1、第 1章 计算机基础1.1 数据 、 信息 、媒体和多媒体1.2 计算机中数值数据信息的表示1.3 计算机中非数值数据信息表示1.4 微型计算机基本工作原理1.5 评估计算机主要技术指标2.信息对人们有用的数据称为信息。计算机信息处理（或数据处理）过程：数据采集、输入 组织、存贮、建库 加工、转换、分类等 向人们输出有用信息信息处理的目的是获取有用信息。1.数据对事实、概念或指令的一种特殊表达方式，并可由人工或自动进行加工处理、传输或转换。常见数据：数字、文字、图像、声音等。当这些数据在计算机中表现时，常以二进制编码形式表示。 a） 数值型数据： 数值类数据b） 非数值型数据：图像、声音、字符
2、等。计算机中的数据第 1章 计算机基础1.1 数据、信息、媒体和多媒体与计算机信息处理有关的媒体有 5种： 感觉媒体： 感知器官直接感觉的媒体，如声音、文字、图画、气味等。 表示媒体： 计算机内部表示感觉媒体的特殊形式，如二进制编码。 存贮媒体： 存放表示媒体的物理实体，如磁盘、光盘、半导体存贮器等。 表现媒体： 将感觉媒体 表示媒体（磁盘、扫描仪、话筒等）将表示媒体 感觉媒体（显示器、打印机、音箱等）的物理设备。 传输媒体： 将表示媒体从一台计算机传输到另一台计算机的通信载体，如同轴电缆、光纤、电话线等。4.多媒体 多媒体 多种感觉媒体多媒体技术 能够交互式地综合处理多种不同感觉媒体的信息处
3、理技术。多媒体计算机 具有多媒体技术的计算机3.媒体 承载信息的载体（媒介、媒质）第 1章 计算机基础1.2.1 机器数和真值按进位的方法计数称为 进位计数制 ，凡进位计数制都可按权展开：anrn+an-1rn-1+ + a1r1 + a0r0 +b1r-1+ b2r-2 + + bmr-mr = 2， 10， 8， 16 基数rk 位权一个数，值的大小 =各位权乘以各位上的值。2#：计算机中数的表示方法（ Binary B）8# 16#： 将 2#表示的更简洁（ Octal Q 、 Hexadecimal H）10#： 人机交互的需要（ Decimal D）一、机器数 数在机器中的表示形式例
4、： 10 00001010 10 10001010一个数连同它的符号位均用（ 0， 1）两种数码来表示第 1章 计算机基础1.2 计算机中数值数据信息的表示第 1章 计算机基础二、真值 原来实际数本身值三、机器数的特点1. 符号数值化2. 机器数范围受字长限制有关字长的概念 位（ bit）： 计算机所能表示数的最小单位，如： “0”、 “1”。 字节（ Byte）： 一个 8位 2#数。 字（ Word）： CPU通过数据总线一次运算或处理的一组 2#数，是计算机中信息的基本单位。 字长（ Word Length）： 字的 2#位数（ 8、 16、 32等），是衡量计算机性能的重要标志。3.
5、小数点不能直接标出，应按一定的方式约定1.2.2 符号数的表示方法机器数可用不同的码制（编码形式）来表示。常用的码制有： 原码、反码、补码原码的优点： 简单易懂、与真值转换方便。缺点： 不便于计算（首先判符号，再决定用加或减）例： x1=67=+1000011B x1原 =01000011P7 x2= 67= 1000011B x2原 =11000011第 1章 计算机基础一、原码设有 X = X1 X2 Xn-1 Xi 为一位 2#数则： 0 X1X2 Xn-1 X01 X1X2 Xn-1 X0X原 =特例： 0=00000000 n=8时 0=10000000二、反码 0 X1X2 Xn-
6、1 X01 X1X2 Xn-1 X0X反 = 0反 =00000000 0反 =11111111特例特例：第 1章 计算机基础三、补码 （ 引入补码概念，目的在于将加、减运算转化为单纯的加法运算）1. 同余的概念与补码同余（余相等）例： 钟表 3 = 15 （ mod 12）用 12去除 3和 15，余数皆为 3，称 3、 15在以 12为模时同余，记作： 3 = 15 （ mod 12）或说： 3和 15在以 12为模时相等模 为一个计量系统的最大量程 推至一般： a+M = a （ mod M）a+2M = a（ mod M）因而有： 4+10= 6 = 4 （ mod 10） 6= 4
7、（ mod 10）称：以 10为模时， 6与 4相等； 6为 4的补码。或说： 6与 4对模 10来说互为补数。这时，我们可以将减法转化为加法： 7 4 = 7+6 （ mod 10）减去一个数等于加上这个数的补数注意： 对于字长为 n的计算机来说，模为 2n， 2n在计算机中仅能以 n个 0表示，因此可以说， 2n与 0在计算机中的表现形式是一样的。第 1章 计算机基础 0补 =00000000 0补 =2n 0 00000000 （ mod 28） 这时：这时：当已知 X补 时，可由 X补 补 X原 求得 X原 。 当 -128 X 127 时，其原码、反码、补码见 P10 表 1-1。在
8、表中： 0 的原、反码皆有两个，而补码只有一个；-128的原、反码无法表示，但其补码即为 -0的原码。2. 补码的求法定义 X补 = 0X1X2.X n-1 X01X1X2.X n-1+1 X0或 X补 = X 0X 2n-12n X -2n-1X 0（ mod 2n）n为机器字长为机器字长2n X第 1章 计算机基础小结1. 三种编码的最高位都是表示符号位。S=0， 真值为正数，其余位为真值；S=1， 真值为负数，须按一定规律求出真值。4. 当计算机采用不同的码制时，运算器和控制器的结构将不同。采用原码、反码、补码形式的计算机分别称为原码计算机、反码计算机和补码计算机。2. 对正数，三种编码
9、都是一样的，即 x原 =x反 =x补 。对于负数，三种编码不同。原、反和补码的实质是解决负数在机器中表示的三种不同编码方法。3. 当 n=8时，机器所能表示的：原码范围： -127 +127， -2n-1+1 2n-1 1 反码范围： -127 +127， -2n-1+1 2n-1 1 补码范围： -128 +127， -2n-1 2n-1 1 其中，定义10000000为 128的补码。一、补码的加法x+y补 =2n+（ x+y） =（ 2n+x） +（ 2n+y） =x补 +y补结论：两个数和的补码等于两个数补码的和。即两个数的补码相加，一定得到它们和的补码。欲求真值，可通过 x补 补 =
10、 x原 。二、补码的减法x-y补 =2n +（ x-y） =（ 2n+x） +（ 2n-y）=（ 2n+x） +2n +（ -y） = x补 + -y补 依定义可以证明：x-y补 =2n+（ x-y） =2n+2n-2n+(x-y)=2n+x-(2n+y)=x补 -y补 所以x-y补 =x补 y补 = x补 + -y补结论： a. 两个数差的补码等于两个数补码的差。b. 两个数差的运算，可以转换为单纯的加法运算，关键是求出 - y补 。第 1章 计算机基础1.2.3 补码的运算-y补 对 y补 连同符号位在内一起求反 +1 （称此过程为 对 y补 求补 记作 y补 求补 ） 所以： x-y补
11、x补 -y补 x补 +-y补 x补 +y补 求补由于补码的引入，使正负数的加减运算简化为单纯的加法运算。第 1章 计算机基础-y补 的求法： （依补码定义， -y补 =2n-y， 而2n-y的结果是将 y补 连同符号位在内一起求反 +1）例 1： 18+（ -15） =？-15：（ 10001111)B00010010 18补+ 11110001 -15补1 00000011 +3补进位 1舍掉，真值 =3三、举例带符号数的加减运算结论：进位舍掉已体现在模上。 S=0， 结果即为原码。第 1章 计算机基础例 2: 15+（ -18） =？-18 ： 10010010-3补 = 11111101
12、00001111 15补+ 11101110 -18补11111101 -3补10000011 真值 -3已知补码， x原 x补 补 结论： s=1， 结果补码的补码为原码。例 3： 15-18=？ 15-18补 = 15补 +-18补= 15补 +18补 求补00010010 18补求补 ： 11101110 00001111 15补+ 11101110 18补 求补11111101 -3补 。结论： 减法转换成加法运算。第 1章 计算机基础结论：带符号数的运算结果可能溢出，这是因为数值占据了符号位而造成的。例 4： 64+65=？ 01000000 64补+ 01000001 65补100
13、00001两正数之和为负。例 1 ： x =160， y =144求 x+y 无符号数的加减运算 x补 10100000 + y补 10010000 CF=1 1 00110000 （ 304） 结论：对无符号数，当加法有进位时，进位位的权为 28=256。所以，结果 =256+32+16=304，此数超过了 8位字长，故最终结果用 CF=1来体现。对机器而言，需设置 CF标志。 第 1章 计算机基础例 2 ： X=160， y=144求 x-y10100000 x补+ 01110000 y补 求补 CF=0 1 00010000 （ 16） 结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。原码相减
14、无借位，补码相加有进位，结果为正。结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。原码相减有借位，补码相加无进位，结果为负。11110000补 16 真值 16例 3 ： X=144， y=160求 x-y10010000 144补+ 01100000 160补 求补 CF=1 11110000 （ 16） 第 1章 计算机基础小结计算机本身是无法判别有符号或无符号数的，它不管是对带符号数还是无符号数，总是按照规定的要求做加法（加法）或求补相加（减法）的运算。即，采用补码以后无符号数与带符号数的运算是兼容的。带符号数运算结果， 进位丢失 S=0 正S=1 负已体现在模上虽然进位不影响结果，但此时仍将
15、 CF置上，方法同无符号数 的结果 。例：10000110+ 0001101010100000无符号134+ 26160有符号-122+ 26-96有进位（原码相减无借位） CF=0 正无进位（原码相减有借位） CF=1 负1. 相减运算时无符号数运算结果不同点仅在于：第 1章 计算机基础2. 相加运算时无符号数运算结果：超过字长 n， CF=1， 总为正。带符号数运算结果 : S=0, 正S=1, 负 但在带符号数的加减运算结果中，还要判断是否溢出。1. 溢出与进位及补码运算的进位丢失之间的区别a. 溢出与进位是两个不同性质的概念(CF)进位主要用于对无符号数的运算，指的是超过一个字长的数字
16、的算术进位 (或借位）。在多字节的算术运算中，通常低字节是无符号数，只有最高字节有符号位。低字节有进位时，须有个标志 CF。(OF)溢出则主要用于带符号数的运算。 溢出：运算过程中的数据超出计算机所能表示的范围（仅对带符号数而言）第 1章 计算机基础b. 溢出与补码运算中的进位丢失也应加以区别带符号数运算时，由补码运算产生的符号位进位要丢失。但若其结果未超出 -128 +127（ 8bit字长）范围，则不能认为溢出。2. 判断溢出的方法 根据参加运算的两数的符号及运算结果的符号判断溢出例： 两数 x， y (x0， y0)x-yy-x 但 x+y 和应为正，若为负则有溢出。-x-y 和应为负，
17、若为正则有溢出。皆不会产生溢出。 用双高位法来进行判断b7”b6”b 2”b1”b0”+ b7b6b 2b1b0b7 b6b 2 b1 b0 0 b7无进位1 b7有进位1 溢出0 无溢出0 b6无进位1 b6有进位Cp=CsCp=溢出的处理：增加字长。Cs=最高位进位最高位进位 次高位进位次高位进位2. 带符号数的运算结果可能溢出3. 无符号数的运算规则a. 凡参加运算的数为正数，整个字长表示数值。b. 两个无符号数相加，只要绝对值不超过 n位（溢出），和一定为正数。溢出（进位）时，可增加字长。c. 两个无符号数相减，差值符号取决于两数绝对值的大小。第 1章 计算机基础总结1. 带符号数的运
18、算规则 凡参加运算的数用补码表示。 将符号位看成数参加运算。 结果处理MSB有进位，舍去。MSB=0， 正数 原码MSB=1， 负数 补 原码补 真值XY补 =X补 +Y补 X， Y为正负数均可，符号位参与运算 。通常使用的标志位： ZF 结果是 0； OF 带符号数溢出； SF 结果是负数；CF 结果的最高位产生了进位或借位。无论是否有符号，运算器做相同的运算。将计算结果当作无符号数设置 CF， 同时将结果当作带符号数设置 SF和 OF。程序设计者自行根据数据类型选定有效的标志位。 第 1章 计算机基础1.2.4 定点数与浮点数计算机不仅要处理整数运算，还需处理小数运算，如何处理小数点位置是
19、十分重要的。通常有定点与浮点两种方法。 一、定点表示法小数点位置在数中固定不变常用两种为：1. 定点纯小数 小数点固定在最高数值位左边 ,其本身不占位其格式为尾数 S符号位 小数点隐含在此处 2. 定点纯整数 小数点固定在最低数值位右边 ,其本身不占位其格式为尾数 S符号位 小数点隐含在此处 第 1章 计算机基础例：例： P12例 1：有如下两个 8位二进制数N1=+84 0 1 0 1 0 1 0 0 N1:符号位 小数点位置N2= - 84 1 0 1 0 1 1 0 0 N2:符号位 小数点位置1 0 1 0 1 1 0 0例 2：有例 1中同样两个数，小数点位置不同，则有0 1 0 1
20、 0 1 0 0 N1:符号位 小数点位置N2:符号位 小数点位置分别表示真值： N1=+1010100=+0.65625， N2=-1010100=-0.65625结论： 定点整数和定点小数在格式上毫无差别，这是因为定点数的小数点是隐含的，但 它们的真值却不相同 。第 1章 计算机基础 定点数将小数点固定，运算起来很不方便。要求对原始数据要用比例因子换算。二、浮点表示法在位数有限的前题下，尽量扩大数的表示范围，同时又保持数的有效精度，往往采用浮点数表示数值。如： N=2pS阶码 p的大小规定了数的范围，尾数 S的长短则规定了数的有效数字的位数 (精度 )。浮点数浮点数进位计数制的基数进位计数
21、制的基数阶码，带符号整数，用补码表示阶码，带符号整数，用补码表示N的尾数，是数值的有效部分，的尾数，是数值的有效部分，绝对值绝对值 9（ 1001)时，则应作 加 6（ 0110)修正。2. 两个 BCD数 相加 结果 16（产生进位 ),也应 加 6（ 0110)修正。以此来解决计算机总是将代码当成二进制来处理所带来的结果。注意：在计算机中有专门的十进制调整指令 DAA（ DAS）， 使机器按照规则自动进行调整运算（加法时加 6修正；减法时减 6修正 )。 3. BCD码在计算机中的表示方法 压缩 BCD码 用 4位二进制编码表示 1位十进制数。即 1个字节表示 00 99，如 (56)10
22、=(01010110)BCD。 非压缩 BCD码 用 8位二进制数表示 1位十进制数。即用 1个字节表示 0 9，字节的高 4位总置 0。如 (56)10=(0000010100000110)BCD。第 1章 计算机基础1.3 计算机中非数值数据信息表示非数值数据 文字、图画、声音等。将字符进行编码，以 2#代码形式存入计算机。常用编码： ASCII代码 （美国国家信息交换标准代码）用 8位 2#数表示字符，共可表示 256种。 但通常用 bit7做奇偶校验位。所以共 128个字符。 控制作用的 “功能码 ”32个 (不可打印）供书写和描述信息用的 “信息码 ”96个。 (可打印 )128例：
23、 BEL Bell (07H， 响铃 )Del deletion (7FH， 删除 )CR Carriage Return (0DH， 回车 )LF Line Feed (0AH， 换行 )西文 拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊符号，统称为字符 （ character)。 1.3.1 西文信息的表示第 1章 计算机基础0， 1， 2， 9 A ， B， a ， b， 30H 31H 32H 39H 41H 42 H 61H 62H 空格 space 20H注意：中间跳过 7个39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH,3FH,40H,41H故： “0 9” +30H “30H 39H ”
24、“A F” +37H “41H 46H ”用 bit7做奇偶校验 偶 校验： bit7应使 b7 b0中 1的个数为偶。奇校验： bit7应使 b7 b0中 1的个数为奇。我国的 GB1988 80编码字符集，除￥ $外，其余同 ASCII码。1.3.2 中文信息的表示1. 汉字总数多，字形复杂，在计算机中采用 GB2312-80标准，规定一个汉字用两个字节来编码，共可编码：256256 65536种第 1章 计算机基础2. 为与 ASCII编码相区别， 将每个字节的低 7位用于编码，称为双 7位汉字编码 （国标码） ，共可编码： 128128 16384种 或将每个字节的最高位 bit7=1
25、， 形成汉字的另一种编码 （汉字机内码）。 内码用于统一不同系统所使用的不同汉字输入码。 国标码的每个字节 80H 汉字机内码3. 汉字的输入输出输入法 很多，不同输入法有自己的编码方案，称为输入码。但输入码进入机器后，必须转换为机内码，以便统一。输出 是先用汉字字型码（点阵编码）将汉字按字型排成点阵，常用点阵有： 1616， 2424， 3232或更高。 然后将此图形画在屏幕上。1.3.3 计算机中图、声、像的表示图、声、像等模拟信号 采样、量化、编码 数字信息 再压缩、存储 还原处理、数模转换 原来信息。第 1章 计算机基础1.4 微型计算机基本工作原理近五十年来，虽然计算机已经取得了惊人
26、的进步，相继出现了各种结构的计算机，但究其体系，仍属冯 .诺依曼结构体系（ 1946 年提出）： 计算机应由： 运算器、控制器、存贮器、输入、输出设备五部分组成。 存贮器不但能存贮数据，也能存贮程序，并有区分它们的本领。 程序存入存贮器中，在指令计数器（程序计数器）控制下自动高速运行 非流水线操作（串行运行或顺序运行）。冯 .诺依曼型计算机的基本工作原理是：程序控制和程序存储。1.4.1 微型计算机的硬件组成微型计算机硬件系统是以微处理器（ CPU） 为核心，通过 系统总线 连接内存储器和 I/O接口电路而构成的，微型计算机硬件系统结构图如下图所示。构成微型计算机的关键是如何将这些部件有机地连接起来。
