第二章 计算机基础知识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
2.1 计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成硬件
软件系统软件
应用软件
计算机系统分为：硬件+软件2
计算机系统的组成CPU 主机内存 运算器 寄存器 控制器
硬件 计 算 机 系 统
随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器
外部设备
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等操作系统：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
系统软件软件
应用软 件
2.1.2计算机硬件组成输出设备
主机
外设外存设备
输入设备网络设备 计算机硬件包括主机和外设4
计算机系统的硬件组成存储器 外存储器
输 入 设 备
内存储器
输 出 设 备
冯.诺依曼思想： 二进制 程序与数据一样存 放在内存 五大模块
运算器
控制器 数据流 控制流 5
EDVAC计算机
处理器处 理 器
控制整个计算机 所有部件的工作
控制器运算器 执行算术运算 和逻辑运算
运算器：包括累加器和算术、逻辑运算 部件。 主要功能是进行算术和逻辑运算。数据 来自内存，结果也送回内存。 控制器：包括程序计数器、指令寄存器、 指令译码器、时序控制电路、微操作控 制电路 主要功能是从存储器取指令，翻译指令， 分析指令，向其他部件发出控制信号。
存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合， 每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。 存储器通常分为内存储器和外存储器1)信息暂时保留 2)容量小 3)速度快 4)昂贵信息交流中心
存储器
1)信息永久保留 2)容量大 3)速度慢 4)价格优惠
内存储器
存放大量信息 的外存储器8
存储器每个记忆单元由8位二进制位组成。字节BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0位Bit
1KB=210B=1024B
1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB
字长：CPU在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数。 它通常取决于CPU内部ALU及通用寄存器的位数和数据总线 的宽度，它标志着计算精度。 地址：每个内存被划分为字节，字节都有唯一的地址。CPU 能够访问内存的最大寻址范围与CPU的地址线根数有关。9
内存储器的访问过程存储器的访问过程：向[0001]单元写数据
地址0001
控制:写
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
11101101 11001101 10000000 11101101 11101001 11101101 10001101 11101101 11101101
11101101 11101101 11001101 10001101 11101101 11101101 10001101 11101101
1000 10
01 1010 1011 1100 1101 1110 1111
数据 10000000
输入输出设备常用输入设备：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。
2.1.3计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。
指令分类
结构
操作码
操作数
操作码 要完成的操作类型或性质 操作数 操作的内容或所在的地址
数据传送指令
内存
CPU
数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令
+ - ×÷ And Or……
If …… Goto……主机 I/O设备
对计算机的硬件进行管理等12
计算机基本工作原理指令的执行过程分为以下4个步骤： ① 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令 ，并送往指令寄存器。 ② 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器 对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信 号；由地址码确定操作数地址。 ③ 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列 控制信息，去完成该指令所要求的操作。 ④ 一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程 序计数器，然后回到①。
计算机基本工作原理起始地址 内存储器 程序计数器 PC 程序计数器 0100 PC ( 4) 操作码 07 ( 2) 控制器 译码器 地址码 0270 内存储器 地址 … 0100 ( 1) 0101 内容 …… 070270 程 序 区
自动加 1
指令寄存器
操作控制线路 ( 3) 累加寄存器 算术、逻辑运算部件 运算器
… 0270
…… 数据 数 据 区
2.2 数制转换及运算2.2.1进位计数制 678.34=6×102+7×101+8×100 +3×10-1+4×10-2数码 基数 权
R进制数用 r个基本符号(例如0,1,2,…,r-1)表示数值r进制数N可表示 为：
N=an-1×rn-1+an-2×rn-2+…+a0×r0+a-1×r-1+…+a-m×r-m
i m
i a r i
n 1
2.2.2不同进位计数制间的转换r 进制转化成十进制r 进制转化成十进制：数码乘以各自的权 的累加
例： 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=7 8+1=5 101A(H)=163+16+10=410616
进制表示符号 B 二进制 O八进制 D十进制 H十六进制
十进制转化成 r 进制整数部分：除以 r取余数，直到商为0,余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。 ~ 例 00.345(D)=1100100.01011(B)100(D)=144(O)=64(H) 八进制 8 8 8 100 12 1 0 4 4 1 2 2 2 2 2 2 100 50 25 12 6 3 1 0低
0 01 0 0 1 1高
0.345 2 0.690 2 1.380 2 0.760 2 1.520 2 1.04
高
十六进制
16低
1006 0 4 617
16
二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 一位八进制数对应三位二进制数 一位十六进制数对应四位二进制数 二进制转化成
八(十六)进制)
144(O)=001 100 100(B) 1 4 4 64(H)=0110 0100(B) 6 4
整数部分：从右向左按三(四)位进行分组 小数部分：从左向右按三(四)位进行分组 不足补零
1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 418
二进制、八进制、十六进制数间的关系八进制0 1 2 3 4 5 6 7
对 应 二 十 六 进 对 应 二 进 十六进 对应二进 进制 制 制 制 制 000 0 0000 8 1000 001 1 0001 9 1001 010 2 0010 A 1010 011 3 0011 B 1011 100 4 0100 C 1100 101 5 0101 D 1101110 111 6 7 0110 0111 E F 1110 1111
2.2.3 二进制数的算术运算1.二进制数的加法运算加法运算法则 0+0=0
0+1=1+0=11+1=0
1101 + 1110 11011
2.二进制数的减法运算减法运算法则 0-0=1-1=0 1-0=1
-
0-1=1
11011 1110 110120
二进制数的算术运算3.二进制数的乘法运算乘法运算法则 0×0=0 0×1=1×0=0 1×1=1
4.二进制数的减法运算减法运算法则 0÷0=0
0÷1=01÷1=113 10 11 5
1101 × 1010 0000 1101 0000 + 1101 10000010
130
101 1011 111011 1011 1111 1011 100
59
4