第2章 计算机基础知识1

大学计算机基础主要内容2.1计算机系统的组成与工作原理2.2数制转换及运算2.3数据在计算机中的表示2.4多媒体和流媒体概述大学计算机基础基本要求理解计算机系统的基本组成理解软件的分类及常用软件的功能理解计算机基本工作方式理解数值转换及运算理解信息在计算机内的表示与存储方式了解多媒体与流媒体技术大学计算机基础2.1计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成2.1.2计算机硬件的组成2.1.3计算机系统软件的组成2.1.4计算机的基本工作原理大学计算机基础2.1.1计算机系统的组成系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬件软件大学计算机基础计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备2.1.2计算机硬件的组成大学计算机基础CPU数据流控制流存储器运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器冯·诺依曼思想：•五大模块•程序与数据一样存放在内存•二进制图2-1计算机的基本结构主机大学计算机基础1.处理器寄存器寄存器是处理器内部的暂时存储单元，用来存放一些数据。如指令寄存器，指令计数器等。控制器控制整个计算机所有部件的工作。运算器执行算术运算和逻辑运算。大学计算机基础2.存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合。每个记忆单元由8位二进制位组成。存储器通常分为内存储器和外存储器。存储器的技术指标：速度和容量1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB1PB=210TB=1024TB字节BYTE76543210位Bit大学计算机基础111011011100110110001101111011011110100111101101111011011110110111101101111011011110110111101101100011011100110110001101111011010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址0001控制:写数据1000000010000000存储器的访问过程：向[0001]单元写数据大学计算机基础3.输入输出设备输入设备负责把用户命令包括程序和数据输入到计算机。输出设备负责将计算机处理的结果显示或打印出来。大学计算机基础2.1.3计算机系统软件的组成…用户程序应用软件包工具软件…系统软件应用软件数据库管理系统服务程序语言处理程序操作系统大学计算机基础2.1.4计算机的基本工作原理1.指令和程序指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。指令的组成指令系统：一台计算机的所有指令的集合。程序：按一定顺序组织在一起的指令序列。操作的内容或所在的地址操作码操作数要完成的操作类型或性质大学计算机基础(1)指令执行过程–取指令–分析指令–读取操作数–执行指令–存放结果(2)程序执行过程–不断地执行各条指令的过程2.执行过程大学计算机基础程序从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束大学计算机基础3.计算机的工作原理I/O设备内存储器运算器控制器指令存取命令运算命令输入/输出命令原始数据命令/程序取数读结果存数写数据线：控制线：第2章计算机基础知识2.2数制转换及运算2.2.1进位计数制2.2.2不同进位计数制之间的转换2.2.3二进制数的运算第2章计算机基础知识第2章计算机基础知识1.数制:指用一组固定的符号和统一的规则来表示数的方法2.2.1进位计数制按进位的原则进行计数逢N进1采用位权表示法定义：第2章计算机基础知识2.常用进位计数制表示方法常用计数制的基数和数字符号进制十进制二进制八进制十六进制基数102816数字符号0~90,10~70~9,A,B,C,D,E,F表示符号DBOH第2章计算机基础知识2.2.2不同进位计数制间转换十进制数非十进制数非十进制数十进制数二、八、十六进制之间的转换第2章计算机基础知识余数法：除基数取余数、由下而上排列。示例：将（236)10转换成二进制。十进制整数非十进制整数结果为：1110110022362118……………0259……………0229……………1214……………127……………023……………121……………10……………1二进制数的低位二进制数的高位说明第2章计算机基础知识进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。示例：将0.8125转换为二进制小数。十进制小数非十进制小数0.8125×21.625×21.25×20.5×21.0结果为：0.1101说明第2章计算机基础知识位权法：把各非十进制数按权展开求和转换公式：(F)x=an-1×xn-1+an-2×xn-2+...+a1×x1+a0×x0+a-1×x-1+...示例：(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1=8+0+2+1+0.5=(11.5)10非十进制数十进制数练习：（456.45）8（2AF）16＝（302.8125）10＝（687）10第2章计算机基础知识二进制十六进制二进制八进制二、八与十六进制之间的转换一位拆三位一位拆四位整数从右向左小数从左向右三位并一位四位并一位说明第2章计算机基础知识000110110111.0100(1B7.4)16示例：100110110111.010100(4667.24)8总结第2章计算机基础知识1.二进制数的算术运算（1）加法运算0+0=00+1=11+0=11+1=10【例】1011+110111000（1011）2+（1101）2=（11000）22.2.3二进制数的运算第2章计算机基础知识（2）减法运算0-0=00-1=11-0=11-1=0【例】1011-101110（1011）2-（101）2=（110）2第2章计算机基础知识（3）乘法运算00=001=010=011=1【例】1011×1101101100001011101110001111（1011）2（1101）2=（10001111）2第2章计算机基础知识（3）除法运算00=001=010无意义11=1【例】10001010110101011101010110101（10101011）2（101）2=（100010）2…（1）2第2章计算机基础知识2.二进制数的逻辑运算逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑变量值：真（1）或假（0）（1）逻辑非对一个逻辑变量进行求反运算。布尔代数表达式：F=AAF=A0110第2章计算机基础知识（2）逻辑或对两个逻辑变量进行逻辑或运算。布尔代数表达式：F=A+B（3）逻辑与对两个逻辑变量进行逻辑与运算。布尔代数表达式：F=AB=AB=ABABF=A×B000010100111ABF=A+B000011101111第2章计算机基础知识2.3数据在计算机中的表示2.3.1数值2.2.2字符2.2.3声音2.2.4图形和图像2.2.5视频第2章计算机基础知识2.3.1数值1.整数的表示整数是以定点数的形式表示。S小数点无符号位n位二进制数表示的不带符号整数其取值范围是2n-1。第2章计算机基础知识带符号整数必须使用一个二进制位作为其符号位，0表示正数、1表示负数。例如：8位二进制数：10101011带符号数为-43；不带符号数为171n位二进制数表示的带符号整数其取值范围是-（2n-1-1）～2n-1-1。第2章计算机基础知识•带符号数在计算机内有原码、反码、补码和BCD码多种表示方法，对于正数，它的二进制原码、反码、补码的表示形式是一样的，对于负数，则有不同的定义。•原码：将数的最高位置为1，表示负号，其余各位不变，用来表示数值的大小。（-43）原码=（-00101011）2=10101011•反码：对数各位求反，此时最高位为1，表示负号。（-43）反码=11010100•补码：对数各位求反，再在最低位加1，最高位为1，表示负号。（-43）反码=11010101第2章计算机基础知识2.实数的表示实数一般用浮点数来表示。浮点数由两部分组成，一部分用以表示数据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数的小数点位置，称为阶码。阶码数符阶符尾数1100110011例如：110.011B=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11第2章计算机基础知识浮点数的规格化的形式：尾数尾数部分的最高位必须为1，数的实际大小可以通过移动阶码进行调整。尾数的位数决定数的精度。阶码的位数决定数的范围。任意一个实数，在计算机内部都可以用指数和尾数来表示，这种表示实数的方法叫做浮点表示法。第2章计算机基础知识101100101100110110110011原码反码补码-77原码反码补码3.带符号数的表示第2章计算机基础知识2.3.2字符1.西文字符ASCII码（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）。ASCII码采用七位二进制位编码，共可表示27＝128个字符，0到127。控制字符：0～32；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97。P37表2-3-1第2章计算机基础知识2．汉字编码输入码国标码机内码地址码字形码汉字输入汉字输出音码类：全拼、微软拼音和智能ABC等形码类：五笔字型法、郑码输入法等。•GB2312－80•每个汉字占两个字节•一级汉字：3755个二级汉字：3008个。•汉字分区，每个区94个汉字。将国标码的的每个字节的最高位由0变为1每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址点阵：汉字字形点阵的代码。有16×16、24×24、32×328等矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征1616点阵汉字，需要1616/8=32个字节表示一个点阵信息第2章计算机基础知识2.3.3声音1.模拟音频的数字化采样：每隔一定时间间隔对模拟波形上取一个幅度值。量化：将每个采样点得到的幅度值以数字存储。编码：将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来。复杂的声波由许许多具有不同振幅和频率的正弦波组成。第2章计算机基础知识2.声音文件Wave格式文件（.WAV）记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。MIDI格式文件（.MID）数字音乐的国际标准.记录的是音符数字，文件小。MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3）采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。第2章计算机基础知识2.3.4图形和图像1.图形（Graphics)图形是由点、线等组成的有边界画面，以矢量图形文件存储。中存放描述图形的指令。矢量图形文件中存储的是一组描述各个图元的大小、位置、形状、颜色、维数等属性的指令集合。图形设计软件有Autodesk公司的AutoCAD、COREL公司的CorelDraw。第2章计算机基础知识2.图像（Image)图像是由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图形式存储。图像的数字化采样量化编码第2章计算机基础知识常用图像文件格式•BMP和DIB格式文件与设备无关的位图格式文件。•GIF格式文件Internet上的重要文件格式之一，最大不超过64KB，256色以内，压缩比较高，与设备无关。•JPEG格式文件（.JPG）利用JPEG方法压缩,Internet上重要文件格式之一，适用于处理256色以上、大幅面图像。•WMF格式文件位图与矢量图的混合体,Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的。第2章计算机基础知识2.3.5视频视频是将一幅幅独立图像画面(帧)组成的序列按照一定的速率连续播放，利用视觉暂留现象在人的眼前呈现出连续运动的画面。模拟视频和数字视频模拟视频常用两种标准•NTSC制式(30帧/秒，525行/帧)•PAL制式(25帧/秒，625行/帧)(我国采用)1.视频第2章计算机基础知识视频信息的数字化在一定的时间内以一定的速度对单