计算机系统组成与计算机工作原理课件.ppt

1、1第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 教学目的和要求：教学目的和要求：本章介绍计算机基础知识，主要内容有计算机的本章介绍计算机基础知识，主要内容有计算机的发展和应用领域、计算机硬件系统和软件系统的组成发展和应用领域、计算机硬件系统和软件系统的组成及各主要部件的功能、计算机编码和数制。及各主要部件的功能、计算机编码和数制。通过学习，了解计算机的发展和应用领域；了解通过学习，了解计算机的发展和应用领域；了解计算机硬件系统的基本配置、主要性能指标、硬件和计算机硬件系统的基本配置、主要性能指标、硬件和软件系统的组成；理解和掌握软件系统的组成；理解和掌握数制转换和数据编码数制转换和数据

2、编码的的概念和方法。概念和方法。2第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 1.1 1.1 计算机发展简介计算机发展简介1.2 1.2 信息技术概述信息技术概述 1.3 1.3 计算机系统组成计算机系统组成1.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成1.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类1.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 1.7 1.7 数制及其运算数制及其运算1.8 1.8 文字信息编码形式文字信息编码形式31.1.1 1.1.1 计算机的发展历程计算机的发展历程u英国数学家英国数学家乔治乔治布尔布尔（George BooleGeorg

3、e Boole，1815-1815-18641864）创立）创立逻辑代数逻辑代数，奠定电子计算机的，奠定电子计算机的数学理论数学理论基础；基础；u英国科学家图灵（英国科学家图灵（Alan Turing,1912-1954Alan Turing,1912-1954）首次）首次提出提出逻辑机逻辑机模型模型 图灵机图灵机。建立建立算法理论算法理论和提出和提出图灵测试图灵测试即智能机器；即智能机器；u第一台电子数值积分计算机（第一台电子数值积分计算机（19461946）ENIACENIAC4567美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯诺依曼诺依曼（John Von Neumann,John Von Ne

4、umann,1903-19571903-1957）提出）提出EDVACEDVAC计算机方案。计算机方案。8三个基本原则三个基本原则:计算机基本结构：计算机基本结构：计算机硬件应具有运算器、控计算机硬件应具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等制器、存储器、输入设备和输出设备等五大五大基本基本功能功能。采用二进制数：采用二进制数：二进制数便于硬件实现，又有简二进制数便于硬件实现，又有简单的单的运算规则运算规则。存储程序控制：存储程序控制：存储程序实现存储程序实现自动计算自动计算。这这3 3个基本原则确定了冯个基本原则确定了冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机基本结基本结构构9计算机经历了计算机

5、经历了四代四代发展历程发展历程 :第一代第一代（19461946年年19581958年）为年）为电子管电子管计算机；计算机；第二代第二代（19581958年年19641964年）为年）为晶体管晶体管计算机；计算机；第三代第三代（19641964年年19701970年）为年）为中小规模集成电路中小规模集成电路 计算机；计算机；第四代第四代（19711971年年）为为大规模、超大规模大规模、超大规模 集成电路集成电路计算机。计算机。以以元件元件作为作为划分划分标准标准。101112131.1.2 1.1.2 计算机分类计算机分类按计算机运算速度、字长、存储容量、软件配置及用按计算机运算速度、字长、

6、存储容量、软件配置及用途等多项性能指标划分：途等多项性能指标划分：1.1.高性能计算机高性能计算机 指目前运算速度最快、处理能力最强的计算机。指目前运算速度最快、处理能力最强的计算机。2.2.微型计算机微型计算机 个人计算机（个人计算机（PCPersonal ComputerPCPersonal Computer）。）。3.3.工作站工作站 介于微计算机与小型计算机之间的高档微机系统介于微计算机与小型计算机之间的高档微机系统144.4.服务器服务器 高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员的信息请求等处理网络工作站成员的信息请求等5

7、.5.嵌入式计算机嵌入式计算机 计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备151.1.3 1.1.3 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域 1.1.科学计算科学计算（Scientific ComputingScientific Computing）2.2.数据处理数据处理（Data ProcessingData Processing）3.3.过程控制过程控制（Procedure ControlProcedure Control）4.4.计算机辅助系统计算机辅助系统（Co

8、mputer-Aided SystemComputer-Aided System）5.5.人工智能人工智能（Artificial IntelligenceArtificial Intelligence）6.6.信息高速公路信息高速公路（Information Super-HighwayInformation Super-Highway）7.7.多媒体技术多媒体技术（MultimediaMultimedia）16线框图线框图 实体图实体图应用举例：计算机辅助设计与制造（应用举例：计算机辅助设计与制造（CAD/CAMCAD/CAM）17应用举例：生物仿真模拟应用举例：生物仿真模拟18应用举例：室外

9、建筑效果图应用举例：室外建筑效果图19应用应用举例举例：医学里的应用：医学里的应用用用AVSAVS对焦点区域的图象进行分析处理对焦点区域的图象进行分析处理20应用举例：油气工业应用举例：油气工业21应用举例：天气预报应用举例：天气预报221.1.4 1.1.4 计算机发展的趋势计算机发展的趋势1.1.人工智能进一步发展人工智能进一步发展 自动装置使用微电脑内核，带有自动装置使用微电脑内核，带有“眼睛眼睛”摄摄像机，用以完成特定工作。像机，用以完成特定工作。2.2.计算机与通信相结合计算机与通信相结合 计算机应用进入网络时代计算机应用进入网络时代信息技术信息技术。计算。计算机与通信网络相互协调、

10、相互补充，融于一体。机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体。3.3.未来新型计算机未来新型计算机 将由磁、光或将由磁、光或DNADNA来制造，即所谓磁计算机、光来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生物计算机和量子计算机。子计算机、生物计算机和量子计算机。231.2 1.2 信息技术概述信息技术概述信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术为核心信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术为核心1.2.1 1.2.1 信息与数据信息与数据u数据数据是是信息信息的载体和表示形式的载体和表示形式u信息信息是是数据数据表达的内涵或解释表达的内涵或解释 1.1.信息信息 客观存在的事物及其运动状态的客观存在

11、的事物及其运动状态的表征表征 2.2.信息的基本特征信息的基本特征 普遍性普遍性 寄载性寄载性 共享性共享性 时效性时效性 可识别性可识别性 可加工性可加工性 3.3.数据数据 数据是信息的载体。数据是信息的载体。4.4.信息数字化信息数字化将现实世界中的信息转换为计算机能识别、存储和处理的形式将现实世界中的信息转换为计算机能识别、存储和处理的形式 241.2.2 1.2.2 现代信息技术现代信息技术信息技术是利用信息科学的原理和方法，研究信息技术是利用信息科学的原理和方法，研究产生产生、获取获取、变换变换、传输传输、存储存储、处理处理和和利用利用信息的技术。信息的技术。1.2.3 1.2.3

12、 信息技术的发展趋势信息技术的发展趋势 多学科结合多学科结合 智能化智能化 多媒体化多媒体化 高速度、网络化高速度、网络化1.2.4 1.2.4 信息化社会信息化社会信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活动。信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活动。信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、现代信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。251.31.3计算机系统组成计算机系统组成261.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成冯冯 诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构运算器运算器存储器存储器控制器控制器输入

13、设备输入设备输出设备输出设备执行指令执行指令协调控制协调控制存储程序、存储程序、数据、结果数据、结果输入程序、输入程序、数据数据输出结果输出结果27计算机系统的硬件计算机系统的硬件逻辑逻辑组成组成 冯冯.诺依曼思想：诺依曼思想：u程序与数据一程序与数据一 样存放在内存样存放在内存存储器存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外外存储器存储器输输出出设设备备内内存储器存储器输输入入设设备备控制器控制器中央处理器中央处理器281.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （CPUCPU为控制器和运算器的总称）为控制器和运算器的总称）1.1.运算器运算器 计算机用来进行算术、逻辑运算的部件：计算机

14、用来进行算术、逻辑运算的部件：算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU执行算数和逻辑运算的装置执行算数和逻辑运算的装置,核心是核心是加法器加法器 内部总线内部总线 运算器和控制器之间的公共信息通道运算器和控制器之间的公共信息通道 寄存器寄存器组组 暂存操作数和中间结果暂存操作数和中间结果有：有：累加累加、暂存暂存、标志标志、通用通用 等等291.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （CPUCPU为控制器和运算器的总称）为控制器和运算器的总称）2.2.控制器控制器 控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制整个计算机有条不紊地工作。控制整个

15、计算机有条不紊地工作。主要功能有：主要功能有：取指令取指令 自动形成指令地址自动形成指令地址 分析指令分析指令 分解成微操作分解成微操作 执行指令执行指令 执行微操作命令执行微操作命令 改变指令执行顺序改变指令执行顺序 根据判断结果根据判断结果 输入输入/输出控制输出控制 主机与入主机与入/出设备间出设备间 中断处理中断处理 非预期服务非预期服务30 控制器由以下部件组成：控制器由以下部件组成：程序计数器（程序计数器（PCPC）下条指令地址下条指令地址 指令指令寄存器寄存器（IPIP）暂存暂存 指令译码器（指令译码器（IDID）分析指令，分析指令，分解成微操作分解成微操作 时序控制电路时序控制

16、电路 发出命令发出命令 微操作控制电路微操作控制电路 实际执行命令实际执行命令311.4.2 1.4.2 存储器存储器用于存储程序和数据的部件。用于存储程序和数据的部件。两种基本操作：两种基本操作：读操作读操作 写操作写操作 32存储容量存储容量：是存储器的是存储器的重要性能指标重要性能指标。存储容量存储容量单位：单位：bit (bit (位位););Byte(Byte(字节字节)；KBKB（千字节）（千字节）MBMB（兆字节）；（兆字节）；GBGB（千兆字节）；（千兆字节）；它们之间的它们之间的换算关系换算关系为：为：1 1字节（字节（ByteByte）8 8个二进制位（个二进制位（bits

17、bits）1KB1KB2 21010 B B1024 B 1024 B 1MB1MB2 220 20 B B1024 KB 1024 KB 1GB 1GB2 230 30 B B1024 MB1024 MB33位位字，字长字，字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长字节（字节（8 8位）位）数数据据存存储储的的组组织织形形式式34 主主存储器（存储器（内存内存）分类：分类：u随机存储器随机存储器（RAMRAM）nS SRAMRAM静静态态 用于用于CacheCachenD DRAMRAM动动态态 用于用于内存条内存条 用于用于CMOSCMOSu只读存储器只读存储器（ROMROM）BIOSBIO

18、SnP PROM ROM 只能写只能写1 1次次nEPEPROMROM可可多次多次擦写擦写352 2辅辅助（助（外外）存储设备）存储设备 外部长久存储区域。常用辅助存储器有外部长久存储区域。常用辅助存储器有:u磁盘存储器磁盘存储器硬盘硬盘、软盘、软盘;u光盘光盘;uU U盘盘;u磁带磁带u磁鼓磁鼓 36硬磁盘硬磁盘u磁盘信息存储格式磁盘信息存储格式 记录面记录面 =磁头数磁头数 磁道：磁道：40964096 柱面：柱面：所有记录面上同一编号的磁道所有记录面上同一编号的磁道 扇区：扇区：每个扇区容量为每个扇区容量为512512字节字节0 0磁道磁道柱面柱面扇区扇区 读读/写磁头写磁头硬盘片硬盘片

19、u磁盘工作原理磁盘工作原理3738u硬盘的存储容量硬盘的存储容量 =磁头数柱面数扇区数扇区容量磁头数柱面数扇区数扇区容量u例：例：若已知磁头数为若已知磁头数为1616，柱面数为，柱面数为40964096，扇，扇区数为区数为6363，扇区容量，扇区容量512512字节，字节，则：则：硬盘容量硬盘容量=16=164096409663635125122.12.1GBGB391.4.3 1.4.3 输入输出设备输入输出设备输入输出（输入输出（I/OI/O）系统的主要功能是对指定外部设）系统的主要功能是对指定外部设备进行输入输出操作。备进行输入输出操作。输入设备输入设备向主机输入程序、原始数据和操作命令

20、等信息的向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。设备。键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音识别器等都是输入设备。识别器等都是输入设备。2.2.输出设备输出设备将计算机处理后的信息，转换成人们能识别的形式将计算机处理后的信息，转换成人们能识别的形式 打印机、显示器打印机、显示器 、绘图仪、绘图仪 、音箱等、音箱等 401.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类软件：软件：是计算机完成一定任务所需的是计算机完成一定任务所需的程序程序、数据数据和和资料资料，分

21、为，分为两大类两大类：系统软件系统软件和和应用软件应用软件。1.5.1 1.5.1 系统软件系统软件包括包括4 4类类：u操作系统操作系统u语言处理系统语言处理系统u数据库系统数据库系统u服务程序服务程序41操作系统（操作系统（OSOS）为了合理方便地为了合理方便地利用利用计算机系统而对其计算机系统而对其资源资源进行管进行管理的软件。理的软件。操作系统管理的操作系统管理的资源有资源有4 4类类 ：进程管理进程管理 存储管理存储管理 设备管理设备管理 文件管理文件管理 422.2.语言处理系统语言处理系统通过计算机语言可以编写程序，控制计算机通过计算机语言可以编写程序，控制计算机完成预定任务。完

22、成预定任务。计算机语言分为计算机语言分为3 3大类大类：u机器语言机器语言u汇编语言汇编语言u高级语言高级语言433.3.数据库管理系统数据库管理系统 管理数据库的软件，主要面向解决数据处管理数据库的软件，主要面向解决数据处理的理的非数值计算非数值计算问题。问题。4.4.服务程序服务程序 完成一些与管理计算机系统资源及文件有完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。关的任务。441.5.2 1.5.2 应用软件应用软件针对某一针对某一应用目的应用目的而开发的软件。而开发的软件。分为分为二大类：二大类：通用应用软件通用应用软件专用应用软件专用应用软件通用通用应用软件支持最基本的应用，广泛地应

23、用软件支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所有专业领域。应用于几乎所有专业领域。45计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构用用 户户系统应用程序系统应用程序操操 作作 系系 统统机机 器器 语语 言言硬硬 件件 系系 统统461.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 计算机工作过程是计算机工作过程是执行执行程序程序的过程的过程。程序：程序：为一系列为一系列指令指令的有序集合。的有序集合。47计算机的工作过程计算机的工作过程(1)(1)u计算机的工作过程就是执行程序的过程计算机的工作过程就是执行程序的过程输入设备输入设备输出设备输出设备内存储器内存储器中央处理器中

24、央处理器程序程序执行结果执行结果地址地址/指令指令/数据数据控制命令控制命令控制命令控制命令481.1.计算机的计算机的指令系统指令系统指令：指令：是使计算机完成某个操作所发出的命令；是使计算机完成某个操作所发出的命令；指令系统：指令系统：一台计算机有许多作用不同的指令；一台计算机有许多作用不同的指令；所有所有指令集合指令集合称为该计算机的称为该计算机的指令系统指令系统；49指令指令和和程序程序程序：程序：按一定顺序组织在一起的指令序列。按一定顺序组织在一起的指令序列。机器指令：机器指令：硬件硬件能够能够直接识别直接识别并并执行执行的指令。的指令。50一条机器指令由两部分组成：一条机器指令由两

25、部分组成：操作操作码码和和操作操作数数。操作操作码码：指明该指令要完成的：指明该指令要完成的操作类型操作类型或或性质性质，如取数、做加法或输出数据等。如取数、做加法或输出数据等。操作操作数数：指明操作对象的：指明操作对象的内容内容或或所在单元地址所在单元地址。指令格式：指令格式：说明指令说明指令的功能的功能说明指令操说明指令操作的对象作的对象指令码指令码目标目标操作数操作数源源操作数操作数51指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作操作码操作码 操作数操作数 u数据传送指令u数据处理指令u程序控制指令u输入输出指令u其它指令

26、if gotoif goto And Or And OrCPUCPU内存内存I/OI/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 522.2.计算机工作原理计算机工作原理 计算机执行指令一般分为计算机执行指令一般分为两个阶段两个阶段：第第一一阶段称为阶段称为取指周期取指周期，第第二二阶段称为阶段称为执行周期。执行周期。指令执行的一般过程指令执行的一般过程 取指令取指令 分析指令分析指令 读取操作数读取操作数 执行指令执行指令 存放

27、结果存放结果53计算机的工作过程计算机的工作过程(2)(2)指令指令存取命令存取命令运算命令运算命令输入输入/输出命令输出命令原始数据原始数据命令命令/程序程序取数取数读读结果结果存数存数写写I/OI/O设备设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器数据线：数据线：控制线：控制线：54计算机执行计算机执行程序程序的方式的方式有有两种两种执行方式：执行方式：u顺序顺序执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。u并行并行执行：同时执行两条或多条指令。执行：同时执行两条或多条指令。553 3计算机主要技术指标计算机主要技术指标 字长字长一次并行处理的二进制数的

28、位数一次并行处理的二进制数的位数 ；主频主频CPUCPU的时钟频率的时钟频率 ；运算速度运算速度每秒执行指令的次数（每秒执行指令的次数（MIPSMIPS）；）；存储容量存储容量 ；存储周期存储周期一次完整存取的操作时间；一次完整存取的操作时间；561.7 1.7 数制及其运算数制及其运算计算机中采用具有计算机中采用具有两个不同稳态两个不同稳态的电子器件表示的电子器件表示数，这就是数，这就是二进制数二进制数。为书写和表示方便，引进。为书写和表示方便，引进八进制八进制和和十六进制十六进制数。数。1.7.1 1.7.1 进位计数制进位计数制 在进位计数制中有在进位计数制中有基数、位权基数、位权和和数

29、位数位3 3个要素。个要素。基数基数某个计数制中所包含的数码某个计数制中所包含的数码个数个数；数位数位-指数码在一个数中所处指数码在一个数中所处位置位置；位权位权-由由位置位置决定的决定的值值；（位权用基数（位权用基数R R的的i i次幂次幂R Ri i表示）。表示）。57十进制计数制十进制计数制u十进制数的十进制数的基数基数是是1010。数码有。数码有0909共共1010个数字符号个数字符号（用用D D表示表示）。）。1.1.数码处于不同位置代表不同数值数码处于不同位置代表不同数值取决于取决于位权位权。u因此，因此，301.6876301.6876可写成可写成权权展开表示式展开表示式：301

30、.6876301.68763 310102 20 010101 11 110100 06 610101 1 8 810102 27 710103 36 610104 4582.R2.R进制计数制进制计数制任意任意R R进制计数制同样有进制计数制同样有基数基数R R、位权位权R Ri i和和按权按权展开展开的的表示式表示式。R R可以是任意正整数。可以是任意正整数。任意一个任意一个R R进制数进制数N N可以表示为：可以表示为：N=AN=An-1n-1R Rn-1n-1+A+An-2n-2R Rn-2n-2+A+A1 1R R1 1+A+A0 0R R0 0+A+A-1-1R R-1-1+A+A

31、-m-mR R-m-m=iR1nmiia 59进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制规则规则逢逢二二进一进一逢逢八八进一进一逢逢十十进一进一逢逢十六十六进一进一基数基数R=2R=8R=10R=16基本符号基本符号0，10,1,2,70,1,2,90,1,9,A,B,F权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH常用的各种进制数的表示常用的各种进制数的表示601.7.2 1.7.2 不同进制间的转换不同进制间的转换 各种进制数之间存在一定的各种进制数之间存在一定的转换规则转换规则。R R进制数进制数(非十非十进制）进制）转换为转换为十进制十进制数数规则：规则：利用利

32、用按权展开方法按权展开方法，可以将任一进制数转换成，可以将任一进制数转换成十进制数。十进制数。方法：方法：只要将各位只要将各位数码数码与对应的与对应的位权位权乘积乘积进行进行相加，相加，和数和数就是对应的就是对应的十进制数十进制数。61【例【例1.7.11.7.1】将】将二二进制数转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（1101.10111101.1011）B B 1 12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0 1 12 21 10 02 22 21 12 23 31 12 24 4 （13.687513.6875）D D【例【例1.7.21.7.2】将】将八八进制数

33、转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（455.54455.54）o o4 48 82 25 58 81 15 58 80 05 58 8-1-1 4 48 8-2-2 25625640405 50.6250.6250.06250.0625（301.6875301.6875）D D 【例例1.7.3 1.7.3】将】将十六十六进制数转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（12D.B12D.B）H H 1 116162 22 216161 1131316160 0111116161 1（301.6875301.6875）D D622.2.十十进制数转换为进制数转换为R R进制数进制数（非十非十进

34、制）进制）规则：规则：将此数分成将此数分成整数整数与与小数小数两部分两部分分别转换分别转换，然后再将结果然后再将结果拼接拼接起来即可。起来即可。方法：方法：整数整数部分转换步骤：采用部分转换步骤：采用“除除R R取余取余法法”。u即将十制制整数不断即将十制制整数不断除除R R取取余数余数，直到，直到商商为为0 0。余数余数从右到左从右到左排列，排列，首次首次取得的取得的余数余数在在最右最右。63 小数小数部分转换步骤：采用部分转换步骤：采用“乘乘R R取整取整法法”。u即将十进制小数不断即将十进制小数不断乘以乘以R R取取整数整数，u直到直到小数部分为小数部分为0 0或或达到所求的精度达到所求

35、的精度为止为止（小数部分可能永远不会得到（小数部分可能永远不会得到0 0）；）；u所得的所得的整数整数从小数点从小数点自左往右自左往右排列，取有排列，取有效精度，首次取得的效精度，首次取得的整数整数放在放在最左最左。64【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)(301.6876)D D 转换成转换成二进制二进制数。数。整数部分整数部分2 2|301|301 2 2|150|150 余余数为数为 1 1 最最低低位位 2 2|75|75 余余数为数为 0 0 2 2|37|37 余余数为数为 1 1 2 2|18|18 余余数为数为 1 1 2 2|9|9 余余数为数为 0 0

36、2 2|4|4 余余数为数为 1 1 2 2|2 2 余余数为数为 0 0 2 2|1 1 余余数为数为 0 0 0 0 余余数为数为 1 1 最最高高位位 65【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)(301.6876)D D 转换成转换成二进制二进制数。数。小数部分小数部分0.68760.68762 21 1.37523752 整整数为数为 1 1 最最高高位位0.0.375237522 20 0.7504 .7504 整整数为数为 0 00.75040.75042 21 1.5008 .5008 整整数为数为 1 10.50080.50082 21 1.0016 .001

37、6 整整数为数为 1 1 最最低低位位 因此因此 (301)(301)D D (100101101)(100101101)B B (0.6876)(0.6876)D D (0.1011)(0.1011)B B 转换结果：转换结果：（301.6876301.6876）D D (100101101.1011)(100101101.1011)B B 663.3.二进制、八进制、十六进制数二进制、八进制、十六进制数（非十）（非十）间间的相互转换的相互转换 二进制、八进制和十六进制之间存在二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关系特殊关系：8 81 12 23 3 一位一位八进制数对应八进制数对应三位三位

38、二进制数；二进制数；16161 12 24 4 一位一位十六进制数对应十六进制数对应四位四位二进制数二进制数因此转换方法比较容易（表因此转换方法比较容易（表1.7.21.7.2）。）。67一位八进制数一位八进制数二进制二进制一位十六进制数一位十六进制数二进制二进制0000000001001100012010200103011300114100401005101501016110601107111701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F111168八八进制和进制和十六十六进制转换成进制转换成二二进制进制u每每一位一位八八进制数对应进制数对应三位三位二二进

39、制数。进制数。（1 1分分3 3）(7123.14)O=(111 001 010 011.001 100)B 7 1 2 3 1 4u每每一位一位十六十六进制数对应进制数对应四位四位二二进制数。（进制数。（1 1分分4 4）(2C1D.A1)H=(0010 1100 0001 1101.1010 0001)B 2 C 1 D A 169二二进制转换成进制转换成八八进制和进制和十六十六进制进制u转换成转换成 八八 进制时进制时三位三位二进制二进制一组一组。（3 3合合1 1）u转换成转换成十六十六进制时进制时四位四位二进制二进制一组一组。（4 4合合1 1）u分组方法分组方法：从从小数点小数点向

40、向两边两边三（四）位一组，三（四）位一组，位数不足位数不足整数整数前前补补0 0，小数，小数后后补补0 0。(11 0110 1110.1101 01)B=(0011 0110 1110.1101 0100)B=(36E.D4)H (11 0110 1110.1101 01)B=(001101 101 110.110 101)B=(1556.65)O70例：例：将二进制数将二进制数1 10010001011011101.10111011转换成十六进制数：转换成十六进制数：（0000001 1 00100010 11011101.10111011）B B（1 12D.B2D.B）H H 1 1

41、2 2 D D.B B 即：即：整数整数高位高位补零补零又如将二进制数又如将二进制数100100101101101101.1011.1011转换成八进制数：转换成八进制数：（100100 101101 101101.101.101 1 10000）B B（455.5455.54 4）O O 4 5 5.5 4 4 5 5.5 4即：即：小数小数低位低位补零补零711.7.3 1.7.3 数值表示及运算数值表示及运算1.1.机器数的概念机器数的概念u计算机内部计算机内部,表示数的表示数的正正、负负的的符号必须数码化符号必须数码化。将一个将一个带符号数带符号数在在机器中机器中的表示形式称为的表示形

42、式称为机器数机器数;而在而在机器外部机器外部由正负号表示的数称为由正负号表示的数称为真值数真值数。若一个数占若一个数占1616位位:规定规定最高位最高位为为符号位符号位，用用0 0表示表示“”号；号；用用1 1表示表示“”号，号，其余位表示其余位表示数值数值。例如：例如：真值数真值数为：为：-000000011000001000000011000001 其其机器数机器数为：为：1 1000000011000001000000011000001称为称为数符数符72数据在计算机中的表示方式数据在计算机中的表示方式2 2、真值数：真值数：+1001101 10011010100110 1+77+77

43、 符号位符号位值值机机器器数数/真真值值数数3 3、机器数机器数1 1、自然数自然数732.2.定点数定点数和和浮点数浮点数定点定点整整数数隐含隐含小数点小数点位置位置定点数定点数 固定固定隐含隐含位置位置浮点数浮点数不固定不固定隐含隐含位置位置定点定点小小数数u在定点数中在定点数中,小数点位置一旦固定小数点位置一旦固定,就不再改变。就不再改变。u定点数中又有定点数中又有定点整数定点整数和和定点小数定点小数之分。之分。742.2.定点数定点数和和浮点数浮点数 定点定点小数小数：小数点位置固定在：小数点位置固定在数值数值最高位最高位前面前面，用来表示用来表示小于小于1 1的的纯纯小数小数 定点定

44、点整数整数：小数点位置固定在：小数点位置固定在数值数值最低位最低位后面后面，用来表示整数。用来表示整数。1000001100000000数值部分数值部分小数点位置小数点位置数符数符75 定点定点整数整数的表示范围：的表示范围：272625242322212010000000128272625242322212011000000符号符号64-（2 27 7-1-1）N N（2 27 7-1-1）即即-127 N 127-127 N 12776任何任何浮点数浮点数都可表示为：都可表示为：N=N=S S1010j jj j:N:N的的阶阶码码J J前面的前面的：阶阶符符S S：N N的的尾数尾数；S

45、 S前面的前面的：数数符符二进制浮点数的规范化：二进制浮点数的规范化：尾数的最高位为尾数的最高位为1 1。例如：例如：110.001110.001的规范化格的规范化格式为：式为：0.0.1 110001100012 2+11+11阶阶符符阶阶码码数数符符尾数尾数77u机器数、定点数和浮点数都是机器数、定点数和浮点数都是用数据用数据第一位第一位表示表示数数的符号的符号，用其后各位表示数的绝对值。这种方法简，用其后各位表示数的绝对值。这种方法简单易懂，单易懂，称为称为“原码原码”编码方式编码方式。3.3.原码、反码和补码原码、反码和补码78 原码原码：最高位存放数的符号（最高位存放数的符号（0 0

46、为正，为正，1 1 为负）。为负）。数值部分用剩余的位以二进制形式表示。数值部分用剩余的位以二进制形式表示。例如：例如：X X10110100110011 X X原原0 010110100110011 X X10110100110011 XX原原1 110110100110011 反码反码：正数正数的反码是原码本身；的反码是原码本身；负数负数的反码表示为该数的反码表示为该数对应的正数对应的正数按位取按位取反反（包括符号位）（包括符号位）。例如：例如：正数正数 +00000001000100 的反码的反码 =0 000000001000100 负数负数 -00000001000100 的反码的反

47、码 =1 11111111011101179 补码补码：正数正数的补码的补码表示表示与原码相同与原码相同；负数负数的补码的补码等于等于其相应反码其相应反码加加1 1（在最低位加（在最低位加1 1）例如：例如：正数正数 00000001000100 补补 0 000000001000100负数负数 -000-00001000100 补补 00000001000100 反反1 1 1 11111111 10110111 11 11111111 1100100 80机器数机器数可以有可以有三种表示法：三种表示法：u原码原码u反码反码u补码补码811 0 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1

48、0 11 0 1 1 0 0 1 1在计算机在计算机内部内部数据是数据是以以补码补码形式出现形式出现带带符符号号的的机机器器数数-77-77 原码原码反码反码补码补码数据在计算机中的表示方式数据在计算机中的表示方式82u补码运算主要优点是补码运算主要优点是:对负数处理后对负数处理后将减法转化为加法将减法转化为加法。不论求和或求差，也不管参加运算的数正与负，不论求和或求差，也不管参加运算的数正与负，运算时运算时一律只做加法一律只做加法,大大简化运算。大大简化运算。83二进制加法运算规则二进制加法运算规则 0 0 1 1+0 +1 +0 +1 （加法）（加法）0 1 1 10 （向高位进位）（向高

49、位进位）01001110 01100101+1 +1 01001111 01100110 84补码运算：补码运算：已知：已知：X=11 ;Y=3;求：求：X+Y=?求：求：X+Y补补X补补Y补补X反反 00001011Y反反 11111100 00001011 +11111101 =00001000 X补补 00001011Y补补 11111101补码的补码的优点优点：数符也当数值数符也当数值参与运算。参与运算。Y原原 10000011X原原 00001011851.7.4 1.7.4 算术与逻辑运算算术与逻辑运算 计算机中数据采用计算机中数据采用二进制编码二进制编码形式实现算术运算形式实现算

50、术运算和逻辑运算。和逻辑运算。1.1.二进制数算术运算二进制数算术运算 二进制数算术运算与十进制数算术运算基本相同，二进制数算术运算与十进制数算术运算基本相同，也包括加、减、乘和除四则运算，但运算更简单。也包括加、减、乘和除四则运算，但运算更简单。862.2.二进制数逻辑运算二进制数逻辑运算u逻辑数据逻辑数据值值用于用于判断某个条件成立与否判断某个条件成立与否，u成立成立为为1 1 真真u反之反之为为0 0 假假u当要对多个条件进行判断时，则需要用当要对多个条件进行判断时，则需要用逻辑运算符逻辑运算符构成构成逻辑表达式逻辑表达式，结果还为逻辑值结果还为逻辑值。u逻辑运算主要包括逻辑运算主要包括