1、1大學計算機基礎 2第2章 計算機基礎知識2.1 計算機系統的組成2.2 信息在計算機中的表示 32.1 計算機系統的組成計算機系統的組成 系統軟件應用軟件計算機系統分為：硬件+軟件硬 件軟 件4計算機系統的組成 輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀 輸出設備：顯示器、打印機 外 存：軟、硬盤、光盤、閃存 網絡設備：網卡、調制解調器等 計算機系統軟件外部設備系統軟件應用軟件硬件運算器寄存器控制器主機內存CPU隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器 操作系統：Windows、Unix、Linux語言處理程序：C、Pascal、VB等 實用程序：診斷程序、排錯程序等 辦公軟件包、數據庫管理

2、系統 52.1.1計算機硬件組成 計算機硬件包括主機和外設主機外設輸入設備輸出設備外存設備網絡設備6計算機系統的硬件組成 馮.諾依曼思想： 二進制程序與數據一樣存放在內存五大模塊存儲器數據流控制流運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器7處理器處理器控制器運算器控制整個計算機所有部件的工作執行算術運算和邏輯運算8存儲器存儲器是計算機存儲數據和程序的記憶單元集合，每個記憶單元由8位二進制位組成，可讀寫其中的數據。存儲器存儲器通常分為內存儲器和外存儲器存放大量信息的外存儲器信息交流中心內存儲器9存儲器每個記憶單元由8位二進制位組成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024K

3、B1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字節BYTE7 6 5 4 3 2 1 0位Bit10輸入設備常用輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數字化儀等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。11IEEE（Institute of electrical and electronic Engineers美國電氣及電子工程師協會組織）在1983年明確給軟件下了一個定義：軟件是計算機程序，方法、規則、相關的文檔以及在計算機上上運行它時所必須的數據。通常，我們把軟件系統分為系統軟件和應用軟件兩大類。2.1.2 計算機軟件系統 12）系統軟件系統軟件指為管理、控制和維

4、護計算機系統的軟件，它為計算機系統與用戶之間提供良好界面，并支持應用軟件的開發和運行。(1) 操作系統 操作系統統管計算機的所有資源，如處理器、存儲器、輸入/輸出設備等硬件設施，以及其他系統軟件和應用軟件，它確保整個計算機系統有效地運轉，并為用戶提供良好的使用環境。(2) 語言處理程序程序設計語言有兩大類：一類稱為高級程序設計語言（簡稱高級語言），另一類稱為低級程序設計語言（簡稱低級語言）。高級語言是抽取英語若干關鍵性單詞，并規定語法規則，計算機不能直接理解，但卻是人們容易掌握的一種程序設計語言。低級語言有機器語言和匯編語言2種。 13機器語言（Machine Language）。是計算機初期

5、使用的語言，是用二進制編碼形式來描述的，可由CPU直接識別的一組由“0”，“1”組成的指令碼。使用機器語言來編寫程序相當不方便，對編程人員要求相當高，而且不利于推廣普及。匯編語言（Assemble Language）。為了把計算機從少數專門人才手中解放出來，減輕程序設計人員在編制程序過程中的繁瑣勞動，于是出現了匯編語言。匯編語言就是用字母符號來取代二進制代碼表示的操作碼，用十進制或十六進制數取代二進制代碼表示的操作數的地址碼。每條匯編語言的指令就對應了一條機器語言的代碼，不同的計算機或計算機系統一般有不同的匯編語言。 14 高級語言 高級語言出現在50年代中期。為了從根本上擺脫語言對機器的依附

6、，使之獨立于機器，由面向機器變成面向過程。 目前世界上已有幾百種不同類型、功能的高級語言。但其中獲得廣泛應用的只有十幾種。如用于科學計算和大型工程計算的FORTRAN，適用于系統、數值計算、數據處理的C語言，現在常用的C+是面向對像的程序設計語言，BASIC語言是初學者語言，簡單易學，人機對話功能強，至今BASIC有許多高級版本，如Visual Basic 是面向對像的程序設計語言。15 非過程化語言這種語言不必關心問題的解法和處理過程的描述，只要說明要完成的加工和條件。指明輸入數據以及輸出形式，就能夠得到所要的結果，而其它的工作由系統來完成。 20世紀80年代出現的面向對像的程序設計語言就是

7、一類非過程語言，如Visual Basic，Visual C+等。計算機程序語言發展的總趨勢是越來越向人所用的自然語言靠攏。特別是近些年來，隨著圖形用戶界面（GUI）的普及，面向對像的程序設計方法以及可視化軟件開發工具的興起，軟件開發者的編程工作量大為降低，軟件開發的效率以及軟件質量都大為提高。16(3) 服務程序 服務程序的種類很多，通常包括機器的監控管理程序，調試程序，故障檢查和診斷程序、連接編譯程序等。(4) 數據庫管理程序 數據庫管理系統用語管理數據庫中數據的軟件。它對數據庫運行描述，管理，查詢，操作及原理維護等。(5) 網絡通信管理程序 網絡通信管理程序主要用于計算機網絡系統中信息的

8、傳遞和接受。172) 應用軟件應用軟件是專業人員為各種應用目的而開發的軟件，是為解決各類實際問題而設計的程序。如大家熟知的文字處理軟件WPS、Word、Excel、CAD、SPSS（統計軟件）等都屬于應用軟件。18計算機只認識二進制編碼形式的指令，因此字符、數字、聲音、圖像等信息都必須經過某種方式轉換成二進制的形式，才能提供給計算機進行處理。 采用二進制是基于物理上實現容易，二進制僅有兩個狀態0與1，這正好與物理器件的兩種狀態相對應。 采用二進制使得物理機器可靠性高，由于僅有二種狀態，兩種狀態分明，處理起來簡單，并且抗干擾能力強，鑒別信息的可靠性高。 采用二進制編碼不僅成功的運用于數值信息編碼

9、，而且適用于各種非數值信息的數字編碼。特別是二進制數的兩個符號0和1，正好與邏輯命題兩個值“真”與“假”相對應，從而也為計算機現實邏輯判斷提供了方便。 2.2 信息在計算機內的表示 192.2.1 數制的概念1）數制 在數值計算中，一般采用的是進位計數，日常生活中我們采用的是十進位計數，而在計算機內處理信息采用二進位計數。在進位計數的數字系統中，如果只用R個基本符號（如0，1，2R）來表示數值，則稱其為“基R數制”。R稱為該數制的“基數”，而數值中每一固定位置對應的單位稱為“權”。如十進制數，就是R=10，即基本符號為0，1，28，9。如取R=2，即基本符號為0，1。則為二進制數。 進位計數的

10、編碼符合“逢R進位” 的規則。各位的權是以R為底的冪，一個數可按權展開成多項式。20212.2.2不同進位計數制間的轉換 r 進制轉化成十進制r 進制轉化成十進制：數碼乘以各自的權的累加 例： 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=78+1=57 101A(H)=163+16+104106進制表示符號B 二進制O八進制D十進制H十六進制22十進制轉化成 r 進制整數部分：除以 r取余數，直到商為0，余數從右到左排列。小數部分：乘以 r取整數，整數從左到右排列。100(D)=144(O)=64(H

11、)例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.04八進制100812818044110016604616十六進制23二進制、八進制、十六進制數間的相互轉換 64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H) 3 6 F D 4一位八進制數對應三位二進

12、制數一位十六進制數對應四位二進制數二進制轉化成八(十六)進制) 整數部分：從右向左按三(四)位進行分組 小數部分：從左向右按三(四)位進行分組 不足補零24二進制、八進制、十六進制數間的關系 八進制 對應二進制 十六進制對應二進制 十六進制 對應二進制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111252.2.3 二進制數的算術運算 1.二進制數的加法運算2.二進制數的減法運算加法運算法則0+0=00+1=1+0=11+

13、1=0 1101+ 1110 11011減法運算法則0-0=1-1=01-0=10-1=1 11011- 1110 110126二進制數的算術運算 3.二進制數的乘法運算 4.二進制數的除法運算乘法運算法則00=001=10=011=1除法運算法則00=001=011=1 1101 1010 0000 1101 0000+ 1101 10000010 101 1011 111011 1011 1111 1011 100272.2.4 二進制數的邏輯運算 邏輯非運算 邏輯非的真值表AF = A0110邏輯與運算 邏輯與的真值表ABF = AB000010100111282.2.4 二進制數的邏輯

14、運算 邏輯或運算 邏輯或的真值表ABF = A+B00001110111129二進制優點：物理上容易實現，運算簡單，可靠性、通用性強 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 12.2.5 數在計算機中的表示 30數值有大小及符號（正數，負數）。數在計算機的表示統稱為機器數。(1)數的符號數值化：通常把一個數的二進制代碼的最高位定義為符號位，最高位為“0”表示該數為正數，最高位為“1”表示該數為負數。(2)小數：計算機中通常只表示整數和純小數，因此小數點約定在一個固定的位置上，不再占用一個數位。(3)機器數的表示范圍受到字長和數據類型的限制，例如，若表示一個整數，字長為8位，

15、最大值為127，若數值超過127，就要“溢出”。為了表示較大的或較小的數，計算機采用浮點來表示。數值31符號位 “0”表示正 、 “1”表示負 定點整數 符號數的機器數表示 10101100S小數點無符號位S小數點 定點小數 32浮點數表示110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11階碼數符階符尾數1100110011N= 數符尾數2階符階碼尾數的位數決定數的精度階碼的位數決定數的范圍 規格化的形式：尾數的絕對值大于等于0.1并且小于1，從而唯一地規定了小數點的位置。 定點整數定點小數33帶符號數的表示 機器數由數符和真值數兩部分組成，機器數在

16、參加運算時，若數符與真值數同時參加運算，則會產生錯誤的結果。同時還要考慮計算后的符號問題。因此直接用機器數參與運算，則增加計算機計算的難度。如+7加上-5應為+2，但如果直接用二進制數的加法運算： 00000111 +7機器數 + 10000101 -5機器數 10001100 -12機器數如果不直接相加，而要考慮符號位的處理。則運算會變得復雜。為了解決這類問題，在機器數中，引進原碼、反碼、補碼的概念。34(3)補碼0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - 7： 10000111 - 0：10000000 X原=+7： 00000111 +0：0000000

17、0 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 -7：11111000 - 0：11111111 - 7：11111001 - 0：00000000 (2)反碼X反=X反=帶符號數的表示 假定一個數在機器中占用8位。(1) 原碼35字符的編碼數值數據的編碼，解決了計算機表示數值信息的問題，除了數值數據外，計算機還面臨要處理的就是字符、特別是英文字符以及各種標點符號，運算符等。這些都要轉換成二進制編碼后才能在計算機內部進行處理，目前國際上通用的西文字符編碼就是所謂的ASCII碼（American Standard Code for In

18、formation Interchange美國國家信息交換代碼。字符 36西文字符 ACSII碼(American Standard Code for Information Interchange) 128個常用字符，用7位二進制編碼，從0到127 控制字符：032，127；普通字符：94個。 例如：“a”字符的編碼為1100001，對應的十進制數是97； 換行 0AH 10 回車 0DH 13 空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 9712237漢字代碼體系在一個計算機系統中西文拼音字符的輸入、內部處理、存儲和輸入都可以使用同一

19、代碼。 漢字是一種象形文字。在計算機內部直接處理、存儲文字的字形和語音就更加困難。故處理字符要進行代碼化. 西文拼音文字代碼化比較容易，而漢字由于種類繁多。其編碼比拼音文字難得多。而輸入、內部處理，輸出對漢字的編碼又不相同。用的代碼也就不盡相同。漢字信息處理系統在處理漢字和詞語時，要進行一系列的漢字代碼轉換。 輸入碼:通過鍵盤或其它的輸入工具輸入漢字時按一定的編碼來進行. 機內碼:在計算機內部存儲、處理、傳輸漢字用的代碼。 字形碼:如要將漢字輸出，用打印機或顯示器輸出應有一個字型碼。38漢字編碼(1) 漢字輸入碼音碼類 全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等 形碼類 五筆字型法、鄭碼輸入法等 。(2)