1、第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 教学目标和要求：教学目标和要求：本章介绍计算机基础知识，主要内容有计算机发本章介绍计算机基础知识，主要内容有计算机发展和应用领域、计算机硬件系统和软件系统组成及各展和应用领域、计算机硬件系统和软件系统组成及各主要部件功效、计算机编码和数制。主要部件功效、计算机编码和数制。经过学习，了解计算机发展和应用领域；了解计经过学习，了解计算机发展和应用领域；了解计算机硬件系统基本配置、主要性能指标、硬件和软件算机硬件系统基本配置、主要性能指标、硬件和软件系统组成；了解和掌握系统组成；了解和掌握数制转换和数据编码数制转换和数据编码概念和方概念和方法。法
2、。1计算机系统组成与计算机工作原理第1页第第1 1章章 计算机与社会信息化计算机与社会信息化 1.1 1.1 计算机发展介绍计算机发展介绍1.2 1.2 信息技术概述信息技术概述 1.3 1.3 计算机系统组成计算机系统组成1.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成1.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类1.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 1.7 1.7 数制及其运算数制及其运算1.8 1.8 文字信息编码形式文字信息编码形式2计算机系统组成与计算机工作原理第2页1.1.1 1.1.1 计算机发展历程计算机发展历程u英国数学家英国数学家乔治乔治布尔布
3、尔（George BooleGeorge Boole，1815-1815-18641864）创建）创建逻辑代数逻辑代数，奠定电子计算机，奠定电子计算机数学理论数学理论基基础；础；u英国科学家图灵（英国科学家图灵（Alan Turing,1912-1954Alan Turing,1912-1954）首次）首次提出提出逻辑机逻辑机模型模型 图灵机图灵机。建立建立算法理论算法理论和提出和提出图灵测试图灵测试即智能机器；即智能机器；u第一台电子数值积分计算机（第一台电子数值积分计算机（19461946）ENIACENIAC3计算机系统组成与计算机工作原理第3页4计算机系统组成与计算机工作原理第4页5计
4、算机系统组成与计算机工作原理第5页6计算机系统组成与计算机工作原理第6页美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯诺依曼诺依曼（John Von Neumann,John Von Neumann,1903-19571903-1957）提出）提出EDVACEDVAC计算机方案。计算机方案。7计算机系统组成与计算机工作原理第7页三个基本标准三个基本标准:计计算算机机基基本本结结构构：计计算算机机硬硬件件应应含含有有运运算算器器、控控制制器器、存存放放器器、输输入入设设备备和和输输出出设设备备等等五五大大基基本本功效功效。采采取取二二进进制制数数：二二进进制制数数便便于于硬硬件件实实现现，又又有有简简单单
5、运算规则运算规则。存放程序控制：存放程序控制：存放程序实现存放程序实现自动计算自动计算。这这3 3个个基基本本标标准准确确定定了了冯冯诺诺依依曼曼型型计计算算机机基基本本结结构构8计算机系统组成与计算机工作原理第8页计算机经历了计算机经历了四代四代发展历程发展历程:第一代第一代（19461946年年19581958年）为年）为电子管电子管计算机；计算机；第二代第二代（19581958年年19641964年）为年）为晶体管晶体管计算机；计算机；第三代第三代（19641964年年19701970年）为年）为中小规模集成电路中小规模集成电路 计算机；计算机；第四代第四代（19711971年年）为为大
6、规模、超大规模大规模、超大规模 集成电路集成电路计算机。计算机。以以元件元件作为作为划分划分标准标准。9计算机系统组成与计算机工作原理第9页10计算机系统组成与计算机工作原理第10页11计算机系统组成与计算机工作原理第11页12计算机系统组成与计算机工作原理第12页1.1.2 1.1.2 计算机分类计算机分类按计算机运算速度、字长、存放容量、软件配置及用按计算机运算速度、字长、存放容量、软件配置及用途等多项性能指标划分：途等多项性能指标划分：1.1.高性能计算机高性能计算机 指当前运算速度最快、处理能力最强计算机。指当前运算速度最快、处理能力最强计算机。2.2.微型计算机微型计算机 个人计算机
7、（个人计算机（PCPersonal ComputerPCPersonal Computer）。）。3.3.工作站工作站 介于微计算机与小型计算机之间高档微机系统介于微计算机与小型计算机之间高档微机系统13计算机系统组成与计算机工作原理第13页4.4.服务器服务器 高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站组员信息请求等处理网络工作站组员信息请求等5.5.嵌入式计算机嵌入式计算机 计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其它设备计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其它设备中，使其成为智能化和自动化程度更高设备中，使其成为智能化和自动化程度更高设备1
8、4计算机系统组成与计算机工作原理第14页1.1.3 1.1.3 计算机主要应用领域计算机主要应用领域 1.1.科学计算科学计算（Scientific ComputingScientific Computing）2.2.数据处理数据处理（Data ProcessingData Processing）3.3.过程控制过程控制（Procedure ControlProcedure Control）4.4.计算机辅助系统计算机辅助系统（Computer-Aided SystemComputer-Aided System）5.5.人工智能人工智能（Artificial IntelligenceArtif
9、icial Intelligence）6.6.信息高速公路信息高速公路（Information Super-HighwayInformation Super-Highway）7.7.多媒体技术多媒体技术（MultimediaMultimedia）15计算机系统组成与计算机工作原理第15页线框图线框图 实体图实体图应用举例：计算机辅助设计与制造（应用举例：计算机辅助设计与制造（CAD/CAMCAD/CAM）16计算机系统组成与计算机工作原理第16页应用举例：生物仿真模拟应用举例：生物仿真模拟17计算机系统组成与计算机工作原理第17页应用举例：室外建筑效果图应用举例：室外建筑效果图18计算机系统组
10、成与计算机工作原理第18页应用应用举例举例：医学里应用：医学里应用用用AVSAVS对焦点区域图象进行分析处理对焦点区域图象进行分析处理19计算机系统组成与计算机工作原理第19页应用举例：油气工业应用举例：油气工业20计算机系统组成与计算机工作原理第20页应用举例：应用举例：天气预报天气预报BosniaBosnia上空上空九小时天气九小时天气预报图预报图FSLFSL用用AVSAVS实实现天气图现天气图LAPSLAPS用用AVSAVS实现实现三维局地三维局地气象预报气象预报实时图实时图21计算机系统组成与计算机工作原理第21页1.1.4 1.1.4 计算机发展趋势计算机发展趋势1.1.人工智能深入
11、发展人工智能深入发展 自动装置使用微电脑内核，带有自动装置使用微电脑内核，带有“眼睛眼睛”摄像摄像机，用以完成特定工作。机，用以完成特定工作。2.2.计算机与通信相结合计算机与通信相结合 计算机应用进入网络时代计算机应用进入网络时代信息技术信息技术。计算机。计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体。与通信网络相互协调、相互补充，融于一体。3.3.未来新型计算机未来新型计算机 将由磁、光或将由磁、光或DNADNA来制造，即所谓磁计算机、光来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生物计算机和量子计算机。子计算机、生物计算机和量子计算机。22计算机系统组成与计算机工作原理第22页1.2 1.2 信息
12、技术概述信息技术概述信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术为关键信息技术以计算机技术、通信技术、控制技术为关键1.2.1 1.2.1 信息与数据信息与数据u数据数据是是信息信息载体和表示形式载体和表示形式u信息信息是是数据数据表示内涵或解释表示内涵或解释 1.1.信息信息 客观存在事物及其运动状态客观存在事物及其运动状态表征表征 2.2.信息基本特征信息基本特征 普遍性普遍性 寄载性寄载性 共享性共享性 时效性时效性 可识别性可识别性 可加工性可加工性 3.3.数据数据 数据是信息载体。数据是信息载体。4.4.信息数字化信息数字化将现实世界中信息转换为计算机能识别、存放和处理形式将现实世界中
13、信息转换为计算机能识别、存放和处理形式 23计算机系统组成与计算机工作原理第23页1.2.2 1.2.2 当代信息技术当代信息技术信息技术是利用信息科学原理和方法，研究信息技术是利用信息科学原理和方法，研究产生产生、获获取取、变换变换、传输传输、存放存放、处理处理和和利用利用信息技术。信息技术。1.2.3 1.2.3 信息技术发展趋势信息技术发展趋势 多学科结合多学科结合 智能化智能化 多媒体化多媒体化 高速度、网络化高速度、网络化1.2.4 1.2.4 信息化社会信息化社会信息化社会是以信息活动为社会发展基本活动。信息化社会是以信息活动为社会发展基本活动。信息化水平是衡量一个国家或地域国际竞
14、争力、当代信息化水平是衡量一个国家或地域国际竞争力、当代化程度、综合国力和经济成长能力主要标志。化程度、综合国力和经济成长能力主要标志。24计算机系统组成与计算机工作原理第24页1.31.3计算机系统组成计算机系统组成25计算机系统组成与计算机工作原理第25页1.4 1.4 计算机硬件组成计算机硬件组成冯冯 诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构运算器运算器存放器存放器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备执行指令执行指令协调控制协调控制存放程序、存放程序、数据、结果数据、结果输入程序、输入程序、数据数据输出结果输出结果26计算机系统组成与计算机工作原理第26页计算机系统硬件计算机系统硬件逻辑
15、逻辑组成组成 冯冯.诺依曼思想：诺依曼思想：u程序与数据一程序与数据一 样存放在内存样存放在内存存放器存放器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外外存放器存放器输输出出设设备备内内存放器存放器输输入入设设备备控制器控制器中央处理器中央处理器27计算机系统组成与计算机工作原理第27页1.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （CPUCPU为控制器和运算器总称）为控制器和运算器总称）1.1.运算器运算器 计算机用来进行算术、逻辑运算部件：计算机用来进行算术、逻辑运算部件：算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU执行算数和逻辑运算装置执行算数和逻辑运算装置,关键是关键是加法器加法器 内部总线
16、内部总线 运算器和控制器之间公共信息通道运算器和控制器之间公共信息通道 存放器存放器组组 暂存操作数和中间结果暂存操作数和中间结果有：有：累加累加、暂存暂存、标志标志、通用通用 等等28计算机系统组成与计算机工作原理第28页1.4.1 1.4.1 中央处理器中央处理器 （CPUCPU为控制器和运算器总称）为控制器和运算器总称）2.2.控制器控制器 控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制、协调计算机各部件自动连续地执行指令，控制整个计算机有条不紊地工作。控制整个计算机有条不紊地工作。主要功效有：主要功效有：取指令取指令 自动形成指令地址自动形成指令地址 分析指令分析指令 分解成微操作分解
17、成微操作 执行指令执行指令 执行微操作命令执行微操作命令 改变指令执行次序改变指令执行次序 依据判断结果依据判断结果 输入输入/输出控制输出控制 主机与入主机与入/出设备间出设备间 中止处理中止处理 非预期服务非预期服务29计算机系统组成与计算机工作原理第29页 控制器由以下部件组成：控制器由以下部件组成：程序计数器（程序计数器（PCPC）下条指令地址下条指令地址 指令指令存放器存放器（IPIP）暂存暂存 指令译码器（指令译码器（IDID）分析指令，分析指令，分解成微操作分解成微操作 时序控制电路时序控制电路 发出命令发出命令 微操作控制电路微操作控制电路 实际执行命令实际执行命令30计算机系
18、统组成与计算机工作原理第30页1.4.2 1.4.2 存放器存放器用于存放程序和数据部件。用于存放程序和数据部件。两种基本操作：两种基本操作：读操作读操作 写操作写操作 31计算机系统组成与计算机工作原理第31页存放容量存放容量：是存放器是存放器主要性能指标主要性能指标。存放容量存放容量单位：单位：bit (bit (位位););Byte(Byte(字节字节)；KBKB（千字节）（千字节）MBMB（兆字节）；（兆字节）；GBGB（千兆字节）；（千兆字节）；它们之间它们之间换算关系换算关系为：为：1 1字节（字节（ByteByte）8 8个二进制位（个二进制位（bitsbits）1KB 1KB2
19、 21010 B B1024 B 1024 B 1MB1MB2 220 20 B B1024 KB 1024 KB 1GB 1GB2 230 30 B B1024 MB1024 MB32计算机系统组成与计算机工作原理第32页位位字，字长字，字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长位、字节、字及字长字节（字节（8 8位）位）33计算机系统组成与计算机工作原理第33页 主主存放器（存放器（内存内存）分类：分类：u随机存放器随机存放器（RAMRAM）nS SRAMRAM静静态态 用于用于CacheCachenD DRAMRAM动动态态 用于用于内存条内存条 用于用于CMOSCMOS
20、u只读存放器只读存放器（ROMROM）BIOSBIOSnP PROM ROM 只能写只能写1 1次次nEPEPROMROM可可屡次屡次擦写擦写34计算机系统组成与计算机工作原理第34页2 2辅辅助（助（外外）存放设备）存放设备 外部长久存放区域。惯用辅助存放器有外部长久存放区域。惯用辅助存放器有:u磁盘存放器磁盘存放器硬盘硬盘、软盘、软盘;u光盘光盘;uU U盘盘;u磁带磁带u磁鼓磁鼓 35计算机系统组成与计算机工作原理第35页硬磁盘硬磁盘u磁盘信息存放格式磁盘信息存放格式 统计面统计面 =磁头数磁头数 磁道：磁道：40964096 柱面：柱面：全部统计面上同一编号磁道全部统计面上同一编号磁道
21、 扇区：扇区：每个扇区容量为每个扇区容量为512512字节字节0 0磁道磁道柱面柱面扇区扇区读读/写磁头写磁头硬盘片硬盘片u磁盘工作原理磁盘工作原理36计算机系统组成与计算机工作原理第36页37计算机系统组成与计算机工作原理第37页u硬盘存放容量硬盘存放容量 =磁头数磁头数柱面数柱面数扇区数扇区数扇区容量扇区容量u例：例：若若已已知知磁磁头头数数为为1616，柱柱面面数数为为40964096，扇扇区数为区数为6363，扇区容量，扇区容量512512字节，字节，则：则：硬盘容量硬盘容量=16409663512=164096635122.12.1GBGB38计算机系统组成与计算机工作原理第38页1
22、.4.3 1.4.3 输入输出设备输入输出设备输入输出（输入输出（I/OI/O）系统主要功效是对指定外部设备进）系统主要功效是对指定外部设备进行输入输出操作。行输入输出操作。1.1.输入设备输入设备向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息设向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息设备。备。键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、数字化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音化扫描仪、图像摄像仪、光学字符阅读器、声音识别器等都是输入设备。识别器等都是输入设备。2.2.输出设备输出设备将计算机处理后信息，转换成人们能识别形式将计算机处理后信息，转换成人们能识
23、别形式 打印机、显示器打印机、显示器 、绘图仪、绘图仪 、音箱等、音箱等 39计算机系统组成与计算机工作原理第39页1.5 1.5 计算机软件分类计算机软件分类软件：软件：是计算机完成一定任务所需是计算机完成一定任务所需程序程序、数据数据和和资料资料，分为，分为两大类两大类：系统软件系统软件和和应用软件应用软件。1.5.1 1.5.1 系统软件系统软件包含包含4 4类类：u操作系统操作系统u语言处理系统语言处理系统u数据库系统数据库系统u服务程序服务程序40计算机系统组成与计算机工作原理第40页1.1.操作系统（操作系统（OSOS）为了合理方便地为了合理方便地利用利用计算机系统而对其计算机系统
24、而对其资源资源进行管进行管理软件。理软件。操作系统管理操作系统管理资源有资源有4 4类类 ：进程管理进程管理 存放管理存放管理 设备管理设备管理 文件管理文件管理 41计算机系统组成与计算机工作原理第41页2.2.语言处理系统语言处理系统经过计算机语言能够编写程序，控制计算机经过计算机语言能够编写程序，控制计算机完成预定任务。完成预定任务。计算机语言分为计算机语言分为3 3大类大类：u机器语言机器语言u汇编语言汇编语言u高级语言高级语言42计算机系统组成与计算机工作原理第42页3.3.数据库管理系统数据库管理系统 管理数据库软件，主要面向处理数据处理管理数据库软件，主要面向处理数据处理非数值计
25、算非数值计算问题。问题。4.4.服务程序服务程序 完成一些与管理计算机系统资源及文件相完成一些与管理计算机系统资源及文件相关任务。关任务。43计算机系统组成与计算机工作原理第43页1.5.2 1.5.2 应用软件应用软件针对某一针对某一应用目标应用目标而开发软件。而开发软件。分为分为二大类：二大类：通用应用软件通用应用软件专用应用软件专用应用软件通用通用应用软件支持最基本应用，广泛地应应用软件支持最基本应用，广泛地应用于几乎全部专业领域。用于几乎全部专业领域。44计算机系统组成与计算机工作原理第44页计算机系统层次结构计算机系统层次结构用用 户户系统应用程序系统应用程序操操 作作 系系 统统机
26、机 器器 语语 言言硬硬 件件 系系 统统45计算机系统组成与计算机工作原理第45页1.6 1.6 计算机工作原理及主要技术指标计算机工作原理及主要技术指标 计算机工作过程是计算机工作过程是执行执行程序程序过程过程。程序：程序：为一系列为一系列指令指令有序集合。有序集合。46计算机系统组成与计算机工作原理第46页计算机工作过程计算机工作过程(1)(1)u计算机工作过程就是执行程序过程计算机工作过程就是执行程序过程输入设备输入设备输出设备输出设备内存放器内存放器中央处理器中央处理器程序程序执行结果执行结果地址地址/指令指令/数据数据控制命令控制命令控制命令控制命令47计算机系统组成与计算机工作原
27、理第47页1.1.计算机计算机指令系统指令系统指令：指令：是使计算机完成某个操作所发出命令；是使计算机完成某个操作所发出命令；指令系统：指令系统：一台计算机有许多作用不一样指令；一台计算机有许多作用不一样指令；全部全部指令集合指令集合称为该计算机称为该计算机指令系统指令系统；48计算机系统组成与计算机工作原理第48页指令指令和和程序程序程序：程序：按一定次序组织在一起指令序列。按一定次序组织在一起指令序列。机器指令：机器指令：硬件硬件能够能够直接识别直接识别并并执行执行指令。指令。49计算机系统组成与计算机工作原理第49页一条机器指令由两部分组成：一条机器指令由两部分组成：操作操作码码和和操作
28、操作数数。操操作作码码：指指明明该该指指令令要要完完成成操操作作类类型型或或性性质质，如如取数、做加法或输出数据等。取数、做加法或输出数据等。操作操作数数：指明操作对象：指明操作对象内容内容或或所在单元地址所在单元地址。指令格式：指令格式：说明指令说明指令功效功效说明指令操说明指令操作对象作对象指令码指令码目标目标操作数操作数源源操作数操作数50计算机系统组成与计算机工作原理第50页指令是能被计算机识别并执行二进制代码，完成一个操作指令是能被计算机识别并执行二进制代码，完成一个操作操作码操作码 操作数操作数 u数据传送指令u数据处理指令u程序控制指令u输入输出指令u其它指令 if gotoif
29、 goto And Or And OrCPUCPU内存内存I/OI/O设备设备主机主机对计算机硬件进行管理等对计算机硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成操作类型或性质要完成操作类型或性质操作数操作数 操作内容或所在地址操作内容或所在地址 51计算机系统组成与计算机工作原理第51页2.2.计算机工作原理计算机工作原理 计算机执行指令普通分为计算机执行指令普通分为两个阶段两个阶段：第第一一阶段称为阶段称为取指周期取指周期，第第二二阶段称为阶段称为执行周期。执行周期。指令执行普通过程指令执行普通过程 取指令取指令 分析指令分析指令 读取操作数读取操作数 执行指令执行指令 存放
30、结果存放结果52计算机系统组成与计算机工作原理第52页计算机工作过程计算机工作过程(2)(2)指令指令存取命令存取命令运算命令运算命令输入输入/输出命令输出命令原始数据原始数据命令命令/程序程序取数取数读读结果结果存数存数写写I/OI/O设备设备内存放器内存放器运算器运算器控制器控制器数据线：数据线：控制线：控制线：53计算机系统组成与计算机工作原理第53页计算机执行计算机执行程序程序方式方式有有两种两种执行方式：执行方式：u次序次序执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。u并行并行执行：同时执行两条或多条指令。执行：同时执行两条或多条指令。54计算机系
31、统组成与计算机工作原理第54页3 3计算机主要技术指标计算机主要技术指标 字长字长一次并行处理二进制数位数一次并行处理二进制数位数 ；主频主频CPUCPU时钟频率时钟频率 ；运算速度运算速度每秒执行指令次数（每秒执行指令次数（MIPSMIPS）；）；存放容量存放容量 ；存放周期存放周期一次完整存取操作时间；一次完整存取操作时间；55计算机系统组成与计算机工作原理第55页1.7 1.7 数制及其运算数制及其运算计算机中采取含有计算机中采取含有两个不一样稳态两个不一样稳态电子器件表示电子器件表示数，这就是数，这就是二进制数二进制数。为书写和表示方便，引进。为书写和表示方便，引进八进制八进制和和十六
32、进制十六进制数。数。1.7.1 1.7.1 进位计数制进位计数制 在进位计数制中有在进位计数制中有基数、位权基数、位权和和数位数位3 3个要素。个要素。基数基数某个计数制中所包含数码某个计数制中所包含数码个数个数；数位数位-指数码在一个数中所处指数码在一个数中所处位置位置；位权位权-由由位置位置决定决定值值；（位权用基数（位权用基数RiRi次幂次幂R Ri i表示）。表示）。56计算机系统组成与计算机工作原理第56页1.1.十进制计数制十进制计数制u十进制数十进制数基数基数是是1010。数码有。数码有0909共共1010个数字符号个数字符号（用用D D表示表示）。）。u数码处于不一样位置代表不
33、一样数值数码处于不一样位置代表不一样数值取决于取决于位位权权。u所以，所以，301.6876301.6876可写成可写成权权展开表示式展开表示式：301.6876 301.68763 310102 20100101 11101100 06106101 1 810 8102 27107103 36106104 457计算机系统组成与计算机工作原理第57页2.R2.R进制计数制进制计数制任意任意R R进制计数制一样有进制计数制一样有基数基数R R、位权位权R Ri i和和按权展按权展开开表示式表示式。R R能够是任意正整数。能够是任意正整数。任意一个任意一个R R进制数进制数N N能够表示为：能够
34、表示为：N=AN=An-1n-1R Rn-1n-1+A+An-2n-2R Rn-2n-2+A+A1 1R R1 1+A+A0 0R R0 0+A+A-1-1R R-1-1+A+A-m-mR R-m-m=58计算机系统组成与计算机工作原理第58页进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制规则规则逢逢二二进一进一逢逢八八进一进一逢逢十十进一进一逢逢十六十六进一进一基数基数R=2R=8R=10R=16基本符号基本符号0，10,1,2,70,1,2,90,1,9,A,B,F权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH惯用各种进制数表示惯用各种进制数表示59计算机系统组成与计算
35、机工作原理第59页1.7.2 1.7.2 不一样进制间转换不一样进制间转换 各种进制数之间存在一定各种进制数之间存在一定转换规则转换规则。1.1.R R进制数进制数(非十非十进制）进制）转换为转换为十进制十进制数数规则：规则：利用利用按权展开方法按权展开方法，能够将任一进制数转换成，能够将任一进制数转换成十进制数。十进制数。方法：方法：只要将各位只要将各位数码数码与对应与对应位权位权乘积乘积进行进行相加，相加，和和数数就是对应就是对应十进制数十进制数。60计算机系统组成与计算机工作原理第60页【例【例1.7.11.7.1】将】将二二进制数转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（1101.101
36、11101.1011）B B 112 23 312122 202021 112120 0 12121 102022 212123 312124 4 （13.687513.6875）D D【例【例1.7.21.7.2】将】将八八进制数转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（455.54455.54）o o448 82 258581 158580 05858-1-1 4848-2-2 25625640405 50.6250.6250.06250.0625（301.6875301.6875）D D 【例例1.7.3 1.7.3】将】将十六十六进制数转换为进制数转换为十十进制数。进制数。（12D.B1
37、2D.B）H H 1116162 22162161 1131316160 0111116161 1（301.6875301.6875）D D61计算机系统组成与计算机工作原理第61页2.2.十十进制数转换为进制数转换为R R进制数进制数（非十非十进制）进制）规则：规则：将此数分成将此数分成整数整数与与小数小数两部分两部分分别转换分别转换，然后再将结果然后再将结果拼接拼接起来即可。起来即可。方法：方法：整数整数部分转换步骤：采取部分转换步骤：采取“除除R R取余取余法法”。u即将十制制整数不停即将十制制整数不停除除R R取取余数余数，直到，直到商商为为0 0。u余数余数从右到左从右到左排列，排列
38、，首次首次取得取得余数余数在在最右最右。62计算机系统组成与计算机工作原理第62页 小数小数部分转换步骤：采取部分转换步骤：采取“乘乘R R取整取整法法”。u即将十进制小数不停即将十进制小数不停乘以乘以R R取取整数整数，u直到直到小数部分为小数部分为0 0或或到达所求精度到达所求精度为止为止（小数部分可能永远不会得到（小数部分可能永远不会得到0 0）；）；u所得所得整数整数从小数点从小数点自左往右自左往右排列，取有排列，取有效精度，首次取得效精度，首次取得整数整数放在放在最左最左。63计算机系统组成与计算机工作原理第63页【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)(301.68
39、76)D D 转换成转换成二进制二进制数。数。整数部分整数部分2 2|301|301 2 2|150|150 余余数为数为 1 1 最最低低位位 2 2|75|75 余余数为数为 0 0 2 2|37|37 余余数为数为 1 1 2 2|18|18 余余数为数为 1 1 2 2|9|9 余余数为数为 0 0 2 2|4|4 余余数为数为 1 1 2 2|2 2 余余数为数为 0 0 2 2|1 1 余余数为数为 0 0 0 0 余余数为数为 1 1 最最高高位位 64计算机系统组成与计算机工作原理第64页【例例1.7.4 1.7.4】将】将(301.6876)(301.6876)D D 转换成
40、转换成二进制二进制数。数。小数部分小数部分0.68760.6876221 1.37523752 整整数为数为 1 1 最最高高位位0.0.37523752220 0.7504 .7504 整整数为数为 0 00.750420.750421 1.5008 .5008 整整数为数为 1 10.500820.500821 1.0016 .0016 整整数为数为 1 1 最最低低位位 所以所以 (301)(301)D D (100101101)(100101101)B B (0.6876)(0.6876)D D (0.1011)(0.1011)B B 转换结果：转换结果：（301.6876301.68
41、76）D D (100101101.1011)(100101101.1011)B B 65计算机系统组成与计算机工作原理第65页3.3.二进制、八进制、十六进制数二进制、八进制、十六进制数（非十）（非十）间相间相互转换互转换 二进制、八进制和十六进制之间存在二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关系特殊关系：8 81 12 23 3 一位一位八进制数对应八进制数对应三位三位二进制数；二进制数；16 161 12 24 4 一位一位十六进制数对应十六进制数对应四位四位二进制数二进制数所以转换方法比较轻易（表所以转换方法比较轻易（表1.7.21.7.2）。）。66计算机系统组成与计算机工作原理第66
42、页一位八进制数一位八进制数二进制二进制一位十六进制数一位十六进制数二进制二进制0000000001001100012010200103011300114100401005101501016110601107111701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F111167计算机系统组成与计算机工作原理第67页八八进制和进制和十六十六进制转换成进制转换成二二进制进制u每每一位一位八八进制数对应进制数对应三位三位二二进制数。进制数。（1 1分分3 3）(7123.14)O=(111 001 010 011.001 100)B 7 1 2 3 1 4u每每一位一位十
43、六十六进制数对应进制数对应四位四位二二进制数。（进制数。（1 1分分4 4）(2C1D.A1)H=(0010 1100 0001 1101.1010 0001)B 2 C 1 D A 168计算机系统组成与计算机工作原理第68页二二进制转换成进制转换成八八进制和进制和十六十六进制进制u转换成转换成 八八 进制时进制时三位三位二进制二进制一组一组。（3 3合合1 1）u转换成转换成十六十六进制时进制时四位四位二进制二进制一组一组。（4 4合合1 1）u分组方法分组方法：从从小数点小数点向向两边两边三（四）位一组，三（四）位一组，位数不足位数不足整数整数前前补补0 0，小数，小数后后补补0 0。(
44、11 0110 1110.1101 01)B=(0011 0110 1110.1101 0100)B=(36E.D4)H (11 0110 1110.1101 01)B=(001101 101 110.110 101)B=(1556.65)O69计算机系统组成与计算机工作原理第69页例：例：将二进制数将二进制数1 10010001011011101.10111011转换成十六进制数：转换成十六进制数：（0000001 1 00100010 11011101.10111011）B B（1 12D.B2D.B）H H 1 1 2 2 D D.B B 即：即：整数整数高位高位补零补零又如将二进制数又
45、如将二进制数100100101101101101.1011.1011转换成八进制数：转换成八进制数：（100100 101101 101101.101.101 1 10000）B B（455.5455.54 4）O O 4 5 5.5 4 4 5 5.5 4即：即：小数小数低位低位补零补零70计算机系统组成与计算机工作原理第70页1.7.3 1.7.3 数值表示及运算数值表示及运算1.1.机器数概念机器数概念u计算机内部计算机内部,表示数表示数正正、负负符号必须数码化符号必须数码化。将一个将一个带符号数带符号数在在机器中机器中表示形式称为表示形式称为机器数机器数;而在而在机器外部机器外部由正负
46、号表示数称为由正负号表示数称为真值数真值数。若一个数占若一个数占1616位位:要求要求最高位最高位为为符号位符号位，用用0 0表示表示“”号；号；用用1 1表示表示“”号，号，其余位表示其余位表示数值数值。比如：比如：真值数真值数为：为：-000000011000001000000011000001 其其机器数机器数为：为：1 1000000011000001000000011000001称为称为数符数符71计算机系统组成与计算机工作原理第71页数据在计算机中表示方式数据在计算机中表示方式2 2、真值数：真值数：+1001101 10011010100110 1+77+77 符号位符号位值值机
47、机器器数数/真真值值数数3 3、机器数机器数1 1、自然数自然数72计算机系统组成与计算机工作原理第72页2.2.定点数定点数和和浮点数浮点数定点定点整整数数隐含隐含小数点小数点位置位置定点数定点数 固定固定隐含隐含位置位置浮点数浮点数不固定不固定隐含隐含位置位置定点定点小小数数u在定点数中在定点数中,小数点位置一旦固定小数点位置一旦固定,就不再改变。就不再改变。u定点数中又有定点数中又有定点整数定点整数和和定点小数定点小数之分。之分。73计算机系统组成与计算机工作原理第73页2.2.定点数定点数和和浮点数浮点数定点定点小数小数：小数点位置固定在：小数点位置固定在数值数值最高位最高位前面前面，
48、用，用来表示来表示小于小于1 1纯纯小数小数定点定点整数整数：小数点位置固定在：小数点位置固定在数值数值最低位最低位后面后面，用来表示整数。用来表示整数。1000001100000000数值部分数值部分小数点位置小数点位置数符数符74计算机系统组成与计算机工作原理第74页定点定点整数整数表示范围：表示范围：272625242322212010000000128272625242322212011000000符号符号64-（2 27 7-1-1）N N（2 27 7-1-1）即即-127 N 127-127 N 12775计算机系统组成与计算机工作原理第75页任何任何浮点数浮点数都可表示为：都可
49、表示为：N=N=S S1010j jj j:N:N阶阶码码J J前面前面：阶阶符符S S：N N尾数尾数；S S前面前面：数数符符二进制浮点数规范化：二进制浮点数规范化：尾数最高位为尾数最高位为1 1。比比如如：110.001110.001规规范范化化格格式式为：为：0.0.1 110001100012 2+11+11阶阶符符阶阶码码数数符符尾数尾数76计算机系统组成与计算机工作原理第76页u机器数、定点数和浮点数都是机器数、定点数和浮点数都是用数据用数据第一位第一位表示表示数数符号符号，用其后各位表示数绝对值。这种方法简单易，用其后各位表示数绝对值。这种方法简单易懂，懂，称为称为“原码原码”
50、编码方式编码方式。3.3.原码、反码和补码原码、反码和补码77计算机系统组成与计算机工作原理第77页 原码原码：最高位存放数符号（最高位存放数符号（0 0为正，为正，1 1 为负）。数为负）。数值部分用剩下位以二进制形式表示。值部分用剩下位以二进制形式表示。比如：比如：X X10110100110011 X X原原0 010110100110011 X X10110100110011 XX原原1 110110100110011 反码反码：正数正数反码是原码本身；反码是原码本身；负数负数反码表示为该数反码表示为该数对应正数对应正数按位取反按位取反（包（包含符号位）含符号位）。比如：比如：正数正数
