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第二章 计算机的工作原理及特性

第二章 计算机的工作原理及特性. 江西制造职业技术学院. 本章学习目标. 　 本章主要讲解计算机数据处理方式、微型计算机的基本结构和系统组成、多媒体计算机特点、计算机病毒预防等内容。. 第一节 数制和字符编码的基本概念 第二节 计算机的基本组成 第三节 微型计算机硬件系统的构成 第四节 　微型计算机的性能指标 第五节 　微型计算机的软件系统 第六节 　多媒体计算机 第七节 计算机病毒. 第一节 数制和字符编码的基本概念. 本节主要讲解 数制的概念、数制间的相互转换、二进制运算、数据编码等内容。. 2.1.1 数字化信息编码的概念

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第二章 计算机的工作原理及特性

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  1. 第二章 计算机的工作原理及特性 江西制造职业技术学院

  2. 本章学习目标 　 本章主要讲解计算机数据处理方式、微型计算机的基本结构和系统组成、多媒体计算机特点、计算机病毒预防等内容。

  3. 第一节 数制和字符编码的基本概念 第二节 计算机的基本组成 第三节 微型计算机硬件系统的构成 第四节　微型计算机的性能指标 第五节　微型计算机的软件系统 第六节　多媒体计算机 第七节 计算机病毒

  4. 第一节 数制和字符编码的基本概念 本节主要讲解数制的概念、数制间的相互转换、二进制运算、数据编码等内容。

  5. 2.1.1数字化信息编码的概念 2.1.2进位计数制 2.1.3不同数制之间的转换 2.1.4计算机中数的表示 2.1.5字符的编码 2.1.6 常用数据单位

  6. 2.1.1 数字化信息编码的概念 数据 是人类能够识别或计算机能够处理的某种符号的集合。 信息 经过加工处理后用于人们制定决策或具体应用的数据。

  7. 2.1.2进位计数制 计算机中的常用数制（二进制、八进制和十六进制） 注：二进制数、八进制数和十六进制数分别以B、O和H结尾 1、 十进制数 十进制数用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字表示 ，基数为10，它采用逢十进一的原则计数,一个十进制数可以用位权方式展开 例：5067.12=5*103+0*102+6*101+7*100 +1*10-1+2*10-2 其中：10 n称为权，n*10n称为位权。

  8. 2、二进制数 二进制数用0和1 两个数字表示，基数为2。其特点是：逢2进1，借1得2。任何一个进制数据可按位权展开式展开。各数位的“权”是以2为底的幂 例：(10)2=1*21+0*20=(2)10 3、八进制数 用0、1、2、3、4、5、6、7八个数字表示 例如： （456.45）8＝ 4×8 2＋5×8 1＋6×8 0＋4×8－1＋5×8－2 ＝ （302.578125）10

  9. 4、十六进制 十六进制记数法也有两个特点： ·它采用十六个不同的记数符号，即数码：0～9及A、B、C、D、E、F。其中A表示十进制数10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。 ·它采用逢十六进一的进位原则，各位数的“权”是以16为底数的幂。 例如： （2AF）16 ＝2×16 2＋A×16 1＋F×16 0 ＝2×16 2＋10×16 ＋15×1 ＝（687）10

  10. 2.1.3 不同数制之间的转换 将整数和小数部分分别进行转换，然后用小数点连接。 • 二进制转换为十进制 • 十进制转换为二进制 • 二进制与八进制的互换 • 二进制十六进制的互换

  11. （1）二进制数转换成十进制数 将待转换的二进制数按各数位的权展开成一个多项式，求出该多项式的和就可以了。 例如： （1101.01）2 ＝ 1×2 3＋1×2 2＋0×2 1＋1×2 0＋0×2－1＋1×2－2 ＝ （13.25）10

  12. （2）十进制整数转换成二进制整数 逐次除2取余法： 用2逐次去除待转换的十进制整数，直至商为0时停止。每次所得的余数即为二进制数码，先得到的余数在低位，后得到的余数排在高位。

  13. 【例】将（236）D转换成二进制。 转换过程如图1-1所示。 将十进制数转变成二进制数

  14. （3）十进制小数转换成二进制小数 乘2取整法： 逐次用2去乘待转换的十进制小数，将每次得到的整数部分（0或1）依次记为二进制小数b－1，b－2，…，b－m。

  15. 例如，将0.8125转换为二进制小数，逐次乘2取整：例如，将0.8125转换为二进制小数，逐次乘2取整： 0. 8125 × 2 1 . 625 × 2 1 . 25 × 2 0 . 5 × 2 1 . 0 可得： （0.8125）10 ＝（0.1101）2

  16. 值得注意的是: 并非每一个十进制小数都能转换为有限位的二进制小数，此时可以采用0舍1入的方法进行处理（类似于十进制中的四舍五入的方法）。

  17. 例如，将0.335转换为二进制小数，精确到0.001。例如，将0.335转换为二进制小数，精确到0.001。 0. 335 × 2 0 . 67 × 2 1 . 34 × 2 0 . 68 × 2 1 . 536 可得：（0.335）10＝（0.0101…）2 ≈（0.011）2

  18. （4）任意十进制数转换成二进制数 对于任意一个既有整数部分，又有小数部分的十进制数，在转换为二进制数时: 只要将它的整数部分和小数部分分别按除2取余和乘2取整的法则转换，最后把所得的结果用小数点连接起来即可。

  19. 必须注意: 逐次除2取余的余数是按从低位到高位的排列顺序与二进制整数数位相对应的；逐次乘2取整的整数是按从高位向低位的排列顺序与二进制小数数位相对应的。其共同特点是以小数点为中心，逐次向左、右两边排列。

  20. （2）十进制数转换成八进制、十六进制数 分别采用除8取余法（对小数部分为乘8取整法）、除16取余法（对小数部分为乘16取整法）。 注意： 在进行十进制数转换成十六进制数的过程中，对于采用除16取余法得到的余数和采用乘16取整法得到的整数，若为10～15之间的数值，最后要分别用字符A、B、C、D、E、F代替。

  21. 4.二进制数与八、十六进制数的转换 （1）二进制数转换成八进制数 （2）八进制数转换成二进制数 （3）二进制数转换成十六进制数 （4）十六进制数转换成二进制数

  22. （1）二进制数转换成八进制数 因为2 3＝8，所以三位二进制数位相当于一个八进制数位，它们之间存在简单直接的关系。 三位一并法： 从待转换的二进制数的小数点开始，分别向左、右两个方向进行，将每三位合并为一组，不足三位的以0补齐（注意：整数部分在前面补0，小数部分在末尾补0）。然后每三位二进制数用相应的八进制码（0～7）表示，即完成二－八转换工作。

  23. 〖例1〗 将（101010001.001）2转换成八进制数。 首先以小数点为中心，分别向左右两个方向每三位划分成一组（以逗号作为分界符）： 101，010，001.001， 然后，每三位用一个相应八进制数码代替，即得： （101010001.001）2＝ （521.1）8

  24. 〖例2〗 将（10010001.0011）2转换成八进制数。 首先分组（以逗号作为分界符）： 10，010，001.001，1 小数点的左边，有一组“10”不足三位，应该补一位0，即应补为“010”；小数点的右边，有一组“1”不足三位，应该补两位0，即应补为“100”。则补0后的分组情况为： 010，010，001.001，100， 即得： （10010001.0011）2＝ （221.14）8

  25. （2）八进制数转换为二进制数 此为上述转换的逆过程。将每一位八进制数码用三位二进制数码代替，即“一分为三”。

  26. 〖例3〗 将（576.35）8转换成二进制数。 将八进制数的每位数码依次用三位二进制数代替，即得： （576.35）8＝ （101111110.011101）2

  27. （3）二进制数转换为十六进制数 因为2 4＝16，因此四位二进制数与一位十六进制数是完全对应的。 四位一并法： 从待转换的二进制数的小数点开始，分别向左、右两个方向进行，将每四位合并为一组，不足四位的以0补齐。然后每四位二进制数用一个相应的十六进制码（0～F）表示，即完成二－十六转换工作。

  28. 〖例4〗 将（10110001.0011）2转换成十六进制数。 首先以小数点为中心，分别向左右两个方向每四位划分成一组（以逗号作为分界符）： 1011，0001.0011， 然后，每四位用一个相应十六进制数码代替，即得： （10110001.0011）2＝ （B1.3）16

  29. （4）十六进制数转换为二进制数 与八－二转换类似，采用“一分为四”的方法，把每个十六进制数码用四位二进制数代替就完成了十六－二转换工作。

  30. 〖例6〗 将（576.35）16转换成二进制数。 将八进制数的每位数码依次用三位二进制数代替，即得： （576.35）16＝ （010101110110.00110101）2

  31. 2.1.4 计算机中数的表示 在进行科学计算中的数值数据，我们是用+或-符号来表示正、负数；在计算机中则使用符号位来表示正、负数。 符号位规定在数的最高位，即用最高一位二进制数位0表示正数，用1表示负数。为了论述方便，通常把表示一个数值数据的机内编码称为机器数，而把它所表示的实际值称为机器数的真值。

  32. 2.1.5 字符的编码 1．ASCII码 ASCII码--American Standard Code for Information Interchange--美国标准信息交换代码 是目前普遍采用的用以表示输入计算机的字母、数字、符号等信息的二进制编码。 ASCII码有基本ASCII码和扩展ASCII码。 在基本ASCII码中，用8位二进制位编码，其中最高位为0，后7位二进制有效。 在扩展ASCII码中，用8位二进制位编码，其中最高位为1，后7位二进制有效。

  33. 2．汉字代码 • 汉字输入码 • 汉字交换码 • 汉字机内码 • 汉字字形码

  34. (1) 汉字输入码 也称为汉字外码。是指用户从键盘上输入的代表汉字的编码。 不同的输入方法，输入码的编码不同。 输入码是由键盘管理程序转换为机内码，以便保存、显示和打印。 (2) 汉字交换码 也称为国标码。是指在对汉字进行传递和交换时使用的编码。 目前，我国普遍采用的汉字系统是在1981年颁布的《信息交换汉字编码字符集·基本集》，国家标准代码号为GB 2312-80。在这个标准中规定了6763个常用汉字和682个图形符号(如标点符号、运算符、西文字母等)。

  35. (3) 汉字机内码 也称为汉字内码，用于在计算机内部表示汉字。 每个汉字内码采用两个字节表示，最高二进制位均为1。 例：“啊”字的国标码是3021H，它的汉字内码是B0A1H (4) 汉字字形码 用于在显示、打印汉字，是汉字字形的数字化信息，表示汉字图形。 字形编码常用点阵码和矢量码。

  36. 汉字字模库 点阵类型 点阵 字节数 简易型 16×16 32 普及型 24×24 72 128 提高型 32×32 精密型 48×48 288 占用字节数=(点阵列数／8) ×行数

  37. 汉字编码之间的关系 其他系统的汉字编码 两个字节 最高二进制位均为1 交换码 （国标码） 机内 码 字形 码 外码 (输入码) 显示 打印 汉字 信息 汉字 信息 输入 汉字库

  38. 2.1.6 常用数据单位 字节换算关系: 1Byte=8bits 1KB=1024Byte=210Byte（K的意思是千） 1MB=1024KB=210KB=220Byte=1024×1024Byte（M读兆） 1GB=1024MB=210MB=230Byte=1024×1024KB（G读吉） 1TB=1024GB=210GB=240Byte=1024×1024MB（T读太） 1. 位 (bit)： 计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位(英文名称为bit，读音为比特)。一个二进制位可以表示两种状态（0或1）。计算机中直接、最基本的操作就是对二进制位的操作。 2. 字节 (Byte)： 字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。1个字节由8个二进制数位组成。更高数据有千字节KB，兆字节MB，吉字节GB和太字节TB等。

  39. 3. 字 (word)： 一个字由若干个字节组成。表示计算机单位时间处理数据或信息的长度。如我们常说的286、386、Pentiums机其字长分别为16位、32位、64位。

  40. 本节主要讲解计算机的工作原理、计算机的系统组成等内容。本节主要讲解计算机的工作原理、计算机的系统组成等内容。 2.2.1　计算机的基本工作原理 2.2.2　计算机系统组成 第二节 计算机的基本组成

  41. 2.2.1计算机的基本工作原理 存储程序工作原理(存储程序、程序控制) : 1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。 2.程序和数据在计算机中用二进制数表示。 3.计算机的工作过程是由存储程序控制的。 John von Neumann 冯诺依曼 美籍匈牙利数学家

  42. 计算机系统基本硬件结构

  43. 2.2.2 计算机系统组成 计算机系统通常是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 硬件hardware是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。 软件software是指实现算法的程序和相关文档，包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。

  44. 中央处理器 主机 内存储器 控制器 硬件 运算器 输入设备 外部设备 计算机系统 只读存储器ROM 输出设备 操作系统 外存储器 读写存储器RAM 编译系统 诊断系统 软件 数据库 系统软件 编程语言 事务处理软件 应用软件 辅助设计软件 游戏程序

  45. 第三节 微型计算机硬件系统的构成 2.3.1　微处理器 2.3.2　存储器 2.3.3　输入设备 2.3.4　输出设备

  46. 硬件系统是指所有构成计算机的物理实体。 中央处理器CPU: 控制器、运算器、寄存器 存储器: 内存 、外存 总线:数据总线、控制总线、地址总线 外设: 输入设备、输出设备 I/O接口: 用来连接主机和外设的逻辑电路

  47. 外存储器 输入设备 输出设备 处理 结果 程序 数据 内存储器 运算器 控制器 数据流 控制流

  48. 2.3.1 微处理器 通常人们以微处理器CPU芯片为标志来划分微型计算机，如286、386、Pentium机等。 1993年Intel公司推出了Pentium芯片，随后又推出了Classic Pentium、Pentium Pro、PentiumMMX、PentiumII、PentiumIII和奔腾第四代产品P4的微型机。

  49. 1、中央处理器CPU 中央处理器Central Processing Unit简称CPU，它是计算机系统的核心，决定着计算机的性能和档次。 主要包括运算器ALU和控制器CU两个部件。

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