1、普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（21世紀高等院校計算機系列教材）計算機科學技術(shù)導論(第二版)葛建梅 等編著中國水利水電出版社ISBN 978-7-5084-5655-3,第 1 章計算機科學技術(shù)的基礎(chǔ)知識,本章學習目標,本章主要講解計算機的發(fā)展簡史、特點、用途、系統(tǒng)組成、基本結(jié)構(gòu)和工作原理、計算機中數(shù)據(jù)的表示方法數(shù)制與碼制、程序設(shè)計基礎(chǔ)知識等內(nèi)容 。通過本章的學習，主要掌握以下內(nèi)容：,1.1 計算機概述,1.1.1 計算機的基本概念 “計算機”顧名思義是一種計算的機器，它是由一系列電子器件組成英語名稱為Computer。 計算機可以對數(shù)字、文字、顏色、聲音、圖形、圖像等各種形式的數(shù)據(jù)進行

2、加工處理。 計算機具有各種計算的能力。當用計算機進行數(shù)據(jù)處理時，首先把要解決的實際問題，用計算機語言編寫成計算機程序，然后將待處理的數(shù)據(jù)和程序輸入到計算機中，計算機按程序的要求，一步一步地進行各種運算，直到存入的整個程序執(zhí)行完畢為止。,計算機具有各種計算的能力。在數(shù)據(jù)處理過程中，計算機不僅能進行加、減、乘、除等算術(shù)運算，而且還能進行邏輯運算并對運算結(jié)果進行判斷，從而決定以后執(zhí)行什么操作。 計算機具有信息處理能力。在當今的信息社會里，各行各業(yè)，隨時隨處產(chǎn)生大量的信息，人們?yōu)榱烁咝У孬@取、傳送、檢索信息及從信息中產(chǎn)生各種報表數(shù)據(jù)，必須將信息在計算機的控制下進行有效的組織和管理 。 綜上所述，可以給

3、計算機下一個定義： 計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。,1.1.2 計算機系統(tǒng)的組成 計算機系統(tǒng)由計算機硬件和計算機軟件兩部分組成。 硬件（Computer hardware) 主要由CPU、存儲器、輸入輸出控制系統(tǒng)和各種輸入輸出設(shè)備等功能部件組成。 軟件（Computer software) 它包括計算機運行所需的各種程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔資料。 裸機 脫離軟件的計算機硬件稱“裸機” 。 硬件是軟件賴以運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是人與硬件之間的界面。,1.1.3 計算機的發(fā)展 自1946年美國賓西法尼亞大學研制出世界上第一臺電子數(shù)字計算

4、機ENIAC（電子數(shù)字積分計算機的英文縮寫）至今雖然只有60多年的時間，但計算機系統(tǒng)和計算機應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。元件制作工藝水平的不斷提高是計算機發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此以計算機元器件的變革作為標志，計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了四代，并正在研制第五代。,1第一代計算機電子管計算機（19461957年） 其主要特征是采用電子管作為主要元器件。ENIAC。 2第二代計算機晶體管計算機（19581964年） 其主要特征是由電子管改為晶體管。,3第三代計算機集成電路計算機（19651971年） 其主要特征是用半導體中小規(guī)模集成電路代替分立元件的晶體管。 4第四代計算機大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路計算機（1972年至今

5、） 其主要特征是以大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路為計算機的主要功能部件。 5新一代計算機智能計算機 新一代計算機正在研制之中，主要特征是人工智能，它將具有自然語言理解能力、模式識別能力和推理判斷能力等，突破馮. 諾依曼體系結(jié)構(gòu)的限制，提出非馮.諾依曼的體系結(jié)構(gòu)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機。,6微型計算機的發(fā)展概況 微型計算機（簡稱微機）誕生于1971年，它的誕生和迅速普及是計算機發(fā)展史中最重大的事件。微型計算機具有體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、使用環(huán)境要求不嚴格、價格低廉、易于成批生產(chǎn)等特點。 世界上第一臺微機是由美國Intel公司年輕的工程師馬西安.霍夫（M.E.Hoff）于1971年研制成功的。 他大

6、膽地提出了一個設(shè)想，把計算機的全部電路做在四個芯片上，即一片4位微處理器Intel4004、一片320位的隨機存取存儲器、一片256字節(jié)的只讀存儲器和一片10位的寄存器，它們通過總線連接起來就組成了世界第一臺4位微型計算機MCS-4。 微型計算機的核心部件是微處理器（MPU），根據(jù)微處理器集成規(guī)模和功能，形成了微型計算機的不同發(fā)展階段。,（1）第一代微型計算機 1972年Intel公司研制成功8位微處理器Intel8008，它主要采用工藝簡單、速度較低的P溝道MOS電路。由它裝備起來的計算機MCS-8稱為第一代微型計算機。 （2）第二代微型計算機 第二代微處理器是在1973年研制成功的，主要采

7、用速度較快的N溝道MOS技術(shù)的8位微處理器。代表性的產(chǎn)品有Intel公司的Intel8085、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等。,（3）第三代微型計算機 第三代微處理器是在1978年研制成功的，主要采用H-MOS新工藝的16位微處理器。其典型產(chǎn)品是Intel公司的Intel8086。 （4）第四代微型計算機 從1985年起采用超大規(guī)模集成電路的32位微處理器，標志著第四代微處理器的誕生。典型產(chǎn)品有Intel公司的Intel80386。由第四代微處理器裝備起來的計算機稱為第四代微型計算機。,1.1.4 計算機的分類 計算機科學技術(shù)的發(fā)展日新月異，它已成為一個龐大的家族。

8、計算機的種類很多，從不同角度對計算機有不同的分類方法。 1按計算機處理數(shù)據(jù)的方式分類 可以分為數(shù)字計算機、模擬計算機和數(shù)字模擬混合計算機三類。 2按計算機的用途分類 可分為通用計算機和專用計算機兩類。 3按計算機的規(guī)模和處理能力分類 可分為巨型計算機、大/中型計算機、小型計算機、微型計算機、工作站、服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)計算機等種類。,1.1.5 計算機的特點 計算機作為一種通用的信息處理工具，它具有極高的處理速度，很強的存儲能力，精確的計算能力和邏輯判斷能力。雖然各類計算機在性能上、用途上、規(guī)模結(jié)構(gòu)上有所不同，但它們都具備以下一些特點。 1運算速度快 由于計算機是采用高速電子器件組成，因此能以極高的

9、速度工作。目前的巨型機運算速度已達到每秒幾百億次運算，微機也可達到每秒億次以上 。 2計算精度高 由于計算機采用二進制表示數(shù)據(jù)，因此它的精度主要取決于表示數(shù)據(jù)的位數(shù)，即機器字長。字長越長，其精度越高 。,3具有記憶能力 存儲器是計算機的記憶部件，計算機把大量的數(shù)據(jù)和程序存入存儲器，并把處理或計算的結(jié)果保存在存儲器中。計算機存儲器有內(nèi)存和外存之分，目前，微型計算機的內(nèi)存容量一般可以達到512MB且可以進一步擴展，外存（如硬盤）容量可以達到上百GB。 4具有邏輯判斷能力 計算機不僅具有運算能力，還可以進行各種邏輯判斷，并根據(jù)判斷的結(jié)果自動決定下一步應(yīng)該執(zhí)行的指令。 5具有自動控制能力 計算機內(nèi)可以

10、存儲程序，計算機可以在人們事先編制好的程序的控制下自動地完成各種操作，無需人工干預。,1.1.6 計算機的用途 計算機在科學技術(shù)、國民經(jīng)濟、社會生活等各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用。按照應(yīng)用的領(lǐng)域計算機的用途歸納起來可分為以下幾個方面。 1科學計算 科學計算又稱為數(shù)值計算，是指使用計算機來完成科學研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學問題計算。如人造衛(wèi)星軌跡的計算。 2數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理是指用計算機對數(shù)據(jù)進行輸入、分類、加工、統(tǒng)計、排序、傳輸、檢索、存儲、制表等操作，形成有用的信息。據(jù)統(tǒng)計，全世界計算機用于數(shù)據(jù)處理的工作量占全部計算機應(yīng)用的80%以上。,3過程控制 過程控制又稱為實時控制、自動控制，所謂過程控

11、制是指用計算機及時采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)檢測、處理后，按最佳值迅速對控制對象進行自動控制或自動調(diào)節(jié)。目前廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)、石油工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等。 4計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助系統(tǒng)主要包括計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助教育等。 5人工智能 人工智能是用計算機模擬或部分模擬人類的智能，一般是指模擬人腦進行演繹推理和采取決策的思維過程。 6電子商務(wù) 電子商務(wù)是指通過計算機和網(wǎng)絡(luò)進行商務(wù)活動。,1.2 計算機科學與技術(shù)專業(yè)知識體系和專業(yè)方向,作為計算機科學與技術(shù)專業(yè)的大學生,首先必須了解在大學4年的學習中應(yīng)具備什么樣的知識結(jié)構(gòu)和綜合能力，在大學生活開始時就知道構(gòu)建一個什么樣的知識體系和如何構(gòu)建

12、這個知識體系。,1.2.1 素質(zhì)培養(yǎng)和知識體系 綜合素質(zhì)和能力對一個人的事業(yè)成功起到了重要的作用。綜合素質(zhì)應(yīng)體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）品德素質(zhì)。熱愛祖國；具有遠大理想抱負；遵紀守法，嚴于律已，寬以待人，團結(jié)協(xié)作，勤奮向上。 （2）文化素質(zhì)。從人類一切優(yōu)秀文化中汲取營養(yǎng)，陶冶情操，提高自身的文學素質(zhì)、科學素質(zhì)、美學素質(zhì)。 （3）心理素質(zhì)。樹立科學的世界觀和人生觀，能適應(yīng)順境和逆境環(huán)境下的自我調(diào)整。 （4）專業(yè)素質(zhì)。具備扎實的基礎(chǔ)理論，掌握計算機學科的基本概念和方法，具有較強的實踐能力，了解計算機學科的發(fā)展方向和應(yīng)用前景，具備較強的分析問題和解決問題的能力。 （5）身體素質(zhì)。注重鍛煉身體，具備良

13、好的身體素質(zhì)，能應(yīng)對日常工作及超強度工作的需要。,大學生應(yīng)具備以下幾方面的能力： （1）自學能力。進入大學要逐步由以教師傳授知識為主向自主獲取知識為主過渡，掌握必要的文獻檢索、資料查詢的基本方法及能力，注重自學能力的提高，為日后走向社會獨立工作打下基礎(chǔ)。 （2）自控能力。自我控制約束能力是一個人基本素質(zhì)的體現(xiàn) ，進入大學，個人自由空間變大了，自由時間變多了，更需要自我約束控制能力。 （3）表達溝通能力。包括書面文字表達能力和口頭與人溝通的能力。特別要強調(diào)的是，從事計算機領(lǐng)域的工作英語表達能力尤為重要，要注重英語的聽、說、讀、寫、譯能力的提高，這對于及時了解計算機學科的最新成果，正確把握學科的發(fā)

14、展趨勢都是至關(guān)重要的。,大學生應(yīng)具備以下幾方面的能力： （4）創(chuàng)新能力?，F(xiàn)在社會是一個競爭的社會，要想在競爭中處于有利地位，創(chuàng)新是基礎(chǔ)。理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、教育創(chuàng)新，無論日后從事什么工作都需要創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力就不具備競爭力。 （5）組織能力。大學畢業(yè)走向社會，總是要工作在一個團隊中，總要涉及到合作問題，組織協(xié)調(diào)能力對于充分調(diào)動成員的積極性，高質(zhì)量完成合作性工作是非常必要的。,根據(jù)素質(zhì)和能力培養(yǎng)的要求，計算機科學與技術(shù)專業(yè)的知識體系主要包括公共基礎(chǔ)知識、學科基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識三大模塊。 （1）公共基礎(chǔ)知識模塊：主要開設(shè)樹立科學的世界觀、培養(yǎng)高尚情操和良好的心理素質(zhì)

15、、增強法制觀念等方面的課程，還有“大學英語”、“大學體育”和“大學語文”等。 （2）學科基礎(chǔ)知識模塊：主要開設(shè)數(shù)學和電子學方面的課程。如“高等數(shù)學”、“線性代數(shù)”、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”、“離散數(shù)學”、“普通物理學”、“電路基礎(chǔ)”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”等。 （3）專業(yè)知識模塊：主要分為專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)方向兩部分。專業(yè)基礎(chǔ)課程主要包括“計算機科學與技術(shù)導論”、“程序設(shè)計基礎(chǔ)”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”、“計算機組成原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)庫原理”、“軟件工程”、“編譯原理”、“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”等。專業(yè)方向課程根據(jù)不同方向開設(shè)相關(guān)的專業(yè)課程。,1.2.2 專業(yè)方向 計算機科學與技術(shù)

16、學科經(jīng)過了半個多世紀的迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為一個相對比較完備的學科體系，衍生了許多相對獨立的方向和分支。 近十年來，計算機學科發(fā)生了巨大變化，從歷史上看，在計算機學科發(fā)展的早期，數(shù)學、邏輯、電子學、程序語言和程序設(shè)計是支撐學科發(fā)展的主要基礎(chǔ)知識。到了20世紀6070年代，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機原理、編譯技術(shù)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計與程序語言、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理等成為學科的主要基礎(chǔ)知識。從20世紀80年代開始，并行與分布計算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程等開始成為新的學科內(nèi)容，計算機學科原有的專業(yè)設(shè)置框架被突破，逐漸形成了在“計算機科學與技術(shù)”一個專業(yè)之下分為計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息技術(shù)等多個專業(yè)方向的

17、新格局。,1計算機科學（CS） 計算機科學的學科范圍跨度很大，包括從理論基礎(chǔ)、算法基礎(chǔ)到最前沿的學科發(fā)展，比如機器人學、計算機視覺、智能系統(tǒng)、仿生信息學等許多令人興奮的學科。計算機科學家的工作包括三個方面： （1）設(shè)計和實現(xiàn)軟件。 （2）發(fā)明應(yīng)用計算機的新方法。 （3）發(fā)明高效的方法解決計算問題。 2計算機工程（CE） 計算機工程是一門關(guān)于設(shè)計和構(gòu)造計算機以及基于計算機系統(tǒng)的學科。它所涉及的研究包括軟件、硬件、通信以及它們之間的相互作用等方面。,3軟件工程（SE） 軟件工程是一門交叉性的工程學科，它是將計算機科學、數(shù)學、工程學和管理學等基本原理應(yīng)用于軟件的開發(fā)和維護中，其重點在于大型軟件的分析

18、與評價、規(guī)格說明、設(shè)計和演化，同時涉及管理、質(zhì)量、創(chuàng)新、標準、個人技能、團隊協(xié)作和專業(yè)實踐等。 4信息技術(shù)（IT） 信息技術(shù)專業(yè)，主要培養(yǎng)能滿足多種組織對計算機技術(shù)需求的人才。信息技術(shù)專業(yè)更多地關(guān)注于“技術(shù)”本身，信息技術(shù)是一門新的且快速發(fā)展的學科，并作為一門基礎(chǔ)學科響應(yīng)著公司或組織的多種日常實踐需求。,1.3.1 數(shù)制 計算機處理的對象就是數(shù)據(jù)，在計算機中數(shù)值，字符、聲音、圖形、圖像等都是數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)在計算機中是如何表示的？有哪些要求？ 1數(shù)制的概念 按進位的原則進行計數(shù)叫進位計數(shù)制，簡稱數(shù)制。 人們熟悉十進制數(shù)，但除以之外，還有十六進制、十二進制等等。 基數(shù)：是指該數(shù)制中允許選用的基本數(shù)

19、碼的個數(shù)。如 十進制的基數(shù)是10。,1.3 計算機的運算基礎(chǔ),位權(quán)：每個數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個與 數(shù)碼所在位置有關(guān)的常數(shù)，這個常數(shù)叫位權(quán)。 位權(quán)的大小是以基數(shù)為底，數(shù)碼所在位置的序號為指數(shù)的整數(shù)次冪。 例如，十進制數(shù)個位數(shù)位置上的位權(quán)為100，千位數(shù)位置上的位權(quán)為103，小數(shù)后第3位的位權(quán)為10-3。 例如，十進制數(shù)1548.3687可以表示成： 1548.3687 = 1103+5102+4101+8100+ 310-1+610-2+810-3+710-4,計算機的運算基礎(chǔ)是二進制，計算機中采用二進制，而不采用十進制，這是因為： （1）二進制的數(shù)碼0和1，用電子器件極易實現(xiàn)。 （

20、2）二進制數(shù)的運算規(guī)則簡單。 （3）二進制數(shù)只有兩個狀態(tài)，數(shù)字的傳輸和處理不容易 出錯，計算機工作的可靠性高。 （4）二進制碼的兩個符號“0”和“1”正好與邏輯命題的兩 個值“真”和“假”相對應(yīng)，為計算機實現(xiàn)邏輯運算和 程序中邏輯判斷提供了便利條件。,2常用的數(shù)制 在計算機科學技術(shù)中常用的數(shù)制有： 十進制、 二進制、八進制和十六進制。 在計算機內(nèi)部一切數(shù)據(jù)的存儲、處理和傳送均采用二進制形式。 為了適應(yīng)人的習慣，數(shù)值型數(shù)據(jù)在輸入輸出設(shè)備上則采用人們十分熟悉的十進制。 無論是哪一種數(shù)制，采用位權(quán)表示法的數(shù)制有四個重要的特征： 逢R進一（R為基數(shù)）。如十進制數(shù)逢十進一。 數(shù)字的總個數(shù)等于基數(shù)。如十進

21、制數(shù)09。 最大的數(shù)字比基數(shù)小1。如十進制最大數(shù)字為9。 每個數(shù)字都要乘以基數(shù)的冪次，該冪次由每個數(shù) 字所在的位置決定。,一般地，對于R進制而言，其基數(shù)為R，使用R個數(shù)字表示數(shù)值，其中最大的數(shù)字為R-1，任何一個R進制數(shù)N： N = an an-1 . a1 a0 a-1a-m 均可表示為如下按權(quán)展開式形式： N = an an-1 . a1 a0 a-1a-m = an Rn + an-1 Rn-1 + a1 R1 + a0 R0 + a-1 R-1 + a-m R-m （1）十進制（簡記符為D） 十進制用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十個數(shù)碼表示數(shù)值，采用“逢十進一”計數(shù)原則?；鶖?shù)

22、為10，位權(quán)為10 i。 例如，十進制數(shù)5246.376可表示成： 5246.376 = 5103+2102+4101+6100+ 310-1+710-2+610-3,（2）二進制（簡記符為B） 二進制用數(shù)字0和1表示數(shù)值，采用“逢二進一”計數(shù)原則。基數(shù)為2，位權(quán)為2 i。 例如， 二進制數(shù)1011.101可表示成： 1011.101 = 123+022+121+120 +12-1+02-2+12-3 二進制計數(shù)方式最本質(zhì)的東西是每位數(shù)計滿2時，向高一位進一，即“逢二進一”。 對于二進制數(shù)，小數(shù)點向右移一位，數(shù)值就擴大2倍，例如：11011.101=10(1101.1101)；反之，小數(shù)點向左

23、移一位，數(shù)值就縮小2倍。 例如：11011.101=1/10(110111.01)。,（4）十六進制（簡記符為H） 十六進制用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)十六個數(shù)碼表示數(shù)值，采用“逢十六進一”計數(shù)原則?；鶖?shù)為16，位權(quán)為16 i。 例如： （4AF8.94B）16 = 4163+A162+F161+ 8160 +916-1 +416-2 +B16-3 綜上所述可見，各種進位計數(shù)制的基本道理是相同的，只是在日常生活中不經(jīng)常用到二進制、八進制和十六進制，對它們不十分熟悉而已，但它們之間存有內(nèi)在的聯(lián)系，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。,3各種數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換 將數(shù)由一種數(shù)制轉(zhuǎn)

24、換成另一種數(shù)制稱為數(shù)制間的轉(zhuǎn)換。 （1）非十進制轉(zhuǎn)換成十進制 非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)采用“位權(quán)法”，即把非十進制數(shù)寫成各自的按權(quán)展開式，然后按十進制運算原則求和，其和值就是轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的十進制數(shù)。 例1.3 將二進制數(shù)1011101.1001轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 （1011101.1001）2 = 126 + 025 + 124 + 123 + 122 + 021 + 120 + 12-1 + 02-2 + 02-3 + 12-4 = 64+16+8+4+1+0.5+0.0625 =（93.5625）10,例1.4 將八進制數(shù)763.24轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 （763.24）2 = 782 + 681

25、 + 380 + 28-1 + 48-2 = 448 + 48 + 3 + 0.25 + 0.0625 = （499. 3125）10 例1.5 將十六進制數(shù)B2F轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 （B2F）16 = B162 + 2161 + F160 = 11162 + 2161 + 15160 = 2816 + 32 + 15 = （2863）10,（2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù) 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制、八進制或十六進制等非十進制數(shù)的方法是相似的，十進制數(shù)轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)時，整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換，將兩個轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)合起來就可以得到對應(yīng)的非十進制數(shù)。 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制整數(shù) 將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為

26、非十進制整數(shù)采用“除基取余法”。即：將十進制整數(shù)及此期間產(chǎn)生的商逐次除以需轉(zhuǎn)換為數(shù)制的基數(shù)，直到商為零為止，并記下每一次相除所得到的余數(shù)，按從后往前的次序?qū)⒏饔鄶?shù)記作K n K n -1K n-2K 0 ，從而構(gòu)成轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的非十進制整數(shù)。,例1.7將十進制整數(shù)125轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的十六進制整數(shù)。 16 125 余數(shù) 16 7 13 （D） 0 7 則得：（125）10 = （7D）16 例1.8 將十進制整數(shù)125轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的八進制整數(shù)。 8 125 余數(shù) 8 15 5 8 1 7 0 1 則得：（125）10 = （175）8,如果一個十進制數(shù)既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分，則應(yīng)將整數(shù)部分和小數(shù)部

27、分分別進行轉(zhuǎn)換，然后把兩者相加便得到結(jié)果。 例1.13 將十進制數(shù)125.625轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制數(shù) 因為 （125）10 =（1111101）2 （0.625）10 =（0.101）2 所以 （125.625）10 =（1111101.101）2,（3）二進制與八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換 由于一位八進制數(shù)對應(yīng)3位二進制數(shù)，一位十六進制數(shù)對應(yīng)4位二進制數(shù)，于是二進制數(shù)與八進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換比較簡單。 二進制與八進制之間的轉(zhuǎn)換 二進制的基數(shù)是2，八進制的基數(shù)是8，由于8=23，因此，一位八進制數(shù)正好相當于3位二進制數(shù)；反之，3位二進制數(shù)可表示一位八進制數(shù) 。 若把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)

28、，只須以小數(shù)點為界，將整數(shù)部分從右向左每3位一組，最高一組不足3位時，在最左端添0補足3位，小數(shù)部分從左向右，每3位一組，最低一組不足3位時，在最右端添0補足3位，然后，將各組的3位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一位八進制數(shù)即可。反之，若將八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，只要把每位八進制數(shù)用對應(yīng)的3位二進制數(shù)表示即可。,例1.14 將二進制數(shù)1101100111.10011轉(zhuǎn)換成對的 八進制數(shù)。 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 . 1 0 0 1 1 0 1 5 4 7 4 6 則得：（1101100111.10011）2 =（1547.46）8 例1.15 將八進制數(shù)576.32轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二

29、進制數(shù)。 （576.32）8 = 101 111 110 . 011 010 則得： (576. 32) 8 =（101111110. 01101）2, 二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換 十六進制的基數(shù)是16，由于16=24，因此，一位十六進制數(shù)可用4位二進制數(shù)表示。 若把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，只須以小數(shù)點為界，將整數(shù)部分從右向左每4位一組，最高一組不足4位時，在最左端添0補足，小數(shù)部分從左向右按4位為一組，最低一組不足4位時，在最右端添0補足，然后，將各組的4位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一位十六進制數(shù)即可。反之，若將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，只要把每位十六進制數(shù)用對應(yīng)的4位二進制數(shù)表示即可。,例1.

30、16 將二進制數(shù)1101100111.10111轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 十六進制數(shù)。 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 . 1 0 1 1 1 0 0 0 3 6 7 B 8 則得：（1101100111. 10111）2 =（367. B8）16 例1.17 將十六進制數(shù)5FD4. A3轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制數(shù)。 （5FD4. A3）16 = 0101 1111 1101 0100 . 1010 0011 則得：（5FD4. A3）16 =（101111111010100. 10100011）2,返回,1.3.2 碼制,計算機處理的數(shù)據(jù)分為數(shù)值型和非數(shù)值型兩類。 數(shù)值型數(shù)據(jù)是指數(shù)學中的代數(shù)值

31、，具有量的含義，且有正負之分、整數(shù)和小數(shù)之分。 非數(shù)值型數(shù)據(jù)是指輸入到計算機中的所有信息，沒有量的含義，如英文字母、數(shù)字符號09、漢字、聲音、圖形、圖像等。 在計算機中這些數(shù)據(jù)是如何表示的呢？由于計算機采用二進制，也就是說計算機只識別0和1形式的代碼，所以輸入到計算機中任何數(shù)值型和非數(shù)值型數(shù)據(jù)都必須轉(zhuǎn)換為二進制代碼 。,1機器數(shù)與真值 在計算機中，數(shù)值型數(shù)據(jù)是用二進制數(shù)來表示的，數(shù)值型數(shù)據(jù)有正、負之分，那么在計算機內(nèi)部是如何表示正、負號的呢？ 在計算機內(nèi)部數(shù)值型數(shù)據(jù)的最高位用來表示數(shù)值的正負，這一位稱為符號位。規(guī)定：用“0”表示“+”號，用“1”表示“”號。 在計算機內(nèi)部數(shù)字和正負號都用二進制

32、代碼表示，兩者結(jié)合在一起構(gòu)成數(shù)值型數(shù)據(jù)的機內(nèi)表示。我們把這種連同數(shù)字與符號組合在一起的二進制數(shù)稱為機器數(shù)，由機器數(shù)所表示的實際值稱為真值。 如：（00110101）2 =（+53）10 （10110101）2 =（53）10,2原碼、反碼和補碼 計算機中機器數(shù)可以用不同的碼制來表示，常用的碼制有原碼表示法、反碼表示法和補碼表示法。 設(shè)機器字長為n位，最高位為符號位，其余n-1位為數(shù)值位。 （1）原碼表示法 原碼：最高位為真值的符號（正為0，負為1）其余 n-1位為數(shù)值位且與真值的數(shù)值位相同。數(shù)X的原碼記為X原。 例如：假設(shè)機器字長8位，二進制數(shù)+1011011和1011011的原碼分別表示為0

33、1011011和11011011。 注意：在原碼表示中，零有兩種表示形式， 即：+0原 =00000000，0原 =10000000,原碼所能表示的數(shù)的范圍與機器字長有關(guān)，設(shè)機器字長為八位時，最高位為符號位，整數(shù)原碼表示的范圍為127 +127。即最大數(shù)是01111111，最小數(shù)是11111111。 同理，機器字長為十六位時，整數(shù)原碼的范圍為32767 +32767。 例1.19 假設(shè)字長為8，求十進制數(shù)+56與56的原碼。 因為 （56）10 =（111000）2 所以 +56原 = 00111000 56原 =10111000 用原碼表示一個數(shù)簡單、直觀，與真值之間轉(zhuǎn)換方便。此表示法，對乘

34、法和除法的符號判別是很方便的，在作乘法或除法時，把數(shù)符號位按位相加后，就得到結(jié)果的符號位。,（2）反碼表示法 反碼：正數(shù)的反碼和原碼相同，負數(shù)的反碼是對該數(shù)的原碼除符號位外各位取反，即“0”變“1”，“1”變“0”。數(shù)X的反碼記為X反。 例如：設(shè)機器字長8位，二進制數(shù)+1011011和1011011的反碼分別表示為01011011和10100100。 零的反碼表示有兩種，即： +0反 = 00000000 0反 = 11111111 可以驗證，任何一個數(shù)的反碼的反碼即是原碼本身。反碼通常作為求補過程的中間形式。,（3） 補碼表示法 補碼：正數(shù)的補碼和原碼相同，負數(shù)的補碼是對該數(shù)的原碼除符號位外

35、各位取反，最末位加1。即：反碼加1。數(shù)X的補碼記為X補。 例如：設(shè)機器字長8位，二進制數(shù)+1011011和1011011的補碼分別表示為01011011和10100101。 零的補碼表示是唯一的。 即：+0補 = 0補 = 00000000。 補碼所能表示的數(shù)的范圍也與二進制數(shù)的位數(shù)（即機器字長）有關(guān)，假設(shè)用八位二進制數(shù)表示時，最高位為符號位，整數(shù)補碼表示的范圍為128 +127。用十六位二進制數(shù)表示整數(shù)補碼時的范圍為32768 +32767。,例1.20 設(shè)字長為8，求十進制數(shù)+56與56的補碼。 +56補 = +56原 = 00111000 56原 = 10111000 56補 = 110

36、01000 可以驗證，任何一個數(shù)的補碼的補碼即是原碼本身。 引入補碼后，加減法都可以用加法來實現(xiàn)，即減法變?yōu)榧臃▉磉\算，并且兩數(shù)的補碼之“和”等于兩數(shù)“和”的補碼。 即: X+Y 補 = X 補 + Y 補 XY 補 = X+（Y）補 = X 補 + Y 補,返回,1.3.3 定點數(shù)與浮點數(shù),在計算機中，參與運算的數(shù)據(jù)，既有整數(shù)，也有小數(shù)，那么在計算機內(nèi)部小數(shù)點是如何表示的呢？ 在計算機系統(tǒng)中，當處理的數(shù)值含有小數(shù)部分時，計算機并不是采用某個二進制位來表示小數(shù)點，而是用隱含規(guī)定小數(shù)點的位置來表示。 按小數(shù)點的位置是否固定，一般分為定點數(shù)和浮點數(shù)，相應(yīng)地數(shù)據(jù)具有定點表示和浮點表示兩種形式。,1定

37、點數(shù) 在機器中，小數(shù)點位置固定的數(shù)稱為定點數(shù)，定點數(shù)根據(jù)小數(shù)點隱含固定位置不同，又分為定點小數(shù)和定點整數(shù)。 （1）定點小數(shù) 定點小數(shù)是指小數(shù)點隱含固定在最高數(shù)值位的左邊，符號位右邊，參與運算的數(shù)是純小數(shù)。 記作：X0 . X -1 X -2 X m , 定點小數(shù)在計算機中表示的格式如下： 數(shù)值位 符號位 隱含小數(shù)點位置 需要指出的是，這里的小數(shù)點是假想的，并不是機器中真有一個表示小數(shù)點的設(shè)備。,在定點小數(shù)表示中，機器中運算的數(shù)都是絕對值小于1的純小數(shù)。但實際上，參加運算的數(shù)不可能都是這樣的純小數(shù)，對于絕對值大于1的數(shù)，若直接使用定點小數(shù)格式將產(chǎn)生“溢出”，因此應(yīng)根據(jù)實際需要取一個“比例因子”，

38、將原數(shù)據(jù)按比例縮小，以定點小數(shù)格式表示，得到結(jié)果后再按該比例擴大，得到實際的結(jié)果。 例如，有一數(shù)為110.1001將其乘以23， 得：110.10012 3 = 0.1101001 這樣，該數(shù)就通過比例因子2 3縮小為小于1的數(shù)。,n位字長（其是一位是符號位）的定點整數(shù)（補碼）所能表示的數(shù)值范圍為： 2 n-1 X 2 n-11 定點表示法所能表示的數(shù)值范圍非常有限，計算機做定點運算時，很容易溢出。溢出是計算結(jié)果超出字長表示范圍的現(xiàn)象，它使計算機的運算發(fā)生錯誤。 無論是定點小數(shù)或定點整數(shù)，由于小數(shù)點都固定在一個位置，所以機器在運算時不必對位，可以直接進行加減運算。實現(xiàn)這種運算方法的電路都比較簡

39、單，但表示數(shù)的范圍受到限制，缺乏靈活性，且為了防止“溢出”需要選擇合適的“比例因子”，對運算前后的數(shù)據(jù)按比例因子折算，使用也不方便。,2浮點數(shù) 浮點數(shù)是指小數(shù)點位置不固定、根據(jù)需要而浮動的數(shù)，它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。 定點數(shù)所能表示的范圍非常有限，在許多場合下是不夠用的，浮點數(shù)表示法可以擴大數(shù)據(jù)的表示范圍。 在計算機中通常把浮點數(shù)分成階碼和尾數(shù)兩部分來表示，其中階碼一般用補碼定點整數(shù)表示，階碼用于表示該數(shù)的小數(shù)點位置，尾數(shù)一般用補碼或原碼定點小數(shù)表示，尾數(shù)用于表示數(shù)據(jù)的有效位。 一個數(shù)N用浮點數(shù)表示可以寫成：N = MRE 其中M表示尾數(shù)，E表示指數(shù)，R表示基數(shù)?；鶖?shù)一般取2、8、16。一

40、旦計算機定義好了基數(shù)值，就不能再改變了，因此，基數(shù)在浮點數(shù)中不用表示出來，是隱含的。,為了提高精度通常其尾數(shù)的最高位必須是非零的有效位，這稱為浮點數(shù)的規(guī)格化形式。 由于其階碼為8位，由階碼最大值為2 71 =（127）10 ，階碼最小值為2 7 = （128）10 ，這樣格式所表示數(shù)的范圍為：12 127 （1223 ）2 127 由此可見，浮點數(shù)的表示范圍要比定點數(shù)大得多，但也不是無限的，當計算機中參與運算的數(shù)超出了浮點數(shù)的表示范圍時稱為溢出。如果一個數(shù)的階碼大于計算機所能表示的最大階碼，則稱為上溢；反之，若小于最小階碼，則稱為下溢。上溢時計算機將停止運算，轉(zhuǎn)溢出中斷處理程序進行溢出處理；下

41、溢時計算機將該數(shù)作為機器零來處理，即把該浮點數(shù)的階碼和尾數(shù)全置成零，但仍能進行運算。,1.3.4 信息編碼,信息編碼是指對輸入到計算機中的各種非數(shù)值型數(shù)據(jù)用二進制數(shù)進行編碼的方式。所謂編碼就是用若干位二進制代碼，選擇一定的組合原則來表示組成信息的各種符號。根據(jù)不同的用途有各種各樣的編碼方案，常用的有ASCII碼、BCD碼、漢字編碼和數(shù)據(jù)校驗碼。 1ASCII碼 ASCII碼是美國標準信息交換碼，已被國際標準化組織定為國際標準，是目前最普遍使用的字符編碼。字符是計算機中使用最多的非數(shù)值型數(shù)據(jù)，是人與計算機進行通信、交互的重要媒介。 ASCII碼有7位碼和8位碼兩種編碼方案，常用的是7位碼方案。7

42、位ASCII碼是用七位二進制數(shù)進行編碼的，可共表示2 7 =128個字符。,ASCII碼的每個字符用7位二進制碼表示，其排列次序為b6b5b4 b3b2b1b0 。通過查ASCII碼表可以找到數(shù)字、運算符、標點符號以及控制字符等字符與ASCII碼之間的對應(yīng)關(guān)系。 例如：小寫字母“g”的ASCII碼為1100111； ASCII碼0110011對應(yīng)的字符是數(shù)字“3”。 字符09十個數(shù)字字符的ASCII碼的高3位編碼（b6b5b4）為011，低4位為00001001。當去掉高3位的值時，低4位正好是09的二進制數(shù)形式。這樣編碼既滿足正常的排序關(guān)系，又有利于完成ASCII碼與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。 字

43、母AZ的編碼值為6590（10000011011010），小寫英文字母az的編碼值為97122（11000011111010），大、小寫字母編碼差別僅表現(xiàn)在b5位的值為0或1，對應(yīng)大、小寫英文字母ASCII碼值十進制形式相差32，因此大、小寫英文字母之間的編碼轉(zhuǎn)換非常便利。,2BCD碼 BCD碼又稱8421碼，是一種二 十進制的編碼，它使用4位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)。由于4位二進制數(shù)可表示16種狀態(tài)，只取前10種狀態(tài)00001001來表示十進制數(shù)碼09，從左到右每位二進制數(shù)的權(quán)分別是8、4、2、1，因此又叫8421碼。這種編碼既具有二進制形式，又具有十進制的特點，它是逢“十”進位的。BCD碼

44、十個不同的碼分別是：0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000和1001，這十個碼分別代表十進制數(shù)碼0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 BCD碼很直觀，可以很容易實現(xiàn)與十進制的轉(zhuǎn)換。對于多位十進制數(shù)，可以直接使用一位十進制數(shù)用四位二進制數(shù)來編碼表示。 例如：十進制數(shù)258對應(yīng)的BCD碼001001011000；反之，BCD碼 1001 1000 0111 0010 對應(yīng)的十進制數(shù)是9872。,（1）漢字輸入碼 是為方便人工通過輸入設(shè)備輸入漢字而設(shè)計的代碼。 主要有: 區(qū)位碼 、智能ABC碼 、五筆字型碼等。 （2）漢字交換碼(又稱為國標碼）

45、用于漢字信息處理系統(tǒng)之間或通信系統(tǒng)之間進行信息交換的漢字代碼。 我國的國標GB2312-80制定了漢字交換碼的標準。規(guī)定了信息交換用的6763個漢字和682個非漢字圖形字符編碼。根據(jù)漢字使用頻率的高低、構(gòu)詞能力強弱、實際用途的大小劃分為兩級漢字，一級漢字3755個，二級漢字3008個。一級漢字按拼音順序排列，同音漢字按筆畫順序排列；二級漢字按部首順序排列。 國標碼字符集中的任何一個漢字或圖形符號都用兩個7位的二進制數(shù)表示，在計算機中用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)的最高位為0，剩余7位為GB2312-80二進制編碼。,在通用漢字系統(tǒng)中，廣泛以點陣的方式形成漢字，這時的漢字字形碼是漢字點陣字形的代碼，以

46、點陣形式組成的漢字字形碼，由于點陣規(guī)格的不同，又分為1616、2424、3232、4848，甚至更多點陣的漢字庫。 對于1616的點陣字形，字形碼為32個字節(jié)(16168=32)每個漢字占32B，那么1616點陣漢字字庫（包括一、二級漢字6763個）共占230KB左右。 （5）漢字地址碼 是指漢字字形碼在漢字字庫中存放位置的代碼，即字形信息的地址。 需要向輸出設(shè)備輸出漢字時，必須通過地址碼，才能在漢字庫中取到所需的字形碼，最終在輸出設(shè)備上形成可見的漢字字形。 由于漢字字形信息都是按一定順序連續(xù)存放在存儲器中。因此，漢字地址碼一般是連續(xù)有序的，并且與漢字機內(nèi)碼間有著簡單的換算關(guān)系。,1.4.1

47、邏輯代數(shù),計算機之所以具有邏輯處理能力，是由于計算機中使用了實現(xiàn)各種邏輯功能的電路，邏輯代數(shù)是進行邏輯電路設(shè)計的數(shù)學基礎(chǔ)。 邏輯代數(shù)是1847英國數(shù)學家喬治布爾首先創(chuàng)立的，所以有時又叫布爾代數(shù)。 邏輯代數(shù)與普通代數(shù)有本質(zhì)的區(qū)別，邏輯代數(shù)表示的不是數(shù)量大小之間的關(guān)系，而且邏輯關(guān)系，邏輯代數(shù)中的0和1，不是數(shù)量的0和1，它只代表所要研究問題的兩種可能性或兩種穩(wěn)定的物理狀態(tài)。它是分析和設(shè)計邏輯電路的基本數(shù)學工具。,1.4 邏輯代數(shù)與邏輯電路基礎(chǔ),1邏輯變量和邏輯函數(shù) 邏輯電路具有輸入和輸出間的邏輯關(guān)系，為了對輸入和輸出間的邏輯關(guān)系進行數(shù)學表達和演算，所以提出了邏輯變量和邏輯函數(shù)兩個術(shù)語。 一個邏輯電

48、路如下圖所示，A，B為輸入，F(xiàn)為輸出，輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系為F = f（A，B）。 A F B A，B，F(xiàn)為邏輯變量 F=(A，B)為邏輯函數(shù) 邏輯變量和邏輯函數(shù)的邏輯取值，只取兩個值0和1，通常稱為邏輯0和邏輯1。,2邏輯運算 邏輯變量之間的運算，稱為邏輯運算。它包括三種基本運算：邏輯與、邏輯或和邏輯非。通過這三種基本運算，可推導出其它邏輯運算，如異或運算等等。 （1）邏輯與運算 邏輯與又稱為邏輯乘，通常用“ ”表示。運算規(guī)則為： 0 0 = 0 讀成0與0等于0 0 1 = 0 讀成0與1等于0 1 0 = 0 讀成1與0等于0 1 1 = 1 讀成1與1等于1 即：與運算表示，只有參

49、加運算的邏輯變量都同時取值為1時，其與運算結(jié)果才等于1。 現(xiàn)在舉例說明與運算的物理意義。如某學校用電，只有當學校電源總閘和教學樓分閘同時接通，教室里才有電使用。,（2）邏輯或運算 邏輯或又稱邏輯加，通常用符號“+”來表示，或運算的運算規(guī)則如下： 0 + 0 = 0 讀成0或0等于0 0 + 1 = 1 讀成0或1等于1 1 + 0 = 1 讀成1或0等于1 1 + 1 = 1 讀成1或1等于1 可見，在給定的邏輯量中，只要有一個為1，邏輯或的結(jié)果就為1。 邏輯或的這種作用，在日常生活中經(jīng)?？梢耘龅?。例如，房間里有一盞電燈，為了使用方便，裝了兩個開關(guān)，這兩個開關(guān)并聯(lián)，顯然，任何一個開關(guān)接通或兩個

50、開關(guān)同時接通電燈都會亮。 注意：邏輯加與算術(shù)加法的運算規(guī)律不完全相同。要特別注意，1 + 1 = 1。,返回,1.4.2 邏輯電路和邏輯設(shè)計基礎(chǔ),1邏輯電路基礎(chǔ) 能實現(xiàn)邏輯運算的電路稱為邏輯門電路（簡稱門電路），常用的門電路有“與”門、“或”門、“非”門、“與非”門、“或非”門、“異或”門等。由基本門電路可以按邏輯設(shè)計組合成計算機硬件的基本功能電路，如：觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器、譯碼器、半加器、全加器等等。 （1）“與”門 實現(xiàn)“與”運算的單元電路叫“與”門?！芭c”門的邏輯符號如圖所示： A F=AB B 其邏輯函數(shù)表達式為：F = AB 例如 A=1，B=0，則 F = A B = 10 =

51、0,（2）“或”門 實現(xiàn)“或”運算的單元電路叫“或”門?！盎颉遍T的邏輯符號如圖所示： A F=A+B B 其邏輯函數(shù)表達式為：F = A + B。 例如 A=0，B=0，則 F=A+B=0+0=0。 （3）“非”門 實現(xiàn)“非”運算的單元電路叫“非”門，或叫反 相器?！胺恰遍T的邏輯符號如圖所示： A F=A 其邏輯函數(shù)表達式為：F= A。 例如A=1， 則F = A = 0。,2. 邏輯組合電路的分析與設(shè)計 邏輯組合電路的分析是指找出組合電路邏輯功能的過程，而設(shè)計則是指按照給定的具體邏輯問題，求出簡單的邏輯電路的過程。 （1）邏輯電路分析方法 分析邏輯組合電路的目的是找出其邏輯功能，既然邏輯組合

52、電路的輸出為一邏輯函數(shù)，那么用真值表來表示電路功能就最為直觀了。由小規(guī)模集成電路構(gòu)成的組合電路的分析，通常先根據(jù)給定的邏輯電路，由輸入到輸出逐級寫出邏輯函數(shù)表達式，然后對其進行化簡，進而得到最簡的邏輯表達式，有時也用真值表來直觀表示電路的邏輯功能。,（2）邏輯設(shè)計方法與步驟 邏輯組合電路的設(shè)計是要按照給定的邏輯問題，設(shè)計出能實現(xiàn)其邏輯功能的電路。 邏輯組合電路設(shè)計的步驟如下： 描述邏輯電路應(yīng)具備的邏輯功能 構(gòu)造真值表：構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯電路的邏輯功能的 真值表。要列真值表首先得對事件的 因果關(guān)系進行分析，把事件的起因定 為輸入變量，把事件的結(jié)果作為輸出 邏輯函數(shù)；其次要對邏輯變量賦予輸 入量各種

53、組合值，用邏輯0和1分別表 示兩種不同狀態(tài)；再根據(jù)給定事件的 因果關(guān)系給出邏輯函數(shù)的值。 寫邏輯函數(shù)表達式：即根據(jù)真值表寫出相應(yīng)的邏輯 函數(shù)表達式并進行化簡。 根據(jù)簡化的邏輯函數(shù)表達式畫邏輯圖。,1.5 計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,1.5.1 計算機硬件的基本結(jié)構(gòu) 計算機是一種按著程序自動、高速地進行信息處理的系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩大部分組成。計算機硬件的基本功能是接受計算機程序的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運算、數(shù)據(jù)輸出等一系列基本操作。 計算機硬件是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，它是由電子的、磁性的、機械的器件按一定結(jié)構(gòu)組成的設(shè)備，是計算機的物質(zhì)基礎(chǔ)。各種類型的計算機硬件雖然有不同的實現(xiàn)形式，但都有其

54、相同的基本結(jié)構(gòu)和特點。,自從1946年世界上第一臺計算機誕生，計算機的體系結(jié)構(gòu)不斷地改進完善，其性能成倍地提高。雖然現(xiàn)在的計算機系統(tǒng)從性能指標、運算速度、工作方式、應(yīng)用領(lǐng)域和價格等方面都有了長足的發(fā)展，但基本結(jié)構(gòu)仍一直沿襲馮.諾依曼傳統(tǒng)的框架。 美國數(shù)學家馮.諾依曼研制了EDVAC計算機，他提出了計算機應(yīng)由五個基本部分組成，即：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，并描述了五大部分的功能及其相互關(guān)系，還提出了“采用二進制”和“存儲程序”兩個重要基本思想?！安捎枚M制”就是計算機中的數(shù)據(jù)和指令均以二進制形式存儲和處理；“存儲程序”就是將程序事先存入存儲器中，使計算機在工作時能自動地從存儲器

55、中讀取指令、分析后執(zhí)行。 目前大多數(shù)計算機都采用馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)，都屬于馮.諾依曼型計算機，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。,1運算器（Arithmetic Unit） 運算器是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件，主要包括算術(shù)邏輯單元（ALU）和寄存器。 主要功能是在控制器的控制下執(zhí)行程序中的指令，完成各種算術(shù)運算和邏輯運算，實現(xiàn)邏輯判斷。 ALU主要完成加、減、乘、除等四則運算以及與、或、非、移位等邏輯運算，寄存器用來暫存參加運算的操作數(shù)或運算結(jié)果。 運算器的主要技術(shù)指標是運算速度，其單位是MIPS。 2控制器（Control Unit） 控制器的作用是指揮整個計算機的各個部件按照指令的功能要求有條不紊

56、地協(xié)調(diào)工作。 控制器由程序計數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、時序電路和微操作控制電路組成，,程序計數(shù)器用來對程序中的指令進行計數(shù)，其內(nèi)容存放預將執(zhí)行的指令在內(nèi)存儲器中的存儲地址，使得控制器能依次讀取指令。 指令寄存器在指令執(zhí)行期間暫時保存正在執(zhí)行的指令。 指令譯碼器用來對指令的操作碼進行譯碼，產(chǎn)生的譯碼信號識別了該指令要進行的操作，并傳送給微控制部件，以便產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。 時序控制電路用來生成時序信號，以協(xié)調(diào)在指令執(zhí)行周期內(nèi)部件的工作。 微操作控制電路用來產(chǎn)生各種控制操作命令。 控制器和運算器合在一起稱為中央處理器，即CPU（Central Processing Un

57、it），它是計算機的核心。,3存儲器 存儲器是計算機的記憶和存儲部件，用來存儲數(shù)據(jù)和程序。按功能存儲器一般可分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩大類。 （1）內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存） 內(nèi)存儲器也稱為主存儲器（簡稱主存），用來存放當前運行程序的指令和數(shù)據(jù)。 目前內(nèi)存由半導體存儲器所組成，它直接與運算器和控制器相連接。 內(nèi)存特點：直接與CPU交換信息，存取速度快，存儲容量較小，價格相對外存高等。,按存取方式內(nèi)存可分為隨機存取存儲器(簡稱RAM）和只讀存儲器（簡稱ROM）。RAM是一種讀寫存儲器，通常用來存放正在執(zhí)行的程序及所需的數(shù)據(jù)。RAM存取速度快，但它只是臨時存儲信息，即加電記憶信息，一但斷電RAM中的信息立

58、即丟失。 ROM中的信息只能讀出而不能重新寫入和修改，其信息是制作時用專門儀器寫入的。計算機斷電后，其中的信息不丟失。 ROM常用來存放一些專用固定的程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)配置軟件。如磁盤引導程序、自檢程序、I/O驅(qū)動程序等。,內(nèi)存由若干存儲單元組成，為了區(qū)別不同的存儲單元，一般從“0”開始對存儲單元進行連續(xù)編號，每個單元都有一個唯一的號碼，我們把它稱為存儲單元的地址。每個存儲單元能存放一個二進制數(shù)，或一條由二進制編碼表示的指令。如下圖所示：,每個存儲單元由若干位二進制位組成，“位”（bit）是存儲器的最小存儲單位，一位可存儲一位二進制數(shù)，8位二進制代碼稱為一個字節(jié)（Byte，簡稱B），字節(jié)是計算機中數(shù)據(jù)處理和存儲容量的基本單位。 1 K = 1024 B 1 GB= 1024 MB 1 MB= 1024 K 1 TB= 1024 GM 一個存儲單元中存入的信息稱為一個“字”，一個字所包含的二進制數(shù)的位數(shù)稱為“字長”。 小型機或微型機的字長一般為16位或32位，計算機的字長越長，其精確度越高。 存儲器所包含的存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量，現(xiàn)在微機內(nèi)存容量大多在兆字節(jié)以上。,（2）外存儲器（簡稱外存） 內(nèi)存由