第1章計算機基礎知識

1、第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 第第1 1章章 計算機基礎知識計算機基礎知識 1.1 1.1 計算機概述計算機概述1.2 1.2 計算機中的常用數(shù)制計算機中的常用數(shù)制 1.3 1.3 計算機中的數(shù)據和編碼計算機中的數(shù)據和編碼 1.4 1.4 數(shù)的表示方法數(shù)的表示方法 1.5 1.5 計算機的指令和指令系統(tǒng)（計算機的指令和指令系統(tǒng)（* *） 習題習題 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.1 計計 算算 機機 概概 述述1.1.1 計算機的產生和發(fā)展計算機的產生和發(fā)展 計算機計算機 (Computer) 是一種由電子器件構成的、具是一種由電子器件構成的、具有計算能力和邏輯判斷能力以及自動控制和記憶

2、功能有計算能力和邏輯判斷能力以及自動控制和記憶功能的信息處理機器。的信息處理機器。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1. 第一代第一代電子管計算機電子管計算機 (19461957) 這一代計算機的主要特點是：采用電子管作為基本這一代計算機的主要特點是：采用電子管作為基本邏輯部件；主存采用水銀延遲線、靜電存儲器、磁鼓邏輯部件；主存采用水銀延遲線、靜電存儲器、磁鼓等；外部設備采用紙帶、卡片、磁帶等；運算速度為等；外部設備采用紙帶、卡片、磁帶等；運算速度為幾千次每秒到幾萬次每秒；使用機器語言和匯編語言、幾千次每秒到幾萬次每秒；使用機器語言和匯編語言、無操作系統(tǒng)；主要用于科學計算；體積龐大、笨重、無操

3、作系統(tǒng)；主要用于科學計算；體積龐大、笨重、耗電多、可靠性差、速度慢。耗電多、可靠性差、速度慢。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2. 第二代第二代晶體管計算機晶體管計算機 (19581964) 這一代計算機的主要特點是：采用半導體晶體管作這一代計算機的主要特點是：采用半導體晶體管作為邏輯部件；使用磁芯作為主存儲器，磁盤、磁帶作為邏輯部件；使用磁芯作為主存儲器，磁盤、磁帶作為輔助存儲器；輸入為輔助存儲器；輸入/輸出方式有了很大改進；運算速輸出方式有了很大改進；運算速度達到度達到100萬次每秒以上；開始使用操作系統(tǒng)，有了高萬次每秒以上；開始使用操作系統(tǒng)，有了高級語言，如級語言，如FORTRAN、AL

4、GOL60等；主要用于科學等；主要用于科學計算和自動控制。計算和自動控制。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3. 第三代第三代集成電路計算機集成電路計算機 (19651969) 這一代計算機的主要特點是：使用中、小規(guī)模集這一代計算機的主要特點是：使用中、小規(guī)模集成電路作為邏輯部件，開始使用半導體存儲器，輔助成電路作為邏輯部件，開始使用半導體存儲器，輔助存儲器仍以采用磁盤、磁帶為主；運算速度達到存儲器仍以采用磁盤、磁帶為主；運算速度達到1000萬次每秒以上；產品向標準化、模塊化和系列化的方萬次每秒以上；產品向標準化、模塊化和系列化的方向發(fā)展；出現(xiàn)了計算機網絡；操作系統(tǒng)進一步完善，向發(fā)展；出現(xiàn)了計算

5、機網絡；操作系統(tǒng)進一步完善，高級語言數(shù)量增多；除了用于科學計算和自動控制外，高級語言數(shù)量增多；除了用于科學計算和自動控制外，還開始用于數(shù)據信息處理和事物管理等方面。還開始用于數(shù)據信息處理和事物管理等方面。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 4. 第四代第四代大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機 (1971至今至今) 這一代計算機的主要特點是：使用大規(guī)模、超大規(guī)這一代計算機的主要特點是：使用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路作為邏輯部件；主存儲器采用半導體存儲模集成電路作為邏輯部件；主存儲器采用半導體存儲器，輔助存儲器采用大容量軟、硬磁盤和光盤，存儲器，輔助存儲器采用大容量軟、硬磁盤和

6、光盤，存儲容量可達上百吉字節(jié)容量可達上百吉字節(jié) (GB)；外部設備有了很大發(fā)展，；外部設備有了很大發(fā)展，采用光字符閱讀器采用光字符閱讀器 (OCR) 、掃描儀、激光打印機、繪、掃描儀、激光打印機、繪圖儀等等，它們與多媒體技術的結合，圖儀等等，它們與多媒體技術的結合，第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 產生了大量高性能的多媒體計算機；計算機運算速產生了大量高性能的多媒體計算機；計算機運算速度達到上千億次每秒；操作系統(tǒng)不斷發(fā)展、完善，數(shù)度達到上千億次每秒；操作系統(tǒng)不斷發(fā)展、完善，數(shù)據庫管理系統(tǒng)進一步發(fā)展，軟件行業(yè)發(fā)展為現(xiàn)代新型據庫管理系統(tǒng)進一步發(fā)展，軟件行業(yè)發(fā)展為現(xiàn)代新型的產業(yè)領域；在此階段，數(shù)據通信

7、、計算機網絡有了的產業(yè)領域；在此階段，數(shù)據通信、計算機網絡有了很大發(fā)展，各種局域網、廣域網遍及全球；尤其是很大發(fā)展，各種局域網、廣域網遍及全球；尤其是20世紀世紀80年代以來，微型機異軍突起，開辟了計算機的年代以來，微型機異軍突起，開辟了計算機的新紀元。新紀元。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.1.2 計算機的特點與分類計算機的特點與分類 1計算機的特點計算機的特點 從古到今，人類發(fā)明了數(shù)不清的機器。幾乎所有的從古到今，人類發(fā)明了數(shù)不清的機器。幾乎所有的機器都是人類體能的一種延伸，唯獨計算機有別于其機器都是人類體能的一種延伸，唯獨計算機有別于其它任何機器，它是個電腦，在一定條件下能代替人腦它

8、任何機器，它是個電腦，在一定條件下能代替人腦自動工作。在我們學習和應用計算機之前，了解它的自動工作。在我們學習和應用計算機之前，了解它的一些特點是有好處的。一些特點是有好處的。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1) 運算速度快運算速度快 現(xiàn)在高性能的計算機每秒能進行上千億次加減運現(xiàn)在高性能的計算機每秒能進行上千億次加減運算。在很多場合下，運算速度起決定作用。算。在很多場合下，運算速度起決定作用。 2) 運算精度高運算精度高 計算機的計算精度在理論上不受限制，一般的計計算機的計算精度在理論上不受限制，一般的計算機均能達到算機均能達到15位有效數(shù)字，經過技術處理可以滿足位有效數(shù)字，經過技術處理可以滿

9、足任何精度要求。任何精度要求。 3) 具有記憶功能具有記憶功能 在計算機中有一個承擔記憶職能的部件，稱為存在計算機中有一個承擔記憶職能的部件，稱為存儲器。儲器。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 4) 具有邏輯判斷功能具有邏輯判斷功能 人是有思維能力的。思維能力的本質是一種邏輯人是有思維能力的。思維能力的本質是一種邏輯判斷能力，也可以說是因果關系分析能力。判斷能力，也可以說是因果關系分析能力。 5) 具有自動控制能力具有自動控制能力 程序是人經過仔細規(guī)劃，事先設計好并存儲在計程序是人經過仔細規(guī)劃，事先設計好并存儲在計算機中的指令序列。計算機是一個自動化的電子裝置，算機中的指令序列。計算機是一個自

10、動化的電子裝置，在工作過程中不需人工干預，能自動執(zhí)行存放在存儲在工作過程中不需人工干預，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序。器中的程序。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2計算機的分類計算機的分類 計算機發(fā)展到今天，已經琳瑯滿目，種類繁多。我計算機發(fā)展到今天，已經琳瑯滿目，種類繁多。我們可以從不同角度對它們進行分類。們可以從不同角度對它們進行分類。 (1) 按計算機處理數(shù)據的類型，可將計算機分為數(shù)字按計算機處理數(shù)據的類型，可將計算機分為數(shù)字計算機和模擬計算機。計算機和模擬計算機。 (2) 按計算機的應用范圍，可將計算機分為專用計按計算機的應用范圍，可將計算機分為專用計算機和通用計算機。算機和通用計

11、算機。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 根據通用計算機自身的性能指標根據通用計算機自身的性能指標 (運算速度、存儲運算速度、存儲容量、功能強弱、規(guī)模大小、軟件系統(tǒng)的豐富程度容量、功能強弱、規(guī)模大小、軟件系統(tǒng)的豐富程度) 可可將其分為：巨型機、大型機、中型機、小型機、工作將其分為：巨型機、大型機、中型機、小型機、工作站、微型機。站、微型機。 巨型機巨型機: 巨型機運算速度快、存儲容量大，運巨型機運算速度快、存儲容量大，運算速度可達幾千億次每秒以上，主存容量高達幾百吉算速度可達幾千億次每秒以上，主存容量高達幾百吉字節(jié)字節(jié) (GB)，字長可達，字長可達128位以上。位以上。 第1章 計算機和計算機中

12、的數(shù)據 大型機大型機: 一般認為大型機的運算速度在一般認為大型機的運算速度在100萬次萬次/秒幾千萬次秒，字長為秒幾千萬次秒，字長為3264位，主存容量在幾位，主存容量在幾十兆字節(jié)或幾百兆字節(jié)。十兆字節(jié)或幾百兆字節(jié)。 中、小型機：由于微型機的出現(xiàn)及功能不斷增強，中、小型機：由于微型機的出現(xiàn)及功能不斷增強，中、小型機正在走向消亡。中、小型機正在走向消亡。 微型機：微型機：20世紀世紀70年代后期，微型機的出現(xiàn)引年代后期，微型機的出現(xiàn)引起了計算機業(yè)的一場革命。起了計算機業(yè)的一場革命。 工作站：工作站：20世紀世紀70年代后期出現(xiàn)了一種新型的年代后期出現(xiàn)了一種新型的計算機系統(tǒng)，稱為工作站計算機系統(tǒng)，

13、稱為工作站 (WS) 。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.1.3 計算機的應用計算機的應用 1. 科學計算科學計算 科學計算也稱為數(shù)值計算。世界上第一臺計算機科學計算也稱為數(shù)值計算。世界上第一臺計算機的研制就是為科學計算而設計的。的研制就是為科學計算而設計的。 2. 數(shù)據處理數(shù)據處理 數(shù)據處理也稱為非數(shù)值計算，指對大量的數(shù)據進數(shù)據處理也稱為非數(shù)值計算，指對大量的數(shù)據進行加工處理。與科學計算不同，數(shù)據處理的數(shù)據量大，行加工處理。與科學計算不同，數(shù)據處理的數(shù)據量大，計算方法簡單。計算方法簡單。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3. 過程控制過程控制 過程控制又稱為實時控制，指用計算機及時采集過

14、程控制又稱為實時控制，指用計算機及時采集檢測數(shù)據，按最佳值迅速對控制對象進行自動控制或檢測數(shù)據，按最佳值迅速對控制對象進行自動控制或自動調節(jié)。自動調節(jié)。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 4. 計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助系統(tǒng) (1) 計算機輔助設計計算機輔助設計 (CAD)：用計算機幫助設計人：用計算機幫助設計人員進行設計。許多設計單位已經取消了人工繪制各種員進行設計。許多設計單位已經取消了人工繪制各種圖紙，利用計算機設計可隨時應用計算機圖形學方法，圖紙，利用計算機設計可隨時應用計算機圖形學方法，對產品結構、部件和零件進行計算、分析、比較，更對產品結構、部件和零件進行計算、分析、比較，更改參數(shù)，反

15、復迭代，優(yōu)化設計直到滿意為止。這不僅改參數(shù)，反復迭代，優(yōu)化設計直到滿意為止。這不僅提高了設計速度，更重要的是提高了設計質量。提高了設計速度，更重要的是提高了設計質量。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 (2) 計算機輔助制造計算機輔助制造 (CAM)：用計算機進行生產設：用計算機進行生產設備的管理、控制和操作的過程。備的管理、控制和操作的過程。 (3) 計算機輔助教育計算機輔助教育 (CAE) ：包括計算機輔助教學：包括計算機輔助教學 (CAI)、計算機輔助測試、計算機輔助測試 (CAT) 和計算機教育管理和計算機教育管理(CMI)，是人工智能在學校教育中的各種應用。，是人工智能在學校教育中的各

16、種應用。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 5. 人工智能人工智能 人工智能人工智能 (AI) 一般是指模擬人腦進行演繹推理和采一般是指模擬人腦進行演繹推理和采取決策的思維過程。它是計算機應用的一個嶄新領域。取決策的思維過程。它是計算機應用的一個嶄新領域。近年來已具體應用于機器人、醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)、推近年來已具體應用于機器人、醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)、推理證明等各方面。理證明等各方面。 6. 電子商務電子商務 所謂電子商務所謂電子商務(E-Business)，是指通過計算機和網，是指通過計算機和網絡進行商務活動。電子商務始于絡進行商務活動。電子商務始于1996年，起步雖不長，年，起步雖不長，但其高效率、

17、低支付、高受益和全球性的優(yōu)點，很快但其高效率、低支付、高受益和全球性的優(yōu)點，很快受到各國政府和企業(yè)的廣泛重視，發(fā)展前景廣闊。受到各國政府和企業(yè)的廣泛重視，發(fā)展前景廣闊。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.2 計算機中的常用數(shù)制計算機中的常用數(shù)制1.2.1 進位計數(shù)制及其特點進位計數(shù)制及其特點 1進位計數(shù)制進位計數(shù)制 數(shù)制數(shù)制 (計數(shù)制計數(shù)制) 是指用一組固定的數(shù)字和統(tǒng)一的規(guī)則是指用一組固定的數(shù)字和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。進位計數(shù)制是按進位的方法進行來表示數(shù)值的方法。進位計數(shù)制是按進位的方法進行計數(shù)的，它包含三要素：數(shù)位、位權、基數(shù)。計數(shù)的，它包含三要素：數(shù)位、位權、基數(shù)。第1章 計算機和計

18、算機中的數(shù)據 2進位計數(shù)制的特點進位計數(shù)制的特點 1) 十進制十進制 (1) 每個數(shù)位上能使用的數(shù)碼符號是每個數(shù)位上能使用的數(shù)碼符號是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，共，共10個?；鶖?shù)是個。基數(shù)是10。 (2) 每一個數(shù)碼符號根據它在這個數(shù)中所處的位置，每一個數(shù)碼符號根據它在這個數(shù)中所處的位置，按按“逢十進一逢十進一”決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是10n-1。其公式如下：其公式如下： mm2211002n2n1n1n1010D10D10D10D10D10D)D(第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2) 十六進制十六進制 每個數(shù)位上能使用的數(shù)碼符號有每個數(shù)位

19、上能使用的數(shù)碼符號有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，共，共16個?；鶖?shù)是個?；鶖?shù)是16。 每一個數(shù)碼符號根據它在這個數(shù)中所處的位置，按每一個數(shù)碼符號根據它在這個數(shù)中所處的位置，按“逢十六進一逢十六進一”決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是16n-1。其公式如下：其公式如下： mm2211002n2n1n1n1016H16H16H16H16H16H)H(第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 綜上所述，計數(shù)制的特點可歸納如下：綜上所述，計數(shù)制的特點可歸納如下： (1) 每一種計數(shù)制都有一個固定的基數(shù)每一種計數(shù)制都有一個固定的基數(shù)P (P1) ，

20、每，每一個數(shù)位可取一個數(shù)位可取P個不同的數(shù)值。個不同的數(shù)值。 (2) 每一種計數(shù)制都有自己的位權，按每一種計數(shù)制都有自己的位權，按“逢逢P進一進一”決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是決定其實際數(shù)值，即各數(shù)位的位權是Pn-1。其通用公式。其通用公式如下：如下：mm2211002n2n1n1n10PSPSPSPSPSPS)S(第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.2.2 不同進位計數(shù)制間的轉換不同進位計數(shù)制間的轉換 1十進制數(shù)轉換成非十進制數(shù)十進制數(shù)轉換成非十進制數(shù) 1) 十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)十進制數(shù)轉換成二進制數(shù) 十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，可以將其整數(shù)部分和小十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，可以將其整數(shù)部分

21、和小數(shù)部分分別轉換后再組合到一起。數(shù)部分分別轉換后再組合到一起。 (1) 整數(shù)部分的轉換：整數(shù)部分的轉換：“除除2取余法，倒著寫取余法，倒著寫”。即。即將十進制數(shù)反復除以將十進制數(shù)反復除以2，取其余數(shù)，直到商為零為止，取其余數(shù)，直到商為零為止，第一次得到的余數(shù)是二進制數(shù)的最低位，最后一次得第一次得到的余數(shù)是二進制數(shù)的最低位，最后一次得到的余數(shù)是二進制數(shù)的最高位。到的余數(shù)是二進制數(shù)的最高位。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 (2) 小數(shù)部分的轉換：小數(shù)部分的轉換：“乘乘2取整法，順著寫取整法，順著寫”。即。即將十進制小數(shù)部分不斷乘以將十進制小數(shù)部分不斷乘以2取整，直

22、到小數(shù)為取整，直到小數(shù)為0或達或達到有效精度為止。最先得到的整數(shù)為最高位到有效精度為止。最先得到的整數(shù)為最高位 (小數(shù)點后小數(shù)點后第一位第一位) ，最后得到的整數(shù)為最低位。，最后得到的整數(shù)為最低位。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2) 十進制數(shù)轉換成八進制數(shù)十進制數(shù)轉換成八進制數(shù) 整數(shù)部分轉換整數(shù)部分轉換: 除除8取余；小數(shù)部分的轉換：乘取余；小數(shù)部分的轉換：乘8取整。取整。 例例3 將將(1725.32)10轉換成八進制數(shù)轉換成八進制數(shù) (轉換結果取轉換結果取3位小位小數(shù)數(shù)) 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3) 十進制數(shù)轉換成

23、十六進制十進制數(shù)轉換成十六進制 整數(shù)部分的轉換：除整數(shù)部分的轉換：除16取余；小數(shù)部分的轉換：乘取余；小數(shù)部分的轉換：乘16取整。取整。 例例4 將將(525.45)10轉換成十六進制數(shù)轉換成十六進制數(shù) (轉換結果取轉換結果取3位位小數(shù)小數(shù))。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2非十進制數(shù)轉換成十進制數(shù)非十進制數(shù)轉換成十進制數(shù) 由由1.2.1節(jié)中所講的幾個公式可知：各種非十進制數(shù)按節(jié)中所講的幾個公式可知：各種非十進制數(shù)按權展開求和即可得到十進制數(shù)。權展開求和即可得到十進制數(shù)。 例例5 (1011.01)2=123+022+121+120 +02-1+12-2=8+

24、0+2+1+0+0.25=(11.25)10 例例6 (143.68)8=182+481+380+68-1 +58-2=64+32+3+0.75+0.078=(99.828)10 例例7 (2A4E)16=2163+10162+4161+14160=(10830)16 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉換二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉換 1) 二進制數(shù)與八進制數(shù)之間的相互轉換二進制數(shù)與八進制數(shù)之間的相互轉換 由于由于23=8，81=8，因此，因此1位八進制數(shù)可用位八進制數(shù)可用3位二進制位二進制數(shù)表示，或者數(shù)表示，或者3位二進制數(shù)可用位二進制數(shù)可用1位八

25、進制數(shù)表示。位八進制數(shù)表示。 2) 二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的相互轉換二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的相互轉換 由于由于24=16，161=16，因此，因此1位十六進制數(shù)可用位十六進制數(shù)可用4位位二進制數(shù)表示，或者二進制數(shù)表示，或者4位二進制數(shù)可用位二進制數(shù)可用1位十六進制數(shù)位十六進制數(shù)表示。表示。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.2.3 二進制與計算機二進制與計算機 數(shù)據信息在計算機中以數(shù)字、字符、符號及表達式數(shù)據信息在計算機中以數(shù)字、字符、符號及表達式來體現(xiàn)，以二進制編碼形式與機器中的電子元件狀態(tài)來體現(xiàn)，以二進制編碼形式與機器中的電子元件狀態(tài)相對應。二進制并不符合人們的習慣，為什么計算機相對

26、應。二進制并不符合人們的習慣，為什么計算機內部仍采用二進制表示信息？這是因為二進制有以下內部仍采用二進制表示信息？這是因為二進制有以下特性：特性：第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 (1) 可行性：計算機是由邏輯電路組成的，邏輯電可行性：計算機是由邏輯電路組成的，邏輯電路只有兩種狀態(tài)。路只有兩種狀態(tài)。 (2) 簡易性：二進制運算法則簡單，使運算器結構簡簡易性：二進制運算法則簡單，使運算器結構簡單。單。 (3) 邏輯性：計算機的工作原理是建立在邏輯運算邏輯性：計算機的工作原理是建立在邏輯運算基礎上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據。基礎上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據。 (4) 可靠性：兩個狀態(tài)代表

27、的兩個數(shù)碼，在存儲、傳可靠性：兩個狀態(tài)代表的兩個數(shù)碼，在存儲、傳輸、處理時不易出錯，因而電路更可靠。輸、處理時不易出錯，因而電路更可靠。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.2.4 二進制的算術運算二進制的算術運算 1. 二進制的算術運算二進制的算術運算 二進制的算術運算與十進制運算類似，但更為簡單。二進制的算術運算與十進制運算類似，但更為簡單。 1) 加法運算加法運算 二進制加法運算遵循以下法則：二進制加法運算遵循以下法則： 0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10 (按逢二進一原則向高位進位按逢二進一原則向高位進位) 例例10 求求(1011)2+(1101.11)2=？第1章 計算

28、機和計算機中的數(shù)據 2) 減法運算減法運算二進制減法運算遵循以下法則：二進制減法運算遵循以下法則：0 00；1 01； 0 11(向高位借一當二向高位借一當二)；1 103) 乘法運算乘法運算二進制乘法運算遵循以下法則：二進制乘法運算遵循以下法則：00=0；100；010；111 例例12 求求(1101.01)2(101)2=？ 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 4) 除法運算除法運算二進制除法運算遵循以下法則：二進制除法運算遵循以下法則： 00=0；01=0；10無意義；無意義；11=1例例13 求求(111101)2(1011)2=？第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.3 計算機中的數(shù)據和

29、編碼計算機中的數(shù)據和編碼1.3.1 什么是數(shù)據和數(shù)據單位什么是數(shù)據和數(shù)據單位 1. 什么是數(shù)據什么是數(shù)據 數(shù)據數(shù)據 (data) 是表征客觀事物的、可以被記錄的、是表征客觀事物的、可以被記錄的、能夠被識別的各種符號，包括數(shù)字、字符、表格、聲能夠被識別的各種符號，包括數(shù)字、字符、表格、聲音和圖形、圖像等。音和圖形、圖像等。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2數(shù)據單位數(shù)據單位 1) 位位(bit) 位，音譯為位，音譯為“比特比特”，一個二進制位即為一個，一個二進制位即為一個“比特比特”，是計算機數(shù)據的最小單位。，是計算機數(shù)據的最小單位。 2) 字節(jié)字節(jié)(Byte) 字節(jié)來自英文字節(jié)來自英文Byte

30、，簡記為，簡記為B，音譯為，音譯為“拜特拜特”。人們規(guī)定一個字節(jié)等于人們規(guī)定一個字節(jié)等于8位，即位，即1B8bit。通常。通常, 1個字個字節(jié)可存放一個節(jié)可存放一個ASCII碼，碼，2個字節(jié)存放一個漢字國標碼。個字節(jié)存放一個漢字國標碼。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3) 字字(Word) 在計算機中作為一個整體被存取、傳送、處理的在計算機中作為一個整體被存取、傳送、處理的二進制數(shù)字符串叫做一個字或單元。二進制數(shù)字符串叫做一個字或單元。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.3.2 常用數(shù)據編碼常用數(shù)據編碼 計算機信息處理，除了處理數(shù)值信息外，大量的計算機信息處理，除了處理數(shù)值信息外，大量的是

31、處理非數(shù)值信息，后者是指字符、文字、圖形等形是處理非數(shù)值信息，后者是指字符、文字、圖形等形式的數(shù)據，不表示數(shù)量大小，僅代表一種符號，所以式的數(shù)據，不表示數(shù)量大小，僅代表一種符號，所以又稱符號數(shù)據。又稱符號數(shù)據。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1. BCD編碼編碼 凡采用若干位二進制數(shù)碼表示一位十進制數(shù)的編凡采用若干位二進制數(shù)碼表示一位十進制數(shù)的編碼方案，統(tǒng)稱為二進制編碼的十進制數(shù)，即碼方案，統(tǒng)稱為二進制編碼的十進制數(shù)，即BCD碼，碼，它來自于英文它來自于英文Binary Coded Decimal的縮寫，簡稱二的縮寫，簡稱二十進制編碼。十進制編碼。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 表12 二

32、十進制編碼表 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2ASCII編碼編碼 對字符編碼使用最多、最普遍的是對字符編碼使用最多、最普遍的是ASCII 字符編碼。字符編碼。ASCII碼是英文碼是英文American Standard Code for Information Interchange的縮寫，意為的縮寫，意為“美國標準信息美國標準信息交換代碼交換代碼”。該編碼被國際標準化組織。該編碼被國際標準化組織ISO采納，作采納，作為國際通用的信息交換標準代碼。為國際通用的信息交換標準代碼。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 ASCII碼是用七位二進制表示一個字符，其排列次碼是用七位二進制表示一個字符，其排列

33、次序為序為b6b5b4b3b2b1b0, b6為高位，為高位，b0為低位。由于為低位。由于27128，所以，所以ASCII碼共有碼共有128種不同組合，表示種不同組合，表示128個不個不同的字符，其中包括：數(shù)字同的字符，其中包括：數(shù)字09，26個大寫英文字母，個大寫英文字母，26個小寫英文字母以及各種運算符號、標點符號及控個小寫英文字母以及各種運算符號、標點符號及控制字符等，詳見表制字符等，詳見表13。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 表13 7位ASCII碼表第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.3.3 漢字編碼漢字編碼 漢字也是字符，但它比西文字符量大而且復雜，給漢字也是字符，但它比西文字符量

34、大而且復雜，給計算機處理帶來了困難。漢字處理技術首先要解決的計算機處理帶來了困難。漢字處理技術首先要解決的是漢字輸入、輸出與計算機內部的編碼問題。根據漢是漢字輸入、輸出與計算機內部的編碼問題。根據漢字處理過程中的不同要求，有多種編碼，主要分為四字處理過程中的不同要求，有多種編碼，主要分為四類：漢字輸入編碼、漢字交換碼、漢字內碼和漢字字類：漢字輸入編碼、漢字交換碼、漢字內碼和漢字字型碼。型碼。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1漢字輸入碼漢字輸入碼 (外碼外碼) 這是一種用計算機標準鍵盤上按鍵的不同排列組合這是一種用計算機標準鍵盤上按鍵的不同排列組合來對漢字進行編碼。已有幾百種漢字輸入編碼法，一來

35、對漢字進行編碼。已有幾百種漢字輸入編碼法，一般分為四類。般分為四類。 (1) 數(shù)字編碼：用數(shù)字串代表一個漢字的輸入數(shù)字編碼：用數(shù)字串代表一個漢字的輸入 (如如電報碼、區(qū)位碼等電報碼、區(qū)位碼等)的編碼。的編碼。 (2) 字音編碼：以漢語讀音為基礎的輸入編碼，分字音編碼：以漢語讀音為基礎的輸入編碼，分為全拼和雙拼。為全拼和雙拼。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 (3) 字形編碼：以漢字的形狀確定的編碼，如五筆字字形編碼：以漢字的形狀確定的編碼，如五筆字型、表形碼等。型、表形碼等。 (4) 音形編碼：吸取了字音和字形編碼的優(yōu)點，使編音形編碼：吸取了字音和字形編碼的優(yōu)點，使編碼規(guī)則簡化，重碼少。如自然

36、碼、錢碼等。碼規(guī)則簡化，重碼少。如自然碼、錢碼等。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2. 漢字交換碼漢字交換碼 在不同漢字信息處理系統(tǒng)之間進行漢字交換時所在不同漢字信息處理系統(tǒng)之間進行漢字交換時所使用的編碼，就是國標碼。該編碼集的全稱是使用的編碼，就是國標碼。該編碼集的全稱是“信息信息交換用漢字編碼字符集交換用漢字編碼字符集基本集基本集”，國家標準號是，國家標準號是“GB231280”。國標碼集中收集了約。國標碼集中收集了約7445個漢字及個漢字及符號，分為兩級漢字。符號，分為兩級漢字。 國標碼規(guī)定：國標碼規(guī)定：一個漢字用兩個字節(jié)來表示一個漢字用兩個字節(jié)來表示，每個字，每個字節(jié)只用前七位，最高位

37、均未作定義節(jié)只用前七位，最高位均未作定義(見圖見圖12)。為了書。為了書寫方便，常常用四位十六進制數(shù)來表示一個漢字。寫方便，常常用四位十六進制數(shù)來表示一個漢字。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 b7b6b5b4b3b2b1B0b7b6b5b4b3b2b1b000圖12 國標碼的格式第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3漢字機內碼漢字機內碼 (內碼內碼) 計算機系統(tǒng)中，由于機內碼的存在，輸入漢字時就計算機系統(tǒng)中，由于機內碼的存在，輸入漢字時就允許用戶根據自己的習慣使用不同的輸入碼，進入系統(tǒng)允許用戶根據自己的習慣使用不同的輸入碼，進入系統(tǒng)后再統(tǒng)一轉換成機內碼存儲。這里使用的后再統(tǒng)一轉換成機內碼存儲。這里

38、使用的機內碼一般都機內碼一般都是采用變形國標碼是采用變形國標碼。變形國標碼是國標碼的另一種表現(xiàn)。變形國標碼是國標碼的另一種表現(xiàn)形式，就是每個字節(jié)的最高位改變成形式，就是每個字節(jié)的最高位改變成 l，見圖，見圖13。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 圖13 機內碼(變形國標碼)的格式b7b6b5b4B3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b011第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 4漢字字形碼漢字字形碼 漢字字形碼用在顯示或打印輸出漢字時編碼的字漢字字形碼用在顯示或打印輸出漢字時編碼的字形，該種編碼通過點陣式或矢量函數(shù)等方式表示。用形，該種編碼通過點陣式或矢量函數(shù)等方式表示。用點陣表示時，不論漢字

39、的筆劃多少，都可以在同樣大點陣表示時，不論漢字的筆劃多少，都可以在同樣大小的方塊中書寫，每個方塊又都分割成許多小方塊，小的方塊中書寫，每個方塊又都分割成許多小方塊，組成一個點陣。組成一個點陣。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 由以上介紹可以知道，從鍵盤上輸入一個漢字，最由以上介紹可以知道，從鍵盤上輸入一個漢字，最后從顯示器或打印機輸出該漢字，從編碼形式上大致后從顯示器或打印機輸出該漢字，從編碼形式上大致經歷如下變化過程經歷如下變化過程: 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.4 數(shù)的表示方法數(shù)的表示方法1.4.1 數(shù)的小數(shù)方式表示法數(shù)的小數(shù)方式表示法 數(shù)的小數(shù)點，在計算機中通過隱含規(guī)定小數(shù)點的位

40、數(shù)的小數(shù)點，在計算機中通過隱含規(guī)定小數(shù)點的位置來表示。根據約定的小數(shù)點位置是否固定，分為定置來表示。根據約定的小數(shù)點位置是否固定，分為定點表示法和浮點表示法兩種。點表示法和浮點表示法兩種。 1定點表示法定點表示法 約定小數(shù)點隱含固定在某個位置不變，這種表示約定小數(shù)點隱含固定在某個位置不變，這種表示法稱為定點表示法。采用定點表示法的計算機稱為定法稱為定點表示法。采用定點表示法的計算機稱為定點計算機。點計算機。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 原則上，小數(shù)點固定在哪一位并無關系，但為了方便，原則上，小數(shù)點固定在哪一位并無關系，但為了方便，總是把小數(shù)點規(guī)定在數(shù)的最前面或最后面，即總是把總是把小數(shù)點規(guī)

41、定在數(shù)的最前面或最后面，即總是把所有的數(shù)化為純小數(shù)或純整數(shù)來對待。選擇哪一種在所有的數(shù)化為純小數(shù)或純整數(shù)來對待。選擇哪一種在硬件上并無區(qū)別，是在程序中約定的。我們前面講的硬件上并無區(qū)別，是在程序中約定的。我們前面講的碼制都是約定純整數(shù)，即是把小數(shù)點隱含規(guī)定在數(shù)的碼制都是約定純整數(shù)，即是把小數(shù)點隱含規(guī)定在數(shù)的最后面。圖最后面。圖14給出了定點數(shù)的一般形式。給出了定點數(shù)的一般形式。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 圖14 定點數(shù)一般性形式第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2. 浮點表示法浮點表示法 小數(shù)點的位置在數(shù)中可以變動，這種表示法稱為浮小數(shù)點的位置在數(shù)中可以變動，這種表示法稱為浮點表示法。采用浮

42、點表示法的計算機稱為浮點計算機。點表示法。采用浮點表示法的計算機稱為浮點計算機。 浮點表示法類似于科學計數(shù)法，任一數(shù)均可通過浮點表示法類似于科學計數(shù)法，任一數(shù)均可通過改變指數(shù)部分，使小數(shù)點位置發(fā)生移動，如數(shù)改變指數(shù)部分，使小數(shù)點位置發(fā)生移動，如數(shù)23.45可可以寫成以寫成1012.345、1020.2345、1030.02345各各種不同形式。種不同形式。 浮點數(shù)在機器中的表示方法為：浮點數(shù)在機器中的表示方法為：階符階碼E數(shù)符尾數(shù)D第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.4.2 帶符號數(shù)的表示方法帶符號數(shù)的表示方法 數(shù)值有正負之分，這種帶符號的數(shù)在計算機中怎數(shù)值有正負之分，這種帶符號的數(shù)在計算機中

43、怎么表示呢么表示呢?我們知道，任何信息在計算機內部只能用我們知道，任何信息在計算機內部只能用某種某種0與與1的組合來表示，所以數(shù)的正負號也得通過的組合來表示，所以數(shù)的正負號也得通過0和和1加以區(qū)分。通常規(guī)定一個數(shù)的最高位作為符號位，該加以區(qū)分。通常規(guī)定一個數(shù)的最高位作為符號位，該位不代表數(shù)值，僅用來表示數(shù)符。若該位為位不代表數(shù)值，僅用來表示數(shù)符。若該位為0，則表示，則表示正數(shù)；若為正數(shù)；若為1，則代表負數(shù)。，則代表負數(shù)。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1原碼原碼 如上所述，用最高位表示數(shù)符，若為如上所述，用最高位表示數(shù)符，若為0，則代表正，則代表正數(shù)；若為數(shù)；若為1，則代表負數(shù)，數(shù)值部分為真

44、值的絕對值，則代表負數(shù)，數(shù)值部分為真值的絕對值，這種表示方法就是原碼表示法。這種表示方法就是原碼表示法。 2反碼反碼 所謂反碼，就是對負數(shù)的原碼，除符號位外，逐位所謂反碼，就是對負數(shù)的原碼，除符號位外，逐位取反所得到的數(shù)，而正數(shù)的反碼則與其原碼形式相同。取反所得到的數(shù)，而正數(shù)的反碼則與其原碼形式相同。 3補碼補碼 若某數(shù)為正，則補碼就是它本身；若某數(shù)為負，則若某數(shù)為正，則補碼就是它本身；若某數(shù)為負，則先將其表示成原碼，然后除符號位外，逐位取反先將其表示成原碼，然后除符號位外，逐位取反(即即0變變1，1變變0)，最后再加，最后再加1。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 綜上所述：綜上所述： 正數(shù)的原

45、碼、補碼、反碼，三者相同；正數(shù)的原碼、補碼、反碼，三者相同； 負數(shù)的補碼、反碼與原碼不同，但三者符號位都負數(shù)的補碼、反碼與原碼不同，但三者符號位都為為1； 反碼與補碼只差反碼與補碼只差1，因此只需將反碼加，因此只需將反碼加1，即得補，即得補碼碼(此即簡便求補碼法此即簡便求補碼法)。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.5 計算機的指令和指令系統(tǒng)計算機的指令和指令系統(tǒng)1.5.1 計算機的指令 指令：指示計算機執(zhí)行某種操作命令的一組二進制代碼。指令是硬件能理解并執(zhí)行的語言，一條指令就是機器語言的一條語句，每條指令都可完成一個獨立的操作。為解決某一問題而設計的指令序列稱為程序。第1章 計算機和計算機中

46、的數(shù)據 指令格式：一條指令通常應包括操作碼和地址碼兩方面內容。其中，操作碼用來表征一條指令的操作特性和功能；地址碼給出參與操作的數(shù)據在存儲器中的地址。因此，一條指令的基本格式可表示為： 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1操作碼(用OP表示) 操作碼一般放在指令的前部，由若干位二進制數(shù)組成。由于每一種操作都要用不同的二進制代碼表示，所以操作碼部分應當有足夠的位數(shù)，以便能表示出指令系統(tǒng)的全部操作。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2地址碼(也稱操作數(shù)，用A表示) 地址碼部分用來指出參加操作的數(shù)據地址或操作數(shù)。對此，需有一基本認識：在計算機中，凡是參加運算的源數(shù)據或操作后的結果數(shù)據，一般情況下總是安

47、排在存儲器中，并通過地址碼訪問該地址中的內容。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 1.5.2 計算機的指令系統(tǒng) 1指令系統(tǒng) 計算機所能識別并執(zhí)行的全部指令的集合稱為該種計算機的指令系統(tǒng)。指令及指令系統(tǒng)和機器的硬件密切相關，每一種計算機都有自己的指令系統(tǒng)。 2指令系統(tǒng)的分類 一臺計算機的指令系統(tǒng)可能有上百條，不同計算機的指令系統(tǒng)所包含的指令種類和數(shù)目也不一樣，但是按其功能劃分，一般都包含以下幾類指令：數(shù)據傳送類指令、運算類指令、程序控制類指令、輸入/輸出類指令等。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3計算機工作原理 計算機的工作過程，就是執(zhí)行程序的過程。怎樣組織存儲程序，涉及到計算機體系結構問題。現(xiàn)在

48、的計算機都是基于“程序存儲”原理設計制造出來的。 1) 馮諾依曼(Von Neumann)設計思想 馮諾依曼是美籍匈牙利數(shù)學家，他早在1946年就提出了關于計算機組成和工作方式的基本設想。到現(xiàn)在為止，盡管計算機制造技術已經發(fā)生了極大的變化，但是就其體系結構而言，仍然是根據他的設計思想制造的，這樣的計算機稱為馮諾依曼結構計算機。其基本結構如圖15所示。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 圖15 計算機基本結構 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 馮諾依曼設計思想可以簡要地概括為以下三點： (1) 計算機應包括運算器、存儲器、控制器、輸入和輸出設備五大基本部件。 (2) 計算機內部應采用二進制來表示指令

49、和數(shù)據。每條指令一般具有一個操作碼和一個地址碼。 (3) 將編好的程序和原始數(shù)據送入內存儲器中，然后啟動計算機工作，計算機應在不需操作人員干預的情況下，自動逐條取出指令和執(zhí)行任務。第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 2計算機的工作過程 (1) 取指令 (取指) 階段：開始時，機器進入取指令階段。 (2) 執(zhí)行指令階段：指令譯碼器譯碼后，在CPU控制下，向各個部件發(fā)出相應控制信號，執(zhí)行該指令的操作，并為執(zhí)行下一條指令作好準備，即形成下條指令地址。 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 習習 題題 一、選擇填一、選擇填 1. 在計算機內部，用來傳送、存儲、加工處理的數(shù)在計算機內部，用來傳送、存儲、加工處理的

50、數(shù)據實際上都是以【據實際上都是以【 】形式進行的?！啃问竭M行的。 A) 五筆字型碼五筆字型碼 B) 八進制碼八進制碼 C) 二進制碼二進制碼 D) 拼音簡碼拼音簡碼 2. 計算機采用二進制的最主要理由是【計算機采用二進制的最主要理由是【 】?！俊) 存儲信息量大存儲信息量大 B) 符合人們習慣符合人們習慣 C) 結構簡單，運算方便結構簡單，運算方便 D) 數(shù)據輸入輸出方便數(shù)據輸入輸出方便第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 3. 計算機中表達信息的最小單位是【計算機中表達信息的最小單位是【 】。】。A) 位位 (比特比特) B) 字節(jié)字節(jié) C) KB D) MB4. 1 bit能表示的數(shù)據大小是【

51、能表示的數(shù)據大小是【 】?！?。A) 2 B) 0或或1 C) 4 D) 8第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 5. 十進制數(shù)十進制數(shù)7725轉換為二進制數(shù)是【轉換為二進制數(shù)是【(1)】，轉換】，轉換為八進制數(shù)是【為八進制數(shù)是【(2)】，轉換為十六進制數(shù)是【】，轉換為十六進制數(shù)是【(3)】。】。(1) A)10101011.1 B) 1001101.01 C) 11010101.01 D) 1000111(2) A)120.4 B) 107.5 C) 115.2 D) 141.2(3) A) 4D.4 B) 5B.4 C) 39.8 D) 5A.C 第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 6. 二進制數(shù)二進

52、制數(shù)101101101101.110轉換為十進制數(shù)是轉換為十進制數(shù)是【(1)】, 轉換為八進制數(shù)是【轉換為八進制數(shù)是【(2)】, 轉換為十六進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)是【是【(3)】。】。(1) A) 2805.55 B) 2705.75 C) 2925.75 D) 3005.75(2) A) 5555.6 B) 4535.6 C) 5055.6 D) 5105.4(3) A) A32.A B) B6D.C C) 9A3.7 D) CD9.5第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 7. 十進制數(shù)十進制數(shù)525的的BCD碼是【碼是【(1)】, ASCII碼是【碼是【(2)】。】。(1) A) 010l001

53、00010 B) 010100100101 C) 001001010010 D) 010001000010 (2) A) 101001101100101010011 B) 01101010110010011010l C) l00010110000101000101 D) 01001010l000l00100101 8. 16個二進制位數(shù)可表示整數(shù)的范圍是【個二進制位數(shù)可表示整數(shù)的范圍是【 】?！?。A) 065535 B) 3276832767 C) 3276832768 D) 3276832767或或065535第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 9. 下列不同進制的四個數(shù)中，最大的一個數(shù)是【下列不同進制的四個數(shù)中，最大的一個數(shù)是【 】?！?。A) (1l011001)2 B) (75)10 C) (37)8 D) (A7)16 10. 下列字符中，下列字符中，ASCII碼值最小的是【碼值最小的是【 】?！?。A) a B) A C) x D) Y11. 一個一個ASCII碼字符在機內用【碼字符在機內用【 】個字節(jié)來表示。】個字節(jié)來表示。A) 1 B) 2 C) 3 D) 412. 在微型機的漢字系統(tǒng)中，一個漢字內碼占【在微型機的漢字系統(tǒng)中，一個漢字內碼占【 】個字】個字節(jié)。節(jié)。 A) 1 B) 2 C) 3 D) 4第1章 計算機和計算機中的數(shù)據 13. 二進制數(shù)的十進制編碼，被