机器数-专题.

2019/12/251计算机原理机器数专题2019/12/2521计算机中信息的表示方法23计算机系统的基本组成进制转换2019/12/2531.1基本概念计算机是对由数据表示的各种信息进行自动、高速处理的机器。这些数据信息往往是以数字、字符、符号、表达式等方式出现的。计算机普遍采用的是二进位计数制，简称二进制。二进制的特点是每一位上只能出现数字0或1，逢2就向高数位进1。计算机在进行数值计算或其他数据处理时，要处理的对象是实数（十进制数表示）或者是字母、符号等，在计算机内部要首先转换为二进制数。2019/12/2541.1基本概念1．数制数制即计数的方法，指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。如在计数过程中采用进位的方法，则称为进位计数制。它有数位、基数、位权3个基本要素。2．数位数位指数码在一个数中所处的位置。3．基数基数指在某种进位计数制中，数位上所能使用的数码的个数。如，十进制数的基数是10，八进制的基数是8。2019/12/2551.1基本概念4．位权指在某种进位计数制中，数位所代表的大小。对于一个R进制数（即基数为R），若数位记作j，则位权可记作Rj。一个十进制数4553.87可表示为：4553.87＝4×103＋5×102＋5×101＋3×100＋8×10-1＋7×10-22019/12/2561.1基本概念对于不同的数制的数，它们的共同特点是：（1）每一种数制都有固定的符号集：如十进制数制，其符号有10个：0，1，2，…，9；二进制数制，其符号有两个：0和1。（2）数制采用位置表示法：即处于不同位置的数符所代表的值不同，与它所在位置的权值有关。（3）为区别不同数制的数，在数字末尾增加一个表示进制的后缀或在括号外加数字下标。2019/12/2571.1基本概念二进制数（BinaryNumber）后缀B八进制数（OctalNumber）后缀Q十进制数（DecimalNumber）后缀D或无后缀十六进制数（HexadecimalNumber）后缀H2019/12/2581.2二、八、十、十六进制数1．二进制数二进制数的两个主要特点：（1）有两个不同的数字：0、1；（2）逢二进一的进位法，2是二进制数的基数。（1101）2=1×23+1×22+0×21+1×20（每位上的系数只在0、1中取用）2019/12/2591.2二进制及十、八、十六进制数2．八进制数八进制数的两个主要特点：（1）采用八个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7；（2）逢八进一的进位法，8是八进制数的基数。（2007）8=2×83+0×82+0×81+7×80（每位上的系数只在0—7中取用）2019/12/25101.2二进制及十、八、十六进制数3．十进制数十进制数的两个主要特点：（1）有十个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；（2）逢十进一的进位法，10是十进制数的基数（进制中所用不同数字的个数）。（2009）10=2×103+0×102+0×101+9×100（每位上的系数只在0—9中取用）2019/12/25111.2二进制及十、八、十六进制数4．十六进制十六进制数的两个主要特点：（1）有十六个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F（其中后六个数字符号其值对应于十进制的10，11，12，13，14，15；也有选用S，T，U，V，W，X的记法）。（2）逢十六进一的进位法，16是十六进制数的基数。（2009）16=2×163+0×162+0×161+4×1602019/12/2512第2章计算机系统（一）1计算机中信息的表示方法23计算机系统的基本组成进制转换2019/12/25132.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换1．二进制数与十进制数之间的转换（1）二进制数转换成十进制数【例1-1】(11111011001)2=1×210+1×29+1×28+1×27+1×26+0×25+1×24+1×23+0×22+0×21+1×20=(2009)10(1010.011)2=1×23+0×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=(10.375)102019/12/25142.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换1）十进制整数转换成二进制整数（除基（2）取余法）【例1-2】2|2009…………余1…………0位低位二进制整数2|1004…………余0…………1位2|502…………余0…………2位2|251…………余1…………3位2|125…………余1…………4位2|62…………余0…………5位2|31…………余1…………6位2|15…………余1…………7位2|7…………余1…………8位2|3…………余1…………9位2|1…………余1…………10位高位二进制整数0结果：（2009）10=（11111011001）22019/12/25152.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换2）十进制纯小数转换成二进制纯小数（乘基（2）取整法）【例1-3】0.625×21.250……取整数1……高位二进制小数×20.500……取整数0……×21.000……取整数1……低位二进制小数结果：（0.625）10=（0.101）22019/12/25162.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换2．二进制数与八进制数之间的转换（1）二进制数转换成八进制数（三位分组转换法，即合三为一法）【例1-4】将二进制数10010100100.11001用三位分组转换的方法转换成八进制数。从小数点起对整数位向左，对小数位向右三位分一组，不足三位时，在最外端加补0位，使之都成为三位：（填入0位）0→010010100100.110010←0（填入0位）从而有：（10010100100.11001）2=（2244.62）82019/12/25172.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换2．二进制数与八进制数之间的转换（2）八进制数转换成二进制数将八进制数转换成二进制数时，正是上述方法的逆（一分为三法）。只是注意要在转换成二进制数后，将相当于被加补的0位上的那些0略去，这些0在二进制记数中是可有可无的，它们并不影响记数值。【例1-5】（2244.62）8=（010010100100.110010）2=（10010100100.11001）2通过二进制数作中间过渡，将它们互转：（2009）10=（11111011001）2=（11111011001）2=（3731）82019/12/25182.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换2．二进制数与八进制数之间的转换用“除基（8）取余法”将十进制整数转换成八进制整数，用“乘基（8）取整法”将十进制纯小数转换成八进制纯小数；至于将八进制数转换成十进制数，只要“按位乘基幂”即可：【例1-6】a.由b.8|55……余7……低位8|6……余6……高位00.6875×85.5000……取整5……高位×84.0000……取整4……低位结果：（55）10=（67）8结果：（0.6875）10=（0.54）82019/12/25192.1二进制与十、八、十六进制数之间的转换3．二进制数与十六进制数之间的转换（1）二进制数转换成十六进制数（四位分组转换法，即合四为一法）【例1-7】（10000000001001.010100000011）2=（0010000000001001.010100000011）2=（2009.503）16（2）十六进制数转换成二进制数（四位分组转换法的逆方法，即一分为四法）【例1-8】（BBA7.126）16=（1011101110100111.000100100110）22019/12/25202.2数字和字符编码1.数字编码用二进制代码表示十进制数，常用的表示方法是将十进制数的每位数字都用一个等值的或特别规定的四位二进制数表示。BCD码亦称8421码，因码位的权值至左向右分别为8（23）、4（22）、2（21）和1（20）；格雷码具有代码变换连续的性质，其相邻的代码之间只有一位相异；余3码是BCD码与0011的和，0011的十进制是3，故称余（多）3码。2019/12/25212.2数字和字符编码2.字符编码最常见的信息符号是字符（英文字母、阿拉伯数字、专用符号等）符号，为了便于识别和统一使用，国际上对字符符号的代码作了一些标准化的规定。例如：ISO（国际标准化组织）码、ASCII（国国家信息交换标准码）码等。2019/12/25222.3汉字的编码表示1.输入码汉字的字数繁多，字形复杂，常用的汉字有6000—7000个。为了能直接使用西文标准键盘进行输入，必须为汉字设计相应的编码方法。汉字编码方法分为三类：数字编码、拼音编码、字形编码。2.汉字国标交换码和机内码3．UCS编码4．汉字字形码2019/12/25232.3汉字的编码表示各种汉字编码的关系如图所示。其它系统的汉字编码交换码（国标码）机内码字形码汉字信息外码（输入码）汉字信息输入显示打印2019/12/25242.4位、字节、字及内存容量计算机所处理的数据信息，是以二进制数编码表示的，其二进制数字“0”和“1”是构成信息的最小单位，称作“位”或比特（bit）。在计算机中，由若干个位组成一个“字节”（byte）。字节是电子计算机存储信息的基本单位。在计算机的存储器中占据一个单独的地址（内存单元的编号）并作为一个单元（由多个字节组合而成）处理的一组二进制数位称为“字”（Word）。2019/12/25252.4位、字节、字及内存容量计算机一个内存储器包括多少个字节数，就是这个内存储器的容量，其单位可以采用B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB(吉字节)等。各个单位之间的换算关系是：1GB＝1024MB，1MB＝1024KB，1KB＝1024B。例如，64KB＝64×1024字节＝65536字节。2019/12/25261进制转换23计算机中信息的表示方法计算机系统的基本组成2019/12/25273.1微型计算机系统的基本组成计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件是计算机的躯体，软件是计算机的灵魂，两者缺一不可。硬件系统是指所有构成计算机的物理实体，它包括计算机系统中一切电子、机械、光电等设备。软件系统是指计算机运行时所需的各种程序、数据及其有关资料。2019/12/25283.1微型计算机系统的基本组成计算机系统的主要组成框图：计算机系统硬件软件中央处理器存储器输入设备输出设备控制器运算器系统软件应用软件操作系统语言处理程序数据库管理系统信息处理软件科学计算软件辅助设计软件过程控制软件2019/12/25293.1微型计算机系统的基本组成1．硬件组成计算机的具有物理属性的部件，统称为硬件（Hardware），即硬件是指由电子器件和机电装置等组成的机器系统，它是整个计算机的物质基础。当今绝大多数计算机的基本结构并没有突破最初设计的框框。即由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五大部分组成的硬件结构。2019/12/25303.1微型计算机系统的基本组成2．软件计算机软件（Software）是指实现算法的程序及其文档。软件一般包括为计算机本身运行所需要的系统软件（SystemSoftware）和用户完成特定任务所需的应用软件（ApplicationSoftware）两大类。2019/12/25313.2微型计算机的硬件系统计算机的硬件系统由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五大部件所构成。这种结构方案是由冯•诺依曼（Von.Neumann，美籍匈牙利数学家，1903—1957）于1946年6月提出的，称冯•诺依曼结构。习惯上，把运算器和控制器统称为中央处理器（即CPU），CPU和内存储器一起构成了主机，主机之外的输入和输出等设备则统称为外部设备或外设。2019/12/25323.2微型计算机的硬件系统计算机硬件系统构成——冯•诺依曼结构输入设备输出设备存储器运算器控制器数据信号控制信号2019/12/25331．中央处理单元硬件系统的核心是