第一章 计算机基本知识

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1 微机原理与接口 2014 年秋

2 傅老师信息学院电子科学与技术系 电四楼 309 室 staff.ustc.edu.cn/~zqfu

3 工程类课程 重视练习 软 硬 兼施 不要钻牛角尖 授课内容有侧重 考查方式 闭卷考试 卷面成绩约 70%, 平时约成绩 30( 正常情况 ) 平时成绩 ( 作业 / 实验 / 综述文章 )

4 第一章计算机基本知识 1 绪论 2 计算机的发展概况 3 微型计算机中信息的表示及运算基础

5 1.1 绪论 计算机之父 冯 诺依曼

6 冯 诺依曼 (John von Neumann,1903~1957),20 世纪最重要的数学家之一, 在现代计算机 博弈论和核武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一, 被称为 计算机之父 和 博弈论之父 原籍匈牙利 布达佩斯大学哲学博士 先后执教于柏林大学和汉堡大学 1930 年前往美国, 后入美国籍 历任普林斯顿大学 普林斯顿高级研究所教授, 美国原子能委员会会员 美国全国科学院院士 早期以算子理论 量子理论 集合论等方面的研究闻名, 开创了冯 诺依曼代数 第二次世界大战期间为第一颗原子弹的研制作出了贡献 为研制电子数学计算机提供了基础性的方案 1944 年与摩根斯特恩 (Oskar Morgenstern) 合著 博弈论与经济行为, 是博弈论学科的奠基性著作 晚年, 研究自动机理论, 著有对人脑和计算机系统进行精确分析的著作 计算机与人脑 主要著作有 量子力学的数学基础 (1926) 计算机与人脑 (1958) 经典力学的算子方法 博弈论与经济行为 (1944) 连续几何 (1960) 等 ( 百度百科 )

7 1.1 绪论 计算机之父 阿兰 麦席森 图灵

8 阿兰 麦席森 图灵 (Alan Mathison Turing, ), 英国数学家 逻辑学家, 被称为计算机科学之父 人工智能之父 1931 年图灵进入剑桥大学国王学院, 毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位, 二战爆发后回到剑桥, 后曾协助军方破解德国的著名密码系统 Enigma, 帮助盟军取得了二战的胜利 阿兰 麦席森 图灵,1912 年生于英国伦敦,1954 年死于英国的曼彻斯特, 他是计算机逻辑的奠基者, 许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家 他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念, 对于人工智能, 它提出了重要的衡量标准 图灵测试, 如果有机器能够通过图灵测试, 那他就是一个完全意义上的智能机, 和人没有区别了 他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人, 现在人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为 图灵奖 上中学时, 他在科学方面的才能就已经显示出来, 这种才能仅仅限于非文科的学科上, 他的导师希望这位聪明的孩子也能够在历史和文学上有所成就, 但是都没有太大的建树 少年图灵感兴趣的是数学等学科 ( 百度百科 )

9 阿兰 麦席森 图灵 (Alan Mathison Turing) 在加拿大他开始了他的职业数学生涯, 在大学期间这位学生似乎对前人现成的理论并不感兴趣, 什么东西都要自己来一次 大学毕业后他前往美国普林斯顿大学, 也正是在那里, 他制造出了以后称之为图灵机的东西 图灵机被公认为现代计算机的原型, 这台机器可以读入一系列的零和一, 这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤, 按这个步骤走下去, 就可以解决某一特定的问题 这种观念在当时是具有革命性意义的, 因为即使在 50 年代的时候, 大部分的计算机还只能解决某一特定问题, 不是通用的, 而图灵机从理论上却是通用机 在图灵看来, 这台机器只用保留一些最简单的指令, 一个复杂的工作只用把它分解为这几个最简单的操作就可以实现了, 在当时他能够具有这样的思想确实是很了不起的 他相信有一个算法可以解决大部分问题, 而困难的部分则是如何确定最简单的指令集, 怎么样的指令集才是最少的, 而且又能顶用, 还有一个难点是如何将复杂问题分解为这些指令的问题 ( 百度百科 )

10 阿兰 麦席森 图灵 (Alan Mathison Turing) 1936 年, 图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文, 题为 论数字计算在决断难题中的应用 在这篇开创性的论文中, 图灵给 可计算性 下了一个严格的数学定义, 并提出著名的 图灵机 (Turing Machine) 的设想 图灵机 不是一种具体的机器, 而是一种思想模型, 可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置, 用来计算所有能想象得到的可计算函数 图灵机 与 冯 诺伊曼机 齐名, 被永远载入计算机的发展史中 1950 年 10 月, 图灵又发表了另一篇题为 机器能思考吗 的论文, 成为划时代之作 也正是这篇文章, 为图灵赢得了 人工智能之父 的桂冠 ( 百度百科 )

11 1 1 绪论 人类关于 计算 的历程 (timeline.pdf) 1946 年 2 月 15 日世界第一台电子计算机问世 1946 年世界上第一台电子计算机 (ENIAC, 电子数字积分计算机 ) 由美国宾夕法尼亚大学研制成功 它重达 30 吨, 占地 170 平方米, 耗电 140 千瓦, 用了 多个电子管, 每秒钟能做 5000 次加法.

12

13 1 1 绪论 运作了九年之久 耗电很大, 据传 ENIAC 每次一开机, 整个费城西区的电灯都为之黯然失色 另外, 真空管的损耗率相当高, 几乎每 15 分钟就可能烧掉一支真空管, 操作人员须花 15 分钟以上的时间才能找出坏掉的管子, 使用上极不方便 曾有人调侃道 : 只要那部机器可以连续运转五天, 而没有一只真空管烧掉, 发明人就要额手称庆了 ( 但 ENIAC 不是真正的冯 诺伊曼机 )

14 1 1 绪论 1 计算机硬件设备由存储器 运算器 控制器 输入设备和输出设备 5 部分组成 2 存储程序思想 把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序, 然后把程序和数据一起输入计算机, 计算机对已存入的程序和数据处理后, 输出结果 冯 诺依曼最先提出程序存储的思想, 并成功将其运用在计算机的设计之中, 根据这一原理制造的计算机被称为冯 诺依曼结构计算机, 世界上第一台冯 诺依曼式计算机是 1949 年研制的 EDVAC (Electronic Discrete variable Automatic Computer, 离散变量自动电子计算机 ) ( 百度百科 )

15 1 1 绪论 计算机有五个基本部件 : 运算器 控制器 存储器 输入器 输出器 奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础 存储程序, 程序和数据不加区分 ( 冯诺依曼机 )

16 1 1 绪论

17 CPU

18 几个概念 CPU= 控制器 + 运算器 计算机主机 =CPU+ 存储器 计算机硬件系统 计算机软件系统 计算机系统 字长 :CPU 并行处理二进制的数据位数 8 位机 16 位机 32 位机和 64 位机

19 1 2 计算机的发展概况 一 计算机的发展概况第一代 : 电子管计算机时代 (1947~1957) 第二代 : 晶体管计算机时代 (1958~1964) 第三代 : 集成电路计算机时代 (1964~ 1972) 第四代 : 超大规模集成电路 (VLSI) 计算机时代 (1972 年 ~ ) 第五代 : 智能计算机 (1981 年 ~ )

20 第一代 : 电子管计算机 (1946 年 1957 年 ) 用真空电子管构成运控器, 用延迟线或磁芯为内存, 以纸带 卡片或磁带为外存 软件只有机器语言或汇编语言 主要用于科学计算 机器体积庞大 耗电多 价格昂贵,ENIAC 是其代表机型

21 第二代 : 晶体管计算机 (1958 年 1964 年 ) 采用晶体管做基本器件, 仍以磁芯为内存, 以磁带或磁盘为外存, 运算速度约几十万次 / 秒 开始配用高级算法语言, 如 BASIC FORTRAN 和 COBOL 主要用于事务管理和工业控制, 代表机型是 IBM 7000 系列计算机 与第一代相比, 有体积小 速度快 能耗少 价格低等显著优点, 扩大了计算机的应用领域

22 第三代 : 集成电路计算机 (1964 年 1972 年 ) 以中 小规模集成电路为基本器件, 开始采用半导体存储器做内存, 以磁带或磁盘为外存, 运算速度达到几十万 ~ 几百万次 / 秒 除了能运行多种高级算法语言外, 还配置了操作系统, 除用于数值计算外, 也开始在管理和控制领域发挥作用 代表机型是 IBM System /360, 其优点是体积更小 速度更快 能耗更小 寿命更长 从这个阶段开始, 计算机的设计和制造领域出现了标准化 通用化和系列化的格局

23 1964 年, 美国 IBM 公司研制成功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列 IBM360 系统 IC 芯片与插座 IBM360 计算机 机内的集成电路板

24 第四代 :LSI 和 VLSI 计算机 (1972 年至今 ) 从 20 世纪 70 年代初, 大规模和超大规模集成电路 (Very Large Scale Integration,VLSI) 开始被应用到计算机设计中, 并因此诞生了微处理器, 高密度的半导体存储器 大容量磁盘和光盘被广泛采用 运算速度从几百万次 / 秒发展到了几百万亿次 / 秒, 科学家已经开始用单位 pflops( 即每秒千万亿 (10 15 ) 次浮点运算 ) 作为当代计算机的速度单位 计算机正在各领域发挥着巨大作用, 同时促进了互联网技术和多媒体技术的空前发展, 计算机真正开始改变我们的生活

25 今天的计算机 主要用于游戏和上网的平板电脑或掌上型电脑 (Pad) 超薄超轻的超级本电脑 (Ultra book),13mm 厚, 采用 22nm 低功耗 CPU, 电池续航 12 小时

26 今天的计算机 采用触摸屏和 Win8 操作系统的一体机 采用主频 3.4GHz, 双核 4 线程 CPU 设计的台式计算机

27 今天的计算机 运算速度 1206 万亿次的国产天河 1 号巨型计算机

28 今天的计算机 堡垒主机是目前信息化程度和信息安全需求较高的行业应用较为普遍的最新的安全防护技术平台

29 计算机的发展趋势 当前, 计算机的发展仍处在 VLSI 时代, 其发展趋势可用 巨 - 微 - 网 - 智 这四个字来概括, 即 : 功能巨型化 : 研制千万亿次巨型机, 用于天气预报 天文现象探索 地震机理研究 石油和地质勘探 卫星图像处理 IC 设计和军事等需要大量科学计算的领域 体积微型化 : 便携式和掌上电脑涌现, 其体积缩小, 价格便宜, 智能手机 新型电器也都体现了体积微型化 资源网络化 : 引入了云计算, 大力发展网络和通信技术, 通过网络使用远程资源, 共享程序 数据和信息资源, 开展科技合作 处理智能化 : 计算智能引入计算机, 并研制出有听 说 读 写和思维推理能力的计算机, 这是 21 世纪的主攻目标 目前离 智能 距离很大, 需要付出很大努力才能迈入智能计算机时代

30 微型计算机的发展

31 微型计算机的诞生 1.3 微型计算机的发展 1971 年 11 月 15 日,Intel 公司开发成第一个微处理器 4004, 集成 2300 晶体管, 字长 4 位, 含 45 条指令, 每秒执行 5 万条指令 被用于 Busicom 计算器设计 在 年,Intel 又推出了 8 位微处理器 和 8085, 其它产品有 Z80(Zilog) MC6800 (Motorola) MOS 6502(MOS 科技 ) CDP 1802(RCA) 8080 是 40 脚芯片, 含 6000 晶体管,16 根地址线,8 根数据线, 2MHz 频率, 每秒执行 29 万条指令 1974 年, 用 8080 设计的计算机 Altair 8800 问世

32 早期的微处理器 Intel 8080 Intel 4004 Intel 8008 Intel 8085 MOS 6502 Motorola MC 6800 Zilog Z80

33 1977 年, 采用 6502 的第一台个人机 AppleⅡ 问世, 由苹果 (Apple) 公司形成 8 位微型机产品 苹果机 (Apple II) 安装在手工制作的木头机箱里的 Apple II 原型机

34 微机操作系统 早期 8 位机配的 CP/M 操作系统,16 位 PC 机用 MS-DOS 或 PC-DOS 操作系统 Apple 产品最早使用视窗操作系统, 在 90 年代初的苹果电脑 Machintoch 上配置了黑白视窗操作系统, 很受欢迎 因机器太贵, 它未能得到发展 1983 年, 微软向苹果购买了 Apple 视窗操作系统 1985 年, Windows 1.0 问世, 为 16 位 PC 机提供初步图形用户界面 1990 年推出 Win3.0, 1992 年推出 Win3.1, 1995 年发布的 Win95, 把微软推向计算机软件业的巅峰 接着, 又推出了 Win 98,Win 2000,WinMe(2000 年 ), WinXP(2001 年 ),Win2003,WinVista(2007 年 ),Win7 (2009 年 ) 等台式机视窗操作系统 最新的 Win 8 也已使用

35 难忘的 Windows 1985 年 Windows 年 Windows3.0 Windows1.0 的工作界面 1992 年 Windows3.1

36 难忘的 Windows 1995 年 Win 年 Win 年 Win 年 WinXP

37 难忘的 Windows 2006 年 Windows 年 Windows8 Win7 的一个桌面 Win8 的激活界面

38 个人计算机的发展历史 微型机问世 40 多年来, 以 Intel AMD 等为代表的一大批芯片制造商, 为微型机提供了数十个品种几百个型号的 CPU 数据宽度从 4 位 8 位 16 位发展到了 32 位和 64 位, 一个芯片内包含的 CPU 核心, 从单一的核心发展到双核乃至 4 个 6 个和 8 个等多个核心 当前, 微型机的发展已经进入了智能多核时代

39 个人计算机的发展历史 1) 第一代微型机 1978 年 6 月,Intel 发布了 16 位 CPU 8086, 频率为 5 8 和 10 MHz, 含 2.9 万晶体管 1 年后又推出准 16 位的 8088 CPU Intel 8086 Intel 8088

40 IBM PC 微型机 1981 年 8 月 12 日,IBM 公司发布了用 Intel8088 设计的 IBM 5150 微型机, 主频 4.77MHz,64KB 内存, 5 个插槽可供增加内存或扩展外设 它配置了 CRT 显示器 键盘和两个 360KB 的 5.25 软盘驱动器, 采用微软的 DOS 1.0 操作系统 IBM 把它称为 Personal Computer(PC, 个人计算机 ) 不久, PC 便成了个人计算机的代名词

41 1983 年 5 月,IBM 又推出了仍采用 8088 的改进型 IBM 5160 机, 即 PC/XT, 意为采用了扩展技术的个人机 除 5 软驱外, 还首次配置了一个 10MB 硬盘 ; 128KB 内存, 可扩到 640KB; 支持 8 色显示器或 MDA 单色显示器, 分辨率 720*350; DOS 2.0 操作系统, 首次用目录和目录树来管理磁盘文件 机器的外形上与 IBM PC 机无明显区别, 价格低廉, 广受欢迎, 因此出现了许多 PC 兼容机 PC/XT 计算机的内部

42 个人计算机的发展历史 2) 第二代微型机 1982 年,16 位的 Intel 发布, 频率 20MHz, 增加了保护模式, 有 24 根地址线, 可访问 16MB 内存, 支持 1GB 以上的虚拟内存, 每秒执行 270 万条指令, 集成了 13.4 万个晶体管

43 1984 年 8 月,IBM 发布了用 设计的第二代微型机 IBM 5170, 即 PC/AT, 第二年大量进入市场,AT 意为 Advan-ced Technology, 即采用了先进技术的 PC 机 它引入了 16 位 ISA 总线, 数据处理和存储管理能力大大提高 长期以来, PC/AT 都是计算机工业界的实际标准

44 个人计算机的发展历史 3) 第三代微型机 1985 年 Intel 推出 32 位 CPU 80386DX 含 27.5 万晶体管, 频率 33MHz,32 根地址线可寻址 4GB 内存, 首次使用外置高速缓存 (Cache), 速度 600 万指令 / 秒 它还支持 虚拟 86 工作模式, 可以模拟多个 8086 来提供多任务能力 接着, 又推出了与 286 兼容的 386SX 低功耗的 386DL 以及 协处理器等芯片 1986 年 9 月 Compaq 公司开发出世界上第一台 386 计算机, 配置 20MB 硬盘,1.2M B 软驱 同时, 微软发布了 Windows 操作系统,CD-ROM 技术也问世了 用 386 设计的 32 位 PC 机运算能力强大, 应用扩展到了商业办公 工程设计 数值计算 数据中心和个人娱乐等领域

45 80386SL 80386DX FPU 光驱和光盘

46 个人计算机的发展历史 4) 第四代微型机 1989 年,32 位的 80486DX 发布 它含 120 万晶体管, 频率高达 100MHz, 内含 和 8KB 的 Cache, 首次采用 RISC( 精简指令集计算 ) 技术, 可在 1 个时钟周期内执行 1 条指令 它还采用了突发总线方式, 大大提高了 CPU 与内存的数据交换速度 同年, 万维网 (World Wide Web,WWW) 在欧洲诞生, 声霸卡 (Sound Blaster Card) 发布 第二年,Win3.0 推出, 第一代多媒体个人电脑 (MPC) 标准发布 基于 ISA 总线 具有多媒体功能的 486 机成了计算机市场的宠儿

47 ISA 总线接口的声霸卡 1989 年欧洲粒子中心的蒂姆发明了万维网

48 80486DX4 主板 PC 机

49 个人计算机的发展历史 5) 第五代微型机 1993 年,Intel 推出了 Pentium( 奔腾 )CPU, 即拉丁文 5, 习惯称 586 它含 310 万晶体管, 频率高达 200MHz, 内置 16K 的一级缓存 ; 并首次引入了超频 (Over Clock) 技术, 使系统能运行在更高的频率, 每秒执行 1 亿条指令 类似芯片还有 AMD 公司的 K5 Cyrix 公司的 6x 年,Intel 推出了多功能的 Pentium MMX 处理器, 游戏和多媒体处理能力提高了近 60% 配置了 32 位多任务 Win95 的奔腾微机, 是当时颇受欢迎的机型

50 Intel Pentium PentiumPro Pentium MMX Cyrix X86 AMD-K5

51 采用 Pentium Pro 联想 PC 机 AMD K5 主板 年的产品

52 个人计算机的发展历史 6) 第六代微型机 从 1998 年开始的 5 年时间里, 各芯片制造商开发了一大批 32 位微处理器, 被广泛应用在高档台式机 笔记本电脑 工作站和服务器中 例如,Intel 的 PⅡ Celeron PⅢ P4,AMD 的 K6 Athlon XP 等 它们在制造工艺 两级 Cache SSE (SIMD 流技术扩展 ) 和 SSE2 指令集 前端总线频率 超频技术 CPU 的散热措施等多个方面, 均明显优于 586

53 插卡形式的 Pentium II Pentium III Pentium 4 Intel Celeron( 赛扬 ) AMD-K6 AMD Athlon XP( 速龙 )

54 采用 AMD K6-2 的 32 位笔记本电脑 采用 Pentium 4 的 32 位 Dell PC 机 采用 Pentium 4 的 32 位 HP PC 机

55 个人计算机的发展历史 7) 第七代微型机 2003 年 9 月,AMD 公司首先发布了面向台式机的 64 位处理器 Athlon 64( 速龙 ) 和 64 FX Intel 在尝试了新的 IA-64 架构失败后, 研发成了扩展 64 位内存技术 EM64T 架构, 并用到了 P4 6xx 和 P4 EE 等系列的 64 位处理器设计中 随后又推出了一批用于手提电脑 工作站和服务器的 64 位 CPU, 标志着 64 位微型机时代的到来

56 AMD 的 64 位处理器 AMD Athlon 64( 速龙 ) AMD Athlon 64 FX AMD Opteron( 皓龙 )

57 INTEL 的 64 位处理器 P 位 CPU P4 630 的插座 P4 630 安装后 P4 EE 3.46(GHz)

58 联想家悦 D2000E PC 采用 AMD Sempron( 闪龙 ) 位 CPU,256MB 内存,DVD 光驱,2.0 独立音箱,17 寸 LCD 主板芯片组 VIA K8M800, 支持 800MHz HyperTransport 总线 显示接口 AGP 8X SATA 硬盘接口 USB 2.0 等主流技术

59 Dell Dimension XPS 台式机 : 64 位 Pentium 4 EE CPU, 3.20GHz 主频,1G B 内存 120GB SATA 硬盘 RADEON 9800XT 显卡 (256MB 显存 ) 19 寸液晶显示器 8 倍速 DVD+R/RW 光驱 SoundBlaster Audigy2 声卡 Windows XP Home Edition

60 速龙双核与奔 4 双核 Phenom II x6 ( 羿龙 II 六核 ) 用 AMD 羿龙 II 六核处理器设计的主板

61 Pentium D950 双核 Core 2 Duo( 酷睿双核 ) Pentium E2140 双核 Core 2 Quad( 酷睿四核 )

62 个人计算机的发展历史 8) 第八代微型机 2005 年 6 月,Intel 和 AMD 相继推出了台式机的双核心处理器 2006 年,Intel 和 AMD 都发布了 4 核心处理器 微型机的发展进入了多核心时代

63 Core i Core i5 Core i7 及其插座

64 方正卓越 K 台式机 采用 Intel 酷睿 2 双核处理器 E4300, 该处理器基于 Conroe 核心,65 纳米制程, 主频 1.8GHz,800MHz 前端总线, 内置 2MB 二级缓存, 功耗 65W, 内存为 1GB DDR2, 配置了 160GB 高速 SATA 硬盘和 GeForce 7100GS 256M DDR2 PCIE-X16 高性能显卡, DVD 刻录光盘

65 Dell Studio XPS 8100 台式机 CPU: Core i5 4 核 750, 主频 2.66GHz DDR GB 内存 8MB 三级缓存 1TB 硬盘英特尔 H57 芯片组 DVDRW 驱动器 64 位 Win7 Home Premium TruStudio PCTM 声卡支持 GPU 的 NVIDIA GeForce GT220 显卡高清宽屏显示器 ST2310

66 采用 Core i3 和 Win8 的笔记本电脑 采用 Core i7 的台式机 采用 Core i7 的一体机

67 个人计算机的发展历史 Intel 即将推出新一代服务器平台 Haswell-EP Xeon E v3 系列, 顶级旗舰 2699 v3 将拥有 18 个物理核心 36 个逻辑线程, 双路并联那就是 36 核心 72 线程了

68 微型计算机组成结构 微处理器 (CPU) 运算器控制器 微型计算机系统 硬件 软件 微型计算机 ( 主机 ) 外围设备 存储器 ( 内存 ) 外部设备 辅助设备 RAM ROM 输入 / 输出接口 (PIO SIO CTC ADC DAC ) (I/O 接口 ) 总线 (AB DB CB) 输入设备 ( 键盘 扫描仪 语音识别仪 ) 输出设备 ( 显示器 打印机 绘图仪 ) 辅助存储器 ( 磁带 磁盘 光盘 ) 电源电路时钟电路 系统软件 ( 操作系统, 编辑 编译程序, 故障诊断, 监控程序 ) 应用软件 ( 科学计算, 工业控制, 数据处理 ) 程序设计语言 ( 机器语言 汇编语言 高级语言 )

69 微型计算机组成结构 微处理器 (CPU) 运算器控制器 微型计算机系统 硬件 软件 微型计算机 ( 主机 ) 外围设备 存储器 ( 内存 ) 外部设备 辅助设备 RAM ROM 输入 / 输出接口 (PIO SIO CTC ADC DAC ) (I/O 接口 ) 总线 (AB DB CB) 输入设备 ( 键盘 扫描仪 语音识别仪 ) 输出设备 ( 显示器 打印机 绘图仪 ) 辅助存储器 ( 磁带 磁盘 光盘 ) 电源电路时钟电路 系统软件 ( 操作系统, 编辑 编译程序, 故障诊断, 监控程序 ) 应用软件 ( 科学计算, 工业控制, 数据处理 ) 程序设计语言 ( 机器语言 汇编语言 高级语言 )

70 计算机编程语言的发展概况 机器语言机器语言就是 0,1 码语言, 是计算机唯一能理解并直接执行的语言 汇编语言用一些助记符号代替用 0,1 码描述的某种机器的指令系统, 汇编语言就是在此基础上完善起来的 高级语言 BASIC,PASCAL,C 语言等等 用高级语言编写的程序称源程序, 它们必须通过编译或解释, 连接等步骤才能被计算机处理 面向对象语言语言 C++,Java 等编程语言是面向对象的

71 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 一 数制 ( 一 ) 十进制有十个数码 :0~9, 逢十进一 例 = 加权展开式以 10 称为基数, 各位系数为 0~9,10 i 为权 一般表达式 : N D = d n-1 10 n-1 +d n-2 10 n-2 + +d d

72 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 一 数制 ( 二 ) 二进制 两个数码 :0 1, 逢二进一 例 = 加权展开式以 2 为基数, 各位系数为 0 1, 2i 为权 一般表达式 : N B = bn-1 2n-1 + bn-2 2n-2 + +b b

73 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 一数制 ( 三 ) 十六进制 N H 十六个数码 0~9 A~F, 逢十六进一 例 :DFC.8= 展开式以十六为基数, 各位系数为 0~9,A~F,16 i 为权 一般表达式 : N H =h n-1 16 n-1 + h n-2 16 n-2 + +h h

74 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础一数制表示法十进制 : 二进制 :xxxxxxb 十六进制 :xxxxxxh 不同进位记数制对照表 十进制 二进制十六进制 十进制 二进制 十六进制 A B C D E F

75 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 二不同进位计数制之间的转换 ( 一 ) 一个 R 进制的数转换成十进制数的方法 : 按权展开, 先乘后加 举例 : B= =11.625D 0DFC.8H= = D

76 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 二不同进位计数制之间的转换 ( 二 ) 二进制与十六进制数之间的转换 2 4 =16, 四位二进制数对应一位十六进制数 举例 : 3AF.2H = = B B = = 7D.CH

77 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 二不同进位计数制之间的转换 整数 小数分别转换 1. 整数转换法 除基取余 : 十进制整数不断除以转换进制基 数, 直至商为 0 每除一次取一个余数, 从低位 排向高位 举例 :

78 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 二不同进位计数制之间的转换 例 :39 转换成二进制数 39 =100111B ( b 0 ) ( b 1 ) ( b 2 ) ( b 3 ) ( b 4 ) ( b 5 ) 0 例 :208 转换成十六进制数 208 = D0H 余 余 13 = DH 0

79 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 二不同进位计数制之间的转换 2. 小数转换法 乘基取整 : 用转换进制的基数乘以小数部分, 直至小数为 0 或达到转换精度要求的位数 每乘一次取一次整数, 从最高位排到最低位 转换成二进制数 = (b -1 ) = (b -2 ) 0.5 2= (b -3 ) = 0.101B 转换成十六进制数 = = 0.AH

80 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三计算机中的信息表示方法数无符号数带符号数 BCD 数浮点数其他 :ASC 码奇偶校验码 GB 码

81 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三计算机中信息的表示方法无符号数 带符号数机器中, 数的符号用 0 1 表示最高位作符号位, 0 表示 +, 1 表示 -

82 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三计算机中信息的表示方法 ( 一 ) 机器数与真值 机器数 : 机器中数的表示形式 真值 : 机器数所代表的实际数值 举例 : 一个 8 位机器数与它的真值对应关系如下 : 真值 : X1 =+84= B X2=-84= B 机器数 :[X1] 机 = [X2] 机 =

83 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 ( 二 ) 原码 反码 补码 1 原码 (True Form) 最高位为符号位,0 表示 +,1 表示 - 数值位与真值数值位相同 例 8 位原码机器数 : 真值 : x 1 = B x 2 = B 原码 : [x 1 ] 原 = [x 2 ] 原 = 原码表示简单直观, 但 0 的表示不唯一, 加减运算复杂

84 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 2 反码(One s Complement) 正数的反码与原码表示相同 负数反码符号位为 1, 数值位为原码数值各位取反 例 8 位反码机器数 : x= +4: [x] 原 = [x] 反 = x= -4: [x] 原 = [x] 反 =

85 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 3 补码 (Two s Complement) 正数的补码表示与原码相同 负数补码等于 2 n -abs(x)( 求反加一 ) 例 : 求 8 位补码机器数 : x=+4 [x] 原 =[x] 反 =[x] 补 = x=-4 [x] 原 = [x] 反 = [x] 补 = = 补码 = 反码加 1 补码表示的优点 : 0 的表示唯一, 加减运算方便

86 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 8 位机器数表示的真值 8 位机器数无符号有符号数十六进制数二进制原码反码补码 F 80 FE FF

87 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 4 BCD 码 (Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数 例 : 求十进制数 876 的 BCD 码 876= BCD 876= 36CH = B

88 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 5 浮点数 (*) 为了表示浮点数, 数被分为两部分 : 整数部分和小数部分 例如, 浮点数 就有整数部分 14 和小数部分 首先把浮点数转换成二进制数, 步骤如下 : 1 把整数部分转换成二进制 2 把小数部分转换成二进制 3 在两部分之间加上小数点, 浮点数还可以规范化, 浮点数可以用单精度表示法和双精度表示法等, 规范化只存储这个数的三个部分的信息 : 符号, 指教和尾数 如 规范化后为 + 2^6 * 符号指数尾数

89 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 规范化数的单精度表示法如 :+2^6* 解 : 符号为正, 用 0 表示 指数是 6, 在 Excess_127 表示法中, 指数加上 127 得到 133( 增码 ), 用二进制表示, 就是 尾数是 ,( 注意 : 去掉了整数部分的 1 ) 当把位数增加到 32 位, 得到 ( 注意不可以漏掉左边的 0, 因为它是小数, 漏掉了那个 0 就相当于把这个数乘于 2) 这个数在内存中以 32 位数存储 : 符号指数尾数

90 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 6 字符编码美国标准信息交换码 ASCII 码, 用于计算机与计算机 计算机与外设之间传递信息 NUL DLE SP P p 0001 SOH DC1! 1 A Q a q 0010 STX DC2 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS, < L \ l 1101 CR GS - = M ] m } 1110 SO RS > N n ~ 1111 SI US /? O _ o DEL

91 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 三 计算机中信息的表示方法 7 汉字编码 国家标准信息交换用汉字编码 (GB 标准 ), 简称国标码 用两个七位二进制数编码表示一个汉字例如 巧 字的代码是 39H 41H 汉字内码例如 巧 字的代码是 0B9H 0C1H

92 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础四 运算基础 1 二进制数的运算加法规则 : 逢 2 进 1 减法规则 : 借 1 当 2 乘法规则 : 逢 0 出 0, 全 1 出 1

93 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 四 运算基础 2 二 十进制数的加 减运算 BCD 数的运算规则 循十进制数的运算规则 逢 10 进 1 但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误 为了解决 BCD 数的运算问题, 采取调整运算结果的措施 : 即 加六修正 和 减六修正

94 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 四 运算基础 例 : (BCD) (BCD) = (BCD) 调整 进位

95 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 四 运算基础 部分和是 A-F 本位对高位进位加六修正

96 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 四 运算基础 例 : (BCD) (BCD)= (BCD) 本位对高位借位 调整 减六修正

97 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础四 运算基础 3 带符号二进制数的运算 1. 加法运算 : 直接相加 2. 减法运算 : 变补相加

98 作业 : P19

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