计算机基础08011.pptx
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1、 本章只是简要地阐述最主要的数学知识。对本章只是简要地阐述最主要的数学知识。对于已学过这些知识的读者,本章将起到复习和系于已学过这些知识的读者,本章将起到复习和系统化的作用。对于未曾接触过这些内容的读者,统化的作用。对于未曾接触过这些内容的读者,本章的内容是必要的入门知识,因为这些内容都本章的内容是必要的入门知识,因为这些内容都是以下各章的基础。本章的目的是使本书能够自是以下各章的基础。本章的目的是使本书能够自成系统,读者不必依赖于更多的参考书籍。成系统,读者不必依赖于更多的参考书籍。第1章计算机基础l1.1引言引言l1.2进位计数制进位计数制l1.3计算机中信息的表示方法计算机中信息的表示方
2、法l1.4运算方法运算方法l1.5计算机系统的组成及工作原理计算机系统的组成及工作原理l习题习题1.1 引言一、计算机的发展概况一、计算机的发展概况以电子器件为标志划分以电子器件为标志划分第一代:第一代:1946-1958 1946-1958 电子管计算机电子管计算机。磁鼓存储器,。磁鼓存储器,机器语言、汇编语言编程。体积大,耗电多。主机器语言、汇编语言编程。体积大,耗电多。主要用于科学、军事。要用于科学、军事。世界上第一台数字计算机世界上第一台数字计算机ENIACENIAC。电子计算机电子计算机是一种不需要人的直接干预就能够高是一种不需要人的直接干预就能够高速自动地进行算术和逻辑运算的电子装
3、置。速自动地进行算术和逻辑运算的电子装置。第二代:第二代:1958-1964 1958-1964 晶体管计算机晶体管计算机。磁芯作主存磁芯作主存储器储器,磁盘作外存储器,开始使用高级语言编磁盘作外存储器,开始使用高级语言编程。程。第三代:第三代:1964-1971 1964-1971 集成电路计算机集成电路计算机。使用。使用半导半导体存储器,出现多终端计算机和计算机网络。体存储器,出现多终端计算机和计算机网络。第四代:第四代:1971-1992 1971-1992 大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机,外部设备出现微型计算机、单片微型计算机,外部设备多样化。
4、多样化。第五代:第五代:1992-1992-人工智能计算机人工智能计算机。模拟人的智模拟人的智能和交流方式。能和交流方式。19461946年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIACENIAC(Electronic Electronic Numerical Integrator And calculatorNumerical Integrator And calculator),运算速度),运算速度 50005000次次/秒,功耗秒,功耗150kw/h150kw/h,占地,占地170m170m2 2 ,造价,造价100100万美元万美元。l微型计算机的发展概况微型计算机的发
5、展概况第一代微处理器:第一代微处理器:1971-1973 1971-1973。代表产品。代表产品Intel4004,8008Intel4004,8008。前者为。前者为4 4位机,后者为位机,后者为8 8位机。位机。集成度约为集成度约为20002000管管/片,时钟频率为片,时钟频率为1MHz,1MHz,指令指令周期为周期为20uS20uS。第二代微处理器:第二代微处理器:1973-1975 Intel8080,M6800,1973-1975 Intel8080,M6800,8 8位机位机 50005000管管/片,片,2MHz2MHz,2uS2uS第三代微处理器:第三代微处理器:1975-1
6、977 Intel8085,Z801975-1977 Intel8085,Z80,M6802,8M6802,8位机位机 1 1万万管管/片,片,2.5-5MHz2.5-5MHz,1uS1uS第四代微处理器:第四代微处理器:1978-1980 Intel8086,Z80001978-1980 Intel8086,Z8000,M6809,16M6809,16位机位机 3 3万管万管/片,片,5MHz5MHz,0.5uS0.5uS第五代微处理器:第五代微处理器:19801980以后以后 等等,16,16位机位机 1010万管万管/片,片,10MHz10MHz,0.2uS0.2uS 1983 1983
7、以后以后 Intel80386,Motorola68020Intel80386,Motorola68020,3232位机位机 15-5015-50万管万管/片,片,16MHz16MHz,0.1uS0.1uS新的一代微型计算机同前一代微型计算机相新的一代微型计算机同前一代微型计算机相比,集成度、时钟频率等均有大幅提高,另外,比,集成度、时钟频率等均有大幅提高,另外,还采取了一些新技术。如:超标量流水线、高速还采取了一些新技术。如:超标量流水线、高速缓存等。缓存等。二、计算机的主要特点二、计算机的主要特点 自动性自动性高速性高速性准确性准确性逻辑性逻辑性通用性通用性三、计算机的分类和应用三、计算机
8、的分类和应用 计算机的种类很多,从不同角度对计算计算机的种类很多,从不同角度对计算机有不同的分类方法,下面从计算机处理数据机有不同的分类方法,下面从计算机处理数据的类型、使用范围、规模和处理能力三个角度的类型、使用范围、规模和处理能力三个角度进行说明。进行说明。1、按计算机处理数据的类型分类、按计算机处理数据的类型分类 数字计算机数字计算机 模拟计算机模拟计算机 数模混合计算机数模混合计算机处理的是非连续变化的数据,在时间处理的是非连续变化的数据,在时间上是离散的,输入是数字量,输出也上是离散的,输入是数字量,输出也是数字量,如职工编号、年龄、工资是数字量,如职工编号、年龄、工资数据等。基本运
9、算部件是数字逻辑电数据等。基本运算部件是数字逻辑电路,运算精度高、通用性强。路,运算精度高、通用性强。处理和显示的是连续的物理量,数据处理和显示的是连续的物理量,数据用模拟信号(模拟量)来表示,基本用模拟信号(模拟量)来表示,基本运算部件是由运算放大器构成的各类运算部件是由运算放大器构成的各类运算电路。一般说来,他不如数字计运算电路。一般说来,他不如数字计算机精确、通用性不强,但速度快,算机精确、通用性不强,但速度快,主要用于过程控制和模拟仿真。主要用于过程控制和模拟仿真。兼有数字和模拟两种计算机的优点,既兼有数字和模拟两种计算机的优点,既能接受、输出和处理模拟量,又能接受、能接受、输出和处理
10、模拟量,又能接受、输出和处理数字量。输出和处理数字量。按计算机使用范围分类按计算机使用范围分类通用计算机通用计算机专用计算机专用计算机指为解决各种问题,具有较强的通用性而指为解决各种问题,具有较强的通用性而设计的计算机。适用于一般的科学计算、设计的计算机。适用于一般的科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等广泛用学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途,本身有较大的适用面。途,本身有较大的适用面。指为适应某种特殊应用而设计的计算机,指为适应某种特殊应用而设计的计算机,具有运行效率高、速度快、精度高等特点。具有运行效率高、速度快、精度高等特点。一般用在过程控制中,如智能仪表、飞机一般用在过程控制中
11、,如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等。的自动控制、导弹的导航系统等。按计算机的规模和处理能力分类按计算机的规模和处理能力分类巨型计算机巨型计算机大大/中型计算机中型计算机小型计算机小型计算机微型计算机微型计算机工作站工作站服务器服务器超级计算机超级计算机指运算速度快、外部存储容量大,运算速度可指运算速度快、外部存储容量大,运算速度可达达1 1亿次亿次/秒以上,主存容量高达几百兆字节甚秒以上,主存容量高达几百兆字节甚至几百万兆字节,字长可达至几百万兆字节,字长可达3232位的机器。价格位的机器。价格相当昂贵,主要用于复杂、尖端的科学研究领相当昂贵,主要用于复杂、尖端的科学研究领域,特别
12、是军事科学计算。域,特别是军事科学计算。按字长分类:按字长分类:4 4位机、位机、8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机、位机、6464位机位机按结构分类:按结构分类:位片机:只有一位位片机:只有一位单片机:一块芯片中包含运算器、控制器、存储单片机:一块芯片中包含运算器、控制器、存储器和输入器和输入/输出接口。输出接口。单板机:单板机:CPU,存储器,存储器,I/O接口,键盘及显示接口,键盘及显示电路制作在一块印刷线路板上。电路制作在一块印刷线路板上。微机系统:运算器和控制器为核心,加上由大规模微机系统:运算器和控制器为核心,加上由大规模集成电路制作的存储器、输入集成电路制作的存储
13、器、输入/输出接口和输出接口和系统总线,再配以相应的外部设备系统总线,再配以相应的外部设备(例如,例如,键盘、显示器、鼠标、打印机键盘、显示器、鼠标、打印机)、电源、辅、电源、辅助电路和控制微机工作的软件助电路和控制微机工作的软件1.2 计算机中数的表示计算机中数的表示一、进位计数制一、进位计数制按照进位的方法进行计数,称为进位计数制。按照进位的方法进行计数,称为进位计数制。常见的进位计数制有:二进制、八进制、十进常见的进位计数制有:二进制、八进制、十进制、十二进制、十六进制等等。制、十二进制、十六进制等等。R进制数的特点:进制数的特点:1、具有、具有R个不同的数符。个不同的数符。0,1,2,
14、R-12、逢、逢R进一。进一。进位计数制的一般表达式进位计数制的一般表达式(按权展开式按权展开式):R进制数的表示方法,任一进制数的表示方法,任一R进制数进制数S可表示为可表示为S=an-1an-2a1a0.a-1a-m位置表示法位置表示法=an-1Rn-1+a1R1a0R0a-1R-1a-mR-m(按权展开式)(按权展开式)其中其中:ai:R进制中的数字符号进制中的数字符号R:基数:基数Ri:位权,简称权:位权,简称权1.十进制十进制ND特点特点:(1)有十个数码:有十个数码:09(2)逢十进一逢十进一加权展开式以加权展开式以10为基数,各位系数为为基数,各位系数为09。ND=dn-110n
15、-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+例例:(1234.5)10=1103+2102+3101+4100+510-12.二进制二进制NB特点:特点:(1)两个数码:两个数码:0、1(2)逢二进一逢二进一加权展开式以加权展开式以2为基数,各位系数为为基数,各位系数为0、1。NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+例:例:1101.101B=123+122+021+120+12-1+12-33.十六进制十六进制NH特点:特点:(1)十六个数码十六个数码09、AF(2)逢十六进一。逢十六进一。展开式以十六为基数,各位系数为展开式以十六为基数,各位系数为09,
16、AF。NH=hn-116n-1+hn-216n-2+h0160+h-116-1+例:例:DFC.8H=13162+15161+12160+816-1注意:注意:不同进位制数以不同进位制数以后缀后缀区别区别,十进制数可不十进制数可不带后缀。或加括弧,再在括弧之后注明。带后缀。或加括弧,再在括弧之后注明。101、101D、101B、101H、101H(20)10、(1101)2、(345)16二、不同进位计数制之间的转换二、不同进位计数制之间的转换1二、十六进制数转换成十进制数二、十六进制数转换成十进制数方法:方法:先将二、十六进制数按权展开,然后按照先将二、十六进制数按权展开,然后按照十进制运算
17、法则求和。十进制运算法则求和。举例:举例:1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=(11.625)10DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=(3580.5)102十进制数转换成二、十六进制十进制数转换成二、十六进制方法:方法:整数部分整数部分,除基取余;小数部分除基取余;小数部分,乘基取整乘基取整不断除以所要转换的进制基不断除以所要转换的进制基数,直至商为数,直至商为0。每除一次。每除一次取一个余数,从低位排向高取一个余数,从低位排向高位。位。例例:a.39转换成二进制数转换成二进制数(39)10=100111Bb.208转换成十六进制数转换成
18、十六进制数208D=D0H用转换进制的基数乘以小数部分,用转换进制的基数乘以小数部分,直至小数为直至小数为0或达到转换精度要求的或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数,从最位数。每乘一次取一次整数,从最高位排到最低位。高位排到最低位。例:例:a.(15.8125)10转换成二进制数转换成二进制数b.0.625D转换成十六进制数转换成十六进制数0.62516=10.00.625D=0.AHc.208.625D转换成十六进制数转换成十六进制数208.625D=D0.AH215 1 2 7 1 2 3 1 1 0.8125*2 1.6250*2 1.250*2 0.5*2 1(15.8125)
19、(15.8125)1010=1111.1101=1111.11013 3二进制与十六进制数之间的转换二进制与十六进制数之间的转换二进制与十六进制数之间的转换二进制与十六进制数之间的转换由由24=16可知可知四位二进制数对应一位十六进制数四位二进制数对应一位十六进制数。例例:3AF.2H=001110101111.0010=1110101111.001B3AF21111101.11B=01111101.1100=7D.CH7DC二进制转换为二进制转换为16进制时,整数部分从最低位进行进制时,整数部分从最低位进行划分,每划分,每4位二进制数为一组,不足位二进制数为一组,不足4位的,最高位位的,最高
20、位补零;小数部分从最高位进行划分,每补零;小数部分从最高位进行划分,每4位二进制数位二进制数为一组,不足为一组,不足4位的最低为补零位的最低为补零数字系统中的信息有两类,一类是数码信息,数字系统中的信息有两类,一类是数码信息,另一类是代码信息。另一类是代码信息。数码信息数码信息就是在数字系统中进就是在数字系统中进行运算、存储和传输的数值。为了表示字符等一类行运算、存储和传输的数值。为了表示字符等一类被处理的信息,也需要用一定位数的二进制数码表被处理的信息,也需要用一定位数的二进制数码表示,这个特定的二进制码称为代码。注意,示,这个特定的二进制码称为代码。注意,“代码代码”和和“数码数码”的含义
21、的含义不尽相同,代码是不同信息的不尽相同,代码是不同信息的代号,不一定有数的含义。一般地一个码字是由若代号,不一定有数的含义。一般地一个码字是由若干信息位组成的,每位有干信息位组成的,每位有0和和1两种代码。两种代码。n位代码位代码可以组合成可以组合成2n个不同的码字,即它们可以代表个不同的码字,即它们可以代表2n种种不同信息。不同信息。三、计算机中的编码系统三、计算机中的编码系统1、二进制编码的十进制数、二进制编码的十进制数 BCDBCDBCDBCD码码码码(Binary Coded Decimal)(Binary Coded Decimal)特点:特点:(1)BCD码有十个不同字符,逢十进
22、一,是十码有十个不同字符,逢十进一,是十进制数。进制数。(2)每一位十进制数用)每一位十进制数用4位二进制编码表示,位二进制编码表示,是二进制编码的十进制数。是二进制编码的十进制数。(3)直观。)直观。例:求十进制数例:求十进制数876876的的BCDBCD码码 876.7876.7 =(1000 0111 0110.01111000 0111 0110.0111)BCDBCD 876=36CH=1101101100B 876=36CH=1101101100B注意:注意:BCDBCD码码 十进制码十进制码 二进制二进制 除除BCD编码外,还有其他二进制编码的十进编码外,还有其他二进制编码的十进
23、制数。如余制数。如余3码、余码、余3循环码等。循环码等。2 2、字符编码、字符编码 (ASCII码码AmericanStandardCodeForInformationInterchange,美国标准,美国标准信息交换码信息交换码)可表示可表示128种字符的种字符的7位基本位基本ASC码和可表示码和可表示256种字符的种字符的8位扩充位扩充ASC码(可重新定义)。码(可重新定义)。字符可分为:字符可分为:显示字符显示字符和和控制字符控制字符(例如(例如return、backspace键的编码分别为键的编码分别为13、8)。)。见见P301附表附表309:ASCII码码30H39HAZ:41H5
24、AHaz:61H7AH3、带符号数的表示方法、带符号数的表示方法(1)机器数与真值)机器数与真值机器数:机器数:计算机中数的表示形式,以二进制的形计算机中数的表示形式,以二进制的形式表示,位数通常为式表示,位数通常为8的倍数的倍数。一般。一般数的最高位数的最高位作符号位,作符号位,“0”表示表示“+”,“1”表示表示“-”。真值:真值:机器数所代表的实际数值。可用二进制机器数所代表的实际数值。可用二进制表示,也可用其他进制表示。表示,也可用其他进制表示。举例:一个举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下:位机器数与它的真值对应关系如下:真值:真值:X1=84=+1010100BX2=-84=
25、-1010100B机器数:机器数:X1机机=01010100BX2机机=11010100B(2)计算机对有符号数的三种表示方法)计算机对有符号数的三种表示方法l原码原码(TrueForm)定义:正数符号位为定义:正数符号位为0,负数为,负数为1,数值位保持不变,数值位保持不变例:例:X=124X原原=01111100(8位位)Y=-124Y原原=11111100(8位位)8 8位数的范围:位数的范围:-127+127(-(27-1)27-1)11111111011111111616位数的范围:位数的范围:-32767+32767特点特点:(1)能表示两个能表示两个0,0+=000000000-
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