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1、W/H/U/T武汉理工大学计算机学院第第第第2 2 2 2章章章章 计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识电脑基础知识计算机基础知识本章内容本章内容2.4计算机系统的组成与工作原理2.12.22.3数制及数制间的转换数据在计算机中的表示与编码多媒体技术电脑基础知识计算机基础知识2.1 计算机系统组成与工作原理计算机系统组成与工作原理 l一个完整的电子计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。计算机计算机系统系统硬件系统硬件系统 (Hardware)软件系统软件系统 (Software)电脑基础知识计算机基础知识 60多年来，虽然计算机器件经历了重大变化，但就其基本结构仍然是冯诺
2、依曼型计算机。冯冯诺依曼原理诺依曼原理 “存储程序概念存储程序概念”1. 存储程序存储程序2. 自动执行指令自动执行指令电脑基础知识计算机基础知识 冯诺依曼原理确立计算机的工作原理和硬件基本结构。一系列指令的有序集合就称为一系列指令的有序集合就称为程序程序。 程序通过输入设备送入计算机的存储器中存储程序通过输入设备送入计算机的存储器中存储起来，计算机的各部件会在控制器的作用下自动起来，计算机的各部件会在控制器的作用下自动执行一条条指令，完成计算等各种操作，能通过执行一条条指令，完成计算等各种操作，能通过输出设备输出结果。输出设备输出结果。电脑基础知识计算机基础知识硬件部件之间的关系图硬件部件之
3、间的关系图l计算机硬件由运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入设备输入设备和输出设备输出设备五个基本部件组成。 输入设备输入设备存储器存储器运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器电脑基础知识计算机基础知识运算器运算器lALU（arithmetic logic unit），计算机的核心部件。lALU能直接处理的二进制数据的位数称为字长，字长不仅表示计算机的精度，也反映计算机的处理能力。l字长越大，计算机一次处理信息的能力就越强，精度就越高，运算速度就越快。 电脑基础知识计算机基础知识控制器控制器lCU（control unit）控制器是计算机的控制中心。l在现代计算机中，往往将运算器和
4、控制器集中在一个集成电路芯片内，称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit）。电脑基础知识计算机基础知识存储器存储器l存储器是计算机中存放程序和数据的器件。存储器可分为内部存储器（简称内存或主存）和外部存储器（简称外存或辅存）两大类。l一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位。 l通常将每8位二进制位组成一个存储单元，称为字节（Byte，简记为B），并给每个字节编上一个号码，称为地址（Address）。电脑基础知识计算机基础知识存储器存储器l存储器可容纳的二进制信息量称为存储容量l存储容量的基本单位是字节。常用的存储容量单位还有：KB、MB、GB和TB。1B=8
5、bits1KB=210B=1024B1MB=210KB=220B1GB=210MB=230B1TB=210GB=240B电脑基础知识计算机基础知识输入输入/ /输出设备输出设备l输入设备是将外界的信号传送给计算机的设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等。l输出设备是将计算机运算和处理的结果传送给外界的设备。常见的输出设备有显示器、打印机等。 电脑基础知识计算机基础知识2.2 数制及相互转换数制及相互转换12常用数制数制之间的转换电脑基础知识计算机基础知识l在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。 十进制：基数 R=10可使用数码：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数据： 1
6、 0 1 . 1数位数位： 2 1 0 -1位权位权： 102 101 100 10-1展开式：展开式：101 . 1 =1*102+0*101+1*100 +1*10-1101.1电脑基础知识计算机基础知识同样的数101.1，在二进制中表示的大小不同。二进制：基数 R=2可使用数码：0 1 数据： 1 0 1 . 1数位数位： 2 1 0 -1位权位权： 22 21 20 2-1展开式：展开式：101 . 1 =1*22+0*21+1*20 +1*2-15.5电脑基础知识计算机基础知识l进制F按进位的原则进行计数F基为R时，逢R进一，借一当RF采用位权表示法l计算机应用中使用的进制F二进制、
7、八进制、十六进制l采用二进制的原因：F二进制数在物理上最容易实现F运算规则简单，易于实现F方便逻辑运算电脑基础知识计算机基础知识计算机中常用的几种进制数的表示计算机中常用的几种进制数的表示二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数R2R8R10R16数符0,10,1,70,1,90,1,9,A,B,C,D,E,F位权2i8i10i16i形式表示B（Binary）O（Octal）D（Decimal）H（Hexadecimal）注：其中i为整数其中： A=10，B=11，C=12，D=13，E=14，F=15电脑基础知识计算机基础知识l二进制数1011， （Binary）
8、 也记为 ：1011B 或 (1011)2l八进制数1357， （Octal） 也记为 ：1357O 或 (1357)8 8l十六进制数3FB9， （Hexadecimal） 也记为：3FB9H 或 (3FB9)16l十进制数2049， （Decimal） 也记为：2049D 或 ( 2049)10 在具体表示数时，不同进制的数据可以用不同的数在具体表示数时，不同进制的数据可以用不同的数字下标或字母后缀来表示。字下标或字母后缀来表示。电脑基础知识计算机基础知识数制的相互转换数制的相互转换 十进制非十进制十进制非十进制二、八、十六进制之间的转换二、八、十六进制之间的转换电脑基础知识计算机基础知识
9、1010进制进制2 2进制进制8/168/16进制进制展开式展开式展开式展开式整数：整数：/2取余取余小数：小数：*2取整取整整：整：/8取余取余 /16小：小：*8取整取整 *16以小数点为基准，每以小数点为基准，每3/4位位2进制对应一个进制对应一个8/16进制进制小小 结结电脑基础知识计算机基础知识l展开式方法非十进制整数 十进制整数(51.43) 8 = 581 + 180 + 48-1 + 3 8-2 = 64 + 1 + 0.5 + 0.046875 = (65.546875 )10(1011.1) 2 = 123 + 022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0
10、 + 2 + 1 + 0.5 = (11.5)10电脑基础知识计算机基础知识例如：把十进制数75转换成八进制数。 8 75 8 9 3 8 1 1 0 1即：即：(75)10=(113)8示例示例：十进制整数 非十进制整数直到商为直到商为0电脑基础知识计算机基础知识2 75 2 37 1 2 18 1 2 9 0 2 4 1 2 2 0 2 1 0 0 1即：即：(75)10=(1001011)2例如：把十进制数75转换成二进制数。电脑基础知识计算机基础知识示例：示例： 0.625 2 1.250 整数整数=1 2 0.50 整数整数=0 2 1.0 整数整数=1即：即：(0.625)10=(
11、0.101)2十进制小数 非十进制小数例如：把十进制数0.625转换成二进制数。直到小数部分为直到小数部分为0电脑基础知识计算机基础知识即即:(0.734)10(0.5676)8例如：把十进制数0.734转换成八进制数。十进制小数有可能不能精确转换成对应的非十进制数。电脑基础知识计算机基础知识例如：将例如：将(37.625)10转化成二进制数转化成二进制数 整数部分整数部分 除除2取余取余 (余数余数) 2 | 3 7 2 | 1 8 1 2 | 9 0 2 | 4 1 2 | 2 0 2 | 1 0 2 | 0 1 小数部分小数部分(整数整数) 乘乘2取整取整 0. 6 2 5 2 1 1.
12、 2 5 0 2 0 0. 5 0 2 1 1. 0取取 值值 方方 向向即：即：(37.625)10 = (100101.101)2电脑基础知识计算机基础知识( 10 110 110 111 . 010 1 )20( 2 6 6 7 . 2 4 )800即：即：(10110110111.0101)(10110110111.0101)2 2=(2667.24)=(2667.24)8 8( 2 6 6 7 . 2 4 )8( 010 110 110 111 . 010 100 )2即：即：(2667.24)(2667.24)8 8 = (10110110111.0101)= (101101101
13、11.0101)2 2电脑基础知识计算机基础知识( 5 B 7 . 4 8 )16( 5 B 7 . 4 8 )16即：即： (5B7.48)(5B7.48)16 16 = (10110110111.0101)= (10110110111.0101)2 2=(2667.24)=(2667.24)8 8电脑基础知识计算机基础知识2.3 数据在计算机中的表示和编码数据在计算机中的表示和编码数值数据的表示和编码字符数据的表示和编码 图形及图像的表示声音的表示数字动画和数字视频的表示电脑基础知识计算机基础知识数值数据在计算机内有两种表示方法：数值数据在计算机内有两种表示方法： 定点数和浮点数定点数和浮
14、点数 小数点在数中的位置是固定不变小数点在数中的位置是固定不变的。由于约定在固定的位置，所以小的。由于约定在固定的位置，所以小数点是隐含的，不再使用数点是隐含的，不再使用“.”来表示。来表示。定点数有两种：定点数有两种：（1）定点小数）定点小数-小数点固定在符号位小数点固定在符号位之后（纯小数）之后（纯小数）（2）定点整数）定点整数-小数点固定在最低数小数点固定在最低数据之后（整数）据之后（整数）电脑基础知识计算机基础知识0100000010000011定点小数：定点小数：定点整数：定点整数：符号位符号位隐含小数点隐含小数点（+0.5)符号位符号位隐含小数点隐含小数点（-3)电脑基础知识计算机
15、基础知识l一个任意实数，可以用纯小数和指数之积来表示。如：l通常表示为：l其中： X为浮点数；M为尾数； E为阶码；R为阶的基数。 210556. 0（55.6）=10一个任意实数，在计算机内部可以用指数（为整数）和尾数（为纯小数）来表示，即浮点表示法。尾数尾数阶码阶码电脑基础知识计算机基础知识31 30 24 23 22 31 30 24 23 22 0 0阶符阶符 阶码阶码 数符数符 尾数尾数 阶码部分阶码部分 尾数部分尾数部分 8bits 24bits8bits 24bits =（21000.1000101）2=（1000.101）2= （8.625）100000 0100 0100 0
16、101 0000 0000 0000 0000 PCPC机中的单精度浮点数据（两个字机中的单精度浮点数据（两个字32bits32bits）电脑基础知识计算机基础知识即即：+77 0 100110101001101机器数机器数+77+77 符号位符号位真值真值机器数/真值数值数据的编码数值数据的编码把符号位与数字位一起编码来表示数的各种方法。电脑基础知识计算机基础知识如： 真值 机器数+0 + 0000000 0 0 0000000-0- 0000000 1 1 0000000+5 + 0000101 0 0 0000101 -5 - 0000101 1 1 0000101在计算机中，在计算机中
17、，1. 1. 机器数也称为原码；机器数也称为原码；2. 2. 数的最高位为符号位；数的最高位为符号位；3.3. 符号位符号位“0 0”表示表示正正，“1 1”表示表示负负。电脑基础知识计算机基础知识 数字基本运算包括加、减、乘、除。乘、除数字基本运算包括加、减、乘、除。乘、除在机器中可用移位来实现。加法可用加法器来实在机器中可用移位来实现。加法可用加法器来实现。现。 为简化计算机电路，增加运算速度，引进反为简化计算机电路，增加运算速度，引进反码和补码，可将二进制数减法运算变加法运算。码和补码，可将二进制数减法运算变加法运算。电脑基础知识计算机基础知识负数：反码负数：反码 = 原码除符号位各位取
18、反原码除符号位各位取反 补码补码 = 反码反码 + 1正数：反码正数：反码 = 原码原码 补码补码 = 原码原码不论正数还是负数不论正数还是负数移码：补码的符号位取反移码：补码的符号位取反电脑基础知识计算机基础知识1 0 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 0 11 0 1 1 0 0 1 1-77-77 原码原码反码反码补码补码最高位为符号位，最高位为符号位，数值部分为原数的绝对值数值部分为原数的绝对值负数：反码负数：反码 = = 原码除符号位各位取反原码除符号位各位取反负数：补码负数：补码 = = 反码反码 + + 1电脑基础知识计算机基础知识7-7= 7+ (-7)= (000
19、0 0111)原+(1000 0111 )原= (0000 0111)补+(1111 1001 )补= (0000 0000)补 = 07-27=7+(-27)= (0000 0111)原+(1001 1011)原= (0000 0111)补+(1110 0101)补= (1110 1100)补= (1110 1011)反= (1001 0100)原= -(24+22)10= -20电脑基础知识计算机基础知识字符数据的表示和编码字符数据的表示和编码lASCII编码l字符串l汉字编码电脑基础知识计算机基础知识ASCIIASCII编码编码美国信息交换标准代码 ( American Standard
20、 Code for Information Interchange, ASCII ) 标准 ASCII 码也叫基础ASCII码，使用 7 位二进制数来表示所有的大写和小写字母，数字 0 到 9、标点符号， 以及在美式英语中使用的特殊控制字符。 电脑基础知识计算机基础知识美国信息交换标准码ASCII码特殊字符的ASCIIlSP：20H=(32)10l0-9：30H-39HlA-Z：41H-5AHla-z：61H-7AH电脑基础知识计算机基础知识用户输入十进制数“10”传递给程序的过程用户键入“1”和“0”键BIOS将扫描码翻译为ASCII码31H和30H主机接收两个ASCII码一方面回送给终端另
21、一方面传给程序终端将ASCII码转换为字符点阵信息，显示“10” 程序将两个字符转换为二进制数电脑基础知识计算机基础知识字符串字符串l字符串是指连续的一串字符。如：“abc” “1234567890” “&*W#”l一般，它们占用主存中连续的多个字节，每个字节存一个字符。l比较字符串大小，是从左到右逐个比较两个字符串中对应字符的ASCII码的大小。如: “they”“them”，“98”“200”。常见常见ASCII码的大小规则码的大小规则 -09AZaz 电脑基础知识计算机基础知识机内码(计算机存储和传输)字型(输出)码(计算机输出汉字)外部(输入)码(键盘)键盘管理 程序 汉字处理程序汉字
22、信息汉字信息交换码(国标码)其它系统代码汉字编码与汉字处理过程汉字编码与汉字处理过程电脑基础知识计算机基础知识汉字输入码（或外码）l数码：用一串数字来替代汉字的编码。如电报码、国标码等。l音码：以汉字读音(不考虑声调)为基础的编码。如全拼码，简拼码，双拼码等。l形码：以汉字的笔画、结构、形状为依据的汉字编码。如五笔字型等。l音形码：把汉字拼音和汉字字形相结合的编码方式。主要有智能ABC、搜狗输入法等。 不论是哪一种汉字输入方法，利用输入码将汉字不论是哪一种汉字输入方法，利用输入码将汉字输入计算机后，必须将其转换为汉字输入计算机后，必须将其转换为汉字机内码机内码才能进行才能进行相应的存储和处理。
23、相应的存储和处理。 电脑基础知识计算机基础知识汉字机内码（内码）l是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码。 l大部分汉字系统一般都采用将GB2312-80国标码每个字节高位置“1”作为汉字机内码。电脑基础知识计算机基础知识汉字交换码（国标码）l信息交换用汉字编码字符集基本集是我国于1980年制定的国家标准GB2312-80l每个汉字（图形符号）采用双字节表示，每个字节只用低7位（字节的最高位为0）；l当表示某个汉字的2个字节处在低数值时（031），系统很难判定是两个ASCII控制码还是一个汉字的国标码，因此，在计算机内部，汉字编码全部采用机内码表示。电脑基础知识计算机基础知识
24、l汉字字形码（又称汉字字模码）是表示汉字字形的字模数据：F点阵字形 ：通常有1616，24 24，32 32，48 48等F 矢量字形汉字输出码 将汉字字形经过点阵数字化后形成的一串二进制数，用于将汉字字形经过点阵数字化后形成的一串二进制数，用于汉字的显示和打印。汉字的显示和打印。有笔画的点有笔画的点用用1表示，表示，没有笔划的没有笔划的点用点用0表示。表示。电脑基础知识计算机基础知识图形及图像的表示图形及图像的表示l图像（image）l图形(graphics)l图形与图像的关系电脑基础知识计算机基础知识图像图像l图像是指由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面
25、。l位图表示法、点阵表示法：将一张图分割成若干行和列l像素Pixel：行与列的交叉构成一个个点电脑基础知识计算机基础知识电脑基础知识计算机基础知识放大后电脑基础知识计算机基础知识颜色深度：颜色深度：每个像素需每个像素需要的要的BITBIT数数2424位真彩色：位真彩色： 967K967K256256色（色（8bits8bits）：）：324K324K1616色：色：162K162K黑白（黑白（2 2色）：色）： 42K42K注：注：颜色深度越颜色深度越大，颜色就越多，大，颜色就越多，图片占的空间越图片占的空间越大。大。 电脑基础知识计算机基础知识l图像文件占用数据空间计算方法为：F比特数图像宽
26、度图像高度图像深度F字节数比特数8。l图像格式：图像的大小和格式有一定的关系F.BMP .PCX .GIF .JPG .PNGl不同格式的图像文件可以利用软件工具来相互转换 电脑基础知识计算机基础知识l矢量图形是以一种指令的形式存在的。l特点：F图形是对图像进行抽象的结果。F能对图中的各个部分分别进行控制。F图形的产生需要时间。（存储量小，显示时解释指令）图形（图形（graphics）描述一幅图中所包含的直线、圆、描述一幅图中所包含的直线、圆、弧线、矩形的大小和形状弧线、矩形的大小和形状电脑基础知识计算机基础知识l格式：Fdxf （AutoCAD的矢量文件）Fdwgl在微机平台上制作二维图形较
27、常见的软件有CorelDRAW等。l制作三维图形常见的软件有3D MAX、AutoCAD等电脑基础知识计算机基础知识图形放大图形放大电脑基础知识计算机基础知识基本元素变换显示图像像素失真更逼真图形图元无失真只有线、点、面图形实际上是对图像的抽象图形实际上是对图像的抽象图形与图像的关系图形与图像的关系图形与图像的关系图形与图像的关系电脑基础知识计算机基础知识l波形音频lMIDI音乐声音的表示声音的表示电脑基础知识计算机基础知识波形音频波形音频l波形音频文件是真实声音数字化后的数据文件。l声音信息通过话筒将声波变成电波，然后对其电信号进行采样（把时间分成足够小的间隔，并保存下该间隔的电信号强度），
28、即声音的数字化。l存储在计算机上波形音频文件有许多种类。目前较流行的音频文件有WAV、MP3、WMA等。l不同的音频格式之间也可以相互转化 。电脑基础知识计算机基础知识MIDI音乐音乐l乐器数字接口（MIDI，Musical Instrument Digital Interface）是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协议。 l与波形声音相比，MIDI数据不是声音而是指令。它指示MIDI设备要做什么，怎么做，如演奏哪个音符、多大音量等。所以它的数据量要少得多。l很多流行的游戏、娱乐软件中都有不少以MID、RMI为扩展名的MIDI格式音乐文件。电脑基础知识计算机基础知识数字动画和数
29、字视频的表示数字动画和数字视频的表示l数字动画l数字视频电脑基础知识计算机基础知识根据运动的控制方式，可以将动画分为实时动画和逐帧动画。 数字动画数字动画实时动画 1帧动画 2电脑基础知识计算机基础知识数字动画数字动画从视觉空间来分，计算机动画可以分为二维动画和三维动画。二维画面是平面上的画面。制作软件二维画面是平面上的画面。制作软件二维画面是平面上的画面。制作软件比较经典的有比较经典的有比较经典的有photoshopphotoshopphotoshop和和和FlashFlashFlash。1三维动画又称三维动画又称三维动画又称3D3D3D动画。常用的三维动画。常用的三维动画。常用的三维动画使
30、用软件有动画使用软件有动画使用软件有AutoCADAutoCADAutoCAD、3D 3D 3D Studio MAXStudio MAXStudio MAX、MayaMayaMaya等。等。等。 2电脑基础知识计算机基础知识 数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质。 l本地影像视频 F.AVI .MPEG.DATl流式视频格式(Streaming Video Format)F.RM .MOV .ASF不同的文件格式，可以利用一些工具进行转换数字视频数字视频电脑基础知识计算机基础知识2.4 多媒体技术多媒体技术 多媒体技术（Multi
31、media Technology）是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。 电脑基础知识计算机基础知识多媒体技术的基本特征多样性、集成性、实时性、数字化教育与训练、商业与咨询、多媒体出版物、游戏与娱乐、广播电视、通信领域、虚拟现实。多媒体技术的应用多媒体计算机硬件系统、多媒体计算机软件系统。多媒体系统的组成电脑基础知识计算机基础知识流媒体流媒体l流媒体(Stream Media)：采用流式传输方式在网络上传输的多媒体文件。 l流媒体文件格式目前常用的流媒体文件格式有：asf、rm、ra、swf等。l实现流式传输的两种方法：实时流式传输（Realtime Streaming）顺序流式传输（Progressive Streaming）电脑基础知识计算机基础知识W/H/U/TThankYou!ThankYou!电脑基础知识计算机基础知识二进制二进制 十六进制十六进制 二进制二进制 八进制八进制 整数部分从右向左三位并一位小数部分从左向右三位并一位一位拆四位一位拆三位 整数部分从右向左四位并一位小数部分从左向右四位并一位八与十六进制之间的转换电脑基础知识计算机基础知识
