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大学计算机基础二大学计算机基础二第二章 计算机基础知识 主要内容主要内容 2.1 2.1 计算机系统组成计算机系统组成 2.2 2.2 计算机中数据的表示与存储计算机中数据的表示与存储 运算器运算器输出设备输出设备存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备数据数据指令指令结果结果冯诺依曼计算机（计算机基本组成结构）冯诺依曼计算机（计算机基本组成结构）主机主机•计算机由五大部分组成计算机由五大部分组成•程序、数据存放在内存程序、数据存放在内存•采用二进制采用二进制控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作执行算术运算执行算术运算和逻辑运算和逻辑运算存放程序存放程序和数据和数据2.1.2 计算机软件系统…服务程序服务程序语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包工具软件工具软件…系系统统软软件件应应用用软软件件软件包括计算机软件包括计算机运行所需的各种运行所需的各种程序、数据及其程序、数据及其有关技术文档有关技术文档不装备任何软件不装备任何软件的计算机称为裸的计算机称为裸机硬件是软件赖以硬件是软件赖以运行的物质基础，运行的物质基础，软件是计算机的软件是计算机的灵魂，是发挥计灵魂，是发挥计算机功能的关键。

算机功能的关键软件提高了机器软件提高了机器的效率、扩展了的效率、扩展了硬件功能，方便硬件功能，方便了用户使用了用户使用1.1.系统软件系统软件 （（1 1）操作系统）操作系统 操作系统是最重要的系统软件操作系统是最重要的系统软件, ,是计算机系是计算机系统软件的核心，是对计算机硬件、软件资源进行管统软件的核心，是对计算机硬件、软件资源进行管理、调度、控制和运行的一组程序，它也是用户与理、调度、控制和运行的一组程序，它也是用户与计算机之间的接口用户通过操作系统方便、顺利计算机之间的接口用户通过操作系统方便、顺利地操作计算机，而不必过问计算机硬件的具体细节地操作计算机，而不必过问计算机硬件的具体细节 常用的操作系统有：常用的操作系统有： Windows Windows 、、UnixUnix、、LinuxLinux等（（2 2）程序设计语言及语言处理程序）程序设计语言及语言处理程序 机器语言：机器语言：用二进制代码编写，机器能直接执行用二进制代码编写，机器能直接执行 汇编语言：汇编语言：用符号表示指令代码，需要汇编程序将用符号表示指令代码，需要汇编程序将其翻译成机器指令后才能运行。

其翻译成机器指令后才能运行 高级语言：高级语言：采用接近自然语言的字符或表达式、按采用接近自然语言的字符或表达式、按照一定的语法规则编写程序，需要高级语言编译程照一定的语法规则编写程序，需要高级语言编译程序将源程序编译生成目标程序后才能运行序将源程序编译生成目标程序后才能运行 程序设计语言分为面向过程和面向对象两类程序设计语言分为面向过程和面向对象两类  1 1）面向过程语言）面向过程语言 特点：特点：强调用计算机能够理解的逻辑来描述解决问强调用计算机能够理解的逻辑来描述解决问题的方法和步骤，不仅要说明做什么，还要说明如题的方法和步骤，不仅要说明做什么，还要说明如何做过分强调求解过程的描述，程序难以重复使何做过分强调求解过程的描述，程序难以重复使用 如：如：BasicBasic、、C C、、FORTRAN FORTRAN 、、COBOLCOBOL、、PASCALPASCAL  2 2）面向对象语言）面向对象语言 特点：特点：能够直接描述客观世界的事物，将一切事物能够直接描述客观世界的事物，将一切事物都看成具有属性和行为的对象通过抽象找出同一都看成具有属性和行为的对象。

通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为，并抽象成类通过类的类对象的共同属性和行为，并抽象成类通过类的继承实现代码重用，编程效率高继承实现代码重用，编程效率高 如：如：Visual BasicVisual Basic、、C++C++、、JavaJava等 任何一种高级语言或汇编语言编写的程序任何一种高级语言或汇编语言编写的程序( (称为源程序称为源程序) )，，都不能由计算机直接执行，必须通过相应的编译程序翻译成机都不能由计算机直接执行，必须通过相应的编译程序翻译成机器语言程序器语言程序( (称为目标程序称为目标程序) )后才能执行后才能执行, ,或者通过解释程序边或者通过解释程序边解释边执行不同的语言所对应的语言处理程序也是不同的解释边执行不同的语言所对应的语言处理程序也是不同的2. 2. 应用软件应用软件 应用软件是指除了系统软件以外的所有软件应用软件是指除了系统软件以外的所有软件, ,它是用户利用它是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序 -- -- 用于科学计算的软件包、办公自动化软件用于科学计算的软件包、办公自动化软件 -- -- 计算机辅助设计、辅助制造、辅助教学软件计算机辅助设计、辅助制造、辅助教学软件 -- -- 图形软件、工具软件图形软件、工具软件 应用软件是在系统软件支持下开发的，可以分为两种：应用软件是在系统软件支持下开发的，可以分为两种： （（1 1）用户程序）用户程序 用户程序是用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软用户程序是用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软件，在系统软件和应用软件包的支持下开发。

件，在系统软件和应用软件包的支持下开发 （（2 2）应用软件包）应用软件包 应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心设计的独立软件系统，可以满足同类应用许多用户需要的软件设计的独立软件系统，可以满足同类应用许多用户需要的软件 v位位 (bit ,(bit ,缩写为缩写为b b) ) 计算机中表示信息的最小单位，代码为计算机中表示信息的最小单位，代码为0 0和和1;n1;n位二进位二进制数能表示制数能表示2 2n n种状态v字节字节 (Byte,(Byte,缩写为缩写为B B) ) 计算机中存储信息的基本单位，每个字节由计算机中存储信息的基本单位，每个字节由8 8位二进位二进制数组成计算机是以字节来计算存储容量的制数组成计算机是以字节来计算存储容量的 1Byte=8bit 1Byte=8bit 1KB=1024B1KB=1024B 1MB=1024KB1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1TB=1024GBv字（字（WordWord）） 计算机进行数据处理和运算的单位，即计算机进行数据处理和运算的单位，即CPUCPU在单位在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数。

由若干字节时间内能一次处理的二进制数据的位数由若干字节组成，如组成，如1616位、位、3232位、位、6464位等，其包含的二进位个数位等，其包含的二进位个数称为字长称为字长2.1.3 计算机中常用数据存储单位（（1 1）） 指令和程序的概念指令和程序的概念 指指 令令: : 计算机硬件可执行的、完成某种操作的命令计算机硬件可执行的、完成某种操作的命令 指令由操作码和操作数两部分组成指令由操作码和操作数两部分组成, ,其格式如下其格式如下: : 操作码操作码 操作数操作数2.1.4 计算机的基本工作原理操作码：操作码：指明该指令要完成操作指明该指令要完成操作: :加、减、乘、除、传送等加、减、乘、除、传送等操作数操作数: : 指出被操作的对象所在存储单元地址指出被操作的对象所在存储单元地址, ,寄存器地址寄存器地址 及立即数或指出运算的结果应送到哪个单元中及立即数或指出运算的结果应送到哪个单元中 程程 序：序：根据解决某一问题的步骤，编制的指令序列根据解决某一问题的步骤，编制的指令序列。

①①数据传送指令：将数据在内存与数据传送指令：将数据在内存与CPUCPU之间进行传送之间进行传送②②数据处理指令：对数据进行算术、逻辑或关系运算数据处理指令：对数据进行算术、逻辑或关系运算 如如＋＋ －－ × ÷ × ÷ And OrAnd Or等等③③程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序如条件转移、程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序如条件转移、 无条件转移、子程序调用、返回、停机等无条件转移、子程序调用、返回、停机等 如如 If Goto If Goto 等等④④输入输入/ /输出指令输出指令: :实现外部设备与主机之间的数据传输实现外部设备与主机之间的数据传输⑤⑤其它指令其它指令: : 对计算机硬件进行管理等对计算机硬件进行管理等 一台计算机所有指令的集合称为该计算机的指令系统，不一台计算机所有指令的集合称为该计算机的指令系统，不同种类计算机指令系统所包含的指令数目与格式也不相同。

指同种类计算机指令系统所包含的指令数目与格式也不相同指令系统不仅是硬件设计的依据，而且是软件设计的基础令系统不仅是硬件设计的依据，而且是软件设计的基础计算机的指令系统计算机的指令系统(2) (2) 计算机的工作原理计算机的工作原理 计算机的工作过程就是执行指令的过程（三个阶段）计算机的工作过程就是执行指令的过程（三个阶段） 取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令 PC+1控制器控制器运算器运算器内存内存计算机根据程序计数计算机根据程序计数器的内容，将要执行器的内容，将要执行的指令从内存单元中的指令从内存单元中取出，并送到取出，并送到CPUCPU指指定的寄存器中定的寄存器中CPUCPU对取出的指令通对取出的指令通过译码器进行分析译过译码器进行分析译码，判断指令要完成码，判断指令要完成的操作CPUCPU根据指令分析结果，根据指令分析结果，向各部件发出完成该操向各部件发出完成该操作的控制信号，相关部作的控制信号，相关部件进行工作，完成指令件进行工作，完成指令规定的动作，并为下一规定的动作，并为下一条指令做好准备条指令做好准备思考：我们日常生活中的进制思考：我们日常生活中的进制………… 最常用的十进制最常用的十进制 星期：星期：七进制七进制 小时：小时：2424进制，分钟：进制，分钟：6060进制，秒：进制，秒：6060进制进制 月份：月份：1212进制进制 在计算机中采用二进制，使在计算机中采用二进制，使信息数字化容易实现，并可以用信息数字化容易实现，并可以用二值逻辑元件进行表示和处理。

二值逻辑元件进行表示和处理 2.2 数据在计算机中的表示与存储理理 解解 0 0 和和 1 1计算机中普遍采用的计数制计算机中普遍采用的计数制————二进制 物理上容易实现，适合逻辑运算，运算规律简单，可靠性好、通用性强物理上容易实现，适合逻辑运算，运算规律简单，可靠性好、通用性强 1 0 1 0 0 1 0 12.2.1 数的进位计数制及其转换1.1.数的进位计数制数的进位计数制数的进位计数制定义：数的进位计数制定义：v按进位的原则进行计数按进位的原则进行计数v逢逢R R进进1 1v采用位权表示法采用位权表示法基数：基数：若某种进位计数制中使用若某种进位计数制中使用了了R R个符号（个符号（0 0，，1 1，，2 2，，…,R-1…,R-1），），R R称为该进位计数制的基数称为该进位计数制的基数位权：位权：指一个数字在某个位置上指一个数字在某个位置上所代表的值，在不同的位置上所代所代表的值，在不同的位置上所代表的值是不同的，每个数字的位数表的值是不同的，每个数字的位数决定了数字位权，而各进位制中位决定了数字位权，而各进位制中位权的值是基数的某次幂。

权的值是基数的某次幂任何一种进位计数制表示的数都可以写成按权展开的多项式之和任何一种进位计数制表示的数都可以写成按权展开的多项式之和基数位权位权数码数码十进制v基数：基数：1010v10102 2，，10101 1，，10100 0，，1010-1-1，，1010-2-2分别是数的百位、十位、分别是数的百位、十位、个位、十分位、百分位的权个位、十分位、百分位的权v数码：数码：0 0，，1 1，，2 2，，3 3，，4 4，，5 5，，6 6，，7 7，，8 8，，9 9r进制N N= =a an n-1-1×r rn n-1-1＋＋a an n-2-2×r rn n-2-2＋＋…＋＋a a0 0×r r0 0＋＋a a-1-1×r r-1-1＋＋…＋＋a a- -m m×r r- -m mr r进制数进制数N N可表示为：可表示为：v基数：基数：r rvr rn-1n-1，，r rn-2n-2，，…,r…,r0 0，，r r-1-1，，r r-2-2，，… … r r-m-m分别是数某位的权分别是数某位的权v数码：数码：0 0，，1 1，，2 2，，……，，r-1r-1二进制二进制数按二进制数按““权权””展开的形式为展开的形式为: :v基数：基数：2 2v2 2n-1n-1，，2 2n-2n-2，，…,2…,20 0，，2 2-1-1，，2 2-2,… -2,… 2 2-m-m分别是数某位的权分别是数某位的权v数码：数码：0 0，，1 1v进位规则：进位规则： 低位向高位进位规则逢二进一，小数点向右移一位，数值低位向高位进位规则逢二进一，小数点向右移一位，数值扩大一倍，小数点向左移一位，数值缩小一倍。

扩大一倍，小数点向左移一位，数值缩小一倍 10011001.1111 .1111 100110011.111 1.111 100.1100.1111111八进制和十六进制（便于书写和记忆）十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制基基 数数10102 28 81616数字符号数字符号0 0～～9 90 0，，1 10 0～～7 70 0～～9 9 A A（（1010））B B（（1111））C C（（1212））D D（（1313））E E（（1414））F F（（1515））2. 二进制数的运算 加法：加法： 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 减法：减法： 0-0=0 0-1=1（（可向高位借位可向高位借位）） 1-0=1 1-1=0 1101+ 1110 11011 11011- 1110 1101二进制算数运算二进制算数运算 乘：乘：0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1 除：除：0÷0=0 0÷1=0 1÷0=（无意义）（无意义） 1÷1=1 1101×× 1010 0000 1101 0000+ 1101 10000010 101 1011 111011 1011 1111 1011 100在计算机内部，二进制的加法是基本运算，乘、除可以通过加、减在计算机内部，二进制的加法是基本运算，乘、除可以通过加、减和移位来实现。

和移位来实现二进制的逻辑运算 逻辑与：逻辑与：0∧∧0=0 0∧∧1=0 1∧∧0=0 1∧∧1=1ABF = A×B000010100111 逻辑与真值表逻辑与真值表两个运算对象都成立，结果为真两个运算对象都成立，结果为真 逻辑运算是指逻辑运算是指对某一给定条件，判断其对某一给定条件，判断其是否成立的一种运算是否成立的一种运算运算结果不表示数值运算结果不表示数值的大小，而是表示条件成立与否的大小，而是表示条件成立与否 生活中处处体现着逻辑生活中处处体现着逻辑二进制的逻辑运算 逻辑或：逻辑或：0∨∨0=0 0∨∨1=1 1∨∨0=1 1∨∨1=1 逻辑或真值表逻辑或真值表ABF = A+B000011101111两个运算对象有一方成立，结果为真两个运算对象有一方成立，结果为真  逻辑非：逻辑非： 0 =1 1 =0 AF = A0110 逻辑非真值表逻辑非真值表当开关当开关A A合上，电合上，电灯两端被短路。

电灯两端被短路电流从开关流从开关A A流走，流走，灯不亮3.不同进位计数制间的转换(1) (1) r r进制数（非十进制数）转化成十进制数进制数（非十进制数）转化成十进制数 方法：方法：数码乘以各自的权的累加数码乘以各自的权的累加 分别写出分别写出r r进制数的按权展开式，计算所得的值即进制数的按权展开式，计算所得的值即 为转换后的十进制数为转换后的十进制数 其中：其中：a a-m-m,…a,…a-1,-1,a a0 0，，a a1 1,a,a2 2,…,…，，a an-1n-1 为为系数（数码）系数（数码） r r为基数为基数 n n为项数为项数 例例2：： (3506.2) 8 = 3×83+5×82 +0×81 + 6 ×80 +2 × 8-1 = 1536+320+6+0.25 = (1862.25)10例例1:（（10101)2 =1×24+0 ×23+1 ×22+0 ×21+ 1×20 = 24 +22+1=(21)10例例3：：(A3E.5)16= = 10×162+3×161+14×160+5×16-1 = 2560+48+14+0.31 = (2622.31)10(2) (2) 十进制数转化成十进制数转化成r r进制数进制数方法：方法：分整数和小数两部分分别处理。

分整数和小数两部分分别处理整数部分：除以整数部分：除以r r取取余余数，直到商为数，直到商为0 0，余数从右到左，余数从右到左排列排列 （除（除r r取余，逆序排列）取余，逆序排列）小数部分：乘以小数部分：乘以r r取取整整数，整数从左到右排列数，整数从左到右排列 （乘（乘r r取整，顺序排列）取整，顺序排列） 0.23× 2 0.46× 2 0.92 × 2 1.84 × 2 1.68例：将（例：将（100.23））10 化为二进制化为二进制若小数保留若小数保留4 4位位结果为结果为:(100.23)10 =(1100100.0011)2001021005022251226322120011例：将例：将(100)10分别化为八进制和十六进制数分别化为八进制和十六进制数八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制结论结论：： 由由十十进制转换到进制转换到r r进制，可以把小数点作为分隔点，对进制，可以把小数点作为分隔点，对于其整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来。

于其整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来(3) 二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 八进制八进制 对应二进制对应二进制00001001201030114100510161107111每每3 3位二进制对应一位八进制数位二进制对应一位八进制数进制表示符号进制表示符号B ：二进制：二进制O：八进制：八进制D：十进制：十进制H：十六进制：十六进制 十六进制十六进制对应二进制对应二进制十六进制十六进制 对应二进制对应二进制0000081000100019100120010A101030011B101140100C110050101D110160110E111070111F11111515=8+4+2+1=8+4+2+1= =（（11111111））2 21111=8+0+2+1=8+0+2+1= =（（10111011））2 26 6=0+4+2+0=0+4+2+0= =（（01100110））2 2每每4 4位二进制对应一位十六进制数位二进制对应一位十六进制数例：将二进制数例：将二进制数1 101 101 110.110 101转换为八进制数转换为八进制数001 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5例：将二进制数例：将二进制数11 0110 1110.1101 01转换为十六进制数。

转换为十六进制数011 0110 1110.1101 0100(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4（（144)8=（（001 100 100)2 1 4 4v 一位八进一位八进制数对应制数对应三三位二进制数位二进制数v 二进制转化成二进制转化成八八(十六十六)进制进制 整数部分：整数部分：小数点为基准小数点为基准从右向左按三从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分：小数部分：小数点为基准小数点为基准从左向右按三从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零（（64)16= ( 0110 0100)2 6 4v 一位一位十六进制数对应十六进制数对应四四位二进制数位二进制数（4）二--十进制数（BCD码）v日常习惯使用十进制，为了让计算机能够识别、存日常习惯使用十进制，为了让计算机能够识别、存储十进制数，向计算机输入数据时仍采用十进制储十进制数，向计算机输入数据时仍采用十进制v计算机先将计算机先将十进制按位编码，每位十进制对应十进制按位编码，每位十进制对应4 4位位二进制表示二进制表示，计算机自动将其转换为二进制数，这，计算机自动将其转换为二进制数，这种编码称为种编码称为BCDBCD编码编码( (又称又称 84218421码）。

码）v主要用途帮助计算机自动实现主要用途帮助计算机自动实现十进制向二进制相互十进制向二进制相互转换转换vBCDBCD码取码取1010种状态表示十进制数码种状态表示十进制数码0 0～～9.9.既具有二进既具有二进制的形式，又具有十进制的特点，逢制的形式，又具有十进制的特点，逢“十十”进位二--十进制数（BCD码）（（75.475.4））D D = =（（0111 0101.0100)BCD 0111 0101.0100)BCD (1000 0101.0101)BCD (1000 0101.0101)BCD＝＝( 85.5)D( 85.5)D BCDBCD码与二进制之间的转换不码与二进制之间的转换不能直接进行，应先转换为十进能直接进行，应先转换为十进制后再转换为二进制制后再转换为二进制符号位符号位 “0”表示正表示正 、、 “1”表示表示负负2.2.2 数值数据的编码1.1.带符号数的机内表示带符号数的机内表示 10101100在计算机中数值型数据的正、负采在计算机中数值型数据的正、负采用用符号数字化符号数字化的方法，用的方法，用““0”0”，，和和““1”1”来表示，即指定最左边一来表示，即指定最左边一位表示数的符号，用位表示数的符号，用0 0代表正数，代表正数，用用1 1代表负数。

代表负数这种这种符号数字化符号数字化了的数称为了的数称为““机器机器数数””，而把机器数对应的原来用正，而把机器数对应的原来用正负符号和绝对值来表示的数值称为负符号和绝对值来表示的数值称为机器数的机器数的““真值真值””. .◇若一个数占若一个数占8 8位，位，-2C-2C（（H H）表示形式为：）表示形式为：对应的真值数为: (-010 1100)2◇◇机器数表示的范围受到字长的限制机器数表示的范围受到字长的限制 若表示一个整数：若表示一个整数： 字长为字长为8 8位，位， 最大值为最大值为0111111101111111，即，即2 27 7-1=127-1=127 字长为字长为1616位，最大值为位，最大值为01111111111111110111111111111111，即，即2 21515-1=32767-1=32767001011004444-44-440X1|X|0<=XX<=0+7：： 0 000 0111 +0：：00000000 －－7：： 1 000 0111 －－0：：10000000 [X]原原= 2. 2. 数的原码、反码和补码表示数的原码、反码和补码表示 在计算机中对在计算机中对带符号的机器数带符号的机器数常用原码、反码和补码三常用原码、反码和补码三种方式表示。

种方式表示 (1)(1)原码原码 假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8 8位位表示数的范围：表示数的范围： -127 ~ 127 1 111 1111 0 111 1111 整数整数X X的原码表示是：整数的符号位用的原码表示是：整数的符号位用““0”0”表示正，表示正，““1”1”表示负，其数值部分是该数的绝对值的二进制表示表示负，其数值部分是该数的绝对值的二进制表示在原码表示中，在原码表示中，0 0有有两种表示方法两种表示方法v原码表示法简单易懂，与其真值的转换也极为简单，原码表示法简单易懂，与其真值的转换也极为简单，在计算机中常用来实现乘除运算，但是加减运算不在计算机中常用来实现乘除运算，但是加减运算不方便v当两个数做加法运算时，如果两数码符号相同，则当两个数做加法运算时，如果两数码符号相同，则数值相加，符号不变；数值相加，符号不变；v如果两数值符号不同，数值部分实际上是相减，这如果两数值符号不同，数值部分实际上是相减，这时，必须比较两个数那个数绝对值大，才能决定谁时，必须比较两个数那个数绝对值大，才能决定谁减谁。

减谁例：例： X=+6 [X]X=+6 [X]原码原码=00000110=00000110Y=-3 [Y]Y=-3 [Y]原码原码=10000011=10000011X+Y=+6+X+Y=+6+（（-3-3））=6-3=3=6-3=3原码相加：得到原码相加：得到-9-9 00000110 00000110 +10000011 +10000011 10001001 …… 10001001 …… （（-9-9））因此，为了运算方便，计算机因此，为了运算方便，计算机中引入了反码和补码的概念，中引入了反码和补码的概念，将加减法运算统一转换为补码将加减法运算统一转换为补码的加法运算的加法运算 原码相减：得到原码相减：得到-3-3 0000011000000110 -10000011 -10000011 10000011…… -3 10000011…… -3（2）反码0X1|X|0<=XX<=0+7：： 0 000 0111 +0：： 0 000 0000 －－7：： 1 111 1000 －－0：：1 111 1111 [X]反反= 正数正数X X的反码与原码相同，负数的反码是对该的反码与原码相同，负数的反码是对该数的原码除数的原码除符号位外将各位取反符号位外将各位取反，，0 0变变1 1，，1 1变变0 0，数，数的的符号位为符号位为1 1。

在反码表示中，在反码表示中，0 0有有两种表示方法两种表示方法补码表示中：补码表示中：0 0的唯一表示：的唯一表示： [+0]=[-0]=00000000[+0]=[-0]=00000000可以用多出来的编码可以用多出来的编码1000000010000000来扩展补码的表示范围，值为来扩展补码的表示范围，值为-128-128最高位最高位1 1即可看做符号位负数，又可表示为数值即可看做符号位负数，又可表示为数值表示数的范围：表示数的范围： -128-128～～127127+7：： 0 000 0111 +0：：0 000 0000 0X1|X|+10<=XX<=0－－7：：1 111 1001 －－0：：0 000 0000 [X]补补= 正数正数X X的补码与原码相同，负数的补码是其的补码与原码相同，负数的补码是其反码加反码加1 1即数的符号位为数的符号位为1 1，其数值为数的绝对值取反并在，其数值为数的绝对值取反并在最末尾加最末尾加1 13）补码•在计算机中，加减法基本上采用补码运算，加减法在计算机中，加减法基本上采用补码运算，加减法运算都可以用加法实现，数的符号也可以当做数值运算都可以用加法实现，数的符号也可以当做数值一起参与运算。

一起参与运算 •当运算结果超出其表示范围时，会产生当运算结果超出其表示范围时，会产生““溢出溢出””（得出不正确的结果）得出不正确的结果）例例1：： 利用补码进行（利用补码进行（+6））+（（-3）运算X=+6 [X]原原=00000110 [X]补补=00000110Y=-3 [Y]原原=10000011 [Y]补补=11111101 两数相加两数相加 00000110 ………… +6的补码的补码 +11111101 ………… -3的补码的补码 100000011 ………… +3的补码的补码例例2：： 计算计算-13+12的值X= -13 [X]原原=10001101 [X]反反=11110010 [X]补补=11110011Y=+12 [Y]原原=00001100 [Y]反反=00001100 [Y]补补=00001100 两数相加两数相加 11110011 ………… -13的补码的补码 + 00001100 ………… +12的补码的补码 11111111 ………… -1 的补码的补码 -1：： 1000 0001（原）（原） 1111 1110 （反）（反） 1111 1111（补）（补）3.3.定点数与浮点数定点数与浮点数 定点整数定点整数 S小数点小数点无符号位无符号位S小数点小数点 定点小数定点小数 定点数是指规定小数点固定在某一位置上。

定点数分定点数是指规定小数点固定在某一位置上定点数分为定点整数和定点小数为定点整数和定点小数1）定点数表示小数点固定在机器数小数点固定在机器数的最低位之后的最低位之后小数点固定在小数点固定在符号位之后符号位之后数的范围有限数的范围有限（（2 2）浮点数表示）浮点数表示二进制数可表示为：二进制数可表示为： 110.011(B)=1.10011×2+10尾数尾数的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定数的范围数的范围 浮点数是指小数点位置可以任意浮动的数数学中称为实数浮点数是指小数点位置可以任意浮动的数数学中称为实数科学记数法表示：十进制数科学记数法表示：十进制数 -12345678 可表示为：可表示为： -12345678 = -1.2345678  107计算机中采用以计算机中采用以2为底的科学记数法存储：为底的科学记数法存储： N= 数符数符尾数尾数2阶码阶码 （其中：数符（其中：数符0为正，为正，1为负，尾数和阶码都用为负，尾数和阶码都用二进制数二进制数表示）表示）IEEE 754标准（美国电气电子工程师协会IEEE，1985） 将浮点数分成两类将浮点数分成两类: : 单精度（单精度（FloatFloat）和双精度数（）和双精度数（DoubleDouble）。

•单精度数用单精度数用3232位表示：数符位表示：数符1 1位，阶码位，阶码8 8位，尾数位，尾数2323位位•双精度数用双精度数用6464位表示：数符位表示：数符1 1位位, , 阶码阶码1111位位, ,尾数尾数5252位位•为了处理负指数的情况，实际数据的指数存储时数值加为了处理负指数的情况，实际数据的指数存储时数值加上上127127（（2 27 7-1-1）后进行存储尾数只存储小数部分后进行存储尾数只存储小数部分 单精度浮点数机内存储格式（占单精度浮点数机内存储格式（占4 4个字节，个字节，3232位）位） 阶码数符尾数1位位8位位23位位2.2.3 非数值数据的编码 1.1.字符编码（字符编码（ASCIIASCII码）码） (American Standard Code for Information Interchange)ü128128个常用字符，用个常用字符，用7 7位二进制编码，最高位为位二进制编码，最高位为0 0，从，从0 0到到127127ü控制字符控制字符3434个个：：0 0～～3232，，127127；；ü普通字符：普通字符：9494个。

个例如：例如：““a”a”字符的编码为字符的编码为110 0001110 0001，，61H61H, ,对应的十进制数是对应的十进制数是9797；； 空格空格 20 20H H 　　 32 32 ‘0’ ‘0’～～‘9’ 30H‘9’ 30H～～39H 4839H 48～～5757 ‘A’ ‘A’～～‘Z’ ‘Z’ 41H 41H～～5AH 655AH 65～～9090 ‘a’ ‘a’～～‘z’ 61H‘z’ 61H～～7AH 7AH 97 97～～122122 2.汉字编码汉字在计算机也要采用二进制表示，在计算机系统中，汉字的汉字在计算机也要采用二进制表示，在计算机系统中，汉字的输入，内部处理，输出编码是不相同的输入，内部处理，输出编码是不相同的。

拼拼音音五五笔笔等等GB2312-1980GB2312-1980标准汉字字符标准汉字字符集，规定在不同的汉字系集，规定在不同的汉字系统中进行汉字交换时使用统中进行汉字交换时使用的编码，简称国标码，两的编码，简称国标码，两个字节汉字在机器内部的表示汉字在机器内部的表示形式，是内部存储，处形式，是内部存储，处理，传输汉字的代码，理，传输汉字的代码，两个字节两个字节1616位表示一个位表示一个汉字为了区分西文字符的机为了区分西文字符的机内码，每个字节的最高内码，每个字节的最高位设为位设为1.1.每个每个汉字汉字字形码在字形码在汉字字库汉字字库中中的相对的相对位移地址位移地址(1) (1) 汉字输入码汉字输入码编码原则编码原则: :编码短编码短, ,击键次数少击键次数少; ;重码少重码少, ,易于实现盲打易于实现盲打; ;易于记忆易于记忆① ① 数字编码：数字编码： 用用4 4位数字代表一个汉字，如国标区位码、电报码等位数字代表一个汉字，如国标区位码、电报码等 GB2312 GB2312标准将标准将67636763个汉字和个汉字和700700多个符号分成多个符号分成9494个区，每个区个区，每个区存放存放9494个汉字和符号。

无重码，但是记忆困难个汉字和符号无重码，但是记忆困难 如：中如：中 5448 5448 华华 2710 2710 十进制十进制② ② 拼音编码：拼音编码： 以汉语拼音为基础的输入法，常用有智能以汉语拼音为基础的输入法，常用有智能ABCABC、微软拼音、紫、微软拼音、紫光、全拼、搜狗等简单易学，重码，拼音为基础）光、全拼、搜狗等简单易学，重码，拼音为基础）③ ③ 字形编码：字形编码： 以汉字的形状确定的编码，如五笔字型、表形输入法无以汉字的形状确定的编码，如五笔字型、表形输入法无重码，快，专业人员）重码，快，专业人员）(2) (2) 汉字国标码汉字国标码(GB2312(GB2312－－80)——80)——汉字交换码汉字交换码 GB2312-80GB2312-80标准汉字字符集，规定在不同的汉字系标准汉字字符集，规定在不同的汉字系统中进行汉字交换时使用的编码，简称国标码统中进行汉字交换时使用的编码，简称国标码 每个汉字用两个字节表示每个汉字用两个字节表示 汉字分区，每个区汉字分区，每个区9494个汉字个汉字, ,每个区每个区9494个位。

个位 以以1616进制表示进制表示 区位码转换为国标码的方法：区位码转换为国标码的方法：（（1 1）区位码分成区号和位号，先分别转换成）区位码分成区号和位号，先分别转换成十六进制数表示十六进制数表示 （（2 2）（区位码的十六进制表示）＋）（区位码的十六进制表示）＋2020H2020H＝国＝国标码；标码； 以汉字以汉字““大大””为例，为例，““大大””字的区位码为字的区位码为2083 2083 区号为区号为2020，位号为，位号为83 83 将区位号将区位号20832083转换为十六进制表示为转换为十六进制表示为14 53H 14 53H 1453H 1453H＋＋2020H2020H＝＝3473H3473H，得到国标码，得到国标码3473H3473H(3)(3)机内码机内码: : 为区别为区别ASCIIASCII码码, ,将汉字国标码的每个字节的将汉字国标码的每个字节的最高位设为最高位设为1 1，形成了在计算机内部用来进行汉字存储、运算的编码。

形成了在计算机内部用来进行汉字存储、运算的编码 以汉字以汉字““大大””为例，为例，““大大””字的区位码为字的区位码为20832083，国标码为，国标码为34 73H34 73H，， 二进制：二进制： 0 0011 0100 011 0100 0 0111 0011 111 0011 国标码国标码 二进制：二进制： 1 1011 0100 011 0100 1 1111 0011 111 0011 机内码机内码 B 4 F 3B 4 F 3 34 73H 34 73H＋＋80 80H80 80H＝＝B4 F3HB4 F3H，得到机内码为，得到机内码为B4F3HB4F3H 国标码转换为机内码：国标码转换为机内码：国标码国标码+8080H=+8080H=机内码机内码将汉字的各种输入码在计算机内部统将汉字的各种输入码在计算机内部统一起来，汉字输入码在机器内部转化一起来，汉字输入码在机器内部转化为机内码。

为机内码 汉字 区位码 国标码 汉字内码 中 5448 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 2710 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B Ø计算机处理字符数据时，当遇到最高位为计算机处理字符数据时，当遇到最高位为1 1的字节，便的字节，便将该字节连同其后续最高位为将该字节连同其后续最高位为1 1的另一个字节看做一个的另一个字节看做一个汉字；当遇到最高位为汉字；当遇到最高位为0 0时，则可看做一个时，则可看做一个ASCIIASCII码西文码西文字符，这样就实现了汉字、西文字符的共存和区分字符，这样就实现了汉字、西文字符的共存和区分（（4 4）汉字字形编码）汉字字形编码点阵：用点阵表示的码，是汉字的点阵：用点阵表示的码，是汉字的输出形式它把汉字排成点阵常输出形式它把汉字排成点阵常用用16×1616×16、、24×2424×24、、32×3232×32、、48×4848×48或更高二进制位来存储。

或更高二进制位来存储一个一个16*1616*16点阵的汉字字形占用点阵的汉字字形占用3232个个字节，字节，24*2424*24要占用要占用7272个字节编码、存储方式简单、无需转换直编码、存储方式简单、无需转换直接输出接输出放大后产生的效果差放大后产生的效果差这类点阵字库汉字最大的缺点是不这类点阵字库汉字最大的缺点是不能放大，一旦放大后就会发现文字能放大，一旦放大后就会发现文字边缘的锯齿边缘的锯齿矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式与点阵相反矢量方式与点阵相反 矢量图是用一系列计算指令来表示的图矢量图是用一系列计算指令来表示的图，因此矢量图是用数，因此矢量图是用数学方法描述的图，本质上是很多个数学表达式的编程语言表达学方法描述的图，本质上是很多个数学表达式的编程语言表达画矢量图的时候如果速度比较慢，可以看到绘图的过程画矢量图的时候如果速度比较慢，可以看到绘图的过程 矢量字库保存的是对每一个汉字的描述信息，比如一个笔划矢量字库保存的是对每一个汉字的描述信息，比如一个笔划的起始、终止坐标，半径、弧度等等的起始、终止坐标，半径、弧度等等。

在显示、打印这一类字库时，要经过一系列的数学运算才能在显示、打印这一类字库时，要经过一系列的数学运算才能输出结果这一类字库保存的汉字理论上可以被无限地放大，笔输出结果这一类字库保存的汉字理论上可以被无限地放大，笔划轮廓仍然能保持圆滑，打印时使用的字库均为此类字库划轮廓仍然能保持圆滑，打印时使用的字库均为此类字库 Windows Windows使用的字库也为以上两类，在使用的字库也为以上两类，在FONTSFONTS目录下，如果字目录下，如果字体扩展名为体扩展名为FONFON，表示该文件为点阵字库，扩展名为，表示该文件为点阵字库，扩展名为TTFTTF则表示矢则表示矢量字库 键盘输入与屏幕显示键盘输入与屏幕显示0本章小结本章小结 本章主要介绍了计算机系统的组成，计算机的本章主要介绍了计算机系统的组成，计算机的基本工作原理、计算机中数据的表示与存储基本工作原理、计算机中数据的表示与存储 学习的重点是理解和掌握计算机系统结构最本学习的重点是理解和掌握计算机系统结构最本质的特征、计算机工作的基本原理，掌握各种数制质的特征、计算机工作的基本原理，掌握各种数制的转换的转换, ,了解计算机中数据的存储。

了解计算机中数据的存储思思 考考 题题1 1．计算机由哪几个部分组成？．计算机由哪几个部分组成？2 2．冯诺依曼计算机体系结构的核心是什么？．冯诺依曼计算机体系结构的核心是什么？ 3 3．指令和程序有什么区别？．指令和程序有什么区别？4 4．．带符号的数在计算机中是如何运算的？带符号的数在计算机中是如何运算的？5.5. 浮点数在计算机中是如何表示的？浮点数在计算机中是如何表示的？6 6．． “D D”、、“d d”、、“3 3”和空格的和空格的ASCIIASCII码值？码值？7 7．．矢量图字库与点阵字库的区别？矢量图字库与点阵字库的区别？ 。