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大学计算机应用基础第2章计算机基础知识

-8-1 目 录 第1章 绪 论 第2章 计算机基础知识 第3章 计算机硬件系统 第4章 计算机操作系统 第5章 办公应用软件 第6章 多媒体技术应用 第7章 计算机网络 第8章 Internet及其应用 第2章 计算机基础知识 2.1 计算机中数据的存储表示 2.2 计算机系统组成与工作原理 2.3 计算机系统的多级层次结构 2.4 计算机体系结构 2.5 冯?诺依曼结构与哈佛结构 2.6 处理器体系结构 2.7 课程设计题目——设计哈佛结构M1机 2.1 计算机中数据的存储表示 数据分为数值型数据和非数值型数据两大类。 计算机可以接收和输出各种不同形式的数据，包括数字、文字、图像、声音和视频等。 计算机对数据进行存储和加工处理时，都采用二进制编码来表示，它有一套独特的编码方法和运算规则。 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制 2.1.2 计算机中数值型数据的存储表示 2.1.3 计算机中非数值型数据的存储表示 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(一) 所有的数据在计算机中都以二进制数的形式存储表示。这是因为当今计算机的“内脏器官”和“中枢神经”系统都是由电器和电子元件组成。它们都只有两种状态。电子元器件的这两种状态可表述为“信”状态和“息”状态，“信”状态用二进制数符“1”表示，“息”状态用二进制数符“0”表示。 在计算机中，采用二进制存储表示数据具有易于物理实现、运算简单、可靠性高和通用性强等优点。 计算机中存储的都是由“0”和“1”组成的数据，它们分别代表不同的含义。有的表示程序指令，有的表示数据，这些数据采用了不同的编码方案。 尽管计算机中均采用二进制数来存储表示各种数据，但是人机交互亦然采用人们熟悉和便于阅读理解的数据形式，它们之间的转换由计算机软硬系统实现。 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(二) 1. 计算机所涉及的进位计数制 人们日常生活中最熟悉的是十进制数。 该计数制具有两个基本特征：其一它有10个不同的数字符号(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)；其二它遵循“逢十进一”原则。 计数制中所使用的不同数字符号的个数称为该计数制的基数(Radix)，如十进制数的基数为10。 每位数字符号在数字序列中所表示的真实量等于数字符号乘以一个与数字符号所处位置相关的常量。这些常量都是基数的方幂，在数学上称为“位权”(简称“权”)。例如，十进制数999.99按权展开表示如下。 999.99=9×102+9×101+9×100+9×10-1+9×10-2 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(三) 计算机采用二进制数。 二进制数的基本特征与十进制数完全类似：其一具有两个不同的数字符号(0、1)；其二遵循“逢二进一”原则。 该计数制的基数为2，即在数字序列中各位上的“权”以2的方幂表示。例如，二进制数(1110.1)2的真实量按权展开表示如下。 (1110.1)2=1×23+1×22+1×21+0×20+1×2-1=14.5 二进制数的不足之处是它表示信息的容量较小，往往需要用许多二进制位数表示不同的数据。这给阅读和书写带来麻烦，并且很容易出错。为了解决这个问题，人们通常使用八进制数或十六进制数作为二进制数的简单表达形式。 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(四) 八进制数或十六进制数的基本特征与十进制数也完全类似。 无论使用哪种计数制，数值的表示都包含两个基本要素：基数和各位的权。 表2-1是4种计数制数值间的对应关系。 一般地，对于r进制数K，若有n位整数，m位小数，则按权展开表示如下。 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(五) 为了书写和表示方便，常在数字序列后面加一个字母后缀作为不同进制数的标识。 用D表示十进制数 用B表示二进制数 用O或Q表示八进制数 用H表示十六进制数。 因为十进制数使用得最普遍，所以不带后缀字母的数字序列被默认为十进制数。 表2-2是常用的4种进位计数制。 2.1.1 计算机中数据的表示基础——二进制(六) 2. 不同进位计数制之间的相互转换 任何一种进位计数制表示的数值都可以通过按权展开，相乘相加得到对应的十进制数值。下面讨论将十进制数转换为r进制数。 (1)十进制数转换为r进制数 若两个数相等，则它们的整数部分和小数部分一定分别相等。因此，将十进制数转换为r进制数时，可以将其分成整数部分和小数部分进行分别转换。 运用待定系数法可以推得： 将十进制整数转换为r进制整数采用“除r留余法”，即将十进制整数除以r，得到一个商和一个余数，保留余数，对商继续除以r，…，直到商为0，最先得到的余数是r进制整数的最低位，最后得到的余数是r进制整数的最高位。 将十进制小数转换为r进制小数采用“乘r取整