计算机基础28925 7页

本章内容本章内容1.1计算机概述1.1计算机概述1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制第1章计算机基础篇1.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码1.4计算机系统的组成与应用1.4计算机系统的组成与应用1.5计算机系统的主要性能指标1.5计算机系统的主要性能指标2013/2014学年秋季版1.6计算机的安全与病毒1.6计算机的安全与病毒计算机科学与技术学院张维刚1.7多媒体技术1.7多媒体技术1.8数据库1.8数据库231.1计算机概述1.1计算机概述本章内容计算机的概念计算机的特点1.1计算机概述计算机是一种按程序控制自动进行信息加工处理的通运算速度快1.2计算机中常用的数制用工具。它的处理对象和结果都是信息。高性能计算机每秒能进行10亿次加减运算1.3计算机中的数据与编码单从这点来看，计算机与人的大脑有某些相似之处。因为计算精度高人的大脑和五官也是信息采集、识别、转换、存储、处理1.4计算机系统的组成与应用一般的计算机均能达到15位有效数字的器官，所以人们常把计算机称为电脑。1.5计算机系统的主要性能指标记忆能力强存储器的容量可以做得非常大，能记忆大量信息。既能记1.6计算机的安全与病毒忆各类数据信息，又能记忆处理加工这些数据信息的程序1.7多媒体技术较复杂的逻辑判断能力1.8数据库具有执行程序的能力计算机是个自动化程度极高的电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序4561.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制计算机中信息的表示:数值型信息的表示计算机中信息的表示:非数值型信息的表示信息表示：0和1的作用整数、浮点数等…文字、图像、声音、视频等…•计算机中的信息均是用0和1表示的进位计数制编码：编码是处理非数值信息的数码、数位、位权、基值ASCII码•0和1可以表示数值性信息，如整数、小数二进制、八进制、十六进制、十进制BCD码进位计数制/二进位制二进制运算同一信息可以用不同进制编码表示方法•0和1也可以表示非数值性信息，如文字、图片逻辑与、或、非运算编码算术运算•任何信息都可以用0和1表示，也就都能利用计算机进计数制的转换行处理其他进制‐‐‐十进制的转换十进制‐‐‐其他进制的转换二、八、十六进制的转换789\n1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制计算机为什么要用0和1表示信息？进位计数制进位计数制•元器件容易实现数制数位、基数和位权数制也称为计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则数位：是指数码在一个数中所处的位置。灯泡线路来表示数值的方法。基数：是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的亮/灭通/断01进位计数制数码的个数。例如十进位计数制中，每个数位上可以使用01的数码为0～9十个数码，即其基数为十。按进位的方法进行计数，称为进位计数制。在日常生活和计算机中采用的都是进位计数制。位权：是指在某种进位计数制中，每个数位上的数码所代电压门数位、基数和位权表的数值的大小，等于在这个数位上的数码乘上一个固定高/低开/关在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。的数值，这个固定的数值就是此种进位计数制中该数位上01的位权。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。01•二进制运算规则简单1011121.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制常用的进位计数制十进制十进制(245.25)10进位计数制很多，这里主要介绍与计算机技术有关的十进位计数制简称十进制。几种常用进位计数制。十进制数具有下列特点：数位210-1-2十进制（101）有十个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。10210110010-110-2二进制（21）每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按(245.25)10=八进制（23）“逢十进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以102×102+4×101+5×100+2×10-1+5×10-2为底的幂次方。十六进制（24）在计算机中，一般用十进制数作为数据的输入和输出•有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共十个数码基数•数码的位置规定了数码的等级“权/数位”：10i位权•逢十进一、借一当十、高数位的1相当于低数位的10“十”----基数，十进制1314151.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制十进制r 进制:各种进位计数制的表示方法r进制的四个特例•有0,1,……,r-1共r个数码•方法一：10进制数码(D)：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9(dn‐1dn‐2……d2d1d0.d‐1d‐2……d‐m)rr为计数制2进制数码(B)：0和1•数码的位置规定了数码的等级“权/数位”：ri例如(365.2)10,（11011.01)2,（3460.36)8,(596.12)168进制数码(O)：0,1,2,3,4,5,6,7•逢r进一、借一当r、高数位的1相当于低数位的r16进制数码(H)：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F“r”----基值，r进制•方法二：利用后缀表示各种进位计数制10,11,12,13,14,15后缀B表示二进制数；后缀O表示八进制数；后缀H表基数受制于位权例如：24进制/60进制数8:15(8.25)，14:30(14.5)示十六进制数，后缀D表示十进制数。例如365.2D,11011.01B,3460.36O,596.12H例如：2进制/3进制红绿灯/红绿黄灯161718\n1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制二进制二进制的运算：算术运算和逻辑运算例如：(11011.101)=(?)有两个不同的数码符号0，1。210算术运算规则每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢二进二进制：11011.101•算术运算规则简单一”来决定其实际数值。↓↓↓↓↓↓↓↓0101任意一个二进制数S，可以表示成如下形式：各位权:24232221202‐12‐22‐3加法运算+0+0+1+10110(S)=S×2n–1＋S×2n–2＋S×21＋S×20＋S２n－1n－210－–1–2–m(11011.101)=1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋减法运算0101×2＋S×2＋…＋S×221－2－m1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3=(27.625)–0–0–1–110式中Sｎ为数位上的数码，其取值范围为0～1；n为整数位0110个数，m为小数位个数；2为基数。2n－１，2n–2，…，21，•乘除法运算可转为多次加减法运算来进行20，2–1…，2–m是二进制数的位权。1920211.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制二进制的运算：算术运算和逻辑运算二进制的运算：算术运算和逻辑运算多位二进制的逻辑运算规则逻辑运算规则逻辑运算规则10111101111001110011“与”运算0011“非”运算AND）────OR）────1001110111AND0AND1AND0AND1NOT0NOT100011010111“异或”运算1001110011“或”运算00110011NOT）────XOR）────OR0OR1OR0OR1XOR0XOR1XOR0XOR1011000010001100111•注意：二进制的逻辑运算是进位无关运算，又称按位运算。2223241.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制“与”/“或”运算用两把锁锁门来类比八进制十六进制有八个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7。有十六个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8有钥匙为1，没有钥匙为0每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢八进，9，A，B，C，D，E，F。由于数字只有0～9十个，开门为1，关门为0一”来决定其实际的数值。而十六进制要使用十六个数字，所以用A～F六个英文字母分别表示数字10～15。例如:(123.24)=(?)810每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢十六(123.24)=1×82＋2×81＋3×80＋2×8–1＋4×8–2进一”来决定其实际的数值。“或”运算：8只要有任何一把=(83.3125)例如:(3AB.48)16=(?)1010钥匙便能开门(3AB.48)=3×162＋A×161＋B×160＋4×16–1＋八进制作用：是计算机中常用的一种计数方法，它可16“与”运算：以弥补二进制数书写位数过长的不足。8×16–2两把钥匙都有才能开门=(939.28125)10252627\n1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制小结例：把下列二进制数转换成十进制数例：把下列八进制数转换成十进制数数制十进制二进制八进制十六进制(1)(110101)2(2)(1101.101)2(1)(305)8(2)(456.124)8解：解：基数R102816(1)(110101)=1×25＋1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋(1)(305)=3×82＋0×81＋5×80=192＋5=(197)位权Rk10k2k8k16k28101×20=32＋16＋0＋4＋0＋1=(53)10(2)(456.124)=4×82＋5×81＋6×80＋1×8–1＋2×8–2＋0,1,2,3,4,5,6,80,1,2,3,4,5,6,数字符号7,8,90,10,1,2,3,4,5,6,77,8,9,A,B,C,(2)(1101.101)=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋l×2-1D,E,F24×8–3=256＋40＋6＋0.125＋0.03125＋0.0078125=＋0×2–2＋l×2–3=8＋4＋0＋1＋0.5＋0＋进位规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一(302.1640625)0.125=(13.625)10102829301.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制•十进制r进制(已知十进制的N,求di):整数部分因为：N=(dn-1dn-2……d2d1d0)r十进制数转换为非十进制数例：把下列十六进制数转换成十进制数=dn-1rn-1+dn-2rn-2+…+d2r2+d1r1+d0r0把十进制数转换为二、八、十六进制数的方法是：整(1)(2A4E)(2)(32CF.48)1616数部分转换采用“除R取余法”；小数部分转换采用“所以：N/r的余数为d0解：乘R取整法”。(N-d0)/r/r的余数为d1((N-d0)/r-d1)/r/r的余数为d2(1)(2A4E)=2×163＋A×l62＋4×161＋E×l60…...….16dn-1/r的余数为dn-1=8192＋2560＋64＋14=(10830)100(2)(32CF.48)=3×163＋2×162＋C×l61＋F×l60＋注：每次除都以上次除得的商作为被除数。1624516低位161554×16–1＋8×16–2=12288＋512＋192＋15＋0.25例如：(245)10=(F5)16015(F)高位＋0.03125=(13007.28125)10313233例：将十进制数(125.6875)转换为二进制数例：将十进制数(125.6875)转换为二进制数•十进制r进制(已知十进制的N,求di):小数部分1010①整数部分的转换:②小数部分的转换:因为：N=(0.d-1d-2……d-m)r积的整数部分=d-1r-1+d-2r-2+…+d-mr-m2│125余数0.6875×2=1.375=1a1└─┰───────所以：Nr的整数部分为d-12│62┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二进制整数低位0.375×2=0.75=0a2(Nr-d-1)r的整数部分为d-2├──────0.75×2=1.5=1a32│31┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄0((Nr-d-1)r-d-2)r的整数部分为d-3├──────0.5×2=1.0=1a4…...0.5252│15┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1d-mr-1r的整数部分为d-m16高位└┬────8.42│7┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1(0.6875)10=(0.1011)2注：每次先将上次乘得的结果，├────16去掉整数部分后再相乘。2│3┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16.4├────162│1┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1所以：(125.6875)10=(1111101.1011)2└────6.4例如：(0.525)10=(0.8666)16160┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二进制整数高位低位(125.6875)=(175.54)86.410小数部分在转换时乘不尽怎么办？343536\n1.2计算机中常用的数制1.2计算机中常用的数制二进制转为八进制、十六进制最后一组不足用0补！二、八、十六进制数之间的相互转换二、八、十六进制数之间的相互转换由于8和16都是2的整数次幂，即8=23,16=24将八（十六）进制数转换成二进制数时，只需以小数将二进制整数将每组按二进一位八进制数就相当于3位二进制数点为界，向左或向右每一位八（十六）进制数用相应从右向左制数向十进制而一位十六进制数就相当于4位二进制数的三（四）位二进制数取代即可。如果不足三（四）整数每隔3位/4位分数转换的方法位，可用零补足。为一组进行转换因此，八进制、十六进制同二进制之间的转换极为方反之，二进制数转换成相应的八（十六）进制数，只便是上述方法的逆过程，即以小数点为界，向左或向右将二进制小数将每组按二进每三（四）位二进制数用相应的一位八（十六）进制从左向右制数向十进制小数数取代即可。每隔3位/4位分数转换的方法为一组进行转换373839①二进制数和八进制数之间的转换②二进制数和十六进制数之间的转换[例]将(3A8C.9D)转换成二进制数245的十进制表示记为：16[例]把(345.23)8转换成二进制数十六进制数：3A8C.9D245八进制数：345.23↓↓↓↓↓↓ ↓↓↓↓↓二进制数：0011101010001100.10011101245的二进制表示记为：二进制数：011100101.010011所以，(3A8C.9D)16(11101010001100.10011101)211110101所以，(345.23)8(11100101.010011)2245的八进制表示记为：[例]把二进制转换为八进制数[例]将转换成十六进制数365二进制数：010110101.011010二进制数：0010111010111101.10111000↓ ↓↓ ↓↓245的十六进制表示记为：八进制数：265.32↓↓↓↓↓↓所以,十六进制数：2EBD.B8F5(10110101.01101)(265.32)28所以，(10111010111101.10111)(2EBDB.8)说明：同一个数，用不同进位制表达，结果也是不同的216404142本章内容1.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码1.1计算机概述计算机中的信息单位计算机中的信息单位1.2计算机中常用的数制bit位/比特—1位二进制位/0和1，信息表示最小单位Word字—计算机内部数据处理、信息传输基本单位。计算机采用二进制。计算机中最小的数据单位是二进制的每一个字包含的二进制位数称为字长。1.3计算机中的数据与编码一个数位，简称为位(bit，比特)。计算机中最直接、最基字是由若干字节组成的（通常取字节的整数倍）。字是计1.4计算机系统的组成与应用本的操作就是对二进制位的操作。算机进行数据存储和数据处理的基本运算单位。1.5计算机系统的主要性能指标Byte字节—8位二进制位，衡量信息的基本单位字长是计算机性能的重要标志，它是一个计算机字所包含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的二进制位的个数。不同档次的计算机有不同的字长。按1.6计算机的安全与病毒位。例如，计算机内存的存储容量、磁盘的存储容量等都字长可以将计算机划分为8位机（如AppleⅡ、中华学习机1.7多媒体技术是以字节为单位表示的。人们选定8位为一个字节（Byte））、16位机（如286机）、32位机（如386机、486机）、64通常用B表示。1个字节由8个二进制数位组成。位机（奔腾系列微机或巨型机）。1.8数据库1KB=210Byte，1MB=210KB，1GB=210MB，1TB=210GB,1PB=210TB,注意：是2的10次方为计算单位434445\n1.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码计算机中数值的表示整数小数为了方便运算，机器数中，数值和符号全部数字化。根据小数点的位置是否固定，分为定点数和浮点数二计算机在进行数值运算时，采用把各种符号位和数值种类型位一起编码的方法。定点数整数定点小数是纯小数，约定的小数点位置在符号位之后、有定点数效数值部分最高位之前。浮点数定点整数是纯整数，约定的小数点位置在有效数值部分最左面第一位表示符号，1表示负，0表示正低位之后。4647481.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码浮点数定点数与浮点数数值表示方法与科学计数法相似，任意一个J进制数N，总可以写成对有符号数常采用3种表示方法，即原码、反码和补码N=JE×M下面的例子均以8位二进制数码表示。式中M称为数N的尾数(mantissa)，是一个纯小数；E为原码数N的阶码(exponent)，是一个整数，J称为比例因子JE正数的符号为0，负数的符号为1，其它位按一般的方法表的底数。这种表示方法相当于数的小数点位置随比例因子示数的绝对值，用这种方法得到的数码就是该数的原码。的不同而在一定范围内可以自由浮动，所以称为浮点表示例如：法。x(103)10[x]原（01100111）2y(103)10[y]原（11100111）2原码简单易懂，但用这种码进行两个异号数相加或两个同定点数的表示浮点数的表示号数相减时都不方便。4950511.3计算机中的数据与编码1.3计算机中的数据与编码例:已知[X]=10011010，求[X]原补分析如下：数值表示方法数值表示方法由[X]求[X]的原则是：若机器数为正数，则反码补码原补[X]=[X]；若机器数为负数，则该机器数的补码可正数的反码与原码相同;正数的补码与其原码相同;补原对它的原码（除符号位外）所有位求反，再在末位负数的反码为其原码除符号位外的各位按位取反（0变1，负数的补码为其反码在其最低位加1。而1变0）。例如：加1而得到。现给定的机器数为负数，故有[X]补=[X]例如：反+1，即[25]原[25]反[25]补（00011001）2[X]=10011010[25]原[25]反（00011001）2原[25]原（10011001）2[X]反=11100101[25]原（10011001）2[25]反（11100110）2[25]（11100110）2＋)1反[25]补（11100111）2[X]=11100110补525354\n1.3计算机中的数据与编码数值表示方法对于正数，原码=反码=补码。对于负数，补码=反码+1。在下列不同进制的四个有符号数中，最小的一个引入补码后，使减法统一为加法。数是()练习A)(11011001)2B)(75)101、求+55，-55，+123，-123，+1，-1的补码C)(37)8D)(A7)162、写出下列补码表示的二进制数的真值（用十进制表示）①01101010②01010111③10001101④111111105556