第二章

計算機基礎知識數據的類型數據(data)文本(text)數字(number)圖像(image)音頻(audio)視頻(video)音頻動畫視頻文本圖形圖像渲染識別計算機是一臺機器，機器通電后，只有高電壓和低電壓兩種狀態怎么認字、認圖、認聲音的？CurrentlyCMOSCurcuit它，怎記數據的？10010010000010電壓表示值只有一串0和1，怎表示text,image,audio,video？Thesecretliesin數制定義

:用一組固定的數字一套統一的規則表示數的進位制X進制：逢X進一二進制、八進制、十進制、十六進制、六十進制。。。

無論哪一種數制，都存在一個進位基數，每計滿一個基數就向高位進一。最簡單的數制：二進制提出者：Leibnitz(萊布尼茨)（1646－1716）德國數學家、哲學家，和牛頓并列為微積分的創始人。中國的陰陽八卦，就是二進制數計算機中使用的數制二進制固定數字計數規則基數權0、1逢二進一22的冪次方計算機中使用的數制計算機中使用的數制

機內數據無論是的計算或處理都用二進制數表示數值型非數值型其數據可行性：用二進制數表示，只需0、1

兩個基數。用電子技術實現最容易。可靠性：它只有兩個狀態，數字轉移和處理不易出錯。

簡易性：二進制數運算法則簡單，加、減、乖、除法，法則都只有三個。這就使運算器結構大大簡化，控制器也可隨之簡化。邏輯性：用0、1

兩個數碼，可以代表邏輯代數中的

“真”、“假”。二進制特點十進制0、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進一10固定數字計數規則基數權10的冪次方十進制(Decimal)

如十進制數：3245

.75可表示為如下計算式5×1004×101+2×102

+3×103++7×10-1+5×10-23245

.

75權權權權權權權權權八進制(Octal)八進制0、1、2、3、4、5、6、7逢八進一8固定數字計數規則基數權8的冪次方如八進制數：3245

.75可表示為如下計算式5×804×81+2×82

+3×83++7×8-1+5×8-23245

.

75權權權權權權權十六進制（Hexadecimal

）十六進制0、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十六進一16固定數字計數規則基數權16的冪次方A、B、C、D、E、F

related

0O哪個是‘零’，哪個是‘喔’？字體：Adalusrelated0O哪個是‘零’，哪個是‘喔’？字體：Verdanarelated0OCoding時，千萬要注意‘零’和‘喔’字體：TimesNewRome若是在16進制數字中A0E8DOA2是‘零’,還是‘喔’？如十六進制數：3245

.75可表示為如下計算式5×1604×161+2×162

+3×163++7×16-1+5×16-23245

.

75權權權權權權權權權又如：

十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制0008100081119100192102101010A3113111011B41004121100C51015131101D61106141110E71117151111F三種常用進制比較進制一般規律n代表整數位數，m代表小數位數，ai為第i位數碼，它可以是0、1、…、(R-1)個不同數碼中的任何一個，Ri為第i位數碼的權值。數制轉換:10進制換2進制除二取余，自低位向高位排列。最高位最低位排列方向整數部分整數部分1101將（13.375）10

轉換成二進制數13…余數為1…余數為

0…余數為1…余數為126232120乘二取整，自高位向低位排列。0.375×2=0.75

…余數為0.75

整數為00.75

×2=1.5

…余數為0.5

整數為1

0.5×2=1…余數為0

整數為1最高位最低位排列方向小數部分結果(13.375)10=(1101.011)2轉換方法每位二進制數乘以相應位的權，再相加。(1001.011)2=1×2

3

＋0

×22

＋

0

×

21＋

1

×

20＋0

×2

-1

＋

1

×2-2

＋

1

×

2

-3=8＋0＋0＋1＋0＋0.25＋0.0625=(

9.3125)10

將(1001.011)2轉換成十進制數數制轉換:2進制換10進制轉換方法從二進制數的最低位開始，每四位一組進行轉換。(01111101.0101)27D5=(7D.5)16

將(01111101.0101)2

轉換成十六進制數2進制換16進制

將(82A.3C)16轉換成二進制數轉換方法把每一位十六進制數用四位相應的二進制數表示。(82A.3C)16(100000101010.00111100)2結果(82A.3C)16=(100000101010.00111100)2注意除最高位以外,每一位十六進制數小于8時,高位必須用0補足四位。數制及其轉換互轉將（617）10分別轉換為8進制、16進制000000000000000012486432161285122560000001001101001

1024617＝（1151)800000010011010010269

變為16進制00000010011010011變為8進制511將二進制111010111101.1010

B轉換為十六進制。

二進制數：十六進制數：

（111010111101.101）B=（EBD.A)H111010111101.1010

E

BD.Abit──1

bit就是1位二進制數：0或1（最小單位）B（Byte）

──1B＝8bit（基本單位，最小存取單位）KB──1KB(KiloByte)＝1024Byte，讀作“開”，記為KMB──1MB(MegaByte)＝1024KB，讀作“兆”，記為MGB──1GB(GigaByte)＝1024MB，讀作“吉”，記為GTB──1TB(TeraByte)＝1024GB，讀作“太”，記為TPB──1PB(PetaByte)＝1024TB，簡記為PEB──1EB(ExaByte)＝1024PB，簡記為E信息單位碼制在計算機中如何表示正負?

“＋”表示正數，“－”表示負數如：+101-101

把符號數值化，用0表示“+”，用1表示“-”，連同符號位在一起作為一個數，稱為機器數。

正數負數0XXXXXXX1XXXXXXX機器數由于數值部分的表示方法不同，有符號數可有三種表示方法，即機器數有三種形式，分別叫做原碼、反碼、補碼。原碼：用符號位和數值表示帶符號數，正數的符號位用“0”表示，負數的符號位用“1”表示，數值部分用二進制形式表示。反碼：正數的反碼與原碼相同，負數的反碼為對該數的原碼除符號位外各位取反。補碼：正數的補碼與原碼相同，負數的補碼為原碼除符號位外各位取反，然后在最后一位加1。原碼原碼表示的有符號數，最高位為符號位，數值位部分就是該數的絕對值。例如：假設某機器為8位機，即一個數據用8位（二進制）來表示，則：

+23(17H)的原碼機器數為00010111 -23(-17H)的原碼機器數為10010111其中最高位是符號位，后7位是數值位。反碼

反碼表示的有符號數。最高位規定為符號位，數值部分：正數=絕對值；負數=絕對值按位取反（即1變0，0變1）。 例如：+23的反碼機器數為00010111

-23的反碼機器數為11101000

數字‘0’的反碼有2種表示：

(+0)10=(00000000)2(-0)10=(11111111)2

補碼補碼表示有符號數。正數：補碼=原碼=反碼；負數：數值位部分為其絕對值按位取反后末位加1所得。例如：+23的反碼為00010111

-23的反碼為11101000-23的補碼為11101001末位+1BCD碼=8421碼

基于二進制的BCD(BinaryCodedDecimal)

碼，用四位二進制數才能表示十進制的0～9，如：8421碼、2421碼等，其中的數字表示位權，還有余3碼、格雷碼等。十進制數：BCD碼：01010110011110005687ASCII碼

P40AmericanStandardsCommitteeofInformation采用7位二進制數表示一個字符（如表2-5所示）：高三位（b7b6b5）

+低四位（b4b3b2b1）在計算機中用一個字節（8位）表示一個ASCII字符，最高位默認為0。可以表示27即128個字符：34個控制符、52個英文字母，10個阿拉伯數字、32個標點符號和運算符號。0111111110000000+1編碼Chinesecharacter編碼簡體（simplifiedChinese）GB2312一級漢字(3775個)，覆蓋常用字99.9%二級漢字（6763-3775個漢字)682個其它符號GB1830繁體（traditionalChinese)

BIG5

Whyis繁體?UNICODE字符集UNICODE字符集Unicode采用16位，1996公布V2.0。內容包含符號6811個。漢字20902個。韓文拼音11172個。造字區6400個。保留20249個。共計65534個

Unicode是ASCII的超集，前256個字符與ASCII一致。字，字節，位字是中國的說法，指電腦顯示出來的可閱讀的文字。也就是漢字，每個漢字是兩個字節。字節是美國的說法，指一個英文字符。每個字符是1個字節。字節電腦存儲數據的最小單位位bit8bit=byte1個字=2個字節1個字節=8位數據校驗碼奇偶校驗碼：在表示數據的N位代碼中增加一位奇偶校驗位，使N＋1位中“1”的個數為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）。海明校驗碼：在有效信息代碼中增加校驗位，用來校驗代碼中“1”的個數是奇數（奇校驗）還是偶數（偶校驗），通過奇偶校驗可以發現代碼傳輸過程中的錯誤并自動校正。應用：用于計算機各部件之間信息傳輸以及計算機網絡的信息傳輸。數的定點表示和浮點表示計算機中小數點，如何表達？定點：指示小數點位置，其位置不定不變浮點：一個數分為階碼和尾數兩部分

定點格式把小數點固定在數值部分最低位的右邊：

N0NnNn-1......N2N1.

數的范圍：二進制的（m+1）位定點整數格式的數N，所能表示的數的范圍為｜N｜≤2m－1。溢出：絕對值大于該范圍時，若直接使用會產生“溢出”。處理方法：根據實際需要選擇一個比例因子進行調整，使所表示的數據在規定的范圍之內。小數點符號位數值部分

浮點格式一個浮點數分為階碼和尾數兩部分：階碼：表示小數點在該數中的位置，是一個整數。尾數：表示數的有效數值，可以采用整數或純小數兩種形式可供選擇的一種位數分配形式：設字長為32位尾數點符號位階碼部分1823規格化的浮點數：為了提高浮點數表示的精度通常規定其尾數的最高位必須是非零的有效位。表示范圍8位二進制原碼的表示范圍：-127～+1278位二進制反碼的表示范圍：-127～+127補碼所表示的范圍為：-128～+127-128——>（10000000）00000000數值0例外，補碼只有一個，即

[0]補=00000000B111111110000000+12.2邏輯代數基礎命題：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句

（eg.3-2=1;f(x)=y）邏輯：命題的運算命題標識符：表示命題的符號，稱為命題常量。原子命題：不能分解的陳述句的命題；復合命題：原子命題用連接詞和標點符號復合而成。命題具有真假意義的陳述句。

命題具有一個確定的值要么為真，記為True（真），用符號T；要么為假（False），用符號F表示。

注意：不能作為命題的句子：一切沒有判斷內容的句子，無所謂是非的句子。如感嘆句，疑問句，祈使句，陳述句中的悖論等。以下哪些是命題？(2),(3)這些句子都無所謂是非，

(4)無法判定其真假值（語義上的悖論），

(5)中的x,y的值不確定。今年冬天是個暖冬。多漂亮的花呀！明天你有什么安排嗎？我正在說謊。x

y＞2。天氣晴朗

悖論由一個被承認是真的命題為前提，設為B，進行正確的邏輯推理后，得出一個與前提互為矛盾命題的結論非B

例如：“一尺之捶，日取其半，萬世不竭”

邏輯數據的表示法

邏輯是命題的運算邏輯數據是用來表示二值邏輯中的“是”與“

否”，或“真”與“假”兩個狀態的數據。計算機中二進制編碼:“1”表示T“0”表示F基本邏輯運算異或條件邏輯運算非與或連接詞“與”（∧）A BA∧BTTTTFFFTFFFF

命題A和B的“與”(“合取”)，A∧B。當且僅當A和B同時為真時，A∧B為真，其他情況A∧B均為假。

A∧B的真值表:

Target 10011000

AND

00110101

------------------

Result00010000

連接詞“或”（∨）A和B的“或”（“析取”），A∨B。當且僅當A和B同時為假時，A∨B為假，其他情況下均為真。A∨B的真值表：A BA∨BTTTTFTFTTFFFTarget 10011000

OR

00110101

------------------

Result10111101

連接詞“非”（┑）A的“非”（“否定”），┑A。若A為真，則┑A為假；若A為假，則┑A為真。┑A的真值表：A┑ATFFTTarget 10011000

NOT

------------------

Result01100111

連接詞“異或”（⊕）A和B的“異或”，記為A⊕B。當且僅當A和B同時為真或同時為假時A⊕B為假，其他情況為真。A⊕B的真值表：A BA⊕BTTFTFTFTTFFFTarget 10011000

XOR

00110101

------------------

Result10101101

連接詞“條件”（→）A和B的“條件”是一個復合命題，記為A→B,讀作“如果A，則B”。當且僅當A的真值為真，B的真值為假時，A→B為假，在其他的情況下A→B的真值均為真。A→B的真值表：A BA→BTTTTFFFTTFFT

連接詞“雙條件”()

A和B的“雙條件”（當且僅當），記為AB，讀作“A當且僅當B”。當且僅當A的真值與B的真值相同時，AB為真，否則為假。AB的真值表：A BABTTTTFFFTFFFT

命題公式由命題變元、連接詞和括號組成的合式的式子稱為命題公式。命題公式等價：P＝Q。〖例2-28〗證明┑（A→B）與A∧┑B是等價的。

AB┑（A→B）A∧┑BTTFFTFTTFTFFFFFF

命題公式的等價律A、B、C等為命題變元，T表示“真”，F表示“假”零律：A∨F＝A A∧F＝F幺律：A∨T＝T A∧T＝A冪等律：A∨A＝A A∧A＝A求補律：A∨┓A＝TA∧┓A＝F交換律：A∨B＝B∨AA∧B＝B∧A結合律：A∨（B∨C）＝（A∨B）∨C A∧（B∧C）＝（A∧B）∧C分配律：A∧（B∨C）＝A∧B∨A∧CA∨B∧C＝（A∨B）∧（A∨C）吸收律：A∧B∨A∧┓B＝A

（A∨B）∧（A∨┓B）＝A 狄－摩根定律：┓（A∨B）＝┓A∧┓B ┓（A∧B）＝┓A∨┓B雙重否定律：┓┓A＝A

證明狄－摩根定律證明狄－摩根定律之一：┓（A∧B）＝┓A∨┓BABA∧B┓（A∧B）┓A┓B┓A∨┓BTTTFFFFTFFTFTTFTFTTFTFFFTTTT

邏輯代數的等價律零律：A＋0＝A A0＝0幺律：A＋1＝1 A1＝A冪等律：A＋A＝AAA＝A求補律：A＋ā＝1 Aā＝0

“A?B”（可省略）“與”運算“A+B”“或”運算“A”“非”運算

邏輯函數的化簡〖例2-30〗〖例2-30〗試將邏輯函數F＝A＋āB化簡。解：F＝A＋āB

＝（A＋ā）(A＋B) （分配律） ＝1(A＋B) （求補律）＝A＋B （幺律）結合律：A∨B∧C＝（A∨B）∧（A∨C）四則運算：乘除優先邏輯運算：×和+同級

邏輯函數的化簡〖例2-31〗〖例〗試將邏輯函數F＝AB＋A＋āB＋化簡。解：F＝AB＋A＋āB＋＝A(B＋)＋ā(B＋) （分配律）＝A＋ā （求補律）＝1 （求補律）主機顯示器2.3計算機基本結構計算機硬件組成輔助存儲器內存儲器運算器

控制器輸入設備輸出設備

程序原始數據

運算結果控制信息數據

運算器

運算的部件。在控制器的控制下執行程序中的指令,完成各種算術運算、邏輯運算、比較運算、移位運算等。運算器的組成：算術邏輯部件（ALU：AlgorithmLogicUnit）：完成加、減、乘、除等四則運算以及與、或、非、移位等邏輯運算；寄存器：暫存參加運算的操作數或中間結果。技術指標：運算速度，單位是MIPS（百萬指令/秒）

存儲器

存儲數據和程序的部件。存儲單位：“位”（bit）、“字節”（byte）、“字”。。。容量：存儲器所包含的存儲單元的總數分類：內存儲器：又內存或主存，用來存放現行程序的指令和數據。包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）等。外存儲器：又稱為輔助存儲器，簡稱為外存或輔存，用來存放需要長期保存的信息。bit──1

bit就是1位二進制數：0或1（最小單位）B

──1B（Byte）＝8bitKB──1KB(KiloByte)＝1024Byte，記為KMB──1MB(Mega)＝1024KB，記為MGB──1G(Giga)＝1024MB，記為GTB──1TB(Tera)＝1024GB，記為TPB──1PB(Peta)＝1024TB，記為PEB──1EB(Exa)＝1024PB，記為E存儲單位主存儲器MainMemory存儲結構

RAMandROM

隨機存儲器和只讀存儲器RAMstandsforRandomAccessMemoryInherentintheideaofbeingabletoaccesseachlocationistheabilitytochangethecontentsofeachlocation每一個存儲單元可以直接訪問，可以改寫這個存儲單元的內容ROMstandsforReadOnlyMemoryThecontentsinlocationsinROMcannotbechanged只讀存儲器，內容不能更改，是永久的。RAMisvolatile,ROMisnotThismeansthatRAMdoesnotretainitsbitconfigurationwhenthepoweristurnedoff,

butROMdoesRAM是易失性的，也就是說關閉電源以后RAM不在保存內容，而ROM則不同計算機硬件組成輔助存儲器內存儲器運算器

控制器輸入設備輸出設備InputOutput

控制器

指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協調工作。控制器的組成：程序計數器（PC:Programcount）：用來對程序中的指令進行計數，使控制器能依次讀取指令；指令寄存器（IR:InstructRegister）：在指令執行期間暫時保存正在執行的指令。指令譯碼器（ID:InstructDecoder）：用來識別指令的功能，分析指令的操作要求。時序控制電路：用來生成時序信號，以協調在指令執行周期內各部件的工作。微操作控制電路：用來產生各種控制操作命令。Input/Output設備

簡稱I/O設備，是外部與計算機交換信息的渠道。輸入設備：用于輸入程序、數據、操作命令、圖形、圖像以及聲音等信息。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標器、掃描儀、光筆、數字化儀以及語音輸入裝置等。輸出設備：用于顯示或打印程序、運算結果、文字、圖形、圖像等，也可以播放聲音。常用的輸出設備有顯示器、打印機、XY繪圖儀以及聲音播放裝置等。鍵盤鼠標:1)光電式鼠標2)機械式鼠標

3.光筆

幾種主要圖形輸入設備1觸摸屏:電阻式和電容式/

紅外線式

/聲表面波式

5.掃描儀:

二維：掃描儀通過光電轉換、點陣采樣的方式，將一幅畫面變為數字圖像

三維：三維物體的幾何形狀及表面顏色屬性。

幾種主要圖形輸入設備23D掃描儀

數字化儀：美國CALCOMP公司生產其他常見輸入設備操縱桿：聲音輸入設備iPhone接收的全息照片全息全息電影繪圖機

Output設備電子屏幕/打印機

SoftcopyHardcopy聲音輸出設備

計算機的指令系統操作碼：規定了該指令進行的操作種類；地址碼：給出了操作數、結果以及下一條指令的地址。操作碼地址碼指令的一般格式操作碼第一操作數地址第二地址操作數多地址指令1：操作碼第一地址第二地址下一指令地址多地址指令2：操作碼第一地址第二地址結果地址下一指令地址多地址指令3：計算機指令例子ANDAX，BX；(AX)與(BX)，結果放在AX中ANDAL，11110000B

；屏蔽AL寄存器低4位ORAL，30H;(AL)或30H，結果放在AL中XORAX，AX;(AX)異或(AX),結果放在AX中NOT

BX；BX中內容求反碼，結果在BX中MOVCL，4；將計數值送CLSHLBL，CL；將高位移到BL的高4位

指令類型

數據傳送型指令數據處理型指令輸入輸出型指令硬件控制指令

指令的執行過程取指令：根據指令計數器中的地址，從內存儲器中取出指令，并送往指令寄存器中。分析指令：對指令寄存器中存放的指令進行分析，由操作碼確定執行什么操作，由地址碼確定操作數的地址。執行指令：根據分析的結果，由控制器發出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。完成后，指令計數器加1，為執行下一條指令做好準備。如果遇到轉移指令，則將轉移地址送入指令計數器。

計算機組織與系統結構主要技術

精簡指令集技術高速緩沖存儲技術虛擬存儲技術指令流水線技術并行處理技術

程序設計語言機器語言：使用機器語言編寫，計算機能夠直接理解并執行，但編程和理解都十分的困難。匯編語言：使用“助憶符”來表示指令的操作碼，并使用存儲單元或寄存器的名字表示地址碼，以便于記憶和書寫。高級程序設計語言：表達形式更接近于被描述的問題的程序設計語言，便于程序的編寫。這種程序稱為源程序，必須經過翻譯系統的處理后才能執行。面向過程程序設計語言面向對象程序設計語言

程序設計步驟一般過程：

需求分析總體設計詳細設計編碼測試運行與維護

使用程序設計語言產生一系列的指令以告訴計算機該做什么的過程。

結構化程序設計

采用自頂向下逐步求精的設計方法和單入口單出口的控制成分。TFTF條件AAB（a）順序結構（b）選擇型分支結構（c）循環結構AB條件3種基本的控制結構：

良好的程序設計風格標識符：按意命名、保留字用大寫字母、使用統一的縮寫規則。表達式：使用括號、使用庫函數、條件化簡、函數與過程模塊化：模塊的獨立性（高內聚、低耦合）、模塊的規模適中