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第一章 计算机基础

第一章 计算机基础. 熟练掌握计算机中的数和编码系统。 掌握硬、软件系统的概念和组成以及它们的相互关系。 熟练掌握计算机常用术语及主要技术性能指标 理解微机的工作过程 了解微机的工作环境. 1-1 计算机运算基础. 1-1-1 进位计数制. 按进位的原则进行计数的方法，称为进位计数制。. 十进制： 有 0-9 共 10 个数字符号，逢 10 进位。 decimal 238.51 D =2*10 2 +3*10 1 +8*10 0 +5*10 -1 +1*10 -2 “10” 称为十进制的基数

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第一章 计算机基础

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  1. 第一章 计算机基础 • 熟练掌握计算机中的数和编码系统。 • 掌握硬、软件系统的概念和组成以及它们的相互关系。 • 熟练掌握计算机常用术语及主要技术性能指标 • 理解微机的工作过程 • 了解微机的工作环境

  2. 1-1 计算机运算基础 1-1-1 进位计数制 按进位的原则进行计数的方法，称为进位计数制。 • 十进制：有0-9共10个数字符号，逢10进位。decimal 238.51D=2*102+3*101+8*100+5*10-1+1*10-2 • “10”称为十进制的基数 • “102、101、100、10-1、10-2”称为各相应位的“权” • 每一位的值等于该位数字与该位权的乘积 • 各位值的累加和表示整个数的大小。

  3. 二进制：有0、1共2个数字符号，逢2进位。 binary 101.01B=1*22+0*21+1*20+0*2-1+1*2-2 “2”称为二进制的基数，“22、21、20、2-1、2-2”称为各位的“权” • 八进制：有0-7共8个数字符号，逢8进位。octal 25O=2*81+5*80 “8”称为八进制的基数，8的各次幂是八进制各位的“权” • 十六进制：有0-9、A-F共16个数字符号，逢16进位。 hex 2AH=2*161+10*160 “16”称为十六进制的基数，16的各次幂是十六进制各位的“权”

  4. 二进制与十进制之间的转换 • 1101.011B=1*23+1*22+ 1*20+1*2-2+1*2-3 =8+4+ 1+0.25+0.125 =13.375D • 十进制整数转换为二进制整数 • 除以2取余法，直至商为 0 • 例：69D=1000101B • 十进制小数转换为二进制小数 • 乘以2取整法，直至乘积的小数部分为0 • 例：0.8125D=0.1101B • 例：0.8D0.11001B（精确到小数点后第5位）

  5. 十进制整数转换为二进制整数 • 除以2取余法，直至商为 0 • 例：69D=1000101B 69 2 余数 2 34 1 2 17 0 1 2 8 2 4 0 2 2 0 2 1 0 0 1

  6. 十进制小数转换为二进制小数 • 乘以2取整法，直至乘积的小数部分为0 • 例：0.8125D=0.1101B 整数部分 0.8125 ×2= 1. 625 1 0.625 ×2 = 1. 25 1 0. 25 ×2 = 0. 5 0 0. 5 ×2 = 1. 0 1

  7. 二进制与八进制之间的转换 每三位二进制数对应一位八进制数 11011.11B = 011011.110 = 33.6O 3 3 6 123.52O = 123 . 52 001 010 011 101 010 =1010011.10101 B

  8. 二进制与十六进制之间的转换 每四位二进制数对应一位十六进制数 001011110111 . 110111011000B 2 F 7 D D 8 = 2F7.DD8H 27.FCH =27 . FC 0010 01111111 1100 =100111.111111B

  9. 注意： 二进制具有很多优越性， 计算机中的数都用二进制表示。 • 例1：将十进制数72.25转换为二进制和与十六进制数。 72.25D = 1001000.01B = 48.4H • 例2：将十六进制数B2.9转换为二进制和与十进制数。 B2.9H = 10110010.1001B = 178.5625D

  10. 1-1-2 机器数 • 真值：数本身用“+”“-”表示的形式，称为真值。 • 机器数：一个数在机器中的表示形式称为机器数。 • 带符号数：用最高位（符号位）的 0表示正数的符号，1表示负数的符号，这种机器数的表示方法称为带符号数的表示方法。  xx…xx 符号 数值部分 • 无符号数：没有符号位，全部有效位用来表示数的大小。

  11. 例如： 二进制数表示的真值： N1= +1100110B ; N2= -1100110B 其机器数（带符号数）表示为： N1: 01100110 ; N2: 11100110 十进制数表示的真值： N1= +70D ; N2= -70D 注意：不带符号数N1: 01100110 和 N2: 11100110 其十进制数表示的真值为： N1=70 ; N2= 198

  12. 定点数：数中小数点的位置固定不变的即定点数。有定点整数（纯整数）和定点小数（纯小数）。定点整数： xx … xx.定点小数：.xx … xx 符号 数值部分 符号 数值部分 • 浮点数：数中小数点的位置浮动变化的即浮点数。浮点数在机器中的表示形式是  xx … xx xx … xx 阶符 阶码 尾符 尾数（阶码和尾数用二进制表示） • 模：一个计量器的容量称为模（数），记为M 或 mod M一个n位二进制的计数器，容量为2n，它的模为 M= 2n 例如 M= 24 ， 24和0在机器中的表示是相同的。

  13. 带符号数在机器中的表示形式有三种： • 原码： • X >0时，[X]原与X的区别只是符号位用0表示 • X <0时，[X]原与X的区别只是符号位用1表示 • X =0时，有[+0]原与[-0]原的区别 [+0]原=000…0（n个0） ； [-0]原=1 00…0（n-1个0） • 例如：如果 n=8， X=+1001，则有 [X]原=0 000 1001 X=-1001，则有 [X]原=1 000 1001

  14. 反码： • X >0时， [X]反= [X]原 • X <0时，[X]反的符号位用1表示，其余位为原码各位取反 • X =0时，[X]反有两种情况： [+0]反=0 00…0 ； [-0]反=1 11…1 • 例如：如果 n=8， X=+1001，则有 [X]反=0 000 1001 X= -1001，则有 [X]反=1 111 0110

  15. 补码： • X >0时， [X]补= [X]反= [X]原 • X <0时，[X]补的符号位用1表示，其余位为原码各位取反，再在最低位加1（即它的反码在最低位加1） • X =0时，[+0]补=[-0]补=000…0 • 例如：如果 n=8， X=+1001，则有 [X]补=0 000 1001 X= -1001，则有 [X]补=1 111 0111 • 补码可以把负数转化为正数，使减法转换为加法

  16. 例1：已知X的补码是10110110，则其原码是什么？例1：已知X的补码是10110110，则其原码是什么？ 其值是多少？ 答：原码是11001010，其值是 –74 。 • 例2：已知X的补码是00110110，则其原码是什么？ 其值是多少？ 答：原码是00110110，其值是 +54 。 • 例3：已知X=-108，其原码是什么？补码是什么？ 答：原码是11101100，补码是10010100 。

  17. 1-1-3 常用的名词术语 • 位（bit）：一个二进制位，是计算机中信息存储的最小单位。 • 字节（Byte）: 相邻的8个二进制位，1 B=8 bits， 1KB=1024B， 1MB = 1024 KB , 1GB = 1024 MB。 B、KB、MB、GB都是计算机存储器容量的单位。 • 字（Word）：计算机内部进行数据传递处理的基本单位， 通常与计算机内部的寄存器、总线宽度相一致。 • 字长：一个字所包含的二进制位数，有8、16、32和64位之分。

  18. 数字编码： 二—十进制编码（十进制数的二进制编码）：8421BCD码， 有十个不同的数字符号，逢十进位，每位用四位二进制表示。 83.12 对应的 8421BCD 码是：1000 0011. 0001 0010 • 字符编码：ASCII码（用七位二进制编码） 用一个字节表示一个ASCII码，最高位认为0 30H ~ 39H 是数字0~9的ASCII码； 41H ~ 5AH 是大写英文字母A~Z 的ASCII码。 61H ~ 7AH 是小写英文字母 a~z 的ASCII码。

  19. 汉字编码 • 外部码 （输入码）：数字码、音码、形码和音形码 • 内部码：代表汉字在汉字字库的物理位置或序号或存储位置，至少两个字节。两字节汉字内码是将国标码的两个字节的最高位都为1形成的。 • 注意：不同的汉字输入方案，同一个汉字的外部码不同，但内部码是唯一的。 • 交换码： 国标码：两个字节二进制数（2个7位编码） • 区位码：四位十进制数（区号+位置号） • 字型码（输出码）：用二进制数表示汉字点阵的方法称为点阵的数字化，汉字字型经过点阵的数字化后转换乘一串数字，称为汉字的输出码。

  20. 二进制数的算术运算 • 加法：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10（向高位进位） • 减法： 0-0=1-1=0，1-0=1，0-1=1（从高位借位） • 乘法： 0  0=0，1  0=0  1=0，1  1=1 • 除法： 0  1=0，1  1=1 • 二进制数的逻辑运算 • 与运算： 00=0，01=0，10=0，11=1 • 或运算： 0  0=0，0  1=1，1 0=1，1 1=1 • 非运算：0=1；1=0 • 异或运算：00=11 =0 01=10=1 相同异或为0，相异异或为1 _ _ 1-1-4 数的运算方法

  21. * * * * * * * * AND 1 1 1 1 1 1 0 0 * * * * * * 0 0 * * * * * * * * OR 0 0 1 0 0 0 0 0 * * 1 * * * * * * * * * * * * * XOR 0 0 0 0 0 0 1 1 * * * * * * * * * * * * * * * * AND 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 * • 例：使某些位 置0 • AND AL, 0FCH • 例：使某些位置1 • OR AL, 20H • 例：使某些位变反 • XOR AL, 3 • 例：使某寄存器清0 • XOR AX, AX • 例：测试某些位是0是1 • TEST AL, 1 • JZ EVEN

  22. 定点整数补码加减法 • 参与运算的操作数用补码表示，运算结果也用补码表示。 • 符号位作为数的一部分参加运算。 • 做加法时，两数直接相加； [X]补+ [Y]补= [X+Y]补 • 做减法时，将减数求补后再与被减数相加。 [X]补- [Y]补= [X-Y]补 = [X]补+ [-Y]补= [X]补+ （[Y]补+1）

  23. 例1：补码加法 10111001+11001010=？ 1011,1001 - 71 + 1100,1010 + - 54 11000,0011 - 125 • 例2：补码减法 10111001-11001010=？ 10111001- 11001010 = 10111001 + 00110110 1011,1001 - 71 + 0011,0110 - - 54 11110,1111 - 17

  24. 溢出的概念及判断 • 字长为N 位的带符号数，用补码表示，最高位表示符号，其余N-1位表示数值，数的范围是-2 n-1 ~ +2 n-1-1。运算结果超过这个范围，就产生溢出。 • 两数相加时，只有当参加运算的两数的符号相同时，才有可能发生溢出现象。 • 溢出时运算结果的符号与参加运算的符号相反。 • 若为补码减法，可将减法变为加法后，再判断。 • 有符号数运算时需判断是否有溢出。无符号数运算时要判断是否有进位或借位。

  25. 例3：补码加法 （+120）+（+105）=？ 0111,1000 +120 + 0110,1001 + +105 1110,0001 - 31 • 例4：补码加法 （-5）+（-16）=？ 1111,1011 - 5 + 1111,0000 + - 16 1 1110,1011 - 21 注意： 溢出和进位是两个不同的概念。 带符号数运算时，溢出时结果错误，但有进位不一定就导致结果错误。例3中有溢出，结果错误；例4中有进位，但没溢出，结果正确。

  26. 定点无符号数加减法 • 无符号数加、减法必须判断有无进位或借位。 • 有进位或借位时的结果是错误的。 • 定点原码乘除法 • 确定乘积（商）的符号 c = a  b • 确定乘积（商）的数值

  27. 1-2 微型计算机基本概念 微机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。 硬件系统是构成微机系统各功能部件的集合； 软件系统是微机系统的各种程序的集合。 • 1-2-1 微机的硬件系统 • 硬件系统是指构成微机系统的全部物理装置， • 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。 • 微机硬件系统结构是指由各外部构成系统时的连接方式， • 通常分为：单总线结构、双总线结构和多重总线结构。

  28. CPU 数据 数据 运算器 输入设备 存储器 控制信号 控制信号 指 令 数据 控制信号 控制信号 控制器 输出设备 微机硬件系统组成框图

  29. 微型计算机的总线结构图 地址总线 C P U I/O 接口 I/O 接口 存储器 M 存储器 M 外 设 数据总线 控制总线

  30. 1-2-2 微机的软件系统 软件系统是指为计算机编制的各种程序及响相应的文档，通常存储在各种存储介质上，如磁盘、光盘等。 • 指令和程序：一条指令规定计算机执行一个基本操作。一个程序就是一连串的指令，规定微机完成一个完整的任务。 • 指令系统：一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令集或指令系统。 • 机器语言：第一代计算机语言，二进制代码指令，能直接被计算机识别，执行速度快，占内存少。 • 汇编语言：第二代计算机语言，用能反映指令功能的助记符表达，与机型有关，而且必须经过汇编过程生成机器语言的目标程序才能被计算机识别和执行。

  31. 高级语言：第三代计算机语言，对不同的计算机具有通用性，它的一个语句可以对应多条机器指令，如 BASIC、C、PASCAL语言等。其程序必须要经过解释和编译生成机器语言的目标程序才能执行。 • 数据库系统语言：第四代计算机语言，如FoxBASE、ORACLE等，其程序要经过数据库管理系统翻译成目标程序才能执行。 • 面向对象的语言：第四代计算机语言。

  32. 用户 各种应用软件 各 种 系 统 软 件 微 机 硬 件 系 统 • 软件的分类 • 系统软件：操作系统、各种语言的汇编、解释或编译程序、 数据库管理程序等。 • 应用软件：各种办公软件、图形处理软件、防病毒软件、 游戏软件等，也可以是用户自己编的程序。 • 软、硬件的关系

  33. 1-2-3 简化的微型计算机 微机的工作过程：执行程序（指令序列）的过程。 ORG 1000H MOV AL ，[2000H] ADD AL ，[2001H] MOV [2002H]，AL • 取指令：根据指令地址找到其所在的内存单元，将指令读出送数据总线，指令寄存器接收，再经指令译码器译码，控制线路发出执行这条指令的控制命令。 • 取数：根据源操作数地址找到其所在的内存单元，将数据读出送数据总线，然后送至运算部件。 • 写入结果：根据目的操作数地址找到其所在的内存单元，在写命令的控制下将CPU来的运算结果数据写入单元。

  34. 1-2-4 微机系统的技术指标 • 字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数， 标志了计算机的运算精度，当前微机的字长以32位为主。 • 内存容量：内存储器中能存储信息的总字节数。 • 主频：计算机的时钟频率，它很大程度的决定了计算机的运算速度。 • 运算速度：计算机每秒能执行多少指令来表示。 • 存取周期：计算机存储器进行一次完整的读/写操作所需要的时间，存取周期越短，存取速度越快，运算速度越快。 • 系统的兼容性、可靠性、可维护性以及外部设备的配置能力、软件的配备状况等。

  35. 1-2-4 微机的工作环境 • DOS环境 • 视窗环境 • 汉字环境 • 网络环境 • 多媒体环境

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