引言与计算机系统概述进制与编码.ppt

主讲：孙承爱 软件工程系(13#426) sun910213@ 13792902182–课程性质：计算机相关专业之专业基础课 –学时安排: 90学时(上课60学时，上机30学 时)上课在J7-415，上机在J13-332上机时间：4、5、7、9、11星期6上午3、4节 6、8、10、12-18星期5上午3、4节 –考核方式:考试成绩占70%，平时成绩30%(课堂 +上机+作业)，缺课1/3者不得参加考试上机单独计算学分，是另外一门课 –学习方法：多思考，多编程，多上机 –参考资料: •Internet+Baidu/Google •Donald Ervin Knuth,“The Art of Computer Programming”《计算机程序设计艺术》 卷1-基本算法 •课程性质、学时安排与考核本课程所讲内容及学时分配 第1章 结论 （5学时） 第2章 C语言概述（1学时） 第3章 基本数据类型与数据运算（5学时） 第4章 常用标准库函数（4学时） 第5章 C程序结构与控制语句（6学时） 第6章 数组（6学时） 第7章 函数（8学时） 第8章 预处理命令（1学时） 第9章 指针（12学时） 第10章 结构体与共用体（5学时） 第11章 文件（6学时） 第12章 综合应用举例（1学时）第1章 绪论 ¨1.1 计算机系统概述¨1.2 数据及其在计算机内部的表示¨1.3 问题求解与算法¨1.4 程序设计与程序设计语言¨1.5 计算机问题求解的过程1.1 计算机系统概述p计算机系统功能、组成、工作原理…p计算机系统功能– 功能：在程序控制下接收、存储数据并按程序要求 对数据进行加工处理进而输出结果 – 程序：为实现特定目标或解决特定问题而用计算机 编程语言编写的命令序列，是计算机解题的关键p计算机系统组成(原理)p计算机系统组成(部件)运算器:ALU,AC累加寄存器,MDR主存数据寄存器 CPU 计 控制器:PC,IR指令寄存器, MAR主存地址寄存器算 机 内存储器：RAM Cache ROM 硬 存储器 件 外存储器：硬盘 光盘 优盘 软盘 系 输入设备：键盘 鼠标 扫描仪 数码相机 统 输出设备：显示器 打印机 音箱 投影仪 “存储单元地址”主板示意图：I/O插槽CPU接口接口接口接口键盘硬盘鼠标打印机显示器用户电路光驱软驱总 线 控制电路串行接口并行接口键盘接口时钟RAMROM总线主机板p计算机工作原理¨基本原理：存储程序和程序控制。

¨先把指挥计算机如何进行操作的指令序列（程序）和 原始数据通过输入设备输送到计算机内存中每一条 指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么 操作，然后送到什么地址去等步骤 ¨计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过 控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据 进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把 结果送到内存中去接下来，再取出第二条指令，在 控制器的指挥下完成规定操作依此进行下去，直至 遇到停止指令 ¨计算机指令执行过程举例 ¨特点：程序与数据一样存储，按程序编排的顺序一步一 步地取出指令、自动地完成指令规定的操作，故称之为 存储程序工作原理，又称冯.诺依曼原理高级语言源程序举例#include void main() { int x,y; scanf(“%d”,if(x>0)y=x;elsey=-x;printf(“%d”,y);}程序 处理数据 结果输入 设备存储 器输出 设备运算 器控制 器p相关概念说明：Ø指令:能被计算机识别并直接执行的二进制代码，一条指 令对应计算机能完成的一种操作。

分算术运算指令、逻辑 运算指令、数据传送指令、程序流程控制指令、处理器控 制指令等，由操作码和操作数（地址码）两部分组成 Ø指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合 超级计 算机通常采用RISC架构(精简指令集计算机,几十条指令)， 桌面计算机为满足兼容性常采用CISC架构(复杂指令系统 计算机，几百条指令） Ø程序：为实现特定目标或解决特定问题而用计算机编程 语言编写的命令序列 Ø编程语言：机器语言 汇编语言 高级语言 Ø软件：程序及其相关文档的集合，是程序设计的最终结 果通常分为系统软件和应用软件两类，中间件介于两者 之间，为应用程序提供跨平台统一的服务接口小结：¨计算机系统功能¨计算机系统组成（原理和部件）¨计算机工作原理（原理和指令执行过程 ）¨指令、指令系统、程序与软件的区别， 应用软件、系统软件和中间件区别¨作业1：概述计算机系统组成¨作业2：概述计算机工作原理?引： 数据在计算机中的表示？图形图像数值文本音频视频§1.2 数据及其计算机内部表示p进位计数制及其转换 p各类数据的编码表示¨进制：用进位的方法进行计数的数制，如十进制 ¨数码：进制中用到的数字符号，如十进制中的0-9 ¨基数： 数制中数码的个数,如十进制基数为10 ¨位权：数码在不同位置上的权值例：十进制数(1 1 1 . 1 1 )1010110010-110n-110-mu进位计数制的相关概念u常见进制¨位权：(1111)2 (A15) 1622212320162161160表示：(1111)10 (1111)2 (1111)8 (1111)161111D 1111B 1111O 1111H 1111 × 01111 0x1111二进制逢2进1，只需0与1两个数码，易于用电 子元件表示,如可表示为磁性的正负、开关的开 与关,故计算机中采用二进制计数u进制转换非十进制数十进制数十进制数非十进制数二、八、十六进制之间的转换¨位权法：按位权展开求和¨例： 非十进制数 十进制数(1101.1)2 = 1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1= 8 + 4 + 0 + 1 + 0.5= (13.5)10(D.8)16 = 13+8*16-1= 13 + 0.5= (13.5)10(0111 1111)2 = 27-1=127 0x7FFF=215-1=32767十进制数 非十进制数1）将整数部分转为非十进制数2）将小数部分转换为非十进制数3）用小数点将两者连接起来¨取余法:除基取余倒排序,商为0时停止 例:将(11)10转为二进制，(75)10转为十六进制十进制整数 非十进制数结果： (1011)211215212210201结果： (4B)167516B41640¨取整法:乘基取整正排序,小数部分为零时停止 例：将(0.625)10转换为二进制与十六进制十进制小数 非十进制数0.625╳ 21.250╳ 20.50╳ 21.0结果为（ 0.101)21010.625╳ 85.000结果为（ 0.5)85例：将(11.625)10转换为二进制数十进制数 非十进制数112152122102010.625╳ 21.250╳ 20.50╳ 21.0101(1011 101)2整数从右向左三位并一位小数从左向右三位并一位 二进制 八进制八进制与二进制之间的转换一位拆三位 (100110110111.010 100 )2 ( 4 6 6 7 . 2 4 )8不足三位者用0补位HB小结：¨计算机计数原理与二、八、十六与十进 制间相互转换¨练习1：十进制转二进制和十六进制255 127 121.2存储单元地址0x00000x00010x00020xFFFF练习2：存储结构示意图位bit字节Byte容量？l1Byte=8 bit 1KB=210Bytel1TB=210GB 1GB=210MB 1MB=210KB?思考： 数据的表示？图形图像数值文本音频视频2.1 文本数据表示--字符编码 Ø ASCII码：用7位二进制数给字符编码,共128个西文字符, 机器内占1字节,最高位始终为0。

熟悉Aa0与空格等编码 Ø 扩展ASCII码：用8位二进制数给字符编码,共256 个字符 ，机器内占一字节各欧洲国家增加部分不尽相同 Ø 国标码: GB2312＝ASCII＋常用汉字＋符号； GBK＝GB2312＋不常用字（含BIG5繁体汉字）＋图形符号 GB18030＝GBK＋Ext-A(日文、朝鲜语等)＋图形符号 GB2312与GBK是双字节等宽编码,GB18030变长编码,有单 字节、双字节和四字节三种方式 Ø Unicode字符集：统用多8位编码字符集，只规定了符号 的二进制代码大小，未规定存储细节UTF-8就是在互联 网上使用最广的一种unicode的实现方式 它是一种变长 的编码方式,1-3个字节，与ASCII码兼容2.2数值数据表示—整数 u假设用2字节存储整数, 编码方法据整数类型不同而不同: Ø无符号整型:各位均为数值位, 将真值转换为二进制填到低 位,高位补零即可. Ø有符号整型:最高位为符号位0/1,其余N-1位为数值位有原 码、反码、补码三种编码方法 Ø 正整数的原码、反码和补码相同:符号位填0表正,将真值 转换为二进制填到低位,中间补零. Ø 负整数原码:符号位填1,真值转换为二进制填低位,中间补0 Ø 负整数反码:原码基础上符号位不变余变反. Ø 负整数补码:反码基础上加1(绝对值逐位变反末位加1)(77)100000 0000 01001101(+77)100符号位数值部分000000001001101 (-77)101000000001001101 (-77)101 111111110110010 (-77)101 1111111101100112.2数值数据表示—整数 ±说明：机器内对有符号整数实际采用补码表示:0表示法唯 一(+0和-0补码同);减运算可化为加运算(7-8与7+(-8))，且所 得结果仍然是补码;负数的补码再“求补”(逐位变反末位加1) 得绝对值 ±思考: 求±0与±32767的各种编码表示,求2字节补码的表示范 围? ±说明：为什么会有原码、反码、补码三种编码方案？注意 学习方法，要自觉，多思考，培养发现问题的能力！ (77)100000 0000 01001101(+77)100000000001001101 (-77)101000000001001101 (-77)101 111111110110010 (-77)101 11111111011001111000 00 012.2数值数据表示—实数-6.5D1 0 10……0¨IEEE754标准：规定了单精度浮点数和双精度浮点数两种 实数的表示法:将真值转化为二进制数, 并写成以2为基的科 学计数法形式(±1.M×2E),之后分符号位S、。