大學(xué)計算機基礎(chǔ)

大學(xué)計算機基礎(chǔ)ENIAC的問題1945年，馮·諾依曼根據(jù)ENIAC存在的問題(1)沒有存儲器(2)用布線接板進行控制'存儲程序通用電子計算機'方案馮.諾依曼EDVAC二進制3

問題的提出

計算機需要一種“語言”

十進制數(shù)“0——9”

問題的解決

二進制數(shù)01

兩種狀態(tài)低電平高電平計算機的信息單位0和1由來

'1與0，一切數(shù)字的神奇淵源。這是造物的秘密美妙的典范，因為，一切無非都來自上帝。'18世紀德國萊布尼茨乾卦111坤卦000馮·諾依曼的啟示二進制電子元件雙穩(wěn)的工作特點將簡化機器的邏輯線路日常生活中的進制數(shù)十進制數(shù)七進制數(shù)24進制數(shù)12進制數(shù)…為什么馮.諾依曼選擇二進制？電子元器件雙穩(wěn)態(tài)9瓦8瓦7瓦6瓦5瓦4瓦3瓦2瓦1瓦關(guān)開關(guān)√10十進制二進制運算規(guī)則簡單十進制數(shù)九九乘法表二進制數(shù)0+00+1和1+01+1邏輯運算∨01001111∧01000101邏輯與邏輯或﹣0110邏輯非采用二進制的好處可編碼任意信息算術(shù)運算規(guī)則簡單適合邏輯運算實現(xiàn)技術(shù)(電子元器件)簡單911111000(11101010)2計算機的信息單位二進制數(shù)進位制用數(shù)碼和帶有權(quán)值的數(shù)位來表示有大小關(guān)系的數(shù)值型信息的表示方法。二進制只有兩個數(shù)碼：0和1;數(shù)位i的權(quán)值：2i;運算規(guī)則：逢二進1，借1當二；2稱為計數(shù)制的基數(shù)。(11110101.01)201276543-1-2=1×27+1×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=245.25()10二進制數(shù)-算術(shù)運算例1:(10111)2+(10011)2=?10111+)10011010101例2:(10111)2－(10011)2=?10111-)1001100100二進制的算術(shù)運算算術(shù)運算按位計算并考慮進位和借位；乘除法運算可轉(zhuǎn)為多次加減法運算來進行；有很多快速進行加減乘除運算的算法。二進制的缺點與十進制相比，二進制的一個數(shù)值的數(shù)碼位數(shù)長，識認比較困難。二進制與十進制進行轉(zhuǎn)換比較麻煩。我認識他已經(jīng)1110年了！我認識他已經(jīng)14年了！計算機顯示數(shù)據(jù)時常用到其它進制數(shù)八進制、十六進制數(shù)制及其轉(zhuǎn)換基數(shù)：一種數(shù)制由R個基本字符組成，則基數(shù)為R數(shù)制概念進制

基數(shù)基本符號二進制R=20,1八進制R=80,1,2,3,4,5,6,7十進制R=100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

十六進制R=160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FA:10,B:11,…,F:1514計數(shù)制的不同表示10101B為二進制數(shù)10101，也記為（10101）2101O為八進制數(shù)101，也記為（101）8234D為十進制數(shù)234，也記為（234）10101AH為十六進制數(shù)101A，也記為（101A）16數(shù)制及其轉(zhuǎn)換思考：十進制和二進制足夠為什么還要八進制和十六進制？2.1理解0和1二進制轉(zhuǎn)換十進制【例1】（10110.01）2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2=（22.25）10思考：八進制、十六進制轉(zhuǎn)換為十進制呢？（642）8=（？）10（9B4.4）16=（？）10(642)8按照位權(quán)展開

(642)8=6×82+4×81+2×80=（418）10(9B4.4)16按照位權(quán)展開(9B4.4)16

=9×162+11×161+4×160+4×16-1

=

（2484.25）10R進制轉(zhuǎn)換為十進制都是以位權(quán)形式展開求和2.1理解0和117十進制

轉(zhuǎn)換

二進制轉(zhuǎn)換規(guī)則：

整數(shù)部分——除2取余法第2：

十進制轉(zhuǎn)換R進制18【例2】(13)10

=（？

）2132余數(shù)6…123…021…120…1高位低位

(1101)2(13)10=19

十進制向八進制轉(zhuǎn)換：

(348)10(？

)8

348÷8=43……443÷8=5……..35÷8=0……..5所以(348)10(534)8十進制向十六進制轉(zhuǎn)換：

(348)10(

？

)16348÷16=21…..C21÷16=1....…51÷16=0……1所以(348)10(15C)16十進制向十六進制、八進制的轉(zhuǎn)換呢？20

進制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系第3：

二、八、十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換21

二、八、十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）二進制數(shù)→八進制數(shù)原則：三位一組法，不足3位補零小數(shù)部分：從左向右分組整數(shù)部分：從右向左分組數(shù)制間的轉(zhuǎn)換【例3】（10110.11）2=（？）810110.11010110.62

11

06（10110.11）2=（26.6）8思考：那么數(shù)字'2'與'16'的又有什么關(guān)系？23（2）二進制數(shù)→十六進制數(shù)原則：四位一組法，不足4位補零整數(shù)部分：從右向左分組小數(shù)部分：從左向右分組數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換24二進制轉(zhuǎn)換十六進制【例3】（11101.011）2=（？）1611101.01100011101.1D01106.（11101.011）2=（1D.6）1625八進制轉(zhuǎn)換十六進制（略講）八進制轉(zhuǎn)換二進制轉(zhuǎn)換十六進制【例4】（172.6）8=（？）16（172.6）8010111（001.110）2A

.7C

（172.6）8=（7A.C）160信息數(shù)值信息非數(shù)值信息英文字符、標點符號漢字圖形聲音視頻….信息如何以二進制的形式在計算機中表示呢？編碼計算機中的所有信息都可以用二進制編碼表示編碼：編碼是以若干位數(shù)碼或符號的不同組合來表示非數(shù)值性信息的方法，它是人為地將若干位數(shù)碼或符號的每一種組合指定一種唯一的含義。例如：0----男，1----女再如：000----星期一001----星期二010----星期三

011----星期四100----星期五101----星期六

110----星期日再如：000----一院001----二院010----三院

011----四院100----五院101----六院

110----七院111----其他2.1理解0和1(4)0和1與編碼2.1理解0和1

編碼的三個主要特征

唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義

公共性：所有相關(guān)者都認同、遵守、使用這種編碼

易于記憶/便于識認性：有一定規(guī)律。為計算機使用的編碼：規(guī)律性易于編程序處理之；為人所使用的編碼：便于記憶和便于識認。(4)0和1與編碼

bit

1位二進制位/信息表示的最小單位

Byte

字節(jié),8位二進制位/信息容量的基本單位

1KB=210字節(jié)

(1024字節(jié))

1MB=210KB(約1,000,000字節(jié))1GB=210MB(約1,000,000,000字節(jié))1TB=210GB

注意：2的冪次方為計算單位

Word

字—計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)幕締挝弧Ｐ畔⒌幕径攘繂挝?.1理解0和1(4)0和1與編碼

每一個字包含的二進制位數(shù)稱為字長ASCII碼----英文字母符號的編碼ASCII碼是計算機領(lǐng)域普遍應(yīng)用的英文字母與符號的0,1型編碼方法，是用7位0和１的不同組合來表示10個數(shù)字、26個英文大寫字母、26個英文小寫字母及其一些特殊符號的編碼方法，是信息交換的標準編碼。

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx2.1理解0和1(4)0和1與編碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange128個字符，可以用多少位進行編碼呢？在計算機內(nèi)ASCII碼以8位來表示的，其最高位取0。ASCII碼

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx每8位為一個字符，最高位為041H~5AH:‘A’

~‘Z’61H~7AH:‘a(chǎn)’

~‘z’0AH:換行符號LF0DH:回車符號CR30H~39H:‘0’

~‘9’01000001A41H01000010B42H01000110F46H2.1理解0和1ASCII編碼的規(guī)律(4)0和1與編碼完整的ASCII碼表0,1型編碼以十進制表示。ASCII碼的出現(xiàn)使得信息交換標準統(tǒng)一，形成統(tǒng)一的基于ASCII碼的處理方法，使得計算機得以推廣和普及。2.1理解0和1(4)0和1與編碼ASCII碼的出現(xiàn)統(tǒng)一了信息交換標準使得計算機得以推廣和普及十個數(shù)字符號的編碼----BCD碼BCD碼：BinaryCodedDecimal(二-十進制編碼)是用４位０和１的不同組合，按照與進位制保持一致的關(guān)系，來表示10個十進制數(shù)字的方法。10個數(shù)字，只需4位0/1數(shù)碼即可十進制 01234 BCD碼

0000

000100100011

0100

十進制 56789 BCD碼

0101 0110 011110001001

2.1理解0和1(4)0和1與編碼2.1理解0和1(4)0和1與編碼（記住常用的ASCII碼值?。┳址鸄SCII碼值A(chǔ)65(41H)Z90(5AH)a97(61H)z122(7AH)字符ASCII碼值048(30H)957(39H)\00空格32機器數(shù)：一個數(shù)在機器中的表現(xiàn)形式。真值：數(shù)的本身。

在計算機機中表示正負號：一般用'0'表示正號，用'1'表示負號，符號位放在數(shù)的最高位。

目前常用的機器數(shù)有原碼、反碼、補碼等編碼方法。計算機中正負數(shù)的表示整數(shù)X的原碼指：其數(shù)符位0表示正，1表示負；其數(shù)值部分就是X絕對值的二進制表示。通常用[X]原表示X的原碼。例如：

[+1]原=00000001[+127]原=01111111

[-1]原=10000001

[-127]原

=11111111

注意：在原碼表示中，零有兩種表示形式，即

[+0]原=00000000[-0]原

=10000000

1原碼原碼的特點原碼表示法簡單易懂，與其真值的轉(zhuǎn)換方便。缺點：

1.不便于加減運算。

2.零的表示不具有唯一性。[+0]與[-0]不一致。整數(shù)X的反碼指：對于正數(shù)與原碼相同；對于負數(shù)，數(shù)符位為1，其數(shù)值位X的絕對值取反。通常用[X]反表示X的反碼。例如：

[+1]反=00000001[+127]反=0

1111111

[-1]反=1

1111110

[-127]反

=1

0000000由此看出，在反碼表示中零也有兩種表示形式，即：

[+0]反=0

0000000[-0]反=1

1111111反碼運算也不方便。2反碼3補碼數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼一個二進制數(shù)在計算機中是以這個二進制數(shù)的補碼形式表示的。原碼：正數(shù)的符號位用0表示，負數(shù)的符號位用1表示，數(shù)值部分用二進制表示。補碼：正數(shù)的補碼和原碼相同，負數(shù)的補碼是數(shù)1值部分每位取反加1。11001101-77

符號位真值1100110110110011原碼補碼補碼10110010反碼+1上次課復(fù)習(xí)0和1的出現(xiàn)計算機采用二進制的原因二進制與其它進制的轉(zhuǎn)換信息的編碼-0，1碼數(shù)值在計算機中的表示：定點數(shù)、浮點數(shù)數(shù)值在計算機中的編碼：原碼、反碼、補碼非數(shù)值信息編碼：ASCII碼非數(shù)值信息1、字符（如漢字等）2、圖像、音頻、視頻輸入碼：拼音碼、字型碼、區(qū)位碼……拼音碼：da五筆字型碼：dddd漢字輸入碼：漢字依據(jù)輸入碼通過鍵盤輸入漢字。漢字信息編碼計算機內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外'大''大'漢字內(nèi)碼：漢字在計算機內(nèi)部采用漢字內(nèi)碼存儲。計算機內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個漢字在計算機內(nèi)部由2個字節(jié)表示0

0110100

0

1110111國標碼1

01101001

1110111(機)內(nèi)碼漢字信息編碼'大'用0和1編碼無亮點和有亮點形成字形信息,便于顯示……漢字字形碼是一種字模點陣碼。也有不同的處理漢字點陣信息的編碼，如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooo111111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大漢字字形碼：漢字依據(jù)字形碼通過顯示器或打印機輸出漢字。漢字信息編碼漢字字形點陣的代碼有16×16、24×24、32×32、48×48、72×72等編碼點陣數(shù)越大，分辨率越高，字形越美觀，但占用的存儲空間越多像素：描述圖像的最小單位，顯示器上的一個可發(fā)光的點，每個像素可顯示不同顏色位圖圖像：由靜態(tài)的像素點組成，直接按像素點位置畫出，例如BMP,JPG,GIF…矢量圖像：由若干特定點的位置和相關(guān)數(shù)學(xué)公式計算動態(tài)畫出，例如wmf,dwg…計算機中的圖像單色圖像黑白(1位)彩色圖像16色(4位)256色(8位)24位真彩色32位真彩色音頻編碼計算機中的聲音視頻編碼：視頻是時間序列的動態(tài)圖像(如25幀/秒)，也是連續(xù)的模擬信號，需要經(jīng)過采樣、量化和編碼形成數(shù)字視頻，保存和處理。計算機中的視頻音頻軌文字軌視頻軌ASCII示例信息表示與處理的基本思想0和1的思維0和1的出現(xiàn)計算機采用二進制的原因二進制與其它進制的轉(zhuǎn)換信息的編碼-0，1碼0和1的基本硬件實現(xiàn)二極管特性相當于開關(guān)：加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止；通過外加電壓的調(diào)整，控制開與關(guān)(實現(xiàn)1和0的變換)FKVFLRI(b)KLRVR(b)0和1的基本硬件實現(xiàn)-二極管三極管主要功能為開關(guān)和放大作用以較小的b極電流信號可控制較大的c極流過的電流--放大。典型的三極管電路0和1的基本硬件實現(xiàn)-三極管用二極管、三極管可實現(xiàn)基本的集成電路:與門、或門和非門與門、或門和非門等門電路便成為計算機基本的元器件。用二極管實現(xiàn)的與門：當A,B端均為高電平(1)時，則F端為高電平(1)，否則F端為低電平(0)。用二極管實現(xiàn)的或門：當A,B端均為低電平(0)時，則F端為低電平(0)，否則F端為高電平(1)。用三極管實現(xiàn)的非門：當A端為低電平(0)時，則F端為高電平(1)；當A端為高電平(1)時，F(xiàn)端為低電平(0)。0和1的基本硬件實現(xiàn)-集成電路

'=1'表示異或運算。

'&'表示與運算。半加器的電路實現(xiàn)：AiBi分別為第i位加數(shù)和被加數(shù)，Si為第i位運算的和，Ci+1為產(chǎn)生的進位。利用與門、或門和非門可實現(xiàn)更為復(fù)雜的控制電路

示例：一位半加器。=1&AiBiSiCi+1

Ai+

BiCi+1Si0和1的復(fù)雜部件的硬件實現(xiàn)全加器可按此方法由兩個半加器實現(xiàn)。由此就可用簡單的邏輯電路構(gòu)造復(fù)雜的邏輯電路。=1&AiBiSiCi+1=1&AiBiSiCi+10和1的復(fù)雜部件的硬件實現(xiàn)微處理器芯片CPU：復(fù)雜組合邏輯集成在一塊板上并封裝而成的電路計算機中復(fù)雜的集成電路是如何進行協(xié)調(diào)工作的呢？計算機系統(tǒng)圖靈機馮·諾依曼計算機計算機硬件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)計算機語言圖靈及圖靈獎阿蘭·麥席森·圖靈圖靈獎姚期智圖靈機1936年，TuringMachine用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學(xué)運算的過程。圖靈機的組成：一條無限長的紙帶TAPE；一個讀寫頭HEAD；一套控制規(guī)則TABLE；一個狀態(tài)寄存器。馮·諾依曼計算機基本思想存儲程序：指令和數(shù)據(jù)以同等地位事先存于存儲器,可按地址尋訪,連續(xù)自動執(zhí)行。五大部件構(gòu)成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備指令和數(shù)據(jù)用二進制表示馮·諾依曼

現(xiàn)代計算機通常是以存儲器為中心的馮.諾依曼計算機。輸入輸出數(shù)據(jù)或程序不通過運算器，運算器只負責(zé)進行運算，可實現(xiàn)二者的并行工作，提高速度。輸入設(shè)備存儲器輸出設(shè)備運算器控制器運算器控制器內(nèi)存儲器外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制臺電源命令回答命令回答取出的數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)取出的命令命令/地址外部設(shè)備主機中央處理器(CPU)馮·諾依曼計算機-硬件組成批量交換數(shù)據(jù)一個一個交換數(shù)據(jù)內(nèi)存容量小，外存容量大內(nèi)存存取速度快，外存存取速度慢內(nèi)存只能臨時保存，外存可永久保存內(nèi)存和外存輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入/出設(shè)備外部設(shè)備鍵盤鼠標掃描儀光驅(qū)光盤顯示器打印機U盤/硬盤所有外部設(shè)備都受主機控制，通過總線把各種設(shè)備連接在一起！僅有硬件的計算機可否運行？沒有軟件的硬件是不能做任何事情的!軟件=程序+文檔程序=指令序列指令是用戶對計算機發(fā)出的工作命令操作碼地址碼指令格式軟件硬件計算機系統(tǒng)'看得見、摸得著'的物理載體程序及其配套的數(shù)據(jù)、文檔等應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件控制臺電源外存儲器CPUROMRAMBIOS程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)BIOS程序計算機系統(tǒng)的工作過程計算機語言算法、語言與計算機程序算法解決問題的步驟程序計算機能夠理解與執(zhí)行的解決問題的步驟計算機語言人和計算機都能理解的語言計算機語言的發(fā)展(1)計算機能夠理解與執(zhí)行什么呢？機器語言：用二進制和編碼方式提供的指令系統(tǒng)

所編寫程序的語言被稱為機器語言所有程序都需轉(zhuǎn)換成機器語言程序計算機才能執(zhí)行指令系統(tǒng)：CPU用二進制和編碼提供的可以解釋并執(zhí)

行的命令的集合。用指令系統(tǒng)中的指令編寫的程序，CPU能夠執(zhí)行10000110000001111000101100001010100101110000011111110100完成7+10并存儲的機器代碼用機器語言編寫程序存在什么問題呢？匯編語言：是用助記符號編寫程序的語言。匯編語言源程序：是用匯編語言編出的程序。匯編程序:

是將匯