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第一章计算机基础知识

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正数表示法 原码 符号位用0表示 反码 [X]反=[X]原 [X]补=[X]原 补码 负数表示法 符号位用1表示 符号位不变,其余各位按位取反 [X]补=[X]反 +1 注意:1 加在最低位上 X=+0 [+0]补=00000000 X=-0 [-0]反=00000000 X=+0 [X]原=0 0000000 数0表示法 X=-0 [X] 原=1 0000000 X=+0 [X]反=00000000 X=-0 [X]反=11111111

引进补码的目的:

在二进制的算术运算中,乘法采用加法和移位来完成,除法采用减法和移位来完成。 而在计算机中为节省设备,只设加法器,故引进补码运算来将减法运算转换成加法运算。 计算机中,凡是涉及带符号数都一定是用补码表示的,运算的结果也用补码表示。

(6)二进制数的表示范围

无符号数 有符号数 (补码) 最大 最小 一个0 8位二进制数 0~255 (0 ~FFH) 01111111B → +127 10000000B → -128 00000000B → 0 16位二进制数 0~65535 (0 ~FFFFH) 7FFFH → +32767 8000H → -32767 0000H → 0 3. 常用的信息编码

二进制编码的由来: 由于计算机需要处理各种数据,而它只能识别二进制数,故对字符要用若干位二进制码来表示。

(1)二 - 十进制码 �� BCD码 (二进制编码的十进制)

定义: 用二进制编码来表示十进制数的编码。

特点: 保留了十进制的权,而数字用0和1的组合来表示。

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最常用的BCD码 是8421码。

8421码:用4位二进制数来表示1位十进制数,且逢十进位。 如:(0110) =(6) , (0001 0101) =(15)

BCD

D

BCD

D

命名由来:因4位二进制数中从左至右的各位的权分别为:2=8,2=4,2=2,2=1, 即权重依次为8,4,2,1, 故被称为 8421 BCD码。 注意不能与二进制数混淆起来。

例: (0100 0111)=(47) (01000111) =(71)

BCD

D

B

D

321

0

(2) 美国标准信息交换码 ASCII

ASCII码是目前计算机中用得最普遍的字符编码。每个字符用7位二进制编码表示,在计算机中用一个字节(8位)来表示一个ASCII码,其第8位除在传输中作奇偶校验用外,一般保持为0。 ASCII码是由128个字符组成的字符集, 其中编码值0~31(0000000~0011111)不对应任何可印刷字符,常称为控制符,用于计算机中的通信控制或对计算机设备的功能控制;编码值32(0100000)是空格字符SP;编码值127(1111111)是删除控制DEL;其余94个字符称为可印刷字符。 (3)汉字的编码

数字编码: 用一串数字表示一个汉字的输入。常用的有国标区位码(GB3212-80),它将6763个两级汉字分成94个区,每个区94

输入码: 位,区码和位码各两位十进制数字,即每个汉字用4位数字表示。 拼音码: 以汉语读音为基础的输入方法。如:全拼、双拼 字形编码: 以汉字的形状确定的编码。如:五笔字形、表形码

内部码:在设备和信息处理系统内部存储、处理、传输汉字用的代码。一般用两个字节(2个8位码)来存放一个汉字机内码,且最高位均为1。WIN95中现采用中西文统一编码“Unicode”(2字节编码),支持2万多汉字,我国确定为GB13000。为兼容GB2312,又推出了“国标汉字扩充码”GBK。

字形码:用点阵、矢量函数等方式表示的汉字字形的字模码。由于一个16×16点阵的汉字就要占用32个字节,故字模点阵只能用来构成字库,而不能用于机内存储。

各种代码之间的关系:

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1.3 计算机系统

1. 计算机系统的组成

2. 计算机的基本结构

冯·诺依曼(美籍匈牙利数学家)对计算机结构提出的设计思想:

(1)计算机应由五个基本部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备;

(2) 采用存储程序的方式,程序和数据存放在同一个存储器中;

(3) 指令在存储器中按执行顺序存放,由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址,一般

按顺序递增,但可按运算结果或外界条件而改变;

(4) 机器以运算器为中心,输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。

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由上图可以看出,微机与通用计算机没有本质上的差别,但微机广泛采用了集成度相当高的器件和部件(如:将算术逻辑单元和控制器集成在一个单片上,形成微处理器),并采用了独特的总线结构,任何一个部件只要符合总线标准,就可以挂到采用这种总线标准的系统中去。

3. 计算机工作原理

计算机的工作过程其实就是一个执行指令和程序的过程。

指令的执行过程:第一阶段,计算机将要执行的指令从内存取到CPU,此阶段称之为取指周期;第二阶段,CPU对取入的指令进行分析译码,判断该指令要完成的操作,然后向各部件发出完成该操作的控制信号,完成该指令的功能,此阶段称之为执行周期。 程序的执行过程:就是逐条执行指令的过程。取指令→执行指令→取指令→执行指令……

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指 令:就是让计算机完成某个操作所发出的命令,是计算机完成某个操作的依据。它包括操作码和操作数两部分。 操作码:指明该指令要完成的操作。

操作数:是指参加运算的数或者数所在的单元地址。

指令的分类:包括: 数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位运算指令、位与位串操作指令、控制转移指令、输入/输出指令、其他指令。

指令系统:指一台计算机的所有指令的集合。不同的计算机其指令系统不一定相同。 程 序:是由一系列指令构成的有序集合。

4. 计算机的硬件系统

计算机硬件主要由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备和总线等组成。其中:中央处理器、主存储器和总线构成“主机” , 辅助存储器和输入/输出设备构成“外设”。 微机的主机箱内主要有下列部件: (1) 系统主板

是一块集成电路板,是微机最主要的部件,它包括微处理器模块、内存模块、基本I/O接口、中断控制器、DMA(直接存取存储器)控制器及连接其他部件的总线。

微处理器 CPU :是微机的核心部件,控制计算机的各项工作。

Pentium 处理器主要由执行单元、指令预取部件、指令译码部件、地址转换与管理部件、指令快存(cache)和数据快存(cache)、总线接口部件和控制器等组成。其核心是执行单元(即运算器),它的任务是高速完成各种算术和逻辑运算。

主(内)存储器: 用来存放要执行的程序和要使用的数据。系统板上的主存一般都采用 DRAM。

目前微机中的半导体存储器主要有三种类型:

一般由MOS型电路构成,其中的信息是以电荷形式保存在小电容器(属于无源器件),动态随机存取存储器DRAM: 电容器放电,超过一定时间其中的信息就会丢失,需用外部支持逻辑电路来刷新。存放低。 中的信息断电后丢失。其特点是:与CPU的接口较SRAM复杂,但功耗低,集成度高,静态随机存取存储器SRAM 通过一个双稳态电路来保存其中的信息,只要电源不断,其中的信息就不会丢失,其特与CPU接口简单,使用方便,速度快,但功耗大,成本高。 专业 知识分享

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