计算机基本知识.ppt

第二章 计算机基本知识,2.1 计算机系统的组成与工作原理2.2 数制转换及运算2.3 数据在计算机中的表示2.4 多媒体和流媒体概述,2.1.1 计算机系统的组成,提问:你认为一个完整的计算机是由哪些部分组成？,主机,软 件,键盘,鼠标,显示器,外 存：软、硬盘、光盘、闪存 输出设备：显示器、打印机,计算机系统,操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等 实用程序：诊断程序、排错程序等,办公软件包、数据库管理系统,软件,外部设备,系统软件,应用软件,硬件,运算器控制器,主机,内存,CPU,随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器,输入设备：键盘、鼠标、扫描仪,网络设备：网卡、调制解调器等,2.1.1 计算机系统的组成,任何一台可运行的计算机，都必须包含上面所有的硬件，还需要有可驱动这些硬件的软件。举个形象的例子：没有软件的电脑 一堆废铜烂铁，没有硬件，软件也如无源之水！可以这样说，硬件和软件是相辅相成的，它们共同构成一个完整的电脑系统，缺一不可。,结论：计算机系统分为:硬件系统+软件系统,2.1.1 计算机系统的组成,2.1.2 计算机系统的硬件组成,一、冯诺依曼二、冯诺依曼设计思想计算机应包括五大基本部件。采用存储程序的方式，程序和数据以同等的地位放在同一个存储器中，寻址访问.程序和数据都是以二进制表示。冯诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了“存储程序”的概念，他的全部设计思想实际上是对“存储程序”概念的具体化。,运算器定义功能组成,控制器定义功能组成,存储器定义功能性能指标存储器的读写存储器的分类,I/O设备定义常用的I/O设备,2.1.2 计算机系统的硬件组成,处理器,五大组成部件,结论：牢记五大基本部件!,2.1.3 计算机的基本工作原理,一、基本概念指令 指令系统 程序 程序的执行过程,二、计算机的工作原理 冯诺依曼存储程序的工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学冯诺依曼于1945年提出来的，故称为冯诺依曼原理。举例:生产一个玻璃杯.原料 生产线 成品,2.1.3 计算机的基本工作原理,仓库,出卖,物资调度部门,加工,控制器,运算器,内存储器,取出指令,2.1.3 计算机的基本工作原理,根据冯.诺依曼的设计，我们通过指令的流程认识了计算机的工作原理。取出指令：从内存中取出指令编码，送指令寄存器；分析指令：取出操作码，转换成控制信号；取出操作数或操作数的地址，再从内存取出真正操作数；执行指令：由控制器按照时间顺序将控制信号送各个部件执行.执行结束：程序计数器1（条指令），返回“取指令”。,2.1.3 计算机的基本工作原理,back,结论：理解记忆计算机的基本工作原理（16字）。,处理器（CPU）：Central Processing Unit(包含两大部件),BACK,存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合。A.决定存储器性能的指标有存取时间和存储容量.1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB位是存储器中最小的单位.字节是计算机中最基本的内存单位.字长地址,字节BYTE,7 6 5 4 3 2 1 0,BACK,B.存储器的读写,地址0001,控制:写,10000000,BACK,C.存储器分类,BACK,认识内存在计算机中的地位和作用!为什么说内存是计算机信息处理和交换的中心?,BACK,I/O 设备,常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。,BACK,2.2 数制转换及运算,本节学习内容：进制之间的相互表示和转换进制的算术和逻辑运算 back,2.2.1进位计数制,需要理解的概念:进位计数制：指按照一定的进位方式进行计数的数据表示方法。EG：10进制、2进制、8进制、16进制。构成进位制的两个基本要素：基数 和 权。基数：能够产生进位的数值。权：数制中每个固定位置对应的单位值。,比如：(189.652)D(762)O(1001.1101)B(A3E)H 请同学们说说看这些十进制，二进制，八进制，以及十六进制的数的基数各是多少？指定位上的权又各是多少？,进制表示符号B 二进制O八进制D十进制H十六进制,2.2.1进位计数制,N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m,r进制数N可表示 为：,R进制数用 r个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示数值,2.2.1 进位计数制,2.2.2 不同进位计数制间的转换,r 进制转化成十进制 十进制转化成r进制 二进制 八进制 十六进制 之间的相互转换 二进制的算术逻辑运算next,2.2.2 不同进位计数制间的转换,1.r 进制转化成十进制方法：按权相加法，即数码乘以各自的权的累加。例子：（10101）B=24+22+1=21(101.11)B=22+1+2-1+2-2=5.75(71)O=78+1=5(101A)H=163+16+104106,R进制转换成十进制 例:（101011.101)B 转换成十进制数。125+024+123+022+121 120+12-1+02-2+02-343.625,2.十进制转化成 r 进制a.整数 方法：除基取余法b.小数 方法：乘基取整法例如：（100.345）D 转换成二进制数。解题思想：将整数部分和小数部分分开转换。,2.2.2 不同进位计数制间的转换,2.十进制转换成r进制,例（100.345)D=（1100100.01011）B,1.380,高,高,2.2.2 不同进位计数制间的转换,思考：若将（100.345)D转换成八进制或十六进制呢？动手做一做！再思考：可否用已得到的二进制数直接转换成八进制和十六进制呢？,2.2.2 不同进位计数制间的转换,3.二进制、八进制、十六进制数间的相互转换1位八进制数 3位二进制数1位十六进制数 4位二进制数,144(O)=001 100 100(B),1 4 4,2.2.2 不同进位计数制间的转换,二进制转化成八(十六)进制整数部分高位补零，小数部分低位补零。由此，我想大家掌握了如何把书上（100.345)D转换成二进制后再转换成想要的八进制或十六进制了。Back,1 101 101 110.110 101(B)=1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H)3 6 F D 4,2.2.3 二进制数的算术运算,1.二进制数的加法运算,2.二进制数的减法运算,加法运算法则0+0=00+1=1+0=11+1=0,减法运算法则0-0=1-1=01-0=10-1=1,3.二进制数的乘法运算 4.二进制数的减法运算,乘法运算法则00=001=10=011=1,减法运算法则00=001=011=1,2.2.4 二进制数的逻辑运算,逻辑非运算实例,逻辑与运算实例,逻辑或运算实例,真值表 back,2.3 数据在计算机中的表示,CPU能够直接识别的只有二进制数。,问题：计算机如何将各种数据转换成二进制？,二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强,一、数据的分类 数值型数据：非数值型数据：back,2.3 数据在计算机中的表示,如何表示正负？,如何表示带小数点的数 和 很大的数？,字符：西文、汉字,声 音,图 像,二、什么是机器数？二进制数（1000 0001）B 代表机器数（1000 0001）B 代表 我们把用正负号绝对值表示的数值叫真值。,(129)D,(-1)D,2.3 数据在计算机中的表示,把数符、数值都被数字化了的数叫做机器数.,三、机器数的三种表现形式原码 表示方法 表示范围 特点反码 表示方法 表示范围 特点补码 表示方法 表示范围 特点三种表示形式的相互转换,2.3.1 数据在计算机中的表示,四、掌握定点数和浮点数的表示方法定点数 定义 表示方法 表示范围浮点数 定义 表示方法 存放形式,2.3.1 数据在计算机中的表示,符号位“0”表示正、“1”表示负,定点整数,符号数的机器数表示,定点小数,定点数表示,浮点数表示,110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11,N=数符尾数2阶符阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围 back,规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。,补充知识,根据IEEE754国际标准，常用的浮点数有两种格式。1.单精度浮点数（32位），阶码8位，尾数24位（内含1位符号位）。2.双精度浮点数（64位），阶码11位，尾数53位（内含1位符号位）。back,原码的表示.定点小数的原码表示.10011 原.10011.10011 原.10011.定点整数的原码表示10011 原10011 10011 原110011,原码：最直观的机器数表示,原码的取值范围：位机器数，原码的取值范围是多少？位呢？位呢？位呢？27+1 27 1,原码：最直观的机器数表示,原码的特点：.不管为小数还是整数，只要是正数就与真值相同，为负数则符号位用表示，尾数与真值的绝对值相同。.小数和整数的原码表示范围不同。.原码的符号不参加运算。back,原码：最直观的机器数表示,反码的表示和特点：对于正数，反码与原码相同。对于正数，数符为，其他符号位取反。：1反00000001-1反11111110反码的取值范围：反码表示的最大值和最小值和表示数的范围都与同样机器位数的原码相同。back,反码：,补码：并不是人为约定的。,补码的表示：对于正数：与原码相同。对于负数：数符位为，其他数符位取反加。1.定点小数的补码表示：0.10011-0.10011X反0.10011 X反1.01100 X补0.10011 X补1.01101.定点整数的补码表示：10011-10011X反10011 X反101100 X补10011 X补101101,补码范围和特点：.当为正数时，正数补码与正数原码相同，当为负数时，负数补码的尾数与负数原码不同（真值尾数各位取反，再加）或者（从尾数末位开始向高位检查，当出现第一个时，第一个以及以前的不变，第一个以后的各位变反，符号位不变。）.补码的取值范围：-1281273.利用补码可以方便的进行、运算，允许符号位参加运算，应用广泛。back,补码：并不是人为约定的。,真值、原码和补码之间的相互转换,.由真值原码转换成补码（假设机器数为位）0.1010（真值）1010（真值）原？补？.由补码转换为原码和真值补0.0101 补11111 X原？back,2.3.2 字符,西文字符 ACSII码(American Standard Code for Information Interchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127 控制字符：032，127；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；空格 20H32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122,汉字编码,(1)汉字输入码音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类 五笔字型法、郑码输入法等。(2)汉字国标码(GB231280)每个汉字占两个字节。一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。汉字分区，每个区94个汉字。(3)机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字 国标码 汉字机内码 中 8680(01010110 01010000)B(11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B(10111011 10101010)B,汉字字形编码,(4)汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码 1616、2424、3232、4848。编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字 形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反（5）汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址。地址码和机内码要有简明的对应转换关系,汉字的代码转换,输入码,地址对应字型码,打印输出,数字码拼音码字形码,其他汉字编码,Unicode码 另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。其字符集内容与UCS的BMP相同。GBK码 GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字 第一字节从81HFEH，最高位为1；第二字节从40HFEH，第二字节的最高位不一定是1。BIG5编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。,非数值型数据的机内转换 back,2.3.3 多媒体概述【详细内容请参看第9章（P294）】一、基本概念 媒体：信息的载体，如数值、文字、声音、图形、图像等。多媒体：使用多种媒体传输信息的载体。多媒体技术：对多媒体进行收集、压缩、传输、解压缩、使用的综合技术。多媒体技术的关键：对数据进行压缩（包括解压缩）二、数据压缩的国际标准 JPEG（联合摄像专家组）静止图像压缩标准压缩比为10：1或15：1 MPEG（运动图形专家组）运动图像压缩标准压缩比为50：1 H.261可视电话和电视会议标准视频图像和声音的双向传输 三、多媒体计算机的构成 微机声音处理（声卡、话筒、耳机）光盘驱动器 四、多媒体计算机的主要特点 多样化：综合处理文字、声音、图形、图像、动画、视频。集成性：多媒体信息的集成处理。交互性：与用户进行相互交流。数字化：以二进制数字表示多媒体信息。back,