大學計算機基礎(chǔ)課件

1、關(guān)于大學計算機基礎(chǔ)第1頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三Overview數(shù)制數(shù)、碼編碼與文本多媒體數(shù)據(jù)邏輯基礎(chǔ)第2頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三概述計算就需要數(shù)計算機中的數(shù)的表示是一個基礎(chǔ)性的問題表示各種現(xiàn)實世界對象的“數(shù)據(jù)”，So數(shù)的表示也延伸到了數(shù)據(jù)的表示不同應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)類型有不同計算表示實體對象統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示方法基本形態(tài)是二進制第3頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三2.2數(shù)制Number System“計數(shù)（或記數(shù)）體制”多位數(shù)中每一位的構(gòu)成方法以及實現(xiàn)從低位到高位的進位規(guī)則，也叫做進制數(shù)學家們研究數(shù)制的規(guī)則和

2、規(guī)律計算機科學中將數(shù)制規(guī)則和規(guī)律通過電路實現(xiàn)常用進制二、十、八、十六第4頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三數(shù)制 常用進制R進制R個數(shù)碼，數(shù)碼從0到R-1數(shù)：每位數(shù)碼和該位的權(quán)系數(shù)的乘積權(quán)系數(shù)也叫做冪次或叫做權(quán)重（Power Weight）逢R進1計數(shù)規(guī)則十進制 Decimal System09，逢十進一第5頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三二進制Binary System位(比特，bit）是計算機處理的最小單位0和1兩個數(shù)碼，被組合成各種序列以適應(yīng)計算機的運算和處理的數(shù)據(jù)類型選擇二進制的一個最簡單也是最實際的理由是它容易被物理器件實現(xiàn)二進制起源于

3、中國八卦多項式表示一個二進制數(shù)：101011012= 127+026+125+024+123+122+021+120第6頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三八進制 and 十六進制Octal System八個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、78 = 23 一位八進制對應(yīng)于三位二進制Hexadecimal System16個數(shù)碼：09 ，A、B、C、D、E、F字節(jié)（Byte，8個二進制位）= 兩位十六進制16 = 24：4位二進制和1位十六進制對應(yīng)第7頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三二進制的基本運算二進制加法0 + 0 = 00 + 1 = 11

4、 + 0 = 11 + 1 = 10Here Carry二進制乘法0 0 = 00 1 = 01 0 = 01 1 = 1第8頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三二進制和十進制轉(zhuǎn)換1二進制轉(zhuǎn)換為十進制被轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)按冪次展開，然后相加1101.01 2 = 123+122+021+120+012-1+12-2 = 8 + 4 + 0 + 1 + 0 + 0.25 = 13.25 102. 十進制轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)小數(shù)第9頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)173 10 = 10101101 2第10頁，共53頁，2022年，5

5、月20日，19點58分，星期三十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制，0.8125 10 =0.1101 2第11頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三二進制與八進制轉(zhuǎn)換二進制與八進制存在對應(yīng)的冪次關(guān)系Binary Octol257.0648 = 010 101 111 . 000 110 1002第12頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三二進制、十六進數(shù)轉(zhuǎn)換16=2410110101.001012 =0B5.2816See Table 2-1第13頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三第14頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期

6、三2.4計算機中的數(shù)正負：符號位，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)+101101011-101111011真值 機器數(shù)運算的數(shù)定義：原碼（Original Code）反碼（Ones Complement）補碼（Twos Complement）不同的運算使用不同的碼和不同的運算方法設(shè)計運算器第15頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三原碼原碼即上述的機器數(shù)n位二進制數(shù)，最高位被設(shè)置為符號位，其后的n-1位表示真值。原碼的特點簡單直觀用原碼可以比較方便地進行乘法運算：尾數(shù)相乘符號位簡單相加法就可以得到乘積第16頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三反碼反碼的定義是：一

7、個正數(shù)的反碼就是它的機器數(shù)，負數(shù)的反碼其最高位（符號位）為1，其余各位按位求反例如，+1010010 反碼為 01010010 - 1010010 反碼為 1 0101101反碼和原數(shù)相加：結(jié)果為所有位都是1對1互補專業(yè)術(shù)語：Ones Complement第17頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三補碼 補碼的定義是：正數(shù)的補碼等于它的原碼，負數(shù)的補碼等于它的反碼加1（最低位加1，進位不改變符號位）例如，+1010010 的補碼為 01010010- 1010010 的補碼為 10101110 補碼一個有意思的特性是：補碼的補碼將還原為原碼專業(yè)術(shù)語：對2求補(Twos Co

8、mplement)補碼用于減法運算第18頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三定點數(shù)和浮點數(shù)數(shù)的表示兩種格式：定點數(shù)和浮點數(shù)計算機中保存數(shù)二進制固定長度定點數(shù)：16位或32位小數(shù)點固定在某一個位置定點純小數(shù)、定點純整數(shù)浮點數(shù)小數(shù)點位置是浮動的第19頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三定點數(shù)定點純小數(shù)格式定點純整數(shù)格式第20頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三浮點數(shù)思想來源于科學計數(shù)法（指數(shù)）容許的數(shù)值范圍大，處理硬件復雜浮點數(shù)分階碼和尾數(shù)階碼：小數(shù)點位置帶符號的整數(shù)類似于數(shù)學中數(shù)的指數(shù)部分尾數(shù)表示數(shù)的有效數(shù)值：純整數(shù)或純小數(shù)第21

9、頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三2.5編碼和文本數(shù)還有另外一種功用：碼（Code）編碼的目的是為了便于標記特定的對象設(shè)計編碼時需要按照一定的規(guī)則“碼制（Code System）”重要概念位模式常用編碼：ASCII、漢字編碼、多媒體數(shù)據(jù)第22頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三位模式用于計算的數(shù)：用二進制位的多位組合表示定點數(shù)、浮點數(shù)更多的數(shù)據(jù)類型，就需要有更多的二進制位的組合規(guī)則位模式bit pattern用0和1組成的二進制位序列及其規(guī)則是一種數(shù)據(jù)表示方法要由計算機程序去理解它們位模式要求：用戶、程序設(shè)計者按某種規(guī)則形成、存儲和處理數(shù)據(jù)位模式的

10、二進制位序列長度取決于被編碼對象的數(shù)量第23頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三文本和文檔文本（Text）編碼來表示文本中的每一個符號包括字母、標點，都以一個唯一的二進制位序列表示在計算機中，文本就是位模式的二進制數(shù)據(jù)長串基礎(chǔ)的文本編碼就是ASCIIAmerican Standard Code for Information Interchange基于English文本編碼是計算機進行數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)第24頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三ASCII碼ANSI制定，后為ISO 646適用于英文，兩種形式：7位碼和8位碼7位二進制ASCII碼單字節(jié)字符

11、編碼方案，基本的文本數(shù)據(jù)8位碼是擴展ASCII碼，See Appendix A第25頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三Unicode編碼通用多文種字符集表示幾乎世界上所有書寫語言的字符編碼標準統(tǒng)一碼、單一碼、萬國碼可支持超過百萬個字符的編碼Unicode編碼國際標準ISO 10646ISO采用的是32位模式用于世界范圍各種語言文字的文本形式的字符集，也收集了漢字第26頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三漢字編碼漢字編碼的目的是為了計算機能夠處理、顯示、打印、交換漢字字符國家漢字編碼標準GB2312-1980簡化漢字6763個，7445個字符港澳臺地

12、區(qū)使用繁體漢字BIG5碼1995年的GBK擴展?jié)h字編碼標準GB2312-1980的擴展收錄了2.1萬多個漢字GBK支持ISO 10646中的全部中、日、韓漢字2001年GB18030GBK的升級160萬碼位，目前漢字約為2.6萬個第27頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三2.6多媒體數(shù)據(jù)多媒體文本，圖形、音頻、視頻等多種數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，并使之在邏輯上建立聯(lián)系今天計算機和網(wǎng)絡(luò)都支持多媒體數(shù)據(jù)處理相比文本第28頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三圖形和圖像圖形（Graphics）幾何線條、幾何符號等形式表示物體的輪廓在數(shù)據(jù)表達上圖形和圖像也被認為是同類例如

13、，Windows的“畫筆”程序，既可以畫幾何圖形，也可以對圖形著色使之成為圖像（Picture，Image）兩種技術(shù)：位圖和矢量圖第29頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三位圖技術(shù)微軟公司提出的又稱光柵圖（RasterGraphics）使用像素（Pixel）陣列，每一個像素是一個點（Dot），點數(shù)據(jù)的大小取決于分辨率位模式有1、4、8、16、24及32位等灰度圖像每一個像素需要更多的二進制位彩色圖形、圖像RGB第30頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三矢量圖技術(shù)任何圖像、圖形可以分解為曲線和直線的組合直線和曲線度都可以使用數(shù)學公式表示直線、曲線公式的

14、組合作為圖形數(shù)據(jù)存儲起來，需要顯示或者打印圖形圖像數(shù)據(jù)時畫圖的公式被重新執(zhí)行并根據(jù)給定的大小畫出（重現(xiàn)）圖形圖像矢量圖看上去更加平滑，不會產(chǎn)生紋波誤差第31頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三音頻音頻（Audio）包含了聲音（Voice）和音樂（Music）計算機音頻就是研究在計算機中表示和處理聲音與音樂數(shù)據(jù)，目前沒有“數(shù)字音頻標準”第32頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三視頻視頻（Video）是圖像的動態(tài)過程一幅幅（Frame）圖像數(shù)據(jù)連續(xù)播放，就成為了動態(tài)圖像也是一種位模式數(shù)據(jù)壓縮處理后存儲，播放時需要解壓MPEG制定的一系列視頻編碼和壓縮標準

15、音頻/視頻的MPEG-1到MPEG-4MPEG是ISO指定的標準研究組織，它的最新工作是MPEG-21第33頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三2.7邏輯運算和門電路用數(shù)學的方法研究關(guān)于推理、證明等問題的學科數(shù)理邏輯，也叫做符號邏輯英國數(shù)學家布爾建立了布爾代數(shù)(邏輯代數(shù))計算機重要的科學基礎(chǔ)邏輯關(guān)系可以被解釋為因果關(guān)系“因”是條件條件之間的關(guān)系用邏輯連接詞進行組合根據(jù)不同的條件得到“結(jié)果”邏輯運算對應(yīng)的實現(xiàn)電路，叫做門電路基本邏輯(運算)關(guān)系與（AND），或（OR），非（NOT）第34頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三邏輯關(guān)系 與只有決定結(jié)果的條件

16、全部滿足，結(jié)果才成立，這種邏輯關(guān)系叫做邏輯與表示A AND BA BAB把變量和邏輯關(guān)系的取值列表，就得出了真值表（True Table）ABAB000010100111第35頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三邏輯或決定結(jié)果的條件中只要任何一個滿足，結(jié)果就成立。這種邏輯關(guān)系叫做邏輯或表示A OR BA+B表2-3邏輯或真值表ABA+B000011101111第36頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三邏輯非。最簡單的描述就是結(jié)果對條件的“否定”表示Not A邏輯非的真值表1001AA第37頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三邏輯

17、代數(shù)通過代數(shù)學的方法研究邏輯關(guān)系，通過變換、簡化或組合等方法進行邏輯設(shè)計邏輯表達式A + ABA + AB邏輯函數(shù)F = f（A，B，C，） AB=A+B 反演定律A+BC(A+B)(A+C) 分配律 A+AB=A+B 吸收律第38頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三門電路實現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電路是邏輯電路中的單元電路Gate基本的門電路有：與門或門非門異或門門電路的基本特點第39頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三基本門電路用基本門電路可以組合成多種復合門電路 （a）與門 F=AB （b）或門 F = A+B （c）非門 F = 第40頁，共53頁，

18、2022年，5月20日，19點58分，星期三與非門第41頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三ABF001010100110或非門第42頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三異或門第43頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三2.8邏輯設(shè)計基礎(chǔ)邏輯設(shè)計根據(jù)問題，由真值表得到邏輯表達式根據(jù)邏輯定律進行必要的化簡、變換，設(shè)計出最優(yōu)的邏輯表達式用邏輯電路實現(xiàn)邏輯分析與設(shè)計相反由電路得到功能第44頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三設(shè)計加法器用邏輯電路實現(xiàn)加法運算的電路叫做加法器（Adder）設(shè)A、B分別為一位二進制數(shù)S為A與B之和，C為A加B產(chǎn)生的進位加法的真值表表達式ABSC0000011010101101第45頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三半加器/全加器半加器只考慮加數(shù)和被加數(shù)之間的加法運算，并產(chǎn)生了向高位的進位沒有考慮可能來自低位的進位，所以它并沒有完成一位二進制的全部運算，半加器的意思是它只完成了一半的加法運算 全加器不但要考慮本位產(chǎn)生的進位，還要考慮來自低位的進位 第46頁，共53頁，2022年，5月20日，19點58分，星期三全加器輸入輸出Ci-1AiBi SiCi00000001100101001101100