第1章 計算機基礎

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>軟件設計

Iiiiiiiiiiriiiiiiiiiiiiiiiiii

■硬件(hardware)

第1章計簿機壅砒知鉗

本章作業(yè)

■P19：1；2；3；5；6；7；

8；9,

主要內(nèi)容

-t

產(chǎn)微機的組成

0

2\德

幾部分組成

,微機的組成

卜所謂微型計算機是指以大規(guī)模、超大規(guī)模

集成電路為主要部件的微處理器為核心，配以存

儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出

的系統(tǒng)。硬

(1)微處理器MP/CPU件

(2)存儲器

(3)I/O接口

(4)系統(tǒng)總線①AB②DB@fB

總線結構是微機系統(tǒng)的一大特色，正是由于采用了這

一結構才使得微機系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、擴展方便等特點。

⑴MP/CPU

該芯片內(nèi)集成了控制器、運算器和寄存

器。

運算器是計算機中加工與處理數(shù)據(jù)的功能部件,

主要有兩個功能：

?對數(shù)據(jù)的加工處理（重要功能），通過其內(nèi)部

的ALU完成。

?暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和某些中間結果,

常通過與ALU相連的寄存器組實現(xiàn)。

在寄存器組中，累加器是最繁忙的寄

存器，在算術和邏輯運算時，它具有雙

重功能（運算前和運算后）。

控制器是控制整臺計算機各功能部件

協(xié)同動作、自動執(zhí)行計算機程序的功能部

件。

(2)存儲器

存放程序和數(shù)據(jù)的部件。分為主存和

輔存兩類。主要由半導體存儲器和磁

盤、光盤存儲器等構成。

造價、容量、速度有別。

構成內(nèi)存的半導體存儲器又分為

ROM和RAM。

(3)I/O接口

各種外設的工作速度、驅動方式差異

很大，無法與CPU直接匹配，不可能把它

們簡單地連到系統(tǒng)總線上，需要通過接口

電路完成信號的變換、數(shù)據(jù)的緩沖、與

CPU的聯(lián)絡等工作。

(4)系統(tǒng)總線

傳遞信息的一組公用導線。

AB_單向總線。

DB_雙向的總線。

CB_可能是輸出、輸入或雙向的總線。

在一個系統(tǒng)中，除了CPU有控制總線的能

力外，DMA控制器等設備也有控制總線的能

力，稱為“總線主控設備”。

微機系統(tǒng)的組成rALU

Y控制器

r微處理器

rROM寄存器組

C微機存儲器

RAM

r串行接口

硬并行接口

I/O接口

i輔助接口

微「AB

機系統(tǒng)總線DB

系JCB

外部設備

統(tǒng)外圍設備Y

過程I/O接口

,電源

「操作系統(tǒng)

監(jiān)控程序

軟「系統(tǒng)軟件7解釋、編譯程序

件L診斷程序

J程序設計語言

程序包

應用軟件數(shù)據(jù)庫

窗口軟件

I/O設備

■輸入設備輸出設備

串行通信設備打印機（針打、激光、噴墨）

軟盤、硬盤軟盤、硬盤

鼠標繪圖儀

CD-ROM顯示器

鍵盤

掃描儀

DVD

程廠機器語言：0,1碼的語言

序

設

計匯編語言：用助記符號代替用0,1描述的某種機器

語

言的指令系統(tǒng)

高級語言:徑向問題（過程）的程序設計語言

＜面向對象語百C++

基于規(guī)則的智能化語言VisualC++

裸機

計算機系統(tǒng)的層次結構

■硬件(hardware)

CPU

硬盤光驅軟驅

顯卡網(wǎng)卡聲卡

q

USB總線

PCI總線

ISA總線

-?

DMA/66的年線從外觀上看與普通排線區(qū)別不大

☆微機主要性熊指標

AI---------

■字長

字長是衡量計算機處理能力的重要指標，它是指

計算機的CPU一次能直接處理的二進制數(shù)的位數(shù)，字

長越大，處理能力越強。例如，8086、286的字長是

16位,386、486、586（奔騰）都是32位。

■速度

衡量計算機速度常用的有兩種指標：

①R算速度：用每秒鐘能執(zhí)行多少條指令來表示。國際上通

用的指標是每秒百萬條指令MIPS(MillionInstructions

PerSecond),通常用于較大的計算機系統(tǒng)。

②主頻：指CPU主時鐘的工作頻率(一秒鐘內(nèi)發(fā)生的同步脈

沖數(shù))，主頻越高，說明CPU的速度越快，微型計算機都用主

頻這個指標。主頻的單位為赫茲(MHz),早期的微機主頻才幾

MH乙而現(xiàn)在P4的主頻已達到3GHz以上。

例如，、'P4/2.4G〃，'、P4〃表示CPU的型號(奔騰四代)，

''2.4G〃就表示主頻是2.4G赫茲(GHz)

■內(nèi)存容量

通常用字節(jié)(Byte)作單位。目前，微型機的內(nèi)存儲容

量已達到數(shù)百兆甚至上吉字節(jié)。

■內(nèi)存速度

微機內(nèi)主存完成一次讀/寫操作所需的時間稱為存儲器的

存取時間，連續(xù)兩次讀/寫所需的最短時間稱為存儲器的存

取周期。存取周期越短，則存取速度越快。存取周期的大小

影響計算機的運算速度。

-、■■-三--、--微-機--中--信-息--的--表--示-與運算

■數(shù)與數(shù)制

■數(shù)制之間的轉換

■字符的編碼表示

■運算

-帶符號二進制的表示

1、數(shù)與數(shù)制

■數(shù)制：用一組統(tǒng)一的符號和規(guī)則來表示

?數(shù)的方法。

(1)二進制

?它具有0,1這2個不同的數(shù)字符號；

2稱為二進制的基數(shù)。

■書寫：10011110or10011110Bor(10011110)2

?逢二進一(減法為借一當二)。

注意：二進制數(shù)中的任何一個o或1稱為比特(bit)

+按權展開：

543

(110101)2=1X2+1X2+0X2

+1X22+0X21+1X2°

再如，

(1001.101)2=lX23+0X22+0X21

+1X2°+1X24+OX2-2

對于n位整數(shù)m位小數(shù)的任意二進制數(shù)N,按權展開如下

n-\

N2=或D'=

（2）十六進制

4—

?它具有0/,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F這

16個不同的數(shù)字符號；

16稱為十六進制的基數(shù)。

■書寫：（3AB.11）16or3AB.11H

?逢十六進一（減法為借一當十六）。

例如：

(2D07.A)16=2X163+13X162+0X16i+

I---------~TX160+X164

■任意一個n位整數(shù)m位小數(shù)十六進制數(shù)N

可表示為：

n12

(N)16=Kn.116-+Kn.216-+...

11

+KJ6+K016°+K116-+...+Km

16-m

■.一!

i=-m

(Ki=0,123,4,5,6,7,8,9,A,B,C,E^^?

練習:

2

(10AF.12)16=lX163+0X16+10X16415X160+1X

16，+2義16-2說明：

實際表示時，一個十六進制數(shù)如果最高位數(shù)

字為字母(A-F),則字母前面加一個0,以便與變

量名等相區(qū)別。

如：OB76H

下表給出了三種數(shù)制的對應關系。

■_________

十『?二進制.十卡進十六進

1II

0009??10019

111101010A

2102111011B

3113121100C

41004131101D

51015141110E

61106151111F

71117161000010

810008

kOibK

?教制小結

■數(shù)制：用一組統(tǒng)一的符號和規(guī)則來表示數(shù)的方法。

■二進制：每一位包含0、1兩個數(shù)字，例如：

10010011B或((10010011)2

■十進制：每一位包含10個數(shù)字0?9,例如:1200D

■十六進制：每一位包含數(shù)字0?9,字母A?F,例如:

0A3D6H

、2、數(shù)制的相互轉換

』1）二、十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)

非十進制數(shù)轉換成十進制數(shù)比較簡單，可先將其按權展

開，再將系數(shù)及權均用十進制表示，按十進制進行乘法與加

法運算，所得結果即為該數(shù)對應的十進制數(shù)。

例：將二進制數(shù)1101.101轉換為十進制數(shù)。

轉換過程如下：

1101.101=1X23+1X22+0X241X2°+1X24+0X22+1X2-3

=8+4+1+0.5+0.125

=13.625

:.1101.101B=13.625

■例：將十六進制數(shù)2AE.4H轉換為十進制

數(shù),ML。

2AE.4H

=2X162+10X161+14X160+4X16-1

=512+160+14+0.25

=686.25

:.2AE.4H=686.25

■練習，二進制數(shù)101101.11換算成十進制

數(shù)為

(101101.11)2=45.75.............山

(2)十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)

■任一十進制數(shù)N轉換成q進制數(shù)，先將

其分為整數(shù)部分與小數(shù)兩部分，并分別

進行轉換，然后再用小數(shù)點將這兩部分

連接起來。

■1）整數(shù)部分轉換

!一麗丟除N一記余數(shù)

■再用q去除得到的商一記余數(shù)

■重復，直至商為零一轉換結束

■余數(shù)倒排

+2）小數(shù)部分轉換

-用q去乘N的純小數(shù)部分一記下積的整數(shù)部分

-再用q去乘上步乘積的純小數(shù)部分一記整

-重復一直至乘積的小數(shù)部分為零，或者達到

所需要的精度位數(shù)為止

-順排

例如，將十進制小數(shù)0.71875轉換成二進

■制小數(shù)，其過程如下

0.71875X2=1.4375整數(shù)部分1

0.4375X2=0,8750書

寫

0.875X2=1.751順

序

0.75X2=1.51

0.5X2=1.01

于是，得到結果為：

(0.71875)10=(0.10111)2

練習：將168.686轉換為二、十

六進制數(shù)。

168.686^10101000.101016

168.686=A8.AF9DBH

綜上所述，一個十進制整數(shù)的q進制

I轉換方法就是、、除q取余〃;而一個十進

制小數(shù)的q進制轉換方法就是、、乘q取

整〃。

■若一個十進制數(shù)既包含整數(shù)部分又包含

小數(shù)部分，它的q進制轉換就是將它的整

數(shù)部分和小數(shù)部分用上述方法分別進行

轉換，最后將轉換好的兩部分結合在一

起形成要轉換的q進制數(shù)。

(3)十六進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉換

AI------——-----------

由于16=2。故1位十六進制數(shù)相當于4

位二進制數(shù)。反之，4位二進制數(shù)相當于1

位十六進制

這樣，十六進制數(shù)與二進制數(shù)之間的相互

轉換是十分簡便的。

二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)的方法是：首先從小數(shù)點開

始&別向左和向右把整數(shù)及小數(shù)部分每4位分成一組。若整

就15位的一組不足4位，則在其左邊加0補足4位；若小

數(shù)最低位的一組不足4位，則在其右邊加0補足4位。然

后，用與每組二進制數(shù)所對應的十六進制數(shù)取代每組的4位

二進制數(shù)，即得到對應的十六進制數(shù)。

例：二進制數(shù)1011101001.110101轉換為十六進制數(shù)的

方法是：

二進制數(shù)001011101001.11010100

十六進制數(shù)2E9D4

相反

十六進制數(shù)轉換為二進制數(shù)的方法是：用相應的4位二

進制數(shù)取代每1位十六進制數(shù)。

例：十六進制數(shù)5c7A.3B轉換為二進制的方法是：

十六進制數(shù)5C7A.3B

二進制數(shù)0101110001111010.00111011

5C7A.3BH=101110001111010.00111011B

3、十進制數(shù)與字符的編碼表示

由于計算機只能識別二進制數(shù)，因

此，輸入的信息（如數(shù)字、字母、符

號）都以特定的二進制碼來表示，這就

是二進制編碼。

例如在鍵盤上輸入字母A,存入計

算機的A的編碼為01000001,它不代

表數(shù)字值，而是一個文字信息。

+—

(1)BCD碼(二一十編碼)

■用若干位二進制數(shù)來表示1位十

進制數(shù)的編碼方法即是BCD

(BinaryCodedDecimal)o

■目前用的多的是用4位表1位的

8421BCD碼。

9頁表1.1

BCD碼與其它數(shù)制的對應關系

十進制數(shù)8421BCD碼純二進制碼十六進制

0000000000

1000100011

2001000102

3001100113

4010001004

50101010.15

6011001106

7011101117

8100010008

9100110019

10.000100001010A

11000100011011B

12000100101100C

十進制數(shù)8421BCD碼純二進制碼十六進制

13000100111101D

14000101001110E

15000101p11111F

168=(000101101000)BCD=168H

168=10101000B

■例如，十進制數(shù)834用BCD碼表示

為

(834)10=(100000110100)BCD

■只要熟記十進制數(shù)0?9與BCD碼的

對應關系，則它們之間的相互轉換

是十分方便的。例如：

(011010010101.001001111001)BCD

=(695.279)10

BCD碼與二進制數(shù)關系

形式上一致

實質上二者代表的十進制數(shù)不一致

如：32的BCD碼為00110010

通過展開式計算得的十進制數(shù)為50

(2)ASCII碼

■ASCII(AmericanStandardCode

forInformationInterchange)碼是

美國標準信息交換碼的簡稱。是現(xiàn)

在各國所廣泛采用的字母、數(shù)字和

符號的信息編碼。

-是將數(shù)字、字母、通用符號、控制

符號等，按國際上常用的一種標準二

進制編碼方式進行編碼?！?/p>

ASCII碼是一種8位代碼，規(guī)定二進制

最高位（D7）為0,一個字節(jié)中的其余7位

對字符進行編碼，用7位碼來代表字符信

息，共可表示128（27）個字符，其中包括

數(shù)字（0?9）、英文大小寫字母和控制符號

（見下表）。

ASCH碼如表所示。

ASCII碼表

位654—

000001010Oil100101110111

。3210

0000NULDLESP0*pp

0001SOHDC1!1AQaq

0010STXDC2，，2BRbr

0011ETXDC33CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENQNAK%5EUeu

0110ACKSYN&.6FVfV

9

0111EBLETB7Gwgw

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYiy

1010LFSUB共：JZjz

1011VTESC+KCk(

1100FFFSVL\11

1101CRGS—=MJm}

1110SORS?〉N八n

1111SIUS/?O—oDEL

■ASCI碼是由一個4位組（表中的

行）和一個3位組（表中的列）構成

的，形成7位二進制編碼，其格式為

4位組

,入_______________

6543210

3位組

『所以根據(jù)ASCII碼表和ASCII碼的

構成格式，可以很方便地從ASCII

表查出每一個字符或特殊控制功能

的編碼。

■例如，大寫英文字母A,從表中

查出其3位組為(100)2，4位組為

(0001)2,故構成字母A的ASCII編

碼為(01000001)2或41H。

4Back4

,腐擇

*記住常用ASCH碼:

數(shù)字：0?930H?39H

大寫字母：A?41H?

小寫字母：a~61H~

空格：20H

回車：0DH

換行：0AH

4、運算--算術和邏輯運算

*(1)算術運算

＞二進制加法

-二進制加法與十進制加法相類似，所不

同的是，其加、減法法則遵循''逢2進1〃、

''借1當2〃的原則。

■0+0=0

■1+0=1

0+1=1

1+1=0

例：1010110101B+UUB。

加法過程如下：

被加數(shù)10110101

加數(shù)00001111

進位+)111111

和11000100

二進制減法

在二進制減法中，同樣有如下法則：

0-0=0

1-0=1

1-1=0

0-1=1有借位

當不夠減時需要借位，高位的1等于

下一位的2,即、、借一當二〃。例如，兩個二進

制數(shù)相減：

10110100

-01010111

01011101

二進制乘法

________二進制乘法與十進制乘法是一

樣的。但因為二進制數(shù)只由0和1構成，

因此，二進制乘法更簡單。其法則如

0X0=0

1xo=o

0X1=0

1X1=1

例如，二進制數(shù)110L1與101.1相乘:

■?T101.1被乘數(shù)(13.5)10

X101.1乘數(shù)(5.5)10

■11011

■11011

■00000

■+11011

■1001010.01乘積(7425)10

二進制除法

T―其方法與十進制除法是一樣的,而且二進制

數(shù)僅由0,1構成，做起來更簡單。

例：1001108+1108,除法過程如下：

110

^100110

11o

111

110

10

AlOOllOB+110B=l10B余10B“‘二....

0屆擇

(2)二進制數(shù)的邏輯運算

.二進制數(shù)的邏輯運算常用的有“與”、

“或”、“異或”及“非”運算等四種。在組成表

達式時，可分別用符號“AND”、“OR”、

“XOR”及“NOT”作為運算符，有時也用

“A"、"V"、"▽，十”作為“與”、“或，、

“異或”的運算符，用數(shù)字上面加橫線“■”表示

對該數(shù)進行非運算。二進制數(shù)的邏輯運算只

按位進行運算。

1位二進制數(shù)運算規(guī)則如下:

“與”運算的規(guī)則為:

1AND0=0“或”運算的規(guī)則為:

0AND1=00OR0=0

0AND0=01OR0=1

1AND1=10OR1=1

1OR1=1

“異或”運算的規(guī)則為:

“非”運算的規(guī)則為:

0XOR0=0

NOT0=11XOR0=1

NOT1=00XOR1=1

1XOR1=0

強調：記憶：相同為0,不同為1

■TI--------------異或

■異或運算通常用符號“十”表示，它

的運算規(guī)則為：

0?0=0,讀成“0同。異或結果為0”

0?1=1,讀成“。同1異或結果為1”

1?0=1,讀成“1同0異或結果為1”

1@1=0,讀成“1同1異或結果為0”

I例：二進制數(shù)10010111和00111000的“與”、“或”及

“異或”。

■運算結果分別為:

10010111

與）00111000

00010000

10010111

或）00111000

10111111

10010111

異或）00111000

<Bdck

10101111k

???

、數(shù)學中用正負號表示數(shù)的正負,而計算機不能

掘IJ正負號，因此計算機將正、負等符號數(shù)字化，

以便運算時識別。通常，在數(shù)的前面加一位，用作

符號位。符號位為0表示正數(shù)，為1表示負數(shù)。

連同符號位一起表示的數(shù)稱為機器數(shù)

一個帶符號的數(shù)在計算機中可以有原碼、

反碼和補碼三種表示方法。

在微機中，凡是帶符號的數(shù)都用補j\.|

運算結果自然也是補碼。

+5、帶符號二進制的表示

(1)3種表示法:原碼、反碼、補碼

■正數(shù)：原碼=反碼=補碼，就是機器數(shù)

-負數(shù):「原碼其符號位為1,數(shù)值位不變

|反碼其符號位為1,數(shù)值位逐位求反

補碼其符號位為1,數(shù)值位逐位求反,

X.

并在末位加1........

1/

0

數(shù)值部分口6?DO

F原碼法

正數(shù)的符號“+”用0表示，負數(shù)的符

號用1表示的機器數(shù)稱為原碼。

X1=+1010101,

則［XJ原=Q1010101

八符號位藪值

■對負數(shù)X2=-1011101,

則［X2］原=11011101.....

反碼法

正數(shù)的反碼表示與原碼相同，而負數(shù)的反

碼為：表示為其符號位不變（1）,其余各位

“按位求反”。取反的含義就是即0變?yōu)?,1變?yōu)?。

例如：對負數(shù)X2=-1011101,則

[X2]反=10100010

補碼法

正數(shù)的補碼與原碼法相同:負數(shù)

的補碼為符號位不變，在反碼基礎上最

低位（末位）力口1O

例如，

對負數(shù)：X2=-1011101,

則［x2］補=［X2］反+1=1

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