1、计算机导论计算机导论计算机导论第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识本章导读：本章导读： 本章从计算机的产生和发展出发，对计算机的特点和分类进行本章从计算机的产生和发展出发，对计算机的特点和分类进行了阐述；重点介绍了计算机中常用的数制及其转换、带符号数的了阐述；重点介绍了计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识。要求读者了解微型计算表示、字符编码和汉字编码的基本知识。要求读者了解微型计算机的发展历史、工作特点、分类、应用领域等相关知识；熟悉数机的发展历史、工作特点、分类、应用领域等相关知识；熟悉数制的基本概念、数制之间的相互转换。制的基本概念、数制之间的相互转
2、换。 本章主要知识点：本章主要知识点： （1）计算机的产生和发展）计算机的产生和发展 （2）计算机的特点和分类）计算机的特点和分类 （3）计算机系统的应用）计算机系统的应用 （4）计算机中数制的基本概念、数制之间的相互转换）计算机中数制的基本概念、数制之间的相互转换 （5）常用的）常用的ASCII码、码、BCD码、汉字编码的相关概念和应用码、汉字编码的相关概念和应用计算机导论计算机导论第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识 1.1 概述概述 1.2 面向过程程序设计面向过程程序设计计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展近代计算机的发展1.1.2 计算机的诞生计算机的
3、诞生1.1.3 计算机的发展计算机的发展1.1.4 计算机的特点和分类计算机的特点和分类1.1.5 计算机的应用计算机的应用计算机导论计算机导论1.1 概述概述1642 Blaise Pascal 1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机电子计算机时代电子计算机时代1.1.1 近代计算机的发展近代计算机的发展计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展 计算机的发明是以计算为基本原则，早先则是被定位为工业用产品。早在19世纪初叶，英国剑桥大学数学家、机械设计专家、经济学家和哲学家查尔斯巴贝基（Charles Babbage，1791-1871，见图1
4、-1）发明了差分机（Difference Engine，见图1-2）即可计算等式间的差距。而之后的分析机（Analytical Engine，见图1-3）则尝试用来执行多种类的运算，尽管这台机器在他有生之年并未完成，但其概念其实已经具备了现代电脑的特征，所以称巴贝基为计算机之父。 查尔斯巴贝基计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展 差分机分析机 英国著名诗人拜伦的女儿阿达拉芙拉斯伯爵夫人（Ada Augusta Lovelace，1815-1852）协助巴贝基完善了分析机的设计，指出它可以像提花机那样编程。她被誉为世界上第一位程序员。 计算机导论计算机导论1.1 概述
5、概述1.1.1 近代计算机的发展 巴贝基生于1791年的英国，当他在剑桥大学攻读博士时，即为了解决计算等式间的差异数，于1812年首先设计出了一台名为差分机（Difference Engine）的机器，并于1822年制成了差分机样机。这是一台利用蒸汽为动力，以齿轮为基础所构成的机器，由于齿轮的数量过于庞大（约四千），以至于差分机所计算的成果并不精确。经历十年失败的尝试，1834年巴贝基在研制差分机的工作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机的计算机的可能性，从而放弃了差分机转而构想出了名为分析机的自动运算机器，由于这台机器具备有“输入”、“运算”、“输出”及“储存”的四大现代计算机特征
6、，最后因英国政府停止资助使这项计划，直到巴贝基逝世，亦未能最终实现他所设计的计算机。 计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展 美国哈佛大学的霍华德艾肯（Howard Aiken，1900-1973）博士在图书馆里发现了巴贝基的论文，提出了用机电方式，而不是用纯机械方法来构造新的分析机。霍华德艾肯在IBM公司的资助下，于1944年研制成功了被称为计算机“史前史”里最后一台著名的Mark计算机，将巴贝基的梦想变为了现实。这也正是IBM走上计算机产业之路的开始。后来霍华德艾肯继续主持了Mark和Mark计算机的研制工作，但它们已经属于电子计算机的范畴。这里请注意,20世纪4
7、0年代曾经出现过两个被称为Mark的计算机，一个是这里所说的Mark，另一个是英国曼彻斯特大学以威廉斯管的发明人Williams（1911-1977）和汤姆基尔蓬（Tom Kilbrn）为首的研究小组开发的Mark，其原型则被称为“婴儿机”（Baby Machine）。曼彻斯特大学在计算机发展史上也曾经起过重大的作用。计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展 英国数学家艾兰图灵（Alan Mathison Turing，l912-1954）是世界上公认的计算机科学奠基人，见图1-4。他的主要贡献有两个：一是建立图灵机（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可计算理
8、论的基础；二是提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。但在他生活的时代，却完全没有这些赞誉。他不过是一位古怪的数学家、超前的哲学家、神秘的密码破译专家而已，没有人会想到他的思维能燃起信息时代的烈焰。为纪念图灵对计算机科学的贡献，美国计算机学会ACM在1966年创立了“图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域的领先研究人员，号称计算机业界和学术界的诺贝尔奖。图灵计算机导论计算机导论图灵与图灵机为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年设立了设立了“图灵奖图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的
9、任务。图灵机是一种思想模型，图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读带子和一个在带子上左右移动的读写头。写头。计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.1 近代计算机的发展 另一个也被称为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann），他和他的同事们研制了世界上第二台电子计算机EDVAC，对后来的计算机在体系结构和工作原理上具有重大影响。在EDVAC中采用了“存储程序”的概念，以此概念为基础的各类计算机统称为冯诺依曼机。50多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作
10、方式、应用领域等方面与当时的计算机有很大差别，但基本结构没有变，都属于冯诺依曼计算机。但是，冯诺依曼自己也承认，他的关于计算机“存储程序”的想法都来自图灵。 冯诺依曼计算机导论计算机导论冯诺依曼计算机John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼存储程序工作原理存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为放所要执行的程序的，而称之为CPUCPU的部的部件可以依次从存储器中取出程序中的每件可以依次从存储
11、器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。成全部指令任务为止。计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.2 计算机的诞生 1939年保加利亚裔美国人、依阿华大学教授阿塔诺索夫（John Vincent Atanasoff，1903-1995）因进行数学物理研究需要大量计算，而当时使用的模拟计算机速度慢、精度低，从而决心设计电子管数字计算机。在研究生克里福特伯瑞（Clifford E.Berry，1918-1963）的协助下，于1941年制作了一台雏形计算机ABC（Atanasoff-Berry Computer），被誉为世界上第
12、一台电子计算机。 计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.2 计算机的诞生 美国宾州大学的物理学教授约翰莫奇莱（John Mauchly，1907- 1980），曾经观摩过ABC计算机，1042年他写了一份备忘录，建议制造电子计算机来完成弹道表的计算。1943年4月美国陆军阿伯丁弹道实验室与宾州大学摩尔学院签订合同，开始研制ENIAC。在埃克特（J.Preper Eckert，l919-1995）、戈德斯坦（Herman H.GoldStine，l913-）等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公诸于世，见图1-6。 ENIAC计算机导论计算机导论1.1 概
13、述概述1.1.2 计算机的诞生 1947年莫奇莱和埃克特离开宾州大学，创立了自己的计算机公司，生产UNIVAC计算机，见图1-7。1951年6月14日UNIVAC交付美国人口统计局使用。舆论界通常认为这标志着人类进人了计算机时代。原因有二：一是UNIVAC首次作为商品出售，它先后生产了近50台，而ENIAC只有一台自用；二是UNIVAC用于公众领域的数据处理，不像ENIAC只用于军事目的。特别是UNIVAC曾在大选中，预告艾森豪威尔当选，这使西方舆论大为轰动。因此，人们认为1951年UNIVAC迎来计算机时代，而与其说莫奇莱和埃克特发明了电子计算机，不如说他们奠定了计算机工业的基础。 UNIV
14、AC计算机导论计算机导论第一代第一代（19461956）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）1964年年911机机1966年年112机机1.1.3 计算机的发展1.1 概述概述计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.3 计算机的发展1第一代（第一代（1946年年1958年）：电子管阶段年）：电子管阶段 基本特征采用电子管作为计算
15、机的逻辑元器件，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数KB。其数据表示主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学研究工作。其代表机型有IBM 650（小型机）、IBM 709（大型机）。电子管计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.3 计算机的发展2第二代（第二代（1959年年1964年）：晶体管阶段年）：晶体管阶段 基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比
16、，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。其代表机型有IBM 7094、CDC 7600。 晶体管计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.3 计算机的发展3第三代（第三代（1965年年1970年）：集成电路阶段年）：集成电路阶段 基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发展形成了操作系统。其代表机型有
17、IBM360。集成电路计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.3 计算机的发展4第四代（第四代（1971年年现在）：大规模现在）：大规模/超大规模集成电路阶段超大规模集成电路阶段 基本特征是采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了迅猛的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关。超大规模集成电路计算机导论计算机导论计算机的商用化计算机的第一个商业顾客计算机的第一个商业
18、顾客烤面包卖茶点的利昂（烤面包卖茶点的利昂（lyons）改进改进 lyons参与部分投资参与部分投资Lyons复制复制EDSACLEO充当充当会计师会计师计算机导论计算机导论Altair 8800 计算机发展微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。计算机导论计算机导论 计算机发展巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次运算的1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油
19、和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。算的高科技领域。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、 “银河银河2号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000” 、“曙光曙光200I”和和“曙光曙光3000”计算机导论计算机导论 计算机发展网络化计算机技术与通信技术结合计算机技术与通信技术结合的产物。的产物。使用远程资源，共享程序、使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。的通讯和合作。计算机导论计算机导论
20、 计算机发展智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。 笛卡尔（笛卡尔（1637）人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）第一代机器人第一代机器人机械手（机械手（1962年出现）年出现）第二代机器人第二代机器人具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人第三代机器人第三代机器人装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”计算机导论计算机导论 计算机世界中的中国1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组年在清华大学成立中国第一个计
21、算机三人研究小组组长组长 闵大可闵大可电机系教授电机系教授1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所负责人负责人 钱三强钱三强1958年完成第一台电子计算机年完成第一台电子计算机1031959年完成大型电子计算机年完成大型电子计算机1041959年中国自行研究的年中国自行研究的107计算机问世计算机问世1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路）年中国开始研制第三代计算机（集成电路）1977年研制成功中国第一台微机年研制成功中国第一台微机DJS050计算机导论计算机导论 计算机世界中的日本辉煌：辉煌：打败打败Intel的芯片巨人，迫使的芯
22、片巨人，迫使Intel 于于1985年另辟年另辟战场（微处理器）战场（微处理器）笔记本电脑的领军人物笔记本电脑的领军人物失误：失误：第五代计算机（智能计算机）的开发者第五代计算机（智能计算机）的开发者高清晰度模拟电视高清晰度模拟电视计算机导论计算机导论 计算机世界中的印度1985年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为美元美元1994年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为美元美元2000年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为美元美元在软件出口规模和质量与总产值的比例上，在软件出口规模和质量与总产值的比例上，印度居世界第一。印度居世界第一。计算机导论计算机导论 计算机文化与道德计算机是一种计
23、算机是一种“可以传授给人知识的工具可以传授给人知识的工具”，也是一种，也是一种“无比有力的知识工具无比有力的知识工具”。真正对人类生活带来直接冲击的，不是计算机硬件本身，真正对人类生活带来直接冲击的，不是计算机硬件本身，而是来自软件这种人类知识的产物。而是来自软件这种人类知识的产物。计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.4 计算机的特点和分类1 1计算机的特点计算机的特点（1）运算速度快。（2）计算精度高。（3）具有记忆和逻辑判断功能。（4）能自动运行且支持人机交互。计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.4 计算机的特点和分类 2计算机的分类 根据计算机的运算速度、字长、存储容量、
24、软件配置等多方面的综合性能指标，计算机可以分为：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、网络计算机等。上述分类标准不是一成不变的，只能适应某一个时期。 （1）巨型机。 （2）大型机。 （3）小型机。 （4）微型计算机。 （5）工作站。 （6）服务器。 （7）网络计算机。 计算机导论计算机导论1.1 概述概述1.1.5 计算机的应用 1 1科学计算科学计算 2 2事务处理事务处理 3 3过程控制过程控制 4 4辅助工程辅助工程 5 5人工智能人工智能 6 6网络应用网络应用计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换1.2.2 计算机
25、中的数值数据的表示1.2.3 计算机常用的编码计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换 计算机中不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法计数制 基数数码 进位关系 表示方法二进制 20、1 逢二进一 1010B或（1010）2八进制 80-7 逢八进一 247Q或（247）8十进制 100-9 逢十进一 598D或（598）10十六进 16 0-9、A-F 逢十六进一 7C2F H或（7C2F）16计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.1】将十进制整数（103）10转
26、换为二进制整数。按照转换规律，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：2 103 2 51 余数为12 25 余数为12 12 余数为12 6 余数为02 3 余数为02 1 余数为10 余数为1所以，（103）10（1100111）2计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数。按照转换规律，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：0.812521.625 取整数位10.62521.25 取整数位1 0.2520.5 取整数位00.521.0 取整数位1所以，（0.8125）10（0.1
27、101）2若出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据计算精度的要求截取一定的位数即可。 计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.3】将十进制整数（1685）10转换为八进制整数。按照转换规律，采用“除8倒取余”的方法，过程如下：8 1685 8 210 余数为58 26 余数为28 3 余数为20 余数为3所以，（1685）10（3225）8计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.4】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数。按照转换规律，采用“除16倒
28、取余”的方法，过程如下：16 2347 16 146 余数为11（十六进制数为B）16 9 余数为20 余数为9所以，（2347）10（92B）16计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.5】将十进制小数（0.7125）10转换为八进制小数。按照转换规律，采用“乘8顺取整”的方法，过程如下：0.712585.7 取整数位50.785.6 取整数位5 0.684.8 取整数位40.886.4 取整数位6若数据的计算精度取小数点后4位数，则其后的数可以不再计算。所以，（0.7125）10（0.5546）8计算机导论计算机导论1.2
29、计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.6】 将十进制小数（0.8129）10转换为十六进制小数。按照转换规律，采用“乘16顺取整”的方法，过程如下：0.81291613.0064 取整数位13（十六进制数为D）0.0064160.1024 取整数位0 0.1024161.6384取整数位10.63841610.2144取整数位10（十六进制数为A）取数据的计算精度为小数点后4位数。所以,（0.8129）10 （0.D01A）16计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.7】将二进制数（101
30、1001.101）2 转换为十进制数。采用按位权展开求和的方法，过程如下：（1011001.101）2126124123120121123 6416810.50.125 （89.625）10【例1.8】将八进制数（1476.52）8转换为十进制数，过程如下：（1476.52）8 183482781680581282 5122565660.6250.03125 （830.65625）10计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.9】将十六进制数（2D7.A）16 转换为十进制数，过程如下：（2D7.A）16 216213161716
31、010161 51220870.625 （727.625）10【例1.10】将八进制数（3157.462）8转换为二进制数，采用“一分为三”的方法。 3 1 5 7 4 6 2 011 001 101 111 100 110 010所以，（3157.462）8（11001101111.100110010）2计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.1 计算机中的数制机器转换【例1.11】将二进制数（10011010110.10101011）2转换为八进制数，采用“三合一”的方法。 010 011 010 110101 010 110 2 3 2 6 5 2 6所以
32、，（10011010110.10101011）2（2326.526）8【例1.12】将十六进制数（72A3.C69）16转换为二进制数，每位十六进制数用4位二进制数表示，过程如下： 7 2 A 3 C 6 9 0111 0010 1001 00111100 0110 1001所以，（72A3.C69）16（111001010010011.110001101001）2计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示1基本概念基本概念 在计算机内部表示二进制数的方法通常称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机
33、器数所代表的数称为该机器数的真值。要完整地表示一个机器数，应考虑三个因素：机器数的范围；机器数的符号；机器数中小数点的位置。（1）机器数的范围：由计算机的CPU字长来决定。当使用8位寄存器时，字长为8位，所以一个无符号整数的最大值是：（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是0255。当使用16位寄存器时，字长为16位，所以一个无符号整数的最大值是：（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此时机器数的范围是065535。计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示 （2）机器数的符号：在算术
34、运算中，数据是有正有负的，称之为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用“0”表示正数，用“1”表示负数。例如：字长为8位二进制时，D7为符号位，其余D6D0为数值位；字长为16位二进制数时，D15为符号位，其余D14D0为数值位。 （3）机器数中小数点的位置：在机器中，小数点的位置通常有两种约定，一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。 计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示2带符号数的原码、反码、补码表示带符号
35、数的原码、反码、补码表示（1）原码：规定正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。例如：当机器字长为8位二进制数时： X1011011 X原码01011011 Y1011011 Y原码11011011原码表示的整数范围是(2n-11) (2n-11)，其中n为机器字长。通常：8位二进制原码表示的整数范围是127127， 16位二进制原码表示的整数范围是3276732767。 计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示（2）反码：对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码
36、相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。例如：当机器字长为8位二进制数时： X1011011 X原码01011011 X反码01011011 Y1011011 Y原码11011011 Y反码10100100负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码相同。计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示（3）补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。例如：X1011011 X原码01011011 X补码01011011 Y1011011 Y原码11011011
37、 Y反码10100100 Y补码10100101补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中n为机器字长。则：8位二进制补码表示的整数范围是128127，16位二进制补码表示的整数范围是3276832767。（4）补码与真值之间的转换：给定机器数的真值可以通过补码的定义来完成真值到补码的转换，若已知某数的补码求其真值，计算方法如下：正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将补码按位求反末位加1，即可得到该负数补码对应的真值。计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.2 计算机中的数值数据的表示【例1.14】 给定 X补码01011001B，求真值
38、X；给定X补码11011010B，求真值X。（1）由于X补码代表的数是正数，则其真值：X1011001B（126124123120）（641681）（89）D（2）由于X补码代表的数是负数，则其真值：X（1011010求反1）B（01001011）B（0100110）B（125122121）（3242）（38）D计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.3 计算机常用的编码1美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（ASCII码）码） ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码是美国信息交
39、换标准代码的简称，用于给西文字符编码，包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等。这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符， ASCII码是7位二进制编码，而计算机的基本存储单位是字节（byte），一个字节包含8个二进制位（bit）。因此，ASCII码的机内码要在最高位补一个0。在存储、处理和传送信息时，最高位常用作奇偶校验位，用来检验代码在存储和传送过程中是否发生错误。奇校验时，每个代码的二进制形式中应有奇数个1；偶校验时，每个代码的二进制形式中应有偶数个1。 计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.3 计算机常用的编码2二十进制编码BCD码
40、 BCD（Binary-Coded Decimal）码又称为“二十进制编码”，专门解决用二进制数表示十进数的问题。“二十进制编码”最常用的是8421编码，其方法是用4位二进制数表示1位十进制数，自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。由于4位二进制数有00001111共16种状态，而十进制数09只取00001001的10种状态，其余6种不用。通常，BCD码有两种形式，即压缩BCD码和非压缩BCD码。（1）压缩BCD码：压缩BCD码的每一位数采用4位二进制数来表示，即一个字节表示两位十进制数。例如：十进制数59D，采用压缩BCD码表示为二进制数是01011001B。（2）非压缩BCD码：非压缩
41、BCD码的每一位数采用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数。而且只用每个字节的低4位来表示09，高4位为0。例如：十进制数87D，采用非压缩BCD码表示为二进制数是00001000 00000111B。 计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.3 计算机常用的编码3汉字编码汉字编码 具有汉字信息处理能力的计算机系统，除了配备必要的汉字设备和接口外，还应该装配有支持汉字信息输入、输出和处理的操作系统。计算机处理汉字信息的前提条件是对每个汉字进行编码，这些编码统称为汉字代码。目前计算机中常用的几种汉字代码有：（1）汉字输入码：用于外部输入汉字，也称为外码。
42、它位于人机界面上，面向用户，其编码原则是简单易记、操作方便、有利于提高输入速度。目前使用较多的有顺序码将汉字按一定顺序排好，然后逐个赋予1个号码作为该汉字的编码，例如区位码；音码根据汉字的读音进行编码，例如拼音码；形码根据汉字的字形进行编码，例如五笔字型；音形码根据汉字的读音和字形进行编码，例如双拼码。计算机导论计算机导论1.2 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.2.3 计算机常用的编码（2）汉字机内码：是汉字处理系统内部存储、处理汉字而使用的编码，简称内码。内码与国家标准GB2312-80汉字字符集有简明的一一对应关系。（3）汉字交换码：是汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时，
43、对每个汉字所规定的统一编码。我国已指定了汉字交换码的国家标准“信息交换用汉字编码字符集基本集”，代号GB2321-80，又称“国标码”。计算机导论计算机导论第第2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成本章导读：本章导读： 重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入/输输出设备的类型、发展和主要性能指标。出设备的类型、发展和主要性能指标。 重点内容：重点内容： 计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性能和指标能和指标 、存储器的类型、性能和指标输入、存储器的类型、性能和指标输入/输出设备输出设备的类型、
44、性能和指标。的类型、性能和指标。 计算机导论计算机导论第第2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 中央处理器中央处理器CPU CPU 2.3 2.3 存储器存储器2.4 2.4 总线与输入总线与输入/ /输出输出 接口电路接口电路2.5 2.5 输入输入/ /输出设备输出设备计算机导论计算机导论2.1 概述概述2.1.1 硬件系统 微型计算机的硬件系统主要由CPU、存储器、系统总线、接口电路及I/O设备等部件组成。 计算机导论计算机导论2.1 概述概述2.1.1 硬件系统（控制器控制器输入输入设备设备输出输出设备设备数据流数据流地地 址址控制
45、流控制流运算器运算器计算机导论计算机导论光盘驱动器软盘驱动器主机箱显示器键盘鼠标计算机导论计算机导论微型计算机工作原理运算（处理） 存储（记录） 控制（协调）计算机导论计算机导论计算机的语言二进制“逢逢 进进，借，借当当 ”十进制十进制=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制=2 ，可使用，可使用0,1八进制八进制=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F计算机导论计算机导论二进制概念128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦信息复制
46、的精确性信息复制的精确性运算规则简单运算规则简单电子线路制造计算机成为可能电子线路制造计算机成为可能计算机导论计算机导论程序和指令是对计算机进行程序控制的是对计算机进行程序控制的。所有的指令的所有的指令的称为计算机的称为计算机的机器指令格式机器指令格式操作码操作码 操作数操作数机器执行什么操作机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）是为完成一项特定任务而用某种语言是为完成一项特定任务而用某种语言编写的编写的。计算机导论计算机导论信息的存储单位位（位（BitBit）：度量数据的最小单位）：度量数据的最小单位字节（字节（ByteByte）：最常用的基本单位）：最常用
47、的基本单位K K 字节字节1K = 1024 byte1K = 1024 byteM M（兆）字节（兆）字节1M = 1024 K1M = 1024 KG G（吉）（吉） 字节字节1G = 1024 M1G = 1024 M T T（太）字节（太）字节1T = 1024 G1T = 1024 Gb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0=计算机导论计算机导论2.1 概述2.1.2 软件系统 软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的程序总称，它由各种程序和数据组成。软件系统由系统软件和应用软件组成。 在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与完善，而操作系统是配置在硬件上的第一层软件，它是
48、对硬件功能的第一次扩充，从而构成了一个比硬件裸机功能更强大、使用更方便的虚拟计算机。所有系统实用程序以及更上层的应用程序都在操作系统虚拟机上运行，他们受操作系统的统一管理和控制。硬件和软件的整体称为计算机系统资源，其系统构成示意图见图2-2。 计算机导论计算机导论2.1 概述 软件 系统软件 程序设计语言 应用软件：如软件包、数据库等 机器语言 汇编语言 高级语言 监控程序 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序 2.1.2 软件系统计算机导论计算机导论硬件系统硬件系统软件系统软件系统主机主机外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件中央处理器中央处理器内存储器内存储器输入设备
49、输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器操作系统操作系统语言处理系统语言处理系统系统服务程序系统服务程序数据库管理系统数据库管理系统文字处理软件文字处理软件表格处理软件表格处理软件辅助设计软件辅助设计软件实时控制软件实时控制软件运算器运算器控制器控制器只读存储器只读存储器随机存储器随机存储器计算机导论计算机导论2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标（1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。（2）CPU主频。CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和
50、浮点运算器）电路的实际运行频率，亦是CPU自身工作频率。 计算机导论计算机导论2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 （3）CPU外频。CPU的外频也是指CPU从主板上获得的工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟频率，也就是主板的工作频率。（4）CPU倍频系数 CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频 倍频系数（5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Side Bus）指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道，因此也可以称为是CPU的外部总线。计算机导论计算机导论2.2 中央处理器CPU 2.2.1 CPU主
