方法表示方法对于正数其补码与原码相同；对于X=+Xn-2Xn-3X0，则补码为： X补=0Xn-2Xn-3 X0对于负数,除了符号位之外数值各位取反，末尾位加1。对于X=Xn-2Xn-3X0，则补码为：X补=1+1特点特点: :负数用补码表示时，可把减法转化成加法负数用补码表示时，可把减法转化成加法，可以用加法器实现减法，简便、经济 正数：尾数部分与真值形式相同；正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反加负数：尾数为真值数值部分按位取反加1补补 码码 表表 示示 法法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页

67、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识X = + 90 (十进制十进制真值真值) = + 1011010 (二进制真值二进制真值)设字长为设字长为8位位X原原 = 0 1011010X反反 = 0 1011010X补补 = 0 1011010正数正数的符号位为的符号位为0 0 ，其，其原码、反码和补码的形原码、反码和补码的形式是完全一致的式是完全一致的。X = - 90 (十进制十进制真值真值) = - 1011010 (二进制真值二进制真值)设字长为设字长为8位位X原原 = 1 1011010X反反 = 1 0100101X补补 = 1 0100110负数的符号位为负数的符

68、号位为1 1，原码数，原码数值部分是该数绝对值的二进值部分是该数绝对值的二进制表示，制表示，反码数值部分是原反码数值部分是原码各位变反码各位变反，补码的数值部，补码的数值部分是分是在反码的基础上加在反码的基础上加1 1。(1)(1)定点整数机器码定点整数机器码第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识X = + 0.8125(十进制十进制真值真值) = 2-1 + 2-2 + 2-4 = 0.1101 (二进制真值二进制真值)设字长为设字长为8位位X原原 = 0 1101000X反反 = 0 1101000X补补 = 0 1101000正数，其原码、反码和正数，其原码、反码和补码

69、的形式是完全一致补码的形式是完全一致的。的。(2)(2)定点小数机器码定点小数机器码X = - 0.8125(十进制十进制真值真值) = - （2-1+ 2-2 + 2-4 ） = - 0.1101 (二进制真值二进制真值)设字长为设字长为8位位X原原 = 1 1101000X反反 = 1 0010111X补补 = 1 0011000负数的符号位为负数的符号位为1，原码数值，原码数值部分是该数绝对值的二进制部分是该数绝对值的二进制表示、反码数值部分是原码表示、反码数值部分是原码各位变反，补码的数值部分各位变反，补码的数值部分是在反码的基础上加是在反码的基础上加1。第第1 1章章 计算机系统的基

70、础知识计算机系统的基础知识浮点数机器码浮点数机器码例：例：设字长为设字长为3232位，其中，位，其中，阶为阶为8 8位补码位补码，尾数为尾数为2424位位原码原码，求二进制数，求二进制数0.0001010111010.000101011101的浮点规格化数表的浮点规格化数表示形式示形式解：解：0.0000.000101011101 = 0.101011101 101011101 = 0.101011101 10 10 -11-11 则则0.0000.000101011.101101011.101的浮点表示形式如下：的浮点表示形式如下： 1 11111101 1111101 0 01010111

71、010000000000000010101110100000000000000第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识符号、S0、1数值位不变原码、反码和补码间关系原码、反码和补码间关系原码、反码和补码间关系原码、反码和补码间关系x真值x原x反x补S不变，数值位不变(S=0)变反(S=1)S不变，数值位不变(S=0)变反后加1(S=1)注：注：S S表示符号位表示符号位记住规律记住规律 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例7 7：已知计算机字长为：已知计算机字长为8 8位，试写出二进制位，试写出二进制10101010

72、1010和和101010101010的机器中表示的原码、反码和补码。的机器中表示的原码、反码和补码。解：设该机器采用定点整数表示,则其真值形式为: X=+0101010 Y=-0101010原=反=补=00101010Y原=10101010Y反=11010101Y补=11010110原码、反码、补码应用举例原码、反码、补码应用举例 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例8 8：已知：已知XX补补101101101101，求真值，求真值X X解：先由解：先由X X补补求出求出X X反反，则得，则得: : X X反反= = X X补补1

73、11 101101011011 11 10110001100 X X反反的符号位为的符号位为1 1，故其所对应的真值为负，故其所对应的真值为负， 且数值为且数值为X X反反的各位取反，即：的各位取反，即： X X反反 1 10110001100 X X - -1001110011原码、反码、补码应用举例原码、反码、补码应用举例 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识位（位（Bit）：度量数据的最小单位字节（字节（Byte）：最常用的基本单位K（kilobyte）字节 1KB=210B=1024ByteM（megabyte）字节1MB=22

74、0B=1024KBG（gigabyte）字节 1GB=230B=1024MBT（terabyte）字节1TB=240B=1024GBb7b6b5b4b3b2b1b01001010110010101=27+24+22+20=149信息的存储单位信息的存储单位信息的存储单位信息的存储单位 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 什么是编码？什么是编码？ 所谓编码（所谓编码（codecode）, ,是指按一定规则组合而成二进制数码序是指按一定规则组合而成二进制数码序列来表示数字字符或其他符号。列来表示数字字符或其他符号。 计算机中常用的编码有计

75、算机中常用的编码有十进制编码十进制编码(BCD(BCD码）、可靠性编码码）、可靠性编码（校验码）、字符编码、操作编码及（校验码）、字符编码、操作编码及汉字编码汉字编码等。等。4. 4.数据的编码表示数据的编码表示数据的编码表示数据的编码表示 P18P18 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 用四位二进制代码对一位十进制数进行编码，它既具有用四位二进制代码对一位十进制数进行编码，它既具有二进制码的形式二进制码的形式( (四位二进制码四位二进制码) )，又有十进制数的特点，又有十进制数的特点( (每每四位二进制码是一位十进制数四位二进制码

76、是一位十进制数) )。 例例1:1:（931931）1010= =（？）（？）BCDBCD 解解: : （ 9 9 3 3 1 1) )10 10 = =( (10011001 00110011 00010001) )BCD BCD BCDBCD码（二码（二码（二码（二十进制码）十进制码）十进制码）十进制码）P18P18 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识十进制十进制BCD码码十进制十进制BCD码码00000501011000160110200107011130011810004010091001十进制数与十进制数与十进制数与十进制数

77、与BCDBCD码的对照表码的对照表码的对照表码的对照表 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识目的：目的：解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误，提解决代码在形成或传输过程中可能会发生的错误，提高系统的安全性高系统的安全性方法：方法： 使代码自身具有一种特征或能力使代码自身具有一种特征或能力 增加信息位之间的运算，如异或运算增加信息位之间的运算，如异或运算 增加校验位增加校验位 作用：作用： 不易出错不易出错 若出错时易发现错误若出错时易发现错误 出错时易查错且易纠错出错时易查错且易纠错 分类分类: : 格雷码、奇偶校验码和海明码等。

78、格雷码、奇偶校验码和海明码等。可靠性编码（校验码）可靠性编码（校验码）可靠性编码（校验码）可靠性编码（校验码） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识格雷码格雷码任任何何两两个个相相邻邻的的代代码码只只有有1 1个个二二进进制制位位的的状状态态不不同同其其余余的的二二进进制制位位必必须须相相同同。这这种种编编码码的的好好处处是是从从一一个个编编码码变变到下一个相邻的编码的时候，只有一位的状态发生变化到下一个相邻的编码的时候，只有一位的状态发生变化海明码海明码一种既能检测出错位并能校正出错位的可靠性代码一种既能检测出错位并能校正出错位的可靠

79、性代码奇偶奇偶校验码校验码它它由由若若干干信信息息位位加加一一个个校校验验位位所所组组成成，其其中中校校验验位位的的取取值值将将使使整整个个代代码码中中“1 1”的的个个数数为为奇奇数数或或偶偶数数。若若“1 1”的的个个数为奇数，则称奇校验码；否则称偶校验码数为奇数，则称奇校验码；否则称偶校验码可靠性编码分类可靠性编码分类可靠性编码分类可靠性编码分类 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识奇偶校验码示例奇偶校验码示例奇偶校验码示例奇偶校验码示例 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知

80、识对文字和符号进行编码的二进制代码称为字符代码对文字和符号进行编码的二进制代码称为字符代码 计算机中常用的字符编码有：计算机中常用的字符编码有： ASCIIASCII编码：编码：用一个字节表示，最高位置用一个字节表示，最高位置0 0，只用低七位，只用低七位，收集了收集了128128个字符和符号。当个字符和符号。当ASCIIASCII码的最高位取码的最高位取1 1时，又可时，又可表示表示128128个字符，这种编码称为扩展个字符，这种编码称为扩展ASCIIASCII码，主要是一些码，主要是一些制表符。制表符。 EBCDICEBCDIC码：码：主要用在大型机器中，采用主要用在大型机器中，采用8 8

81、位二进制编码，位二进制编码，有有256256个编码状态，但只选用其中一部分个编码状态，但只选用其中一部分 1.3.2 1.3.2 字字字字 符符符符 的表示的表示的表示的表示 P19P19 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识ASCII ASCII 码码码码 表表表表 P1920P1920 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互问题1：Grid的ASCII码分别是多少？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 问题2：负九点五用二进制码(按值表示)是多少？ 用ASCII码(按

82、形表示)是多少?第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识字形码字形码 汉字信息的输入（汉字信息的输入（汉字输入码汉字输入码） 汉汉字字信信息息的的加加工工（把把汉汉字字输输入入码码转转换换成成汉字内码汉字内码才可加工处理）才可加工处理） 汉汉字字的的输输出出（只只有有汉汉字字的的字字形形码码才才能能在屏幕上显示和打印机输出）。在屏幕上显示和打印机输出）。 2 2中文字符中文字符中文字符中文字符 P20P20第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识汉字的汉字的输入码输入码(外码外码)数数字字编编码码：如如电电报报码码或或国国家家标标准准GB2312-80GB231

83、2-80规规定定的的汉汉字字交交换换码码（国国标标、区区位位码码）来来输输入入汉汉字字都都是是数数字字编编码码。数数字字编编码码法法不不会会产产生生重重码码，但但难难以以记忆，不易推广记忆，不易推广字字音音编编码码：一一种种基基于于汉汉语语拼拼音音的的编编码码方方法法。由由于于同同音音字字很很多多，因因此此这这种编码方法会产生很多重码种编码方法会产生很多重码字字形形编编码码：根根据据汉汉字字的的字字形形而而给给出出 编编码码方方法法。把把汉汉字字分分解解为为字字根根、部部首首、偏偏旁旁、笔笔划划等等基基本本单单位位，每每一一种种基基本本单单位位与与键键盘盘上上的的一一个个键键相相对对应应，从从

84、而而构构成成一一个个汉汉字字的的编编码码。这这种种输输入入法法不不易易记记忆忆，但但具具有有重重码码少少，输入速度快等优点。输入速度快等优点。形形音音编编码码：形形音音编编码码法法吸吸取取字字音音编编码码和和字字形形编编码码两两种种编编码码的的特特点点，使使编码规则简单，重码少。编码规则简单，重码少。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识国国标标码码：是是国国家家规规定定的的用用于于汉汉字字信信息息处处理理使使用用的的代代码码的的依依据据。国国标标码码是是双双字字节节代代码码，国国标标码码中中的的每每个个字字符符用用两两个个字字节节进进

85、行行编编码，每个字节的低码，每个字节的低7 7位表示信息，最高位为位表示信息，最高位为0 0。 汉汉字字机机内内码码：是是供供计计算算机机系系统统内内部部进进行行存存储储、加加工工处处理理传传输输统统一一使使用用的的代代码码。目目前前使使用用最最广广泛泛的的是是变变形形的的国国标标码码 将将GB2312GB231280 80 交换码的两个字节的最高位分别置为交换码的两个字节的最高位分别置为1 1而得到的。而得到的。汉字的机内码汉字的机内码汉字的机内码汉字的机内码 P20P20 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 交换码交换码：用于汉字

86、外码和内部码的交换。：用于汉字外码和内部码的交换。 汉字字形码汉字字形码：是指汉字字形点阵的代码，：是指汉字字形点阵的代码， 用于汉字的显示用于汉字的显示和打印。目前汉字字形的产生方式大多是数字式，即以点阵方和打印。目前汉字字形的产生方式大多是数字式，即以点阵方式形成汉字。式形成汉字。 汉字字库汉字字库：是汉字字形数字化后，：是汉字字形数字化后， 以二进制文件形式存储以二进制文件形式存储在存储器中而形成的汉字字模库。在存储器中而形成的汉字字模库。 软汉字字库：软汉字字库：汉字字库文件存储在软盘或硬盘中。汉字字库文件存储在软盘或硬盘中。 硬汉字字库：硬汉字字库：亦称亦称汉卡汉卡，汉字字库存储在汉

87、卡中，将汉卡安装，汉字字库存储在汉卡中，将汉卡安装在机器的扩展槽中。在机器的扩展槽中。汉汉汉汉 字字字字 编编编编 码码码码 P20P20 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识123456789012345600000001100000001000000011000000020000000110000000311000001100000114111111111111111151100000110000011611000001100000117110000011000001181111111111111111911000001100000

88、110000000011000000010000000110000000200000001100000003000000011000000040000000110000000500000001100000006汉汉汉汉 字字字字 字字字字 形形形形 码码码码 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互问题：存储3232点阵的一个汉字的字形码需要多少存储空间？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识声音是一种连续的随时间变化的波，即声音是一种连续的随时间变化的波，即声波声波。用连续

89、波形。用连续波形表示声音的信息，称为表示声音的信息，称为模拟信息模拟信息。声音在计算机内表示时需要把声波数字化，又称声音在计算机内表示时需要把声波数字化，又称量化量化。在每一固定的时间间隔里对声波进行采样，采得的波形称为样本，在每一固定的时间间隔里对声波进行采样，采得的波形称为样本，再把样本（振幅的高度）量化成二进制代码存储在机内。这个过程再把样本（振幅的高度）量化成二进制代码存储在机内。这个过程称为声音的离散化或数字化，也称称为声音的离散化或数字化，也称模模/数转换数转换。反之，将声音输出时，要进行逆向转换，即反之，将声音输出时，要进行逆向转换，即数数/模转换模转换。常用的声音文件扩展名为常

90、用的声音文件扩展名为.wav.wav，.au.au，.voc.voc和和.mp3.mp31.3.3 1.3.3 声音信息的表示声音信息的表示声音信息的表示声音信息的表示 P21P21 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识颜色表示法颜色表示法: :在计算机中，用在计算机中，用RGBRGB值值来表示颜色。来表示颜色。数字化图像和图形数字化图像和图形位图图像位图图像：计算机：计算机通过指定每个独立的点（或像素）在屏幕上的位置来存通过指定每个独立的点（或像素）在屏幕上的位置来存储位图图像储位图图像。位图图像文件的扩展名为。位图图像文件的扩展名为

91、.bmp，.pcx，.tif，.jpg和和.gif。矢量图形矢量图形：由一串可重构图形指令构成由一串可重构图形指令构成。矢量图形文件的扩展名为。矢量图形文件的扩展名为.wmf，.dxf，.mgx和和.cgm。矢量图形与位图图像相比，有以下优点：矢量图形与位图图像相比，有以下优点：矢量图形占用的存储空间小矢量图形占用的存储空间小。矢量图形的存储依赖于图形的复杂性，。矢量图形的存储依赖于图形的复杂性，图形中的线条、图形、填充模式越多，所需要的存储空间越大。图形中的线条、图形、填充模式越多，所需要的存储空间越大。使用矢量图形软件，可以方便地修改图形使用矢量图形软件，可以方便地修改图形。可以把矢量图形

92、的一部分。可以把矢量图形的一部分当作一个独立的对象，单独地加以拉伸、缩小、移动和删除。当作一个独立的对象，单独地加以拉伸、缩小、移动和删除。1.3.4 1.3.4 图像和图形信息的表示图像和图形信息的表示图像和图形信息的表示图像和图形信息的表示 P21P21 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识动画动画：其每一幅画面都是通过一些工具软件对图像素材进：其每一幅画面都是通过一些工具软件对图像素材进行编辑制作而成。它是用人工合成的方法行编辑制作而成。它是用人工合成的方法对真实世界的一对真实世界的一种模拟种模拟。视频视频：对视频信号源（如电视机

93、、摄像机等）经过采样和：对视频信号源（如电视机、摄像机等）经过采样和数字化处理后保存下来的信息。视频影像是数字化处理后保存下来的信息。视频影像是对真实世界的对真实世界的记录记录。视频文件的扩展名为视频文件的扩展名为.avi，.mpg。1.3.5 1.3.5 视频信息的表示视频信息的表示视频信息的表示视频信息的表示 P22P22 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结进位制数及其相互转换进位制数及其相互转换二进制数的定点和浮点表示二进制数的定点和浮点表示 二进制数的原码、反码及补码表示二进制数的原码、反码及补

94、码表示字符编码（字符编码（ASCIIASCII、BCDBCD）和校验码（奇偶校验码）和校验码（奇偶校验码） 汉字的编码（国标码、机内码输入码、字形码）汉字的编码（国标码、机内码输入码、字形码） 作作作作 业业业业P43P4344 744 7、8 8、1111、1212、1313 返返 回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 本讲主要介绍本讲主要介绍二进制与十进制的算术运算二进制与十进制的算术运算以及以及二进制的逻辑运算二进制的逻辑运算的基本知识，通过本讲的学习使大家对计算机中的基本运算的基本知识，通过本讲的学习使大家对计算机中的基本运算方法

95、有所了解方法有所了解。教学重点教学重点二进制二进制补码运算补码运算二进制的二进制的逻辑运算逻辑运算1.4 1.4 运算基础运算基础运算基础运算基础第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入教学引入 1+1=2 1+1=2 1+1=10 1+1=10 1+1=1 1+1=1? 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识计算机中的基本运算计算机中的基本运算 算术运算：算术运算：包括加、减、乘、除等四则运算包括加、减、乘、除等四则运算 逻辑运算：逻辑运算：包括逻辑包括逻辑乘乘、逻辑、逻辑加加、逻辑、逻辑非非及逻辑及逻辑异或异或等运算等运算运

96、算规则：运算规则： 、加法规则：加法规则：0 + 0 = 0 0 + 1= 1+ 0 =1 0 + 0 = 0 0 + 1= 1+ 0 =1 1 + 1= 01 + 1= 0 减法规则：减法规则：0 00 = 0 10 = 0 10 =1 10 =1 11=0 1=0 0 01= 11= 1 乘法规则：乘法规则：0 00 = 0 00 = 0 01=11=10 = 0 10 = 0 11= 11= 1 除法规则：除法规则：0 01= 0 11= 0 11= 1 ( 01= 1 ( 0不能作除数不能作除数 ) )1.4.1 1.4.1 二进制的四则运算二进制的四则运算二进制的四则运算二进制的四则

97、运算 P23P23 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例9. 9. （10101010）2 2+ +（01010101）2 2= =（？）（？）2 2 1 0 1 01 0 1 0 + + 0 1 0 10 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10+ 515二进制数的加法运算二进制数的加法运算二进制数的加法运算二进制数的加法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例10. 10. （11101110）2 2 （10011001）2 2= =（？）（？）2 2 1

98、1 1 01 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1495二进制数的减法运算二进制数的减法运算二进制数的减法运算二进制数的减法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例11. 11. （11001100）2 2（10011001）2 2= =（？）（？）2 2被乘数1100)乘数10011100000000001100乘积110110012 9108二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知

99、识计算机系统的基础知识例例12. 12. （10010111001011）2 2（101101）2 2= =（？）（？）2 2101）100101110110001011111011011010005)751 11 115252505二进制数的除法运算二进制数的除法运算二进制数的除法运算二进制数的除法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识二进制乘法可以由二进制乘法可以由“加法加法”和和“移位移位”两种操作实两种操作实现。除法可以由现。除法可以由“减法减法”和和“移位移位”两种操作实现两种操作实现因此，运算器中只需进行加减法及左右移位

100、操作便因此，运算器中只需进行加减法及左右移位操作便可实现四则运算。可实现四则运算。 计算机中，计算机中，加减法通常都用补码进行加减法通常都用补码进行。数的乘除法运算的特点数的乘除法运算的特点数的乘除法运算的特点数的乘除法运算的特点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识分析：分析：运算公式运算公式 x x补补+ +y y补补 = =x+yx+y补补 例例13 设设x=+x=+0 01 11 10 01 11 10 0， y=y=1 11 11 11 10 00 01 1 求：求：x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码

101、形式：x补=0,0110110y补=1,0000111有：0，0110110x补+1，0000111y补1，0111101x补y补即x+y补x补y补1，0111101求得x+y=1000011结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 P24 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例14 14 设设x=+x=+1 10 01 10 00 01 11 1， y=+y=+0 01 10 00 01 10 01 1求求x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=0,1010011y补=0,0100101有

102、：0，1010011x补+0，0100101y补0，1111000x补y补即x+y补x补y补0,1111000求得x+y=+1111000结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例15 15 设设x=x=- -1 10 00 00 00 01 11 1， y=y=- -0 01 10 00 00 00 01 1求求x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=1,0111101y补=1,1011111有：1,0111101x补+1,1011111y补11,00

103、11100x补y补丢失即x+y补x补y补1,0011100求得x+y=-1100100结果正确例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例例16 16 设设x=+x=+1 10 00 00 01 10 01 1， y=+y=+1 11 10 00 01 11 11 1 求：求：x+yx+y=?=?解：在计算机中，真值x，y表示为下列补码形式：x补=0,1000101y补=0,1100111有：0,1000101x补+0,1100111y补1,0101100x补y补即x+y补x补y补1,010110

104、0求得x+y=1010100结果错误 思考：如何处理溢出现象？例：二进制补码加法运算例：二进制补码加法运算 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识例17设x=+1010101，y=+1100001求：x-y=?解：x补=0,1010101-y=-1100001-y补=1,0011111有： 0，1010101x补+1，0011111-y补1，1110100x补-y补即x-y补x补-y补1,1110100求得x-y=0001100x xy y补补= =x+x+（y y）补补= =x x补补y y补补例：二进制补码减法运算例：二进制补码减法运

105、算 P25运算器只运算器只有加法器？有加法器？ 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识180001100010014901001001110101101001179011110011000001101011091316思考：如何处理十进制运算后的结果？1.4.3 1.4.3 十进制运算十进制运算十进制运算十进制运算 P2526P2526 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 BCDBCD码的运算码的运算 四位二进制加法是逢四位二进制加法是逢1616进一，而进一，而BCDBCD码则是

106、逢码则是逢1010进一，因此进一，因此实现实现BCDBCD码的加法时要进行必要的修正。码的加法时要进行必要的修正。 BCD BCD码的加法修正规则：设码的加法修正规则：设A A，B B为两个一位为两个一位BCDBCD码，其纯二码，其纯二进制加法之和为进制加法之和为S S，则，则S S可能出现下列三种情况可能出现下列三种情况: :0 S 90 S 9，即（，即（00000000）2 2 S S （10011001）2 2 : :不需修正。不需修正。10S1510S15，即，即(1010)(1010)2 2S(1111)S(1111)2 2 ：要进行加：要进行加6 6修正，并在修正，并在修正过程中

107、向高位产生进位。修正过程中向高位产生进位。16S19,16S19,即即(10000)(10000)2 2S(10011)S(10011)2 2：向高位的进位会自己：向高位的进位会自己产生，不过还要对本位进行加产生，不过还要对本位进行加 6 6修正。修正。1.4.3 1.4.3 十进制运算（续）十进制运算（续）十进制运算（续）十进制运算（续） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识数字电路的特点及描述工具数字电路的特点及描述工具 数字电路是一种开关电路数字电路是一种开关电路 输入、输出量是高、低电平，可以用二元常量（输入、输出量是高、低电平

108、，可以用二元常量（0 0，l l）来表示）来表示 输入量和输出量之间的关系是一种逻辑上的因果关系输入量和输出量之间的关系是一种逻辑上的因果关系 仿效普通函数的概念，数字电路可以用逻辑函数的数学工具来描述仿效普通函数的概念，数字电路可以用逻辑函数的数学工具来描述逻辑变量逻辑变量 逻辑代数是一种双值代数，其变量只有、两种取值逻辑代数是一种双值代数，其变量只有、两种取值 逻辑代数的变量简称逻辑变量，可用字母、等表示逻辑代数的变量简称逻辑变量，可用字母、等表示 逻辑变量只有三种最基本的运算，即逻辑加、逻辑乘及逻辑非逻辑变量只有三种最基本的运算，即逻辑加、逻辑乘及逻辑非1.4.4 1.4.4 逻辑运算逻

109、辑运算逻辑运算逻辑运算 P2728P2728 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识定义定义逻逻辑辑代代数数中中的的函函数数（简简称称逻逻辑辑函函数数）也也是是一一种种变变量量，只只是是这这种种变变量量随随其其它它变变量量的的变变化化而而改改变变，可可表表示示为为F=fF=f（A1A1，A2A2， AiAi，AnAn）方法序方法序卡诺图卡诺图：是由很多：是由很多小方格组成的矩阵，小方格组成的矩阵，每个小方格对应一每个小方格对应一个可能的变量组合，个可能的变量组合，并且用这个变量组并且用这个变量组合作为方格的标号。合作为方格的标号。方法方法

110、逻辑表达式逻辑表达式：是用公：是用公式表示函数与变量关式表示函数与变量关系的一种方法。系的一种方法。真值表真值表：采用一种表：采用一种表格来表示逻辑函数的格来表示逻辑函数的运算关系，其中输入运算关系，其中输入部分列出输入逻辑变部分列出输入逻辑变量的所有可能组合，量的所有可能组合，输出部分给出相应的输出部分给出相应的输出逻辑变量值。输出逻辑变量值。逻逻逻逻 辑辑辑辑 函函函函 数数数数 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 定义：定义：实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算 算术运算的主要区别：算术运算的主要

111、区别： 逻辑运算的操作数和结果都是单个数位的操作逻辑运算的操作数和结果都是单个数位的操作 位与位之间没有进位和借位的联系位与位之间没有进位和借位的联系 分类：分类： 逻辑加法（又称逻辑逻辑加法（又称逻辑“或或”运算）运算） 逻辑乘法（又称逻辑逻辑乘法（又称逻辑“与与”运算）运算） 逻辑否定（又称逻辑逻辑否定（又称逻辑“非非”运算）运算）1.4.4 1.4.4 逻逻逻逻 辑辑辑辑 运运运运 算（续）算（续）算（续）算（续）重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 “或或”（OROR）运算的规则如下：）运算的规则如下： 运算符号运算符号: : “”、“”、“”只有决定某一事件条件只有决定某一

112、事件条件中有中有一个或一个以上一个或一个以上成成立，这一事件才能发生立，这一事件才能发生功能定义功能定义 ：由两个变量：由两个变量A A和和B B所组成的函数有如下关系：所组成的函数有如下关系：F F（A A，B B）A B A B 01当当 A = B = 0 时时当当 A l 或或 B l 时时 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1动动画画演演示示1. 逻辑逻辑“或或”运算（逻辑加）运算（逻辑加） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 C1ABFFABC“与与”（OROR）运算的规则如下：）运算的规则如下： 0 0 运算符号运算符号

113、: : “ ”、 “”、“”、 “”只有决定某一事件的只有决定某一事件的所有条所有条件件全部具备，这一事件才能全部具备，这一事件才能发生发生功能定义功能定义 ：由两个变量：由两个变量A A和和B B所组成的函数有如下关系：所组成的函数有如下关系：F F（A A，B B）A B A B 10当当 A = B = 1 时时当当 A 0 或或 B 0 时时动动画画演演示示2. 逻辑逻辑“与与”运算（逻辑乘）运算（逻辑乘） 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 &ABCFABCF“与与”（OROR）运算的规

114、则如下：）运算的规则如下： 1 运算符号运算符号: : 当决定某一事件的当决定某一事件的条件满足条件满足时，事件不发生时，事件不发生；反之事件；反之事件发生发生功能定义功能定义 ：由变量：由变量A A组成的函数有如下关系：组成的函数有如下关系： F F（A A） 10当当 A = 0 时时当当 A 1 时时3. 逻辑逻辑“非非”运算运算1100101000110101 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 1AFAF“异或异或”（EOREOR）运算的规则如下：）运算的规则如下： 000 0 1 1 11 0 0 运算符号运算符号: : 功能定义功能定义 ：由变量：由变量A A、B B组成的函数

115、有如下关系：组成的函数有如下关系：F F（A A，B B）A B 10（当（当 A B时）时）（当（当 A B 时）时）4. 逻辑逻辑“异或异或”运算运算 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 FABABF第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结二进制数补码加法运算二进制数补码加法运算用用BCDBCD码表示的十进制数的加法运算码表示的十进制数的加法运算二进制的逻辑运算二进制的逻辑运算作作作作 业业业业P44 14P44 14、1818、1919 返返

116、回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 教学目的教学目的 本本讲讲主主要要介介绍绍分分析析和和设设计计逻逻辑辑电电路路所所用用的的数数学学工工具具逻逻辑辑代代数数的的基本知识，并简要介绍计算机中常用的几种逻辑电路基本知识，并简要介绍计算机中常用的几种逻辑电路 教学重点与难点教学重点与难点逻辑代数中的常用公式逻辑代数中的常用公式 逻辑代数的简单应用逻辑代数的简单应用 1.5 1.5 逻辑代数与逻辑电路逻辑代数与逻辑电路逻辑代数与逻辑电路逻辑代数与逻辑电路第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入计算机内部处理的是计算机内部处理的是0 0、

117、1 1信息，具体到计信息，具体到计算机内部的硬件如何处理这些信息？算机内部的硬件如何处理这些信息？ 返返 回回下一页下一页 A+0=AA0=0A+1=1A1=AA+A=AAA=AA+A=1AA=0A=AAB=BAAB=BAA(BC)=(AB)CA(BC)=(AB)CABC=(AB)(AC)A(BC)=ABAC0 - 1律律重叠律重叠律互补律互补律对合律对合律交换律交换律结合律结合律分配律分配律 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 逻辑代数的常用公式逻辑代数的常用公式逻辑代数的常用公式逻辑代数的常用公式重点重点A B C（A+B) (A+C) B C A+BCA+B A+C0 0 0 0 0

118、1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 10001000100011111001111110101111100011111由此证明由此证明A+BC = (A+B)(A+C)成立。成立。例：证明分配律例：证明分配律 A AB B C = (A C = (AB) B) (A (AC) C) 成立成立证明方法证明方法利用真值表利用真值表利用真值表利用真值表 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 右边=A+1B（01律）=A+（A+)B（互补律）=A+AB+B（分配律）=A+B（吸收律）=左边证明成立例：证明A+B=A+B，可以用公理来证明。吸收律A+B=A+BA(+B

119、)=ABA+AB=AA(A+B)=A利用基本定律利用基本定律利用基本定律利用基本定律证明方法 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 等式右边由此可以看出：与或表达式中，两个乘积项分别包含同一因子的原变量和反变量，而两项的剩余因子包含在第三个乘积项中，则第三项是多余的公式可推广：例：证明包含律成立利用基本定律利用基本定律利用基本定律利用基本定律BCAABCCAAB+= 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1逻辑电路所用逻辑电路所用门的数量少门的数量少每个门的输入每个门的输入端个数少端个数少降降 低低 成成 本本逻逻逻逻 辑辑辑辑 函函函函

120、 数数数数 的的的的 简简简简 化化化化2逻辑电路构成逻辑电路构成级数少级数少逻辑电路保证逻辑电路保证能可靠地工作能可靠地工作提高电路工作提高电路工作速度和可靠性速度和可靠性 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 例如：对F=进行化简例：逻辑函数的简化例：逻辑函数的简化 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识门门电电路路：信信息息从从输输入入端端进进入入电电路路，通通过过电电路路的的转转换换产产生生新新的的信信息息从从输输出出端端流流出出。这这种种电电路路称称为为 “门门电电路路”

121、 。可可用用来来实现二进制数的算术运算和逻辑运算。实现二进制数的算术运算和逻辑运算。 MOSMOS晶体管晶体管G高电位时S与D导通，呈低阻抗。 G低电位时S与D截止，呈高阻抗。 1.5.2 1.5.2 基本逻辑电路基本逻辑电路基本逻辑电路基本逻辑电路 P30P30重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识C1ABFC+ABF逻辑特性只有当所有输入都为0时，输出才为0。否则，便为1。逻辑表达式：=+ 逻辑符号：+、11. “或或”门电路门电路FABC 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统

122、的基础知识逻辑特性只有当所有输入都为1时，输出才为1；否则，便为0。逻辑表达式：= 逻辑符号： 、&ABCFABCFABCF2. “与与”门电路门电路 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识逻辑特性：逻辑特性：“非非”门的输出总是输入的反相，故又常称为门的输出总是输入的反相，故又常称为反相器。反相器。 逻辑表达式：逻辑表达式：= = 逻辑符号：逻辑符号： 1AFAFAF3. “非非”门电路门电路 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识逻辑特性：逻辑特性：“与非与非”门可有多个输入端。

123、只有当所有输门可有多个输入端。只有当所有输入都为入都为1 1时，输出才为时，输出才为0 0；而只要有一个输入为；而只要有一个输入为0 0，输出必为，输出必为1 1。 逻辑表达式：逻辑表达式：F =F =4. “与非与非”门电路门电路&ABCFABCFABCF 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识逻辑特性：“或非”门可有多个输入端。只有当所有输入都为0时，输出才为1；而只要有一个输入为1，输出必为0。 逻辑表达式：F =5. “或非或非”门电路门电路C1ABFFABCC+ABF 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机

124、系统的基础知识计算机系统的基础知识全加器的全加器的SiSi、CiCi的逻辑表达式的逻辑表达式: :工作过程工作过程Ci-1 Ai BiCi Si0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 00 10 11 00 11 01 01 11.5.3 1.5.3 基本逻辑部件基本逻辑部件基本逻辑部件基本逻辑部件 P36P361. 全加器全加器动动 画画 演演 示示 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识全加器的逻辑图全加器的逻辑图全加器的逻辑图全加器的逻辑图 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1

125、章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识全加器全加器加法器加法器8位全加器组成框图 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 二进制译码器输入输出满足：二进制译码器输入输出满足：m=2=2n n译码输入译码输出a1a0y0y1y2y30010000101001000101100012位二进制译码器位二进制译码器 24译码器 38译码器 416译码器译码输入译码输出a1a0y0y1y2y30001110110111011011111102位二进制译码器位二进制译码器 译码输入：译码输入：n n位位二进制二进制代码代码 译码输出译码输出m m位：位：一位为1，其余为0或一位为0，其余为12. 译

126、码器译码器 P36 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识逻辑表达式为：逻辑图：2. 译码器译码器 （ 续续 ） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识多路转换器（多路转换器（multiplexermultiplexer）定义：一种能够从多路输入中选择其中任一路作为输出的逻辑部件，也称多路选择器或多路开关。工作过程寄存器（寄存器（registerregister）：一种能够暂时存放数据的逻辑部件）：一种能够暂时存放数据的逻辑部件计数器（计数器（countercounter）：）：定义

127、：一种能够对输入脉冲进行计数的逻辑部件。工作过程节拍发生器（节拍发生器（pulse- train generatorpulse- train generator）：）： 用来产生节拍控制所需要的电位与脉冲的逻辑部件用来产生节拍控制所需要的电位与脉冲的逻辑部件 1.5.3 1.5.3 基本逻辑部件（续）基本逻辑部件（续）基本逻辑部件（续）基本逻辑部件（续） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 动动 画画 演演 示示动动 画画 演演 示示第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识组合逻辑电路组合逻辑电路：任一时刻的输出只与当前的输入状态有：任一时刻的输出只与当前的输入状态有关，而与

128、过去的输入状态无关。关，而与过去的输入状态无关。全加器、译码器和多路转换器时序逻辑电路时序逻辑电路：任一时刻的输出值不仅与当前的输入变：任一时刻的输出值不仅与当前的输入变量有关，而且与线路的原有状态有关。量有关，而且与线路的原有状态有关。 触发器、寄存器、计数器、节拍发生器组合逻辑与时序逻辑电路基本逻辑部件组合逻辑与时序逻辑电路基本逻辑部件组合逻辑与时序逻辑电路基本逻辑部件组合逻辑与时序逻辑电路基本逻辑部件 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结 逻辑代数中的常用公式；逻辑代数中的常用公式； 逻辑代数的化简

129、与证明逻辑代数的化简与证明 基本逻辑门电路的工作原理、逻辑符号及外特性；基本逻辑门电路的工作原理、逻辑符号及外特性； 组合门电路的实现原理与功能特性。组合门电路的实现原理与功能特性。作作作作 业业业业P42 17P42 17、1818、1919、2020 返返 回回 上一页上一页第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1.1.在计算机的专业用语中，在计算机的专业用语中，ROMROM表示表示A.外存储器 B. 内存储器 C.只读存储器 D. 随机存取存储器2.2.计算机硬件的基本构成是计算机硬件的基本构成是 A.主机、存储器、输出设备 B.主机、输入设备、显示器C.运算器、控制器

130、、存储器、输入和输出设备 D.主机、键盘、打印机3.3.计算机硬件能直接执行的只有计算机硬件能直接执行的只有A. 符号语言 B. 机器语言 C. 算法语言 D. 汇编语言C()()CB()一、单项选择题一、单项选择题 （单击题后的括号可显示本题答案）（单击题后的括号可显示本题答案）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识4.4.计算机字长取决于计算机字长取决于 总线的宽度总线的宽度。 A. 控制总线B. 地址总线 C. 数据总线 D. 通信总线5.5.在计算机数据处理过程中，外存储器直接和在计算机数据处理过程中，外存储器直接和 交换信息交换信息 A. 运算器 B. 控制器 C.

131、 内存储器 D. 寄存器6.6.从存储器读出或向存储器写入一个信息所需时间称为从存储器读出或向存储器写入一个信息所需时间称为 A. 等待时间B. 存取周期 C. 查找时间 D. 指令周期7.7.计算机硬件能直接执行的只有计算机硬件能直接执行的只有A. 符号语言 B. 机器语言 C. 算法语言 D. 汇编语言8 8为了克服单总线结构的缺点，提高计算机的效率为了克服单总线结构的缺点，提高计算机的效率, ,在在 之间设置了专用的高速存储总线。之间设置了专用的高速存储总线。 A.主机和外设 B.外存和内存 C.控制器和内存D.CPU和内存C()C()B()()B()D第第1 1章章 计算机系统的基础知

132、识计算机系统的基础知识()9.169.16根地址线的寻址范围是根地址线的寻址范围是A. 512KBB. 64KBC. 640KBD. 1MB10.10.微机中为微机中为 CPUCPU和其他部件传输数据、地址和控制信息的和其他部件传输数据、地址和控制信息的部件是部件是 A. 存储器B. 总线C. 控制器 D. 存储器11.CPU11.CPU由运算器和由运算器和 组成。组成。A. RAMB. 总线C. 控制器 D. 存储器12.12.在微机的下列部件中，访问速度最快的部件是在微机的下列部件中，访问速度最快的部件是A. 硬盘B. 软盘C. 磁带 D. RAM13. MIPS13. MIPS是用于衡量

133、计算机系统是用于衡量计算机系统 指标的。指标的。A.存储容量B.时钟频率C.处理能力 D.运算速度()BB()CD()()D第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识14.14.显示器的主要参数之一为分辨率，含义为显示器的主要参数之一为分辨率，含义为 A.显示屏幕的水平和垂直扫描频率 B.显示屏幕上光栅的列数和行数 C.可显示不同颜色的总数 D.同一幅画面允许显示不同颜色的最大数目15.15.用高级语言编写的程序称之为用高级语言编写的程序称之为 A.源程序B. 目标程序 C. 汇编程序 D. 命令程序16.16.运算器的主要功能是运算器的主要功能是 A.算术运算和逻辑运算 B.

134、逻辑运算 C.控制D. 算术运算17.17.断电会使存储信息丢失的存储器是断电会使存储信息丢失的存储器是 A.RAMB. 软磁盘 C. 硬磁盘D. ROMA()A()()()AB第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识18.18.采用采用 编写程序，可提高程序的移植性。编写程序，可提高程序的移植性。 A.机器语言 B. 宏指令 C. 汇编语言D. 高级语言1919电子计算机能够快速、自动、准确地按照人们的意电子计算机能够快速、自动、准确地按照人们的意图进行工作的基本思想中最主要点是图进行工作的基本思想中最主要点是 ，这个思，这个思想是冯想是冯诺依曼提出的。诺依曼提出的。 A.存

135、储程序B.采用逻辑器件 C.总线结构D.识别控制代码20.20.计算机的主要部件包括计算机的主要部件包括 CPUCPU、存储器、存储器、I IO O设备，设备，按按 的程序进行工作。的程序进行工作。 A.预先编制B. 自动生成 C.机内固有D. 解释方式D()A()()A第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识（）（）1 1ALUALU用来执行当前指令所规定的用来执行当前指令所规定的 和和 。 2 2以微处理器为核心组成的微型计算机属于第代计算机。以微处理器为核心组成的微型计算机属于第代计算机。 3 3计算机的主要应用领域是计算机的主要应用领域是 、 、 四个领域。四个领域。4

136、. 4. 迄今为止，我们所使用的计算机都是基于迄今为止，我们所使用的计算机都是基于 的原理进行工作的，这是的原理进行工作的，这是19451945年美国数学家年美国数学家 提提出的。出的。算术运算（）逻辑运算（）四（）科学计算（）数据处理（）自动控制（）计算机辅助工程存储程序和程序控制冯诺依曼（）二、填空题二、填空题 （单击题后的括号可显示本空答案）（单击题后的括号可显示本空答案）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识（）5.5.世界上第一台电子计算机诞生在年，简称世界上第一台电子计算机诞生在年，简称6.6.数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，数据是对事实、概念或指令的

137、一种特殊表达形式，对于计算机而言，这种特殊的表达形式就是对于计算机而言，这种特殊的表达形式就是形式。形式。7.7.在计算机应用领域中，在计算机应用领域中，CADCAD是指是指 。8.8.十进制数十进制数105105，化成二进制数是，化成二进制数是 ，化成十，化成十六进制数是。六进制数是。9.9.十进制数十进制数-43,-43,在八位计算机中的表示是在八位计算机中的表示是 10.10.计算机中，计算机中，= =10241024个字节。个字节。1946（）ENIAC（）二进制（）计算机辅助设计（）01101001（）69（）101010111024（）第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统

138、的基础知识三、计算题三、计算题1 1将十进制数（将十进制数（125125）1010转换为二进制、八进制及十六进制数。转换为二进制、八进制及十六进制数。2 2设真值设真值 2 24 4 2 24 4，写出下列真值的原码、反码和补码。，写出下列真值的原码、反码和补码。 + 1010 + 1010 1010 + 1111 1010 + 1111 1111 1111 0000 0000 1000 10003 3已知下列机器数，写出它们所对应的真值：已知下列机器数，写出它们所对应的真值： X X1 1原原11011 11011 X X2 2反反11011 11011 X X3 3补补1101111011

139、 X X4 4原原00000 00000 X X5 5反反01111 01111 X X6 6补补01000010004 4试将十进制数试将十进制数 转换成转换成BCDBCD码。码。5 5试用补码加法完成下列真值试用补码加法完成下列真值 的运算：的运算：（1 1）x=x=001011 y=001011 y=100111 100111 （2 2）x=x=101100 y=101100 y=110010110010（3 3）x=x=011011 y=011011 y=1001001001006 6已知已知 A=101101A=101101，B=110100B=110100，试完成，试完成A AB B，A AB B，ABAB等逻辑运算。等逻辑运算。第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1冯诺依曼计算机的主要特征是什么？2.计算机和微型计算机分别是根据什么划代的？计算机和微型计算机这几代各是什么？3试述计算机的基本组成及各组成部分的功能。4已知逻辑函数，5写出如下图所示的组合线路的输出逻辑表达式。四、综合题四、综合题