微型计算机原理及应用技术河北科技大学计算机基础知识计算机基础知识第第1 1章章1.1 1.1 引言引言1.1.1 1.1.1 计算机发展概况计算机发展概况1.1.2 1.1.2 计算机的主要特点计算机的主要特点1.1.3 1.1.3 计算机的分类和应用计算机的分类和应用1.2 1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.2.1 1.2.1 进位计数制进位计数制1.2.2 1.2.2 计算机中的编码系统计算机中的编码系统1.2.3 1.2.3 带符号数的表示带符号数的表示1.2.4 1.2.4 数的定点和浮点表示数的定点和浮点表示1.3 1.3 计算机系统的组成及其工作计算机系统的组成及其工作 原理原理1.3.1 1.3.1 计算机的硬件系统计算机的硬件系统1.3.2 1.3.2 计算机的软件系统计算机的软件系统1.3.3 1.3.3 计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标引言引言 采用水银延迟线作为内存，磁鼓作为外存。体积大、耗电采用水银延迟线作为内存，磁鼓作为外存。体积大、耗电 多、运算速度慢。最初只能使用二进制表示的机器语言，到多、运算速度慢。最初只能使用二进制表示的机器语言，到 2020世纪世纪5050年代中期才出现汇编语言。这个时期，计算机主要年代中期才出现汇编语言。这个时期，计算机主要 用于科学计算和军事方面，应用很不普遍。用于科学计算和军事方面，应用很不普遍。电子管计算机（电子管计算机（1945195819451958年）年） 内存主要采用磁芯，外存大量采用磁盘，输入输出设备有内存主要采用磁芯，外存大量采用磁盘，输入输出设备有 了较大改进。体积显著减小、可靠性提高、运算速度可达每了较大改进。体积显著减小、可靠性提高、运算速度可达每 秒百万次。软件方面出现了高级程序设计语言和编译系统。秒百万次。软件方面出现了高级程序设计语言和编译系统。 计算机开始广泛应用于以管理为目的的信息处理。计算机开始广泛应用于以管理为目的的信息处理。第二代第一代第一代晶体管计算机（晶体管计算机（1958196419581964年）年）1.11.11.1.11.1.1 计算机发展概况计算机发展概况第三代第三代第四代第四代集成电路计算机集成电路计算机 （1964-19711964-1971年）年） 主要采用中、小规模集成电路，运算速度达每秒千万次主要采用中、小规模集成电路，运算速度达每秒千万次 ，可靠性大大提高，体积进一步缩小，价格大大降低。软，可靠性大大提高，体积进一步缩小，价格大大降低。软 件方面进步很大，有了操作系统，开展了计算机语言的标件方面进步很大，有了操作系统，开展了计算机语言的标 准化工作并提出了结构化程序设计方法，出现了计算机网准化工作并提出了结构化程序设计方法，出现了计算机网 络。计算机应用开始向社会化发展，其应用领域和普及程络。计算机应用开始向社会化发展，其应用领域和普及程 度迅速扩大。度迅速扩大。 微型计算机的出现和发展是计算机发展史上的重大事件微型计算机的出现和发展是计算机发展史上的重大事件 ，使得计算机在存储容量、运算速度、可靠性和性能价格，使得计算机在存储容量、运算速度、可靠性和性能价格 比等方面都比上一代计算机有了较大突破。各种系统软件比等方面都比上一代计算机有了较大突破。各种系统软件 、应用软件大量推出，功能配置空前完善，充分发挥了计、应用软件大量推出，功能配置空前完善，充分发挥了计 算机的功能，把计算机的发展和应用带入了一个全新时代算机的功能，把计算机的发展和应用带入了一个全新时代 。大规模集成电路计算机（大规模集成电路计算机（19711971年至今）年至今）1.1.11.1.1 计算机的发展史计算机的发展史计算机的主要特点计算机的主要特点自动性自动性高速性高速性逻辑性逻辑性通用性通用性准确性准确性特点特点1.1.21.1.2计算机的分类和应用计算机的分类和应用从原理上从原理上数字计算机数字计算机模拟计算机模拟计算机从结构上从结构上从用途上从用途上专用计算机专用计算机通用计算机通用计算机从字长上从字长上4 4位、位、8 8位、位、1616位机位机3232位、位、6464位机位机位片机位片机单片机、单板机单片机、单板机 微机系统等微机系统等计算机的分类计算机的分类1.1.31.1.3航空航天航空航天科学研究科学研究家用电器家用电器计算机的应用计算机的应用计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.21.2一个一个R R进制数具有以下主要特点进制数具有以下主要特点具有具有R R个不同数字符号：个不同数字符号：0 0、1 1、R-1R-1逢逢R R进一进一S= an-1an-2a1a0.a-1a-2a-mS= an-1an-2a1a0.a-1a-2a-m =an-1=an-1R Rn n-1 -1 + + an-2 an-2 R Rn n-2 -2 +a1 R+a1 R1 1 +a0 R+a0 R0 0+ + +a-m R+a-m R-m -m 上述上述R R进制数进制数S S可用多项式（称为按权展开式）表示为：可用多项式（称为按权展开式）表示为：1.2.1 1.2.1 进位计数制进位计数制 十进制数十进制数具有十个不同的数字符号，即具有十个不同的数字符号，即0-90-9逢逢十进一十进一特点特点一个十进数可以用它的按权展开式表示。例如一个十进数可以用它的按权展开式表示。例如 ：（758.75758.75）10=10=7107102 2+510+5101 1+810+8100 0+710+710-1-1+ 510+ 510-2-21.1.二进制数二进制数一个二进制数可以用它的按权展开式表示。例如：一个二进制数可以用它的按权展开式表示。例如：( (10110.101)10110.101)2 2=12=124 4+02+023 3+12+122 2+12+121 1+02+020 0+1+1 22-1-1+02+02-2 -2 +12+12-3 -3 =(22.625)=(22.625)1010具有两个不同的数字符号，即具有两个不同的数字符号，即0 0和和1 1逢二逢二进一进一特点特点2.2.(1(1AF.4)16 =116AF.4)16 =1162 2 +1016+10161 1 +1516+15160 0 +416+416-1 -1 =(430.25)=(430.25)1010一个十六进制数可以用它的按权展开式表示。例如：一个十六进制数可以用它的按权展开式表示。例如：具有十六个不同的数字符号，即0-9和A-F逢逢十六进一十六进一特点特点1.1.十六进制数十六进制数十十进进进进制制二二进进进进制制1616进进进进制制十十进进进进制制二二进进进进制制1616进进进进制制0 0000000000 09 9100110019 91 1000100011 1101010101010A A2 2001000102 2111110111011B B3 3001100113 3121211001100C C4 4010001004 4131311011101D D5 5010101015 5141411101110E E6 6011001106 6151511111111F F7 7011101117 71616100001000010108 8100010008 8171710001100011111表表1-11-1三种数制对照表【例【例1-11-1】 十进制数十进制数22.62522.625转换为二进制数转换为二进制数22222 211112 2余余0 0（低位（低位 ）5 52 2余余1 12 22 2余余1 11 12 2余00 0余余1 1（高位（高位 ）0.6250.625 2 2 1 .25 1 .25 取整数取整数1 1（高位）（高位） 2 2 0 .50 .5 取整数取整数0 0 2 2 1 .0 1 .0 取整数取整数0 0（低位）（低位） （0.6250.625）1010= =（0.1010.101）2 2所以所以: :（2222）1010=(10110)=(10110)2 2结果结果: :（22.62522.625）1010=(10110.101)=(10110.101)2 2整数部分整数部分 ：小数部分小数部分 ：4.4. 各种数制之间的转换各种数制之间的转换十进制数十进制数430.25430.25转换为十六进制转换为十六进制数数430430161626261616余余1414E E（低位）低位）1 11616余余1010A A余余1(1(高位高位) )整数部分整数部分 ：0 0小数部分小数部分 ：0. 2 50. 2 5 1 6 1 64 . 0 4 . 0 取整数取整数4 4结果：结果：（430.25430.25）1010= =（1 1AE.4AE.4）1616【例【例1-21-2】注意注意整数部分转换，每次只求整数商，将余数作为转换结果的一位，整数部分转换，每次只求整数商，将余数作为转换结果的一位， 重复对整数商除基数，一直除到商为重复对整数商除基数，一直除到商为0 0为止。为止。小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对 剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0 0（如（如 上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如0.30.3）永远不能）永远不能 乘到积的小数为乘到积的小数为0 0，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可， 这种转换结果是不精确的。这种转换结果是不精确的。：十六进制数：十六进制数 1 1 A E 4A E 4 0001 1010 1110 01000001 1010 1110 0100即（即（1 1AE.4AE.4）1616= =（110101110.01110101110.01）2 2若要将二进制数转换为十六进制数，只要以小数点为分界，分别若要将二进制数转换为十六进制数，只要以小数点为分界，分别 向左和向右每四位二进制位分为一组（若最高位或最低为不够四向左和向右每四位二进制位分为一组（若最高位或最低为不够四 位则补位则补0 0），对应转换为十六进制数即可。），对应转换为十六进制数即可。例如：二进制数例如：二进制数 110101110.01 110101110.010001 1010 1110 . 01000001 1010 1110 . 0100十六进制数十六进制数 1 1 A E . 4A E . 4即（即（110101110.01110101110.01）2 2= =（1 1AE.4AE.4）1616例如例如二进制数的运算二进制数的运算【例例1-3】 10100+1101=100001 【例例1-4】 100001-10100=11011 0 1 0 0 1