第1章 計算機系統(tǒng)的基礎知識

1、計算機導論前言談談你報計算機類專業(yè)的想法。談談你報計算機類專業(yè)的想法。談談你對計算機的認識。談談你對計算機的認識。談談對計算機的工作原理認識。談談對計算機的工作原理認識。為什么要學計算機導論這門課？為什么要學計算機導論這門課？如何學好計算機導論這門課？如何學好計算機導論這門課？課程的作用從學科整體出發(fā)，綜述性地、深入淺從學科整體出發(fā)，綜述性地、深入淺出地介紹計算機學科的有關知識與技出地介紹計算機學科的有關知識與技能，起能，起導向的作用導向的作用是從事計算機信息學科學習學生的是從事計算機信息學科學習學生的“導游圖導游圖”，是對整個計算機學科有，是對整個計算機學科有一個一個鳥瞰式的縱覽鳥瞰式的縱覽

2、。學習目的理解計算機會理解計算機會“自動計算自動計算”的基本原理的基本原理掌握計算機的最基本的知識掌握計算機的最基本的知識上機能掌握計算機的基本操作上機能掌握計算機的基本操作知道計算機領域的主要方向和發(fā)展趨勢知道計算機領域的主要方向和發(fā)展趨勢明白計算機專業(yè)所開各課程的意義和作用明白計算機專業(yè)所開各課程的意義和作用弄清各門課程間的聯(lián)系。弄清各門課程間的聯(lián)系。課程的學習方法重視學科的科學思想、方法的把握。重視學科的科學思想、方法的把握。從宏觀入手把握問題，不糾纏于個別細節(jié)，從宏觀入手把握問題，不糾纏于個別細節(jié)，從學科體系上把握整個知識體系。從學科體系上把握整個知識體系。重視實踐和動手能力的培養(yǎng)，和

3、計算機專重視實踐和動手能力的培養(yǎng)，和計算機專業(yè)技能課訓練緊密結合業(yè)技能課訓練緊密結合提高計算機的操作能力提高計算機的操作能力計算機專業(yè)的特點計算機應用方向很多計算機應用方向很多, ,潮流也很新潮流也很新, ,許許多人這學一點多人這學一點, ,那個學一點那個學一點, ,結果個個結果個個都不精通都不精通. .總覺得是在原地打轉總覺得是在原地打轉. . 作為計算機的學生要做到面廣且專作為計算機的學生要做到面廣且專. .即對計算機的每一個領域都要了解即對計算機的每一個領域都要了解, ,專專業(yè)知識要專業(yè)知識要專, ,對一個方向的專業(yè)知識要對一個方向的專業(yè)知識要精通精通. . 教學形式和考核辦法教學形式教

4、學形式幻燈片 +教材，以及與計算機相關 的讀物?？己宿k法考核辦法總成績=開卷考試（70）平時成績（30%）閱讀參考書計算機計算機科學概論（第八版）計算機計算機科學概論（第八版）Computer Science : an Computer Science : an overviewoverview， 美美J.Glenn BrookshearJ.Glenn Brookshear著，王保江等譯，著，王保江等譯， 人民人民郵電出版社，郵電出版社，20032003年年9 9月。月。黃榮勝等編黃榮勝等編 計算機科學與技術方法論計算機科學與技術方法論 北京北京 人民郵電出版社人民郵電出版社 20022002

5、年年王玉龍等編王玉龍等編 計算機導論計算機導論 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 2012 2012年年計算機科學導論（第計算機科學導論（第2 2版），【美國】版），【美國】Firouz MosharrafFirouz Mosharraf著，劉藝譯，機械工業(yè)出版社，著，劉藝譯，機械工業(yè)出版社，20092009計算機科學概論（第計算機科學概論（第1010版），【美】版），【美】J.Glenn Brookshear J.Glenn Brookshear 著，劉藝等譯，人民郵電出版社，著，劉藝等譯，人民郵電出版社，20092009第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識8ENIACENI

6、AC是世界公認的第一臺通用電子數字計算機。是世界公認的第一臺通用電子數字計算機。19461946年年2 2月月由美國賓州大學的莫克萊和?？颂匮兄?；由美國賓州大學的莫克萊和?？颂匮兄疲?800018000多個多個電子管電子管、15001500多個多個繼電器繼電器、占地占地170170平方米平方米、重量重量3030噸、噸、計算速計算速度度5 5千次千次/ /秒；每次至多只能秒；每次至多只能存儲存儲2020個個十進制數；十進制數；弱點：存儲容量小，尚未采用弱點：存儲容量小，尚未采用“程序存儲程序存儲”方式；電子管太多方式；電子管太多 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的

7、基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識9圖靈對現(xiàn)代計算機貢獻：建立了圖靈機的理論模型，發(fā)展了可計算圖靈對現(xiàn)代計算機貢獻：建立了圖靈機的理論模型，發(fā)展了可計算性理論；提出了定義機器智能的圖靈測試。性理論；提出了定義機器智能的圖靈測試。馮馮諾依曼貢獻：建立現(xiàn)代計算機基本結構，即馮諾依曼貢獻：建立現(xiàn)代計算機基本結構，即馮諾依曼結構。諾依曼結構。 整個系統(tǒng)是由五大基本部件組成，即由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備組成； 采用二進制，使用機器語言,指令通過操作碼來完成簡單的 操作； 采用存儲程序的思想，對計算進行集中的順序控制。馮馮. .諾依曼諾依曼圖圖 靈靈 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第

8、1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識10所謂所謂現(xiàn)代計算機現(xiàn)代計算機是指采用先進的電子技術來代替陳是指采用先進的電子技術來代替陳舊落后的機械或繼電器技術。舊落后的機械或繼電器技術。 以構成以構成計算機硬件的邏輯元件為標志計算機硬件的邏輯元件為標志，大致經歷了，大致經歷了從電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電子路到大規(guī)模從電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電子路到大規(guī)模超大規(guī)模集電路計算機等超大規(guī)模集電路計算機等四個發(fā)展階段四個發(fā)展階段。 重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識11課堂交互現(xiàn)代計算機與微型機劃分的標準有什么不同

9、？現(xiàn)代計算機與微型機劃分的標準有什么不同？現(xiàn)代計算機：現(xiàn)代計算機：電子器件不同微型機：微型機：微處理器的位數 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識12特點特點 采用電子管作為邏輯開關元件； 存儲器使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓等； 外部設備采用紙帶、卡片、磁帶等； 使用機器語言，50年代中期開始使用匯編語言，但沒有操作系統(tǒng) 體積龐大 、笨重 、耗電多、 可靠性差、 速度慢、 維護困難 典型機器典型機器 ENIAC、EDVAC、UNIVAC、 IBM 701、 IBM 650 應用應用 科學計算1. 第一代電子計算機第一代電子計算機 上

10、一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識13特點特點使用半導體晶體管作為邏輯開關元件； 使用磁芯作為主存儲器，輔助存儲器采用磁盤和磁帶； 輸入輸出方式有了很大改進； 開始使用操作系統(tǒng)，有了各種計算機高級語言。體積減小、重量減輕、耗電量減少、速度加快、可靠性增強 ;典型機器典型機器IBM 的7090、7094、7040、7044應用應用數據處理、工業(yè)控制、科學計算 2. 第二代電子計算機第二代電子計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識14 特點特點 使用中、小規(guī)模集成電路作為邏輯開

11、關元件； 開始使用半導體存儲器。輔存仍以磁盤,磁帶為主； 外部設備種類和品種增加； 開始走向系列化、通用化和標準化； 操作系統(tǒng)進一步完善，高級語言數量增多。 計算機的體積、重量進一步減小，運算速度和可靠性進一步提高 典型機器典型機器IBM 370系列、 IBM 360系列、富士通F230系列等。 應用應用系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)設計、大型科學計算、科技工程各領域。3. 第三代電子計算機第三代電子計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識15特點特點 使用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路作為邏輯開關元件； 主存采用半導體存儲器，輔存采用大容量的軟、硬磁盤

12、，并開始引入光盤； 外部設備有了很大發(fā)展，開始采用光字符閱讀器（OCR）,掃描儀、激光打印機和各種繪圖儀； 操作系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，數據庫管理系統(tǒng)進一步發(fā)展。 計算機的體積、重量、功耗進一步減小，運算速度、存儲容量、可靠性等大幅度提高。 典型機器典型機器IBM的4300系列、3080系列、3090系列，以及IBM 9000系列 應用應用事務處理、智能模擬、普及到社會生活各個方面4. 第四代電子計算機第四代電子計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識16人工智能（人工智能（AIAI）：）：是研究如何用人工的方法和技術來模仿、是研究如何

13、用人工的方法和技術來模仿、延伸和擴展人的智能，以實現(xiàn)某些延伸和擴展人的智能，以實現(xiàn)某些“機器思維機器思維”或腦力勞動自或腦力勞動自動化的一門學科。動化的一門學科。第五代計算機系統(tǒng)（第五代計算機系統(tǒng)（FGCS:):FGCS:): 就是智能計算機系統(tǒng)，智能計就是智能計算機系統(tǒng)，智能計算機由以下幾個部分組成：算機由以下幾個部分組成：知識庫（KB:Knowledge Bank） 知識庫計算機(KBM:Knowledge Bank Machine） 知識庫管理系統(tǒng)(KBMS) 問題求解和推理機 智能接口系統(tǒng) 應用系統(tǒng)5. 人工智能和第五代電子計算機人工智能和第五代電子計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一

14、頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識17巨型機巨型機(Super computer)(Super computer)又稱超級計算機，它的價格昂貴、功又稱超級計算機，它的價格昂貴、功能強大，多用于戰(zhàn)略武器、空間技術、石油勘探、天氣預報。能強大，多用于戰(zhàn)略武器、空間技術、石油勘探、天氣預報。社會模擬等。社會模擬等。 它從技術上朝兩個方向發(fā)展：它從技術上朝兩個方向發(fā)展：開發(fā)高性能器件，縮短時鐘周期，提高單機性能采用多處理器結構，提高機器性能，用于尖端領域，代表國家的計算機科學水平。典型巨型計算機：典型巨型計算機：如美國的ILLIAC-IV型計算機（每秒1.5億次）、CR

15、AY-1型計算機（每秒1億次）。 “銀河”系列計算機和“曙光一號”并行計算機等，標志著我國是世界上少數幾個能獨立研制出巨型機的國家之一。巨巨 型型 機機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識18運算速度可達運算速度可達5000億次的億次的“神威神威”計算機計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識19 微型計算機的分代是以微型計算機的分代是以微處理器的位數微處理器的位數為依據的，為依據的，共分四代：共分四代： 第一代微型計算機 第二代微型計算機 第三代微型計算機 第四代微型計算

16、機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識20特點特點 字 長：4位/8位 芯片集成度（晶體管數目/片）：12002000 時鐘頻率：0.50.8MHz 基本指令執(zhí)行時間：1015S 地址總線：4/8條CPUCPU舉例舉例40041. 第一代微型計算機第一代微型計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識21特點特點 字 長：8位 芯片集成度（晶體管數目/片）：50009000時鐘頻率：12.5MHz基本指令執(zhí)行時間：12S地址總線：16條微處理器（微處理器（CPUCPU）舉例）舉

17、例Intel 8080、Intel 8085、M6800、Z-8080802. 第二代微型計算機第二代微型計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識22特點特點 字 長：16位 芯片集成度（晶體管數目/片）：2萬7萬時鐘頻率：510MHz基本指令執(zhí)行時間：0.40.75S地址總線：20/24條微處理器（微處理器（CPUCPU）舉例：）舉例：Intel 8086、Intel 8088 、Intel 80286、M680003. 第三代微型計算機第三代微型計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計

18、算機系統(tǒng)的基礎知識23特點特點 字 長：32/64位 芯片集成度（晶體管數目/片）：10萬以上 時鐘頻率：25 150MHz 基本指令執(zhí)行時間：0.125S 地址總線：24/32條微處理器（微處理器（CPUCPU）舉例）舉例Intel 80386、Intel 80486、奔騰系列等4. 第四代微型計算機第四代微型計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識24筆記本電腦：筆記本電腦：體積更小、重量更輕的便攜式微型機 單片計算機：單片計算機：微型計算機的主要部件集成在一塊芯片上，也稱單片微型計算機，簡稱單片機。 單片機的發(fā)展歷史可分為三個

19、階段：單片機的發(fā)展歷史可分為三個階段： 初級單片機階段（1976-1978） 高性能單片機階段（1978年以后） 16位單片機推出階段（1982年以后） 其他微型計算機其他微型計算機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識25 教學目的教學目的 掌握計算機系統(tǒng)的組成成分及各組成成分的功能 了解計算機的工作過程。 教學重點教學重點 計算機硬件組成及各部分功能 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識26教學引入 現(xiàn)在，我們已經了解計算機的發(fā)展，那么現(xiàn)在，我們已經了解計算機的發(fā)展，那么計算機的內部有哪些部件組成？計算機的內部有

20、哪些部件組成？ 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識27概念 硬件系統(tǒng)：指由電子部件和機電裝置組成的計算硬件系統(tǒng)：指由電子部件和機電裝置組成的計算機實體。機實體。 軟件系統(tǒng)：指為計算機工作服務的全部技術資料軟件系統(tǒng)：指為計算機工作服務的全部技術資料和各種程序。和各種程序。功能 硬件的功能：接受計算機程序硬件的功能：接受計算機程序, ,并在程序的控制下并在程序的控制下完成數據輸入、數據處理和輸出結果等任務。完成數據輸入、數據處理和輸出結果等任務。 軟件的功能：保證計算機硬件的功能得以充分發(fā)軟件的功能：保證計算機硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個寬

21、松的工作環(huán)境。揮，并為用戶提供一個寬松的工作環(huán)境。關系二者缺一不可，沒有軟件的計算機稱為二者缺一不可，沒有軟件的計算機稱為“裸機裸機” ” 裸機不能做任何工作。裸機不能做任何工作。硬件是組成計算機的物質基礎硬件是組成計算機的物質基礎, ,軟件則是其靈魂軟件則是其靈魂 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識28負責數據負責數據的算術運算的算術運算和邏輯運算和邏輯運算即數據的加即數據的加工處理工處理實 現(xiàn) 記 憶實 現(xiàn) 記 憶功能的部件功能的部件用來存放計用來存放計算程序及參算程序及參與運算的各與運算的各種數據。種數據。存儲器存儲器運算器運算

22、器控制器控制器輸入設備輸入設備實現(xiàn)計算實現(xiàn)計算程序和原始程序和原始數據的輸入數據的輸入負責對程負責對程序規(guī)定的控序規(guī)定的控制信息進行制信息進行分析、控制分析、控制并協(xié)調輸入、并協(xié)調輸入、輸出操作或輸出操作或內存訪問內存訪問輸出設備輸出設備實現(xiàn)計算實現(xiàn)計算結果的輸出結果的輸出重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識29結果結果數據數據中央處理器中央處理器取數取數存數存數外外 部部 設設 備備 接接 口口輸輸 入入 設設 備備輸輸 出出 設設 備備外外 存存 儲儲 器器內存儲器內存儲器運算器運算器控控 制制 器器程序程序數據數據外設外

23、設主主 機機 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識30 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識31馮諾依曼型計算機兩大特征： 程序存儲程序存儲采用二進制采用二進制 重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識32 教學目的教學目的 學習計算機中數據信息的表示方式和各種表示方式之間的內在聯(lián)系、二進制的定點與浮點表示及其原碼反碼補碼表示、計算機中非數值數據的編碼，使大家對數值數據的表示方式有所了解。 教學重點教學重點不同進制數

24、之間的轉換二進制數的原碼、反碼及補碼表示字符編碼第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識33教學引入 計算機可以處理各種各樣的數據，如文本、計算機可以處理各種各樣的數據，如文本、圖像、聲音、動畫等，那么這些信息在計算機圖像、聲音、動畫等，那么這些信息在計算機內部是如何保存的？內部是如何保存的？ 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識34按形表示按一定的編碼方法來表示數據按值表示要求在選定的進位制中正確地表示出數值，包括數字符號、小數點位置及正負符號等。表示數據信息的兩種基本方法表示數據信息的兩種基本方法12 上一頁上一頁 返返 回回下一

25、頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識351. 特點 ： 10個有序的數字符號：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 其中：“十” 為進位基數(Base / Radix)， “逢十進一”的計數規(guī)則 小數點符號：“.”2. 表示法 ：并列表示法 Positional Notation 多項式表示法 Polynomial Notation簡稱基數( R )。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識36例：十進制數 1 2 3 4 5 . 6 7 8 0 9多項式表示法 : 將并列式按“權” 展開為按權展開式，稱為

26、多項式表示法。如下例： 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 如上所示，處在不同位置的數字具有不同的如上所示，處在不同位置的數字具有不同的“權權”，并列計數法，也稱，并列計數法，也稱位置表示法。位置表示法。萬 千 百 十 個位 位 位 位 位小數點十 百 千 萬 十萬分 分 分 分 分 位 位 位 位 位并列表示法并列表示法12345.67809 = 1104 + 2103 + 3102 + 4101 + 510 0 + 610-1 + 710-2 + 810-3 + 0 10-4 + 910 - 5 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第

27、第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識37進位制數進位制數 所謂“數制”，即各種進位計數制。 在R進制中，具有R個數字符號，它們是0，1，2，（R-1） 在R進制中，由低位向高位是按“逢R進一”的規(guī)則進行計數。 R進制的基數（base）是R，R進制數的第i位的權(weight)為“Ri”，并約定整數最低位的位序號i=0（i=n,2，1，0，-1， -2）。 小數點右移一位擴大倍，左移一位縮小為原來的1/倍。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識38不同數制表示 在數碼的右下角注在數碼的右下角注明數制或在數的后面明數制或在

28、數的后面加一個字母。加一個字母。 B：二進制數：二進制數 Q：八進制數：八進制數 D：十進制數：十進制數 H：十六進制數：十六進制數不同數制特點進位計數制方式進位計數制方式: :每每種數制使用數碼個數種數制使用數碼個數R R稱為基數，進位計數稱為基數，進位計數制編碼符合制編碼符合“逢逢R R進位進位”規(guī)則。規(guī)則。位權表示法位權表示法: :數制中數制中每一固定位置對應的每一固定位置對應的單位值稱為權，處于單位值稱為權，處于不同位置數碼代表的不同位置數碼代表的值與它所在位置權值值與它所在位置權值有關。有關。12 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的

29、基礎知識39進位制進位制二進制二進制八進制八進制十進制十進制 十十 六六 進進 制制規(guī)規(guī) 則則基基 數數數數 碼碼 權權形式表示形式表示逢二進一逢二進一R=2 0,12iB逢八進一逢八進一 R=80,1,2,78iQ逢十進一逢十進一 R=100,1,2, ,910iD逢十六進一逢十六進一 R=160,1,9,A,B,C,D,E,F16iH重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識40使用按權相加法，即使用按權相加法，即將各位進制數碼與它將各位進制數碼與它對應的權相乘，其積對應的權相乘，其積相加，和數即為與該相加，和數即為與該R R進

30、制數相對應的十進制數相對應的十進制數。進制數。 整數的轉換整數的轉換: :采用除采用除R R取余法。從最后一次除取余法。從最后一次除得余數讀起（即從高位得余數讀起（即從高位到低位）。到低位）。 小數部分的轉換小數部分的轉換: :采采用乘用乘R R取整法，將所得取整法，將所得小數從第一次乘得整數小數從第一次乘得整數讀起，就是這個十進制讀起，就是這個十進制小數所對應的小數所對應的R R進制小進制小數數R進制數十進制數十進制數R進制數重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識41 分析：分析：使用按權相加法，即將各位進制數碼與它對應的權相

31、乘，其積相加，和數即為與該R進制數相對應的十進制數。(1100101.101)(1100101.101)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（1

32、100101.101）2 的等值十進制數。的等值十進制數。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 33 解:先求（66）10等值二進制數 余數 2 66即（即（6666）1010= =（1000010) 1000010) 2 2再求小數部分 積的整數部分 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注意：注意：十進制小數不一定都能轉換十進制小數不一定都能轉換成完全等值的二進制小數，所以有成完全等值的二進制小數，所以有時要取近似值，有換算誤差存在。時要取近

33、似值，有換算誤差存在。01684210100001例例2：求（：求（66.625）10 等值二進制數等值二進制數 分析：分析：將此數分成整數和小數兩部分分別轉換，然后再拼接起來將此數分成整數和小數兩部分分別轉換，然后再拼接起來。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識43二進制、八二進制、八進制、十六進制、十六進制間轉換進制間轉換二進制數二進制數八進制數八進制數 “三位并一位三位并一位” 以小數點為基準，整數部分從右至左，每三位一組，以小數點為基準，整數部分從右至左，每三位一組，最高位不足三位時，添最高位不足三位時，添0 0補足三位；補足

34、三位； 小數部分從左至右，每三位一組最低有效位不足三小數部分從左至右，每三位一組最低有效位不足三位時，添位時，添0 0補足三位。補足三位。 各組三位二進制數按各組三位二進制數按2 22 2，2 21 1，2 20 0權展開后相加，權展開后相加， 得到一個八進制數得到一個八進制數八進制數八進制數二進制數二進制數 “一位拆三位一位拆三位” 把一位八進制寫成對應的三位二進制，然后按權連把一位八進制寫成對應的三位二進制，然后按權連接即可接即可二進制數二進制數十六進制數十六進制數 “四位并一位四位并一位” 以小數點為基準，整數部分從右至左，每四位一組，以小數點為基準，整數部分從右至左，每四位一組，最高位

35、不足四位時，添最高位不足四位時，添0 0補足四位；補足四位； 小數部分從左至右，每四位一組最低有效位不足四小數部分從左至右，每四位一組最低有效位不足四位時，添位時，添0 0補足四位。補足四位。 各組四位二進制數按各組四位二進制數按2 23 3, 2 22 2，2 21 1，2 20 0權展開后相加，權展開后相加， 得到一個十六進制數得到一個十六進制數十六進制數十六進制數二進制數二進制數 “一位拆四位一位拆四位” 把一位十六進制寫成對應的四位二進制，然后按權把一位十六進制寫成對應的四位二進制，然后按權連接即可連接即可重點重點 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎

36、知識計算機系統(tǒng)的基礎知識44解： 001 010 111 011 . 001 011 100 1 2 7 3 . 1 3 4 即： (1010111011.0010111)2=(1273.134)8例例3：將（：將（1010111011.0010111)2 轉換轉換 為八進制數為八進制數 分析：分析：按照按照“三位并一位三位并一位”的原則，對二進制數進行處理。的原則，對二進制數進行處理。例例4：將（：將（2754.41)8轉換成二進制數轉換成二進制數 分析：分析：按照按照“一位拆三位一位拆三位”的原則，對八進制數進行處理。的原則，對八進制數進行處理。 解： 2 7 5 4 . 4 1 010

37、111 101 100 . 100 001 即：（2754.41)8=(10111101100.100001)2 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識45解： 0010 1101 0101 0111 0100 2 D 5 . 7 4 即： （1011010101.011101)2=(2D5.74)16例例5：將（：將（1011010101.011101)2轉換成十六進制數轉換成十六進制數 分析：分析：按照按照“四位并一位四位并一位”的原則，對二進制數進行處理。的原則，對二進制數進行處理。例例6：將（：將（5A0B.0C)16轉換成二進制

38、數轉換成二進制數 分析：分析：按照按照“一位拆四位一位拆四位”的原則，對十六進制數進行處理。的原則，對十六進制數進行處理。 解： 5 A 0 B 0 C 0101 1010 0000 1011 . 0000 1100 即：（5A0B.0C)16=(101101000001011.000011)2 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識46概念指計算機中的指計算機中的小數點位置固定不變小數點位置固定不變的數的表示方式的數的表示方式。功能分類定點整數：小數點固定在數的最低位之后。設字長為位，定點整數：小數點固定在數的最低位之后。設字長為位，能

39、表示的數值范圍為：能表示的數值范圍為： 00000000-01111111 00000000-01111111 即即0-0-（7 7）定點小數：小數點固定在數的最高位之前。設字長為位，定點小數：小數點固定在數的最高位之前。設字長為位，能表示的范圍為：能表示的范圍為： 0.00000000.1111111 0.00000000.1111111 即即0-0-（1- 1- -7-7 ） 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識47浮點表示法浮點表示法: : 指計算機中的小數點位置不是固定的，或者說是指計算機中的小數點位置不是固定的，或者說是“浮動

40、浮動” 的的數的表示方式：通過階碼和尾數表示：數的表示方式：通過階碼和尾數表示： N=2 N=2E E ( (S) S) E稱為階碼，它是一個二進制正整數 ； E前的為階碼的符號，稱為階符（Ef）； S稱為尾數，它是一個二進制正小數 ； S前的為尾數的符號，稱為尾符(Sf) ； “”是階碼E的底數。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識48階碼階碼尾數尾數階符階符尾尾符符例：二進制數例：二進制數101.1和和10.11的浮點表示形式為的浮點表示形式為 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的

41、基礎知識49真值真值一個數的正號用十表一個數的正號用十表示；負號用示；負號用”一一”表表示，即為該數的真值示，即為該數的真值。例如：十進制數。例如：十進制數+13.5+13.5二進制的真二進制的真值為值為+1101.1;+1101.1;十進制十進制數數-13.5-13.5二進制的二進制的真值為真值為-1101.1-1101.1機器數機器數以以0 0表示正數的符表示正數的符號，以號，以1 1表示負數表示負數的符號，并且每一的符號，并且每一位的數值也用位的數值也用0 0和和1 1表示之后，這樣的表示之后，這樣的數叫數叫機器數機器數，有時，有時也叫做機器碼也叫做機器碼符號化符號化好處好處可以方便的存

42、儲；在可以方便的存儲；在做乘法或除法時，把做乘法或除法時，把數的符號位按位相加數的符號位按位相加后，就得到結果的符后，就得到結果的符號位。其規(guī)則是正數號位。其規(guī)則是正數乘正數，符號按位相乘正數，符號按位相加得加得0 0；正數乘負數，；正數乘負數，符號按位相加得符號按位相加得 1 1；負數乘負數，符號按負數乘負數，符號按位相加得位相加得0 0。數符（數符（+/-+/-）+ +尾數（數值的絕對值尾數（數值的絕對值）符號（符號（+/-+/-）數碼化；）數碼化；最高位：最高位：“0 0”表示表示“+ +”，“1 1”表示表示“- -機器數的分類機器數的分類原碼、反碼、補碼原碼、反碼、補碼 上一頁上一頁

43、 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識50 原碼是一種機器數。數的原碼表示是在機器中用符號位的原碼是一種機器數。數的原碼表示是在機器中用符號位的0 0和和1 1表示數的正號和負號，而其余位表示數的本身。表示數的正號和負號，而其余位表示數的本身。 對于正數，X=+Xn-2Xn-3X0，則原碼為： X原=0Xn-2Xn-3X0 對于負數，X=-Xn-2Xn-3X0，則原碼為： X原=1Xn-2Xn-3X0 原碼表示法的特點原碼表示法的特點: :優(yōu)點:簡單易懂，與真值的轉換方便。 缺點:異號相加時機器首先應判斷數的符號，然后比較兩數的絕對值，增加了機器的復

44、雜程度。 符號位+尾數部分（真值）原碼表示法原碼表示法 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識51表示方法表示方法對于正數其反碼與原碼相同；對于X=+Xn-2Xn-3X0，則反碼為：X反=0Xn-2Xn-3X0對于負的二進制數，符號位不變，數值各位取反，即 0變?yōu)?，l變?yōu)?。對于X=-Xn-2Xn-3X0，則反碼為X反=1特點特點: :在計算機中容易實現(xiàn)，如觸發(fā)器，一邊表示原碼，另一邊表示反碼。 正數：尾數部分與真值形式相同；正數：尾數部分與真值形式相同；負數：尾數為真值數值部分按位取反負數：尾數為真值數值部分按位取反反碼表示法反碼表示法

45、 032X.XXn-n- 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識52表示方法表示方法對于正數其補碼與原碼相同；對于X=+Xn-2Xn-3X0，則補碼為： X補=0Xn-2Xn-3 X0 對于負數,除了符號位之外數值各位取反，末尾位加1。對于X=Xn-2Xn-3X0，則補碼為： X補=1 +1特點特點: :負數用補碼表示時，可把減法轉化成加法，可以用加法器實現(xiàn)減法，簡便、經濟 正數：尾數部分與真值形式相同；正數：尾數部分與真值形式相同；負數：尾數為真值數值部分按位取反加負數：尾數為真值數值部分按位取反加1補補 碼碼 表表 示示 法法 032

46、X.XXn-n- 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識53符號、S 0、1數值位不變x 真值x原x反x補S 不變，數值位不變(S=0)變反(S=1)S 不變，數值位不變(S=0)變反后加1(S=1)注：S表示符號位記住規(guī)律記住規(guī)律 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識54例例7 7：已知計算機字長為：已知計算機字長為8 8位，試寫出二進制位，試寫出二進制101010101010和和101010101010的機器中表示的原碼、反碼和補碼。的機器中表示的原碼、反碼和補碼。解：設該機器

47、采用定點整數表示,則其真值形式為: X=+0101010 Y=-0101010原 = 反 = 補 =00101010 Y原 = 10101010 Y反 = 11010101 Y補 =11010110原碼、反碼、補碼應用舉例原碼、反碼、補碼應用舉例 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識55例例8 8：已知：已知XX補補101101101101，求真值，求真值X X解：先由X補求出X反，則得: X反= X補11011011101100 X反的符號位為1，故其所對應的真值為負，且數值為X反的各位取反，即： X反 101100 X= -1001

48、1原碼、反碼、補碼應用舉例原碼、反碼、補碼應用舉例 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識56位（位（Bit）：度量數據的最小單位字節(jié)（字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位K（kilobyte） 字節(jié) 1KB =210B=1024 ByteM（megabyte）字節(jié) 1MB = 220B=1024 KBG（gigabyte） 字節(jié) 1GB = 230B=1024 MB T（terabyte）字節(jié) 1TB = 240B=1024GBb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0= 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系

49、統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識57 什么是編碼？什么是編碼？ 所謂編碼（code）,是指按一定規(guī)則組合而成二進制數碼序列來表示數字符或其他符號。 計算機中常用的編碼有十進制編碼(BCD碼）、可靠性編碼（校驗碼）字符編碼、操作編碼及漢字編碼等。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識58用四位二進制代碼對一位十進制數進行編碼，它既具有二進用四位二進制代碼對一位十進制數進行編碼，它既具有二進制碼的形式制碼的形式( (四位二進制碼四位二進制碼) )，又有十進制數的特點，又有十進制數的特點( (每四位每四位二進制碼是一位十進制數二進制碼是一位十

50、進制數) )。 例例1 1（931931）1010= =（？）（？）BCDBCD 解解: :（ 9 9 3 3 1 1) )10 10 = =( (10011001 00110011 00010001) )BCD BCD 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識59十進制十進制BCD碼碼十進制十進制BCD碼碼00000501011000160110200107011130011810004010091001 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識60課堂交互問題：已知(1101.01)

51、2，求其對應的BCD編碼？ 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識61 教學目的教學目的 本講主要介紹二進制與十進制的算術運算以及二進制的邏輯運算的基本知識，通過本講的學習使大家對計算機中的基本運算方法有所了解。教學重點教學重點二進制補碼運算二進制的邏輯運算第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識62教學引入教學引入 1+1=2 1+1=2 1+1=10 1+1=10 1+1=1 1+1=1? 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識63計算機中的基本運算計算機中的基本運算 算術運算

52、：包括加、減、乘、除等四則運算。 邏輯運算：包括邏輯乘、邏輯加、邏輯非及邏輯異或等運算運算規(guī)則：運算規(guī)則： 、 加法規(guī)則：0 + 0 = 0 0 + 1= 1+ 0 =1 1 + 1= 0 減法規(guī)則：00 = 0 10 =1 11=0 01= 1 乘法規(guī)則：00 = 0 01=10 = 0 11= 1 除法規(guī)則 01= 0 11= 1 ( 0不能作除數 ) 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識64例例9. 9. （10101010）2 2+ +（01010101）2 2= =（？）（？）2 2 1 0 1 01 0 1 0 + + 0

53、1 0 10 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 + 5 15 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識65例例10. 10. （11101110）2 2 （10011001）2 2= =（？）（？）2 2 1 1 1 01 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 14 9 5 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識66例例11. 11. （11001100）2 2（10011001）2 2= =（？）（？）2 2 被乘數 1 1 0

54、0 ) 乘數 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0乘積 1 1 0 1 1 0 0 12 9 108 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識67例例12. 12. （10010111001011）2 2（101101）2 2= =（？）（？）2 2 101）1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 5 ) 751 11 115252505 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識

55、計算機系統(tǒng)的基礎知識68二進制乘法可以由二進制乘法可以由“加法加法”和和“移位移位”兩種操作實兩種操作實現(xiàn)。除法可以由現(xiàn)。除法可以由“減法減法”和和“移位移位”兩種操作實現(xiàn)兩種操作實現(xiàn)因此，運算器中只需進行加減法及左右移位操作便因此，運算器中只需進行加減法及左右移位操作便可實現(xiàn)四則運算?？蓪崿F(xiàn)四則運算。 計算機中，加減法通常都用補碼進行。計算機中，加減法通常都用補碼進行。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識69分析：分析：運算公式運算公式 x x補補+ +y y補補 = =x+yx+y補補 例例16 設設x=+x=+0 01 11 1

56、0 01 11 10 0， y= y=1 11 11 11 10 00 01 1 求：求： x+y=?x+y=?解：在計算機中，真值x，y表示為下列補碼形式：x補=0,0110110y補=1,0000111 有： 0，0110110 x補 + 1，0000111 y補 1，0111101 x補y補即x+y補x補y補 1，0111101求得x+y=1000011 結果正確例：二進制補碼加法運算例：二進制補碼加法運算 P24 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識70例例17 17 設設x=+x=+1 10 01 10 00 01 11 1，

57、 y=+ y=+0 01 10 00 01 10 01 1 求求x+y=?x+y=?解：在計算機中，真值x，y表示為下列補碼形式：x補=0, 1010011 y補=0, 0100101 有： 0，1010011 x補 + 0，0100101 y補 0，1111000 x補y補即x+y補x補y補 0, 1111000 求得x+y=+1111000 結果正確例：二進制補碼加法運算例：二進制補碼加法運算 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識71例例18 18 設設x=x=- -1 10 00 00 00 01 11 1， y= y=- -0

58、01 10 00 00 00 01 1 求求x+y=?x+y=?解：在計算機中，真值x，y表示為下列補碼形式：x補=1, 0111101 y補=1, 1011111 有： 1, 0111101 x補 + 1, 1011111 y補 11, 0011100 x補y補 丟失 即x+y補x補y補 1, 0011100 求得x+y=-1100100 結果正確例：二進制補碼加法運算例：二進制補碼加法運算 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 注意書上錯誤注意書上錯誤第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識72例例19 19 設設x=+x=+1 10 00 00 01 10 01 1， y

59、=+ y=+1 11 10 00 01 11 11 1 求：求： x+y=?x+y=?解：在計算機中，真值x，y表示為下列補碼形式：x補=0, 1000101 y補=0, 1100111 有： 0 , 1000101 x補 + 0 , 1100111 y補 1 , 0101100 x補y補即x+y補x補y補 1,0101100求得x+y=1010100 結果錯誤 思考：如何判斷溢出現(xiàn)象？例：二進制補碼加法運算例：二進制補碼加法運算 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第1 1章章 計算機系統(tǒng)的基礎知識計算機系統(tǒng)的基礎知識73例17 設x=+1010101， y=+1100001 求： x - y=?解：x補=0, 1010101 -y=-1100001 -y補=1, 0011111 有： 0，1010101 x補 + 1，00