第一章计算机基础.ppt
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1、微型计算机原理及应用技术,微型计算机原理及应用技术,计算机基础知识,第1章,1.1计算机发展概述 1.1.1 计算机发展概况 1.1.2 计算机的主要特点 1.1.3 计算机的分类 1.1.4 计算机的应用 1.1.5 计算机的发展趋势 1.2 运算基础 1.2.1 进位计数制 1.2.2 二进制编码,1.2.3 带符号数的表示 1.2.4 数的定点和浮点表示 1.3 计算机系统的组成及程序执行过程 1.3.1 计算机硬件系统组成及程序执行过程 1.3.2 计算机的软件系统 1.3.3 微型计算机系统的组成及特点 1.3.4 微型计算机的主要技术指标,计算机发展概述,采用水银延迟线作为内存,磁
2、鼓作为外存。体积大、耗电多、运算速度慢。最初只能使用二进制表示的机器语言,到20世纪50年代中期才出现汇编语言。这个时期,计算机主要用于科学计算和军事方面,应用很不普遍。,电子管计算机(19451958年),内存主要采用磁芯,外存大量采用磁盘,输入输出设备有了较大改进。体积显著减小、可靠性提高、运算速度可达每秒百万次。软件方面出现了高级程序设计语言和编译系统。计算机开始广泛应用于以管理为目的的信息处理。,第二代,第一代,晶体管计算机(19581964年),1.1,1.1.1,计算机发展概况,第三代,第四代,集成电路计算机 (1964-1971年),主要采用中、小规模集成电路,运算速度达每秒千万
3、次,可靠性大大提高,体积进一步缩小,价格大大降低。软件方面进步很大,有了操作系统,开展了计算机语言的标准化工作并提出了结构化程序设计方法,出现了计算机网络。计算机应用开始向社会化发展,其应用领域和普及程度迅速扩大。,微型计算机的出现和发展是计算机发展史上的重大事件,使得计算机在存储容量、运算速度、可靠性和性能价格比等方面都比上一代计算机有了较大突破。各种系统软件、应用软件大量推出,功能配置空前完善,充分发挥了计算机的功能,把计算机的发展和应用带入了一个全新时代。,大规模集成电路计算机(1971年至今),1.1.1,计算机的发展史,计算机的主要特点,自动性,高速性,逻辑性,通用性,准确性,特点,
4、1.1.2,计算机的分类,从原理上,数字计算机,模拟计算机,从结构上,从用途上,专用计算机,通用计算机,从字长上,4位、8位、16位机,32位、64位机,位片机,单片机、单板机,微机系统等,1.1.3,航空航天,科学研究,家用电器,计算机的应用,1.1.4,计算机技术的发展趋势,多媒体技术,两极化,网络化,智能化,非冯诺依曼体系结构计算机,1.1.5,运算基础,1.2,一个R进制数具有以下主要特点,具有R个不同数字符号:0、1、R-1,逢R进一,S= an-1an-2a1a0.a-1a-2a-m =an-1Rn-1 + an-2Rn-2 +a1R1 +a0R0+a-1R-1 +a-mR-m,上
5、述R进制数S可用多项式(称为按权展开式)表示为:,1.2.1 进位计数制,用 an-1an-2a1a0.a-1a-2a-m书写表方式示数据的方法称为位置表示法。,十进制数,具有十个不同的数字符号,即0-9,逢十进一,特点,一个十进数可以用它的按权展开式表示。例如:,(758.75)10=7102+5101+8100+710-1+ 510-2,1.,二进制数,一个二进制数可以用它的按权展开式表示。例如:,(10110.101)2=124+023+122+121+020 +12-1+02-2 +12-3 =(22.625)10,具有两个不同的数字符号,即0和1,逢二进一,特点,2.,(1AF.4)
6、16 =1162 +10161 +15160 +416-1 =(430.25)10,一个十六进制数可以用它的按权展开式表示。例如:,具有十六个不同的数字符号,即0-9和A-F,逢十六进一,特点,3.,十六进制数,表1-1,三种数制对照表,【例1-1】 十进制数22.625转换为二进制数,22,2,11,2,余0(低位),5,2,余1,2,2,余1,1,2,余0,0,余1(高位),0.625 2 1 .25 取整数1(高位) 2 0 .5 取整数0 2 1 .0 取整数0(低位),(0.625)10=(0.101)2,所以:(22)10=(10110)2 结果:(22.625)10=(10110
7、.101)2,整数部分:,小数部分:,4.,各种数制之间的转换,十进制数430.25转换为十六进制数,430,16,26,16,余14E(低位),1,16,余10A,余1(高位),整数部分:,0,小数部分:,0. 2 5 1 6 4 . 0 取整数4,结果:(430.25)10=(1AE.4)16,【例1-2】,注意,整数部分转换,每次只求整数商,将余数作为转换结果的一位,重复对整数商除基数,一直除到商为0为止。 小数部分转换,每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位,对剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0(如上述两例),这种转换结果是精确的;对某些数(如0.3)永远不能乘到
8、积的小数为0,这时要根据精度要求,取适当的结果位数即可,这种转换结果是不精确的。,:十六进制数 1 A E 4,0001 1010 1110 0100,即(1AE.4)16=(110101110.01)2 若要将二进制数转换为十六进制数,只要以小数点为分界,分别向左和向右每四位二进制位分为一组(若最高位或最低为不够四位则补0),对应转换为十六进制数即可。,例如:二进制数 110101110.01,0001 1010 1110 . 0100,十六进制数 1 A E . 4,即(110101110.01)2=(1AE.4)16,例如,二进制数的算术运算,【例1-3】 10100+1101=1000
9、01 【例1-4】 100001-10100=1101 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 + 1 1 0 1 - 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1,【例1-5】 11011011=10001111 【例1-6】 11100101=10111 1 1 0 1 1 0 1 商 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 + 1 1 0 1 1 1 余数 1 0 0 0 1 1 1 1,5.,二进制数的逻辑运算,【例1-7】10100101 AND 10001011 【例1-8】101
10、00101 OR 10001011 =10000001 =10101111 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 AND 1 0 0 0 1 0 1 1 OR 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1,6.,【例1-9】 NOT 10100101 【例1-10】10100101 XOR 10001011 =01011010 =00101110 1 0 1 0 0 1 0 1 NOT 1 0 1 0 0 1 0 1 XOR 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0
11、,二进制编码,1.2.2,BCD码是十进制数,有10个不同的数字符号,且是逢十进位的;但它的每一位是用4位二进制编码来表示的,因此称为二进制编码的十进制数。BCD码比较直观,例如十进制数65用BCD码书写为01100101,BCD码01001001.0111表示的十进制数为49.7。,1.二进制编码的十进制数,虽然BCD码是用二进制编码方式表示的,但它与二进制之间不能直接转换,要用十进制作为中间桥梁,即先将BCD码转换为十进制数,然后再转换为二进制数;反之亦然。,表1-2 BCD编码表,字母与字符的编码,2.,另外,在计算机中,汉字编码采用国标码(GB18030-2000),它采用单、双、四字
12、节混合编码,每个字节的最高位为1,并以此来区分汉字和ASC码。,字母和字符也必须按照特定的规则,用二进制编码才能在机器中表示。编码可以有各种方式,目前微机中最普遍采用的是ASC码(American Standard Code for Information Interchange,美国标准信息交换码)。,ASC码采用7位二进制编码,故可表示27 =128个字符,其中包括数码(0-9),以及英文字母等可打印的字符。,原码,正数的符号位用0表示,负数的符号位用1表示,数值位保持不变。这种方法称为原码。原码的定义为: 若X+0 则X原=X 若X-0 则X原= 2n-1 X 其中n为原码的位数。,1.
13、2.3 带符号数的表示,1.,反码,“0”有两种表示方法:+0反=00000000,-0反=11111111,8位二进制反码真值范围为-127+127;16位反码真值范围为-32767+32767。,当一个带符号数用反码表示时,最高位为符号位。,特点,2.,反码的定义为:若X+0 则X反=X 若X-0 则X反= 2n +X-1 其中n为反码的位数。,补码,在钟表上,指针正拨12小时或倒拨12小时,其时间值是相等的,即在钟表上X+12=X-12(mod 12)。,模的概念,补码的引入,对于n位二进制数,其计数范围为0( 2n-1),在该计数器上加2n或减2n结果是不变的,我们称2n为n位计数系统
14、的模。对钟表来说,它的模为12。,在钟表上,如果现在时间是6点整,而钟表却指着8点整,快了2小时,校准的方法是正拨10小时或倒拨2小时,结果都正确,即:8+10=6(mod 12)顺拨 ,8-2=6(mod 12) 倒拨。,3.,+3补=+3原=+3反=00000011 -3补=-3反+1=11111100+1=11111101 +0补=+0原=+0反=00000000 -0补=-0反+1=11111111+1=00000000,补码的求法,对n为二进制数,模为2n ,则X补=( 2in +X), MOD 2n ,i为正整数。,补码的定义,若X+0 则X补=X , 若X -0 则X补= 2n
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