1、計算機基礎知識1-1參考書：大學計算機基礎 馮博琴著 計算機導論 黃國興著計算機基礎知識1-2一、什么是計算機一、什么是計算機 計算機是一種能對計算機是一種能對各種信息各種信息進行進行存儲存儲和高速和高速處理處理的工具或電子機器。的工具或電子機器。 對上述定義要強調兩點：對上述定義要強調兩點： 計算機不僅是一個計算工具，而且還是一計算機不僅是一個計算工具，而且還是一個個信息處理機信息處理機。 計算機不同于其它任何機器，它能計算機不同于其它任何機器，它能存儲程存儲程序序，并按程序的引導自動存取和處理數據，輸出，并按程序的引導自動存取和處理數據，輸出人們所期望的信息。人們所期望的信息。計算機基礎知

2、識1-3二、計算機的發展史二、計算機的發展史 1.1.電子計算機的誕生電子計算機的誕生19461946年年2 2月月, ,美國賓夕法尼亞大學物理學家美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利和工程師埃克特為首的數十人共同開發了莫克利和工程師埃克特為首的數十人共同開發了世界上世界上第一臺第一臺通用數字電子計算機通用數字電子計算機(ENIAC)(ENIAC)。計算機基礎知識1-4 Electronic Numerical Integrator And Calculator 簡稱簡稱ENIAC，譯為電子數字積分與計算機，譯為電子數字積分與計算機電子管電子管:18000:18000只只電阻電阻:70000:70

3、000個個電容電容:10000:10000只只繼電器繼電器:1500:1500個個耗電耗電:140kW/h:140kW/h占地占地:170m:170m2 2重量重量:30:30噸噸速度速度:5000:5000次次/ /秒秒計算機基礎知識1-5 ENIACENIAC的主要任務是分析炮彈軌跡。的主要任務是分析炮彈軌跡。 當當ENIACENIAC公開展出時，一條炮彈的軌道用公開展出時，一條炮彈的軌道用20s20s就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。 19491949：EDSACEDSAC電子延遲儲存自動電子延遲儲存自動計算機計算機( (英國劍橋大學英國劍橋大學

4、, ,維克教授維克教授) )19511951：EDVACEDVAC離散變量自動電子計算機離散變量自動電子計算機( (美國賓夕法尼亞大學美國賓夕法尼亞大學) )世界上首次實現世界上首次實現存儲程序存儲程序計算機計算機 第一臺現代意義第一臺現代意義的通用計算機的通用計算機, ,首首次使用二進制次使用二進制計算機基礎知識1-6 0808年年1 1月，英國發布了該國最大月，英國發布了該國最大的超級計算機的超級計算機HECToR HECToR ，在全球位，在全球位列第列第1717名。名。 它造價它造價1.131.13億英鎊，運算速度為億英鎊，運算速度為每秒每秒100100萬億次萬億次。相當于。相當于1.

5、21.2萬臺臺式萬臺臺式電腦滿負荷運轉；它的存儲能力同樣電腦滿負荷運轉；它的存儲能力同樣令人贊嘆不已，相當于令人贊嘆不已，相當于32003200臺臺160GB160GB的硬盤。的硬盤。 0808年年6 6月美國月美國IBMIBM公司展示了迄公司展示了迄今全球運算速度最快的超級計算機今全球運算速度最快的超級計算機走鵑，運算速度首次超過每秒走鵑，運算速度首次超過每秒10001000萬億次萬億次。 走鵑造價走鵑造價1 1億多美元，占地億多美元，占地557557平方米，重平方米，重226.8226.8噸，包括噸，包括69486948個個雙核計算機芯片。雙核計算機芯片。計算機基礎知識1-7 2. 2.計

6、算機的發展階段計算機的發展階段代別代別第一代第一代1946-19581946-1958第二代第二代1959-19641959-1964第三代第三代1965-19701965-1970第四代第四代1971-1971-現在現在電子器件電子器件電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規模和超大大規模和超大規模集成電路規模集成電路存儲器存儲器水銀延遲線水銀延遲線磁鼓、磁芯磁鼓、磁芯磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓磁盤、磁帶磁盤、磁帶半導體存儲器半導體存儲器磁盤、磁帶磁盤、磁帶半導體存儲器半導體存儲器磁盤、光盤磁盤、光盤運算速度運算速度5000-5000-幾萬幾萬幾十萬幾十萬- -百萬百萬百萬百萬- -幾百萬幾百

7、萬幾百萬幾百萬- -幾億幾億處理方式處理方式機器語言機器語言匯編語言匯編語言算法語言算法語言操作系統操作系統實時處理實時處理分時處理分時處理網絡操作系統網絡操作系統應用領域應用領域科學計算科學計算數據處理數據處理實時控制實時控制各行各業各行各業典型機種典型機種ENIACENIACEDVACEDVACIBM 7090IBM 7090CDC 6600CDC 6600IBM 360IBM 360PDP-IIPDP-IIVAX-IIVAX-IIIBM PC/AppleIBM PC/Apple計算機基礎知識1-8創新：基本元器件創新：基本元器件生物計算機生物計算機采用蛋白質分子制成的生物芯片，速度將快采

8、用蛋白質分子制成的生物芯片，速度將快1010萬萬倍，能耗倍，能耗1010億分之一，具有自組織、自調節、自億分之一，具有自組織、自調節、自修復和再生能力。修復和再生能力。量子計算機量子計算機采用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的采用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。沿著聚合物移動，從而進行運算。光計算機光計算機采用光學技術，由光器件構成的計算機。光子代采用光學技術，由光器件構成的計算機。光子代替電子，速度將快替電子，速度將快10001000倍以上，大存儲量，極強倍以上，大存儲

9、量，極強的抗干擾能力。的抗干擾能力。計算機基礎知識1-93.3.計算機的計算機的發展趨勢發展趨勢巨型化巨型化( (功能巨型化功能巨型化) )巨型化是指具有高速運算、大存儲容量和功能巨型化是指具有高速運算、大存儲容量和功能強大的計算機系統，如：走鵑強大的計算機系統，如：走鵑(1000(1000萬億次萬億次/ /秒秒) )，曙光，曙光4000A(114000A(11萬億次萬億次/ /秒秒) )。微型化微型化( (體積微型化體積微型化) )微型化包括臺式微型機、筆記本電腦、掌上電微型化包括臺式微型機、筆記本電腦、掌上電腦。摩爾定律：集成電路腦。摩爾定律：集成電路翻一番翻一番/18/18個月個月網絡化

10、網絡化( (資源網絡化資源網絡化) )網絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分網絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分散在不同地點的計算機互連起來，按照網絡協散在不同地點的計算機互連起來，按照網絡協議相互通信，以達到所有用戶都可共享數據、議相互通信，以達到所有用戶都可共享數據、軟硬件資源的目的。如：軟硬件資源的目的。如：InternetInternet。 智能化智能化( (處理智能化處理智能化) )智能化就是要求計算機能模擬人的感覺和思維智能化就是要求計算機能模擬人的感覺和思維能力，如：專家系統和機器人。能力，如：專家系統和機器人。計算機基礎知識1-10摩爾定律的由來：摩爾定律的由來：摩爾定律

11、的摩爾定律的“始作俑者始作俑者”是戈頓是戈頓摩爾，大名鼎鼎的芯片摩爾，大名鼎鼎的芯片制造廠商制造廠商IntelIntel公司的創始人之一。公司的創始人之一。19651965年年4 4月月1919日，摩爾應邀為日，摩爾應邀為電子學電子學雜志雜志3535周年專刊周年專刊寫了一篇觀察評論報告，題目是：寫了一篇觀察評論報告，題目是：“讓集成電路填滿更多的元讓集成電路填滿更多的元件件”。摩爾應這家雜志的要求對未來十年間半導體元件工業的發。摩爾應這家雜志的要求對未來十年間半導體元件工業的發展趨勢作出預言。據他推算，到展趨勢作出預言。據他推算，到19751975年，在面積僅為四分之一平年，在面積僅為四分之一

12、平方英寸的單塊硅芯片上，將有可能密集方英寸的單塊硅芯片上，將有可能密集6500065000個元件。個元件。 19751975年；摩爾在國際電信聯盟年；摩爾在國際電信聯盟IEEEIEEE的學術年會上提交了一的學術年會上提交了一篇論文，對篇論文，對“密度每年回一番密度每年回一番”的增長率進行了重新審定和修正，的增長率進行了重新審定和修正，把把“每年翻一番每年翻一番”改為改為“每兩年翻一番每兩年翻一番”。功能提升一倍，價格。功能提升一倍，價格下降一倍。下降一倍。摩爾定律到底準不準？摩爾定律到底準不準？ 19751975年，在一種新出現的電荷器件存儲器芯片中，的的確年，在一種新出現的電荷器件存儲器芯片

13、中，的的確確含有將近確含有將近6500065000個元件，與十年前摩爾的預言的確驚人地一致！個元件，與十年前摩爾的預言的確驚人地一致！ 另據另據IntelIntel公司公布的統計結果，單個芯片上的晶體管數目，公司公布的統計結果，單個芯片上的晶體管數目，從從19711971年年40044004處理器上的處理器上的23002300個，增長到個，增長到19971997年年Pentium IIPentium II處理處理器上的器上的7.57.5百萬個，百萬個，2626年內增加了年內增加了32003200倍，與摩爾定律相當接近倍，與摩爾定律相當接近實際。實際。 1965 1965年，摩爾的實驗室也只能將

14、年，摩爾的實驗室也只能將5050只元件集成在一個芯片上，只元件集成在一個芯片上，摩爾的預測聽起來好像是科幻小說。但事實證明，摩爾的預預言摩爾的預測聽起來好像是科幻小說。但事實證明，摩爾的預預言是準確的，目前最先進的集成電路已含有是準確的，目前最先進的集成電路已含有1717億個晶體管。億個晶體管。摩爾定律的前景：摩爾定律的前景： 摩爾定律問世摩爾定律問世4040年年多了，半導體芯片制造工藝水平以一種令多了，半導體芯片制造工藝水平以一種令人目眩的速度提高著。處理器芯片的主頻已高達人目眩的速度提高著。處理器芯片的主頻已高達2G2G，20112011年將含年將含有有1010億個晶體管；存儲器的容量的提

15、升速度也十分驚人地驗證了億個晶體管；存儲器的容量的提升速度也十分驚人地驗證了摩爾預測的精準。摩爾預測的精準。 但是，摩爾定律不可能無止境地持續！但是，摩爾定律不可能無止境地持續！ 一旦芯片上線條的寬度達到一旦芯片上線條的寬度達到1010納米數量級時，相當于只有幾納米數量級時，相當于只有幾個分子的大小，材料的物理和化學性能將發生質的變化，致使采個分子的大小，材料的物理和化學性能將發生質的變化，致使采用現行工藝的半導體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它用現行工藝的半導體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。的盡頭了。計算機基礎知識1-11三、計算機的分類三、計算機的分類 1.1.按計

16、算機用途分類按計算機用途分類 通用計算機通用計算機：為了能夠解決各種問題，具：為了能夠解決各種問題，具有較強的通用性而設計的計算機。有較強的通用性而設計的計算機。 它具有一定的運算速度和存儲容量，帶有它具有一定的運算速度和存儲容量，帶有通用的外設，配備各種系統軟件和應用軟件。通用的外設，配備各種系統軟件和應用軟件。 專用計算機專用計算機：為了解決一個或一類特定問：為了解決一個或一類特定問題而專門設計的計算機。題而專門設計的計算機。 其軟硬件的配置依據解決問題的需要而定。其軟硬件的配置依據解決問題的需要而定。計算機基礎知識1-12 2.2.按處理對象分類按處理對象分類 數字式電子計算機數字式電子

17、計算機：處理非連續變：處理非連續變化的數化的數據，據，這些數據在時間上是離散的。這些數據在時間上是離散的。 其基本運算部件是數字邏輯電路。其基本運算部件是數字邏輯電路。三大優點：存儲、精度、邏輯處理。三大優點：存儲、精度、邏輯處理。 模擬式電子計算機模擬式電子計算機：處理連續變化的數據，：處理連續變化的數據，這些數據在時間上是連續的。這些數據在時間上是連續的。 其基本運算部件是由運算放大器構成的微分其基本運算部件是由運算放大器構成的微分器、積分器和通用函數運算器等組成。器、積分器和通用函數運算器等組成。 混合式電子計算機混合式電子計算機：可處理數字量和模擬量：可處理數字量和模擬量計算機基礎知識

18、1-13 3.3.按規模和處理能力分類按規模和處理能力分類(IEEE)(IEEE) 巨型機巨型機：超級計算機：超級計算機, ,功能最強功能最強, ,價格最貴。價格最貴。 小巨型機小巨型機：與巨型機相比，價格大幅降低。：與巨型機相比，價格大幅降低。 大型機大型機：主機，具有很強的管理和處理數據：主機，具有很強的管理和處理數據的能力，在大企業、銀行等單位使用。的能力，在大企業、銀行等單位使用。 小型機小型機：中小企業，：中小企業，VAX-II, DJS-2000VAX-II, DJS-2000。 工作站工作站：高檔微機，具有很強的圖形處理能：高檔微機，具有很強的圖形處理能力，應用于計算機輔助設計，

19、力，應用于計算機輔助設計，SunSun工作站。工作站。 個人計算機個人計算機：IBM PCIBM PC，AppleApple計算機基礎知識1-14四、計算機的特點四、計算機的特點 1.1.運算速度快運算速度快：每秒數萬億次，氣象預報：每秒數萬億次，氣象預報 2.2.計算精度高計算精度高：理論上不受限制，圓周率：理論上不受限制，圓周率 3.3.存儲能力強存儲能力強：中等規模圖書館：中等規模圖書館 4.4.具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力：算術運算：算術運算 邏輯運算邏輯運算 判斷或比較判斷或比較 5.5.具有自動執行能力具有自動執行能力：無需人工干預：無需人工干預計算機基礎知識1-15五、計算機

20、的應用領域五、計算機的應用領域 1.1.科學計算或數值計算科學計算或數值計算 利用計算機來完成科學研利用計算機來完成科學研究和工程技術中提究和工程技術中提出的數學問題的計算。出的數學問題的計算。 實際問題實際問題數學模型數學模型計計算量大。算量大。 2.2.數據處理或信息處理數據處理或信息處理 指對數據進行收集、存儲、整理、分類、統指對數據進行收集、存儲、整理、分類、統計、加工、檢索和傳播等一系列活動的統稱。計、加工、檢索和傳播等一系列活動的統稱。 信息時代海量數據的管理和有效利用。信息時代海量數據的管理和有效利用。計算機基礎知識1-16 3. 3.過程控制或實時控制過程控制或實時控制 利用計

21、算機及時采集檢測數據，按最優值迅利用計算機及時采集檢測數據，按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。速地對控制對象進行自動調節或自動控制。 無人自動化工廠。無人自動化工廠。 4.4.計算機輔助技術計算機輔助技術 計算機輔助設計：計算機輔助設計：CADCAD 計算機輔助制造計算機輔助制造：CAMCAM 計算機集成制造系統計算機集成制造系統- -CIMS-CIMS 計算機輔助教學計算機輔助教學：CAICAI計算機基礎知識1-17 5. 5.人工智能人工智能 利用計算機模擬或部分模擬人的智能活動，利用計算機模擬或部分模擬人的智能活動，如感知、判斷、理解、學習、圖像識別等。如感知、判斷、理解、

22、學習、圖像識別等。 實用技術：智能機器人、專家系統實用技術：智能機器人、專家系統 6.6.通信網絡通信網絡 InternetInternet網上銀行、網上訂票網上銀行、網上訂票 網上教學、網上醫療網上教學、網上醫療 網上稅收、網上出版網上稅收、網上出版計算機基礎知識1-18一、數制及其轉換一、數制及其轉換 1.1.什么是數制什么是數制 數制數制是用一組是用一組固定的數碼固定的數碼和一套統一的和一套統一的規則規則來表示數目的方法。來表示數目的方法。：表示數值大小的數碼與它在：表示數值大小的數碼與它在數中的位置無關。典型的非進位記數制是羅馬數數中的位置無關。典型的非進位記數制是羅馬數字，例如羅馬數

23、字中字，例如羅馬數字中:,:,：表示數值大小的數碼與它在數：表示數值大小的數碼與它在數中的位置有關。例如，十進制數中的位置有關。例如，十進制數 123.45123.45計算機基礎知識1-19 ： 基數基數：指各種進位記數制中允許選用基本：指各種進位記數制中允許選用基本數碼的個數數碼的個數。例如十進制的數碼有：。例如十進制的數碼有： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9基數是基數是1010 位權位權：每個數碼所表示的數值等于該數碼：每個數碼所表示的數值等于該數碼乘以一個與數碼所在位置相關的常數，這個常數乘以一個與數碼所在位置相關的常數，這個常數叫做權值，或

24、曰位權。例如：叫做權值，或曰位權。例如： 123.4123.41 110102 2+2+210101 1+3+310100 0 +4+41010-1-1計算機基礎知識1-20 2.2.幾種進位記數制幾種進位記數制計算機基礎知識1-21幾種進制數之間的對應關系幾種進制數之間的對應關系十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415150000000000010001001000100011001101000100010101010110011001110111100010001001100

25、11010101010111011110011001101110111101110111111110 01 12 23 34 45 56 67 7101011111212131314141515161617170 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9A AB BC CD DE EF F計算機基礎知識1-22 3.3.不同進制數的相互轉換不同進制數的相互轉換 二進制數與十進制數的互換二進制數與十進制數的互換 人人十進制，計算機十進制，計算機二進制二進制 二進制二進制 十進制十進制 方法：方法：例如：(101.1)(101.1)2 2=1=12 22 2+0+02 21 1+1

26、+12 20 0+1+12 2-1-1=(5.5)=(5.5)1010也可以寫作：也可以寫作：101.1101.1B B=1=12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1=5.5=5.5D D計算機基礎知識1-23 十進制十進制 二進制二進制十進制數有整數和小數兩部分。十進制數有整數和小數兩部分。方法方法: : 整數部分采用整數部分采用 小數部分采用小數部分采用 然后通過小數點將轉換后的二進制數連接然后通過小數點將轉換后的二進制數連接起來即可。例如：起來即可。例如： (215.6875)(215.6875)1010=(?)=(?)2 2計算機基礎知識1-24例如

27、，把十進制整數（215）10 換成二進制數，結果是（11010111）2 。 2 2 1 5 余 1 21 0 7 余 1 2 5 3 余 1 2 2 6 余 0 2 1 3 余 1 2 6 余 0 2 3 余 1 21 余 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 最高位 最低位計算機基礎知識1-25例如把（0.6875）10 轉換成二進制小數，結果為（0.1011）2 0.6875 2 1 0 1 1 1.3750 整數為1 2 0.7500 整數為0 2 1.5000 整數為1 2 1.0000 整數為1 計算機基礎知識1-26(110001011)(110001011)2 2=(?)=(

28、?)1010(1011000100)(1011000100)2 2=(?)=(?)1010計算機基礎知識1-27(1050.2625)(1050.2625)1010=(?)=(?)2 2(357.113)(357.113)1010=(?)=(?)2 2計算機基礎知識1-28 二進制數與八進制數的互換二進制數與八進制數的互換 二進制二進制 八進制八進制 方法：方法： 以小數點為基準向左右兩端，每三位一組，以小數點為基準向左右兩端，每三位一組，不足三位添不足三位添0 0補足；補足；每組三位二進制合并成一位八進制數碼。每組三位二進制合并成一位八進制數碼。 例如：例如：(1011100.0010101

29、1)(1011100.00101011)2 2=(?)=(?)8 8 (001,011,100.001,010,110) (001,011,100.001,010,110)2 2=(134.126)=(134.126)8 8 1 3 4 . 1 2 6 1 3 4 . 1 2 6計算機基礎知識1-29 八進制八進制 二進制二進制方法方法: : 將每一位八進制數寫成對應的三位二進制將每一位八進制數寫成對應的三位二進制數。數。 例如：例如： (123.67)(123.67)8 8=(?)=(?)2 2 1 2 3 . 6 7 ( 1 2 3 . 6 7 (八進制八進制) ) 001,010,011

30、.110111 ( 001,010,011.110111 (二進制二進制) ) (123.67) (123.67)8 8=(1010011.110111)=(1010011.110111)2 2計算機基礎知識1-30 二進制數與十六進制數的互換二進制數與十六進制數的互換 二進制二進制 十六進制十六進制 方法：方法： 以小數點為基準向左右兩端，每四位一組，以小數點為基準向左右兩端，每四位一組，不足四位添不足四位添0 0補足；補足；每組四位二進制合并成一位十六進制數。每組四位二進制合并成一位十六進制數。例如：例如：(1011110.00011)(1011110.00011)2 2=(?)=(?)1

31、616 (0101,1110.0001,1000) (0101,1110.0001,1000)2 2=(5E.18)=(5E.18)1616 5 E . 1 8 5 E . 1 8計算機基礎知識1-31 十六進制十六進制 二進制二進制方法方法: : 將每一位十六進制數寫成對應的四位二進將每一位十六進制數寫成對應的四位二進制數。制數。 例如：例如：(123.EF)(123.EF)1616=(?)=(?)2 2 1 2 3 . E F ( 1 2 3 . E F (十六進制十六進制) ) 0001,0010,0011.1110,1111 ( 0001,0010,0011.1110,1111 (二進

32、制二進制) ) (123.EF) (123.EF)1616=(100100011.11101111)=(100100011.11101111)計算機基礎知識1-32(11110001010110)(11110001010110)2 2 =(?)=(?)8 8(3BF6.A1)(3BF6.A1)16 16 =(?)=(?)2 2計算機基礎知識1-33(11110001010110)(11110001010110)2 2 =(?)=(?)1616(3746.21)(3746.21)8 8 =(?)=(?)2 2計算機基礎知識1-34 4.4.計算機為什么采用二進制計算機為什么采用二進制在物理上很容

33、易實現：在物理上很容易實現：電路的導通或截止電路的導通或截止磁性材料的正極或反極磁性材料的正極或反極在邏輯上容易判斷：在邏輯上容易判斷：“真真”與與“假假”“有有”與與“無無”二進制的特點：電路簡單、可靠性高二進制的特點：電路簡單、可靠性高 運算簡便、邏輯性強運算簡便、邏輯性強計算機基礎知識1-35二、數據的存儲單位二、數據的存儲單位 1.1.位位(bit(bit，b)b) 位是計算機存儲數據的最小單位，一個二進位是計算機存儲數據的最小單位，一個二進制位只能表示兩種狀態：制位只能表示兩種狀態：0 0和和1 1。 2.2.字節字節(Byte(Byte，B)B) 字節是數據處理的基本單位，一個字節

34、是由字節是數據處理的基本單位，一個字節是由八位二進制數組成。八位二進制數組成。1Byte=8bit 1Byte=8bit 如：如：0100000101000001計算機存儲器容量大小是以字節數來度量的，計算機存儲器容量大小是以字節數來度量的，所以字節也常被成為所以字節也常被成為存儲單位存儲單位，如：如：KBKB、MBMB、GBGB和和TBTB。計算機基礎知識1-36 1KB=1024B1KB=1024B2 21010B B 1MB=10241MB=10241024B=21024B=22020B B 1GB=10241GB=1024102410241024B=21024B=23030B B1TB

35、=10241TB=102410241024102410241024B1024B2 24040B B 3.3.字字(Word)(Word) 字是字是CPUCPU通過數據總線通過數據總線一次一次存取、加工和傳存取、加工和傳送數據的長度。一個字通常由一個或若干個字節送數據的長度。一個字通常由一個或若干個字節組成組成。字長越長，字長越長，計算機計算機性能越強。性能越強。 常用的字長常用的字長：8 8位、位、1616位、位、3232位、位、6464位位等等。計算機基礎知識1-37三、計算機中數的表示三、計算機中數的表示 數值型數據有正、負之分，通常人們在數字前面數值型數據有正、負之分，通常人們在數字前面

36、冠以冠以“+”+”“-”-”符號來表示數的正負，而在計算機符號來表示數的正負，而在計算機內部內部“+”+”號和號和“-”-”號也需要用一位二進制表示。號也需要用一位二進制表示。一般規定：用數值型數據的一般規定：用數值型數據的最高位最高位表示數值的正表示數值的正負符號，稱為負符號，稱為符號位符號位，“0”0”表示表示“+”+”，“1”1”表表示示“-”-”號。號。把這種連同數字和符號組合在一起的二進制數稱把這種連同數字和符號組合在一起的二進制數稱為為機器數機器數，機器數所表示的，機器數所表示的實際值實際值稱為稱為真值真值。計算機基礎知識1-38即：即：+77 0 1001101機器數機器數010

37、01101+77+77 符號位符號位真值真值機機器器數數/ /真真值值計算機基礎知識1-39例如例如：用用8 8位位二進制碼表示二進制碼表示4545(+45)(+45)10 10 ( (+ +101101)101101)2 2( (0 00 0101101)101101)機器數機器數(-45)(-45)10 10 ( (- -101101)101101)2 2( (1 10 0101101)101101)機器數機器數 在計算機中，機器數可以用不同的碼制來表在計算機中，機器數可以用不同的碼制來表示。示。 常用的碼制有：常用的碼制有：原碼原碼表示法表示法反碼反碼表示法表示法補碼補碼表示法表示法計算

38、機基礎知識1-40 對于對于n n位字長的數值，最高位為符號位字長的數值，最高位為符號位，正數用位，正數用0 0表示，負數用表示，負數用1 1表示；其余表示；其余n-1n-1位數位數值部分用二進制形式表示。值部分用二進制形式表示。例如例如: : 字長字長8 8位，位， + +1011110111原原 0 000001011110111 - -1011110111原原 1 100001011110111+0+0原原0 000000000000000-0-0原原1 100000000000000計算機基礎知識1-41例，假設字長為例，假設字長為8 8，求十進制數，求十進制數+78+78和和-78-

39、78的原碼。的原碼。因為因為 (78)(78)1010(1001110)(1001110)2 2所以所以 +78+78原原0 010011101001110 -78 -78原原1 110011101001110 簡單直觀、與真值轉換方便。簡單直觀、與真值轉換方便。 對乘除法符號位的判斷方便。對乘除法符號位的判斷方便。 對加、減法運算比較復雜，不能對加、減法運算比較復雜，不能直接直接對對兩個同號數相減或兩個異號數相加。兩個同號數相減或兩個異號數相加。p15p15為計算機中方便進行加減法而引入為計算機中方便進行加減法而引入反碼反碼和和補碼補碼。計算機基礎知識1-42正數正數的反碼與原碼相同的反碼與

40、原碼相同; ;負數負數的反碼的反碼是對該數的原碼除符號位外各位是對該數的原碼除符號位外各位取反取反，即，即0 0變變1 1，1 1變變0 0。例如例如: :若機器字長為若機器字長為8 8位，位， + +1011110111反反0 000101110010111 - -1011110111反反1 111010001101000 +0+0反反 0000000000000000 -0-0反反 1111111111111111計算機基礎知識1-43規定：規定：正數的補碼與原碼相同，負數的補碼正數的補碼與原碼相同，負數的補碼是對該數的原碼除符號位外各位是對該數的原碼除符號位外各位取反取反，最，最末位加末

41、位加1 1，即即求反加求反加1 1。例例: : 若機器字長為若機器字長為8 8位，位， + +1011110111補補0 000101110010111 - -1011110111補補1 111010011101001 +0+0補補 00000000 00000000 -0-0補補 0000000000000000計算機基礎知識1-441 0 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 0 1帶帶符符號號的的機機器器數數-77-77 原碼原碼反碼反碼補碼補碼例例: : 設字長為設字長為8 8位，求位，求7777的補碼。的補碼。1 0 1 1 0 0 1 1計算機基礎知識1-45 對于對于n

42、n位二進制數：位二進制數： 8 8位：位：-127-127-0-0，+0+0+127 +127 共共256256個值個值 16 16位：位：-32767-32767-0-0，+0+0+32767+32767 8 8位：位：-128-128+127 +127 共共256256個值個值 1616位：位：-32768-32768+32767+32767計算機基礎知識1-46引入補碼后，加減法運算都可以用加法來實引入補碼后，加減法運算都可以用加法來實現，也就是說減法變為加法來運算。現，也就是說減法變為加法來運算。 XXYY補補XX補補YY補補 XXYY補補XX(-Y)(-Y)補補XX補補-Y-Y補補例

43、例：用補碼計算十進制數：用補碼計算十進制數 33-6533-65? ?計算機基礎知識1-47寫出二進制數寫出二進制數 1010 1010 的原碼、反碼和補碼的原碼、反碼和補碼寫出二進制數寫出二進制數 -1010 -1010 的原碼、反碼和補碼的原碼、反碼和補碼已知已知XX補補 = 11100= 11100，求，求 X (X (真值真值) )l 10101010原原 = = 0 010101010 10101010反反 = = 0 01010101010101010補補 = = 0 010101010l -1010-1010原原 = = 1 110101010 -1010-1010反反 = =

44、1 101010101-1010-1010補補 = = 1 101100110l X X的真值為的真值為 - -0100 0100 正數的正數的、和和均相同均相同負數的負數的符號位符號位為為1 1，其余位，其余位不變不變負數負數符號位符號位為為1 1，其余位，其余位取反取反負數負數符號位為符號位為1 1，其余位其余位取反后取反后+1+1X X補碼的補碼，即補碼的補碼，即為為X X的真值！的真值！計算機基礎知識1-48 一個正數的原碼、反碼和補碼的表示形式一個正數的原碼、反碼和補碼的表示形式相同，符號位置相同，符號位置0 0，其它位是數的真值。，其它位是數的真值。一個負數的原碼、反碼和補碼的表示

45、形式一個負數的原碼、反碼和補碼的表示形式為：為：負數的原碼負數的原碼符號位符號位1 1其余位是該數的絕對值其余位是該數的絕對值負數的反碼負數的反碼符號位符號位1 1其余各位逐位取反其余各位逐位取反負數的補碼負數的補碼符號位符號位1 1其余各位逐位取反，末位加其余各位逐位取反，末位加1 1 +0 +0原原00000000 -0 -0原原10001000不唯一不唯一 +0 +0反反00000000 -0 -0反反11111111不唯一不唯一 +0 +0補補000000 -0 -0補補000000唯一唯一 真值零的表示：真值零的表示：計算機基礎知識1-49 定點數是小數點位置固定的數。定點數是小數點

46、位置固定的數。 根據小數點根據小數點隱含固定位置隱含固定位置不同，可分為：不同，可分為：純小數，其絕對值小于純小數，其絕對值小于1 1。純整數。純整數。計算機基礎知識1-50 浮點數是小數點位置不固定，根據需要而浮浮點數是小數點位置不固定，根據需要而浮動。它既有整數部分又有小數部分。動。它既有整數部分又有小數部分。階符階符階碼階碼尾符尾符尾數尾數31 30 24 23 22 031 30 24 23 22 0階碼部分階碼部分尾數部分尾數部分階碼階碼：補碼定點整數，表示該數小數點位置：補碼定點整數，表示該數小數點位置尾數尾數：補碼定點小數，表示數據的有效位數：補碼定點小數，表示數據的有效位數數的

47、取值范圍數的取值范圍：-1-12 2127127(1-2(1-2-23-23) )2 2127127計算機基礎知識1-511 1、一個數的反碼為、一個數的反碼為0000111100001111，求真值。，求真值。2 2、一個數的補碼為、一個數的補碼為1000111110001111，求真值。，求真值。3 3、(-66)(-66)1010的補碼是多少？的補碼是多少？4 4、寫出、寫出27-11227-112的補碼運算過程。的補碼運算過程。5 5、(3865.475)(3865.475)1010的浮點存儲形式是的浮點存儲形式是_?_?6 6、(-3865.475)(-3865.475)1010的浮

48、點存儲形式是的浮點存儲形式是_?_?計算機基礎知識1-52四、計算機中信息編碼四、計算機中信息編碼 1.ASCII1.ASCII碼碼 American Standard Code for American Standard Code for Information Interchange (ASCIIInformation Interchange (ASCII，美國標準，美國標準信息交換碼信息交換碼) )。 國際通用的信息交換標準代碼國際通用的信息交換標準代碼(ISO 646)(ISO 646)。 ASCIIASCII碼是對數字、字母、通用符號和控制碼是對數字、字母、通用符號和控制符號等字符進

49、行編碼。符號等字符進行編碼。 ASCIIASCII碼：碼：7 7位位128128種編碼組合種編碼組合0000000111111100000001111111計算機基礎知識1-530 00 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 10 00 01 10 01 11 11 10 01 11 11 10 00 00 00 0N NU UL LD DL LE ES SP P0 0 P P、p p0 00 00 01 1S SO OH HD DC C1 1! !1 1A AQ Qa aq q0 00 01 10 0S ST TX XD DC C2 2“2 2B BR Rb br

50、 r0 00 01 11 1E ET TX XD DC C3 3# #3 3C CS Sc cs s0 01 10 00 0E EO OT TD DC C4 4$ $4 4D DT Td dt t0 01 10 01 1E EN NQ QN NA AK K% %5 5E EU Ue eu u0 01 11 10 0A AC CK KS SY YN N& &6 6F FV Vf fv v0 01 11 11 1B BE EL LE ET TB B7 7G GW Wg gw w1 10 00 00 0B BS SC CA AN N( (8 8H HX Xh hx x1 10 00

51、01 1H HT TE EM M) )9 9I IY Yi iy y1 10 01 10 0L LF FS SU UB B* *: :J JZ Zj jz z1 10 01 11 1V VT TE ES SC C+ +; ;K K k k 1 11 10 00 0F FF FF FS S, , N N n n 1 11 11 11 1S SI IU US S/ /? ?O O_ _o oD DE EL L高三位高三位b b6 6b b5 5b b4 4低四位低四位b b3 3b b2 2b b1 1b b0 0ASCIIASCII碼的字符集碼的字符集： 1010個數字：個數字：0 09 9 5

52、252個大、小寫字母個大、小寫字母 2525個特殊字符個特殊字符比較大小比較大小：09AZaz09AZabB B. 6Bb A. 6bB B. 6Bb C. bB6 D. Bb6 C. bB6 D. Bb6BBCC計算機基礎知識1-6610.10.在內存若漢字以在內存若漢字以GB2312GB2312的內碼表示，已知存儲的內碼表示，已知存儲6 6個字節的字符個字節的字符串，其十六進制內容依次為：串，其十六進制內容依次為：6AH6AH、B1HB1H、D2HD2H、53H53H、C8HC8H、B4HB4H，這個字符串中有這個字符串中有_個漢字。個漢字。 A. 0 B. 1 C. 2 D.3 A. 0

53、 B. 1 C. 2 D.311.11.漢字漢字“辦辦”的區位碼是的區位碼是16761676，其機內碼是，其機內碼是_。 A. 4908H B. B188H C. B1D8H D. B0ECH A. 4908H B. B188H C. B1D8H D. B0ECH12.12.一個漢字字形采用一個漢字字形采用32323232點陣時，其字形碼要占點陣時，其字形碼要占_._. A. 32B B. 72B C. 128B D. 288B A. 32B B. 72B C. 128B D. 288B CDC計算機基礎知識1-671313微機內存容量的基本單位是（微機內存容量的基本單位是（ ）A A字符字符

54、 B B字節字節 C C二進制位二進制位 D D扇區扇區1414漢字系統中的漢字字庫里存放的是漢字的（漢字系統中的漢字字庫里存放的是漢字的（ ）A A機內碼機內碼 B B輸入碼輸入碼 C C字形碼字形碼 D D國標碼國標碼BC計算機基礎知識1-68一、邏輯代數基礎一、邏輯代數基礎 1.1.邏輯變量和邏輯函數邏輯變量和邏輯函數 邏輯變量邏輯變量：這種具有邏輯屬性的變量。：這種具有邏輯屬性的變量。 邏輯函數邏輯函數：隨邏輯變量的變化而改變。：隨邏輯變量的變化而改變。 表示方法表示方法：邏輯表達式邏輯表達式、真值表真值表、卡諾圖、卡諾圖Y=f(A,B)YAB 邏輯變量和函邏輯變量和函數的值，只有數的

55、值，只有“0”0”和和“1”1”兩個值，也兩個值，也叫做叫做邏輯邏輯0 0，邏輯邏輯1 1。計算機基礎知識1-69 邏輯變量之間的運算邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算稱為邏輯運算邏輯運算是邏輯運算是位運算位運算，位與位之間沒有聯系，位與位之間沒有聯系邏輯運算有三種基本運算邏輯運算有三種基本運算或、與、非或、與、非“或或” 邏輯加邏輯加“與與” 邏輯乘邏輯乘“非非” 邏輯否定邏輯否定 （“半加半加” 異或運算）異或運算）計算機基礎知識1-70或運算或運算邏輯加法邏輯加法或運算法則：或運算法則：A+B=CA+B=C0+0=00+0=00+1=10+1=1 1+0=11+0=11+1=11+1=1例如

56、：例如：10100001+10011011=?10100001+10011011=?101000011010000110011011100110111011101110111011A BY=A+B0 00 00 10 11 01 01 11 10 01 11 11 1計算機基礎知識1-71與運算與運算邏輯乘法邏輯乘法與運算法則：與運算法則：AB=CAB=C00=000=001=001=0 10=010=011=111=1例如：例如：1010000110011011=?1010000110011011=?1000000110000001100110111001101110100001101000

57、01A BY=AB0 00 00 10 11 01 01 11 10 00 00 01 1計算機基礎知識1-72非運算非運算邏輯否定邏輯否定非運算法則：非運算法則： = = 1 （非（非0等于等于1） = = 0 （非（非1等于等于0）例如：例如：1001= 1001= 0101100110A Y=A0 01 11 10 0計算機基礎知識1-73半加運算半加運算邏輯異或邏輯異或半加運算法則：半加運算法則：0 00 0 11 1 01 1 10 例如：例如：1010000110100001 10011011=?10011011=? 變量相異變量相異 “1”變量相同變量相同 “0”00111010

58、1001101110100001A BY=A B0 00 00 10 11 01 01 11 10 01 11 10 0Y=A B=AB+AB計算機基礎知識1-74 3. 3.邏輯代數的基本定律邏輯代數的基本定律0-10-1律律A0A00 0A+1A+11 1自等律自等律A1A1A AA+0A+0A A重疊律重疊律AAAAA AA+AA+AA A互補律互補律AAAA0 0A+AA+A1 1交換律交換律ABABBABAA+BA+BB+AB+A結合律結合律A(BC)A(BC)(AB)C(AB)CA+(B+C)A+(B+C)(A+B)+C(A+B)+C分配律分配律A(B+C)A(B+C)ABABAC

59、AC A ABCBC(A+B)(A+C)(A+B)(A+C)吸收律吸收律A(A+B)A(A+B)A AA+ABA+ABA A計算機基礎知識1-75二、基本邏輯電路二、基本邏輯電路 1.1.與門電路與門電路 實現邏輯乘法功能的電路實現邏輯乘法功能的電路 邏輯表達式是：邏輯表達式是：F=ABF=AB 當當A=B=1A=B=1F=1F=1，否則，否則F=0F=0 2.2.或門電路或門電路 實現邏輯加法功能的電路實現邏輯加法功能的電路 邏輯表達式是：邏輯表達式是：F=A+BF=A+B 當當A=B=0A=B=0F=0F=0，否則，否則F=1F=1計算機基礎知識1-76 3.3.非門電路非門電路 實現邏輯

60、取反功能的電路實現邏輯取反功能的電路 邏輯表達式是：邏輯表達式是：F=AF=A 當當A=0A=0F=1F=1；當；當A=1A=1F=0F=0 4.4.與非門電路與非門電路 由與門、非門組合的電路由與門、非門組合的電路 邏輯表達式是：邏輯表達式是：F=ABF=AB 當當A=B=1A=B=1F=0F=0，否則，否則F=1F=1計算機基礎知識1-77 5. 5.異或門電路異或門電路 由與門、或門、非門組合的邏輯電路由與門、或門、非門組合的邏輯電路 邏輯表達式是：邏輯表達式是：F=AB+ABF=AB+AB 當當A=B=0A=B=0或或1F=01F=0，否則，否則F=1F=1與、或、非門電路的不同組合，與、或、非門電路