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1、第第2章章 计算机的基算机的基础知知识第1页，共71页，编辑于2022年，星期一22.1 计算机编码及数制表示计算机编码及数制表示数制数制 按进位的原则进行计数称为进位计数制，简称数制。按进位的原则进行计数称为进位计数制，简称数制。日常生活中最常用的数制是十进制，逢日常生活中最常用的数制是十进制，逢X进一就是进一就是X进制。进制。计算机中的常用数制（二进制、八进制和十六进制）计算机中的常用数制（二进制、八进制和十六进制）计算机中的术语计算机中的术语汉字编码汉字编码第2页，共71页，编辑于2022年，星期一32.1.1 数制之间的转换数制之间的转换进位计数制（简称数制）进位计数制（简称数制）为了
2、区别不同进制的数，常在数后加一英文字母作为后缀为了区别不同进制的数，常在数后加一英文字母作为后缀加以区别。加以区别。十进制数：在数字后加字母十进制数：在数字后加字母D（D可省略）可省略）二进制数：在数字后加字母二进制数：在数字后加字母B八进制数：在数字后加字母八进制数：在数字后加字母O十六进制数：在数字后加字母十六进制数：在数字后加字母H第3页，共71页，编辑于2022年，星期一4例如：展开十进制数例如：展开十进制数1234 (1234)10=1*103+2*102+3*101+4*100基数数码位权2.1.1 数制之间的转换数制之间的转换进位计数制（简称数制）进位计数制（简称数制）新概念：基
3、数、数码、位权新概念：基数、数码、位权第4页，共71页，编辑于2022年，星期一52.1.1 数制之间的转换数制之间的转换1二、八、十六（非十进制）进制转换为十进制二、八、十六（非十进制）进制转换为十进制只要将二、八、十六进制只要将二、八、十六进制按相应的位权展开成多项式的和按相应的位权展开成多项式的和就是对应的就是对应的十进制数的值。十进制数的值。1.2.(111.11)2=1*22+1*21+1*20+1*2-1+1*2-2(11.24)8(1c.48)163.第5页，共71页，编辑于2022年，星期一6分整数和小数两部分转换：分整数和小数两部分转换：2.1.1 数制之间的转换数制之间的转
4、换2十进制转换为二、八、十六（非十进制）进制十进制转换为二、八、十六（非十进制）进制除基倒取余除基倒取余乘基取整乘基取整第6页，共71页，编辑于2022年，星期一72.1.1 数制之间的转换数制之间的转换2十进制转换为二、八、十六进制十进制转换为二、八、十六进制余数为余数为1 1，即，即a0a01 1余数为余数为0 0，即，即a1a10 0余数为余数为0 0，即，即a2a20 0余数为余数为0 0，即，即a3a30 0余数为余数为0 0，即，即a4a40 0余数为余数为1 1，即，即a5a51 1余数为余数为1 1，即，即a6a61 1；商为商为0 0，结束，结束最后结果为最后结果为2 29
5、79 72 24 84 8 2 22 42 4 2 21 21 2 2 266 2 2332 2110 010102 2(a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0)(a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0)(1100001)(1100001)2 2(97)(97)1010(97)(97)转换为二进制转换为二进制第7页，共71页，编辑于2022年，星期一82.1.1 数制之间的转换数制之间的转换2十进制转换为二、八、十六进制十进制转换为二、八、十六进制最后结果为最后结果为10102 2(a-1 a-2 a-3 a-4)(a-1 a-2 a-3 a-4)(0.1101)(0.1101)2 2(0
6、.8125)(0.8125)1010(0.8125)(0.8125)转换为二进制转换为二进制a a4 41 11 1a a3 3a a2 2a a1 1系数系数系数系数0 01 11 1整数部分整数部分整数部分整数部分2 20.500.502 20.250.251.2501.2502 20.6250.6251.62501.62502 20.81250.8125 高位高位高位高位低位低位低位低位1010第8页，共71页，编辑于2022年，星期一92.1.1 数制之间的转换数制之间的转换2十进制转换为二、八、十六进制十进制转换为二、八、十六进制例如例如:(25.625)10=(11001.101
7、)2(982.75)10=(1726.6 )8(258.125)10=(102.2 )16第9页，共71页，编辑于2022年，星期一103 3二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数2.1.2 数制之间的转换数制之间的转换 11 0100 1101 3 4 D 从小数点位置开始，分别向左或右，每三位（四位）从小数点位置开始，分别向左或右，每三位（四位）二进制数二进制数二进制数二进制数分为一组，每组对应一位八进制数（十六进制数），最左或最分为一组，每组对应一位八进制数（十六进制数），最左或最分为一组，
8、每组对应一位八进制数（十六进制数），最左或最分为一组，每组对应一位八进制数（十六进制数），最左或最右边的一组，不足位用补足。右边的一组，不足位用补足。右边的一组，不足位用补足。右边的一组，不足位用补足。(34D)即即(1101001101)21600第10页，共71页，编辑于2022年，星期一11 1 101 001 101 1 5 1 5 3 3二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数二进制数转换成八进制数或十六进制数2.1.2 数制之间的转换数制之间的转换从最右边的数字开始，向前每三位一组构成一位八进制数。从最右边的数字开始，向
9、前每三位一组构成一位八进制数。即即 (1101001101)00(1515)28第11页，共71页，编辑于2022年，星期一124八进制数或十六进制数转换成二进制数八进制数或十六进制数转换成二进制数2.1.1 数制之间的转换数制之间的转换16162 2每位十六进制数用相应的每位十六进制数用相应的每位十六进制数用相应的每位十六进制数用相应的四位四位四位四位二进制数代替。二进制数代替。二进制数代替。二进制数代替。例如：十六进制数转换成二进制数例如：十六进制数转换成二进制数例如：十六进制数转换成二进制数例如：十六进制数转换成二进制数(2BD)(2BD)()()10101111011010111101
10、 D D B B 2 2 110111010000101010111011第12页，共71页，编辑于2022年，星期一13例如：八进制数转换成二进制数例如：八进制数转换成二进制数例如：八进制数转换成二进制数例如：八进制数转换成二进制数 3 1 5 3 1 5 0 01111 00001 1 101101 即即 (315)(315)(11001101)(11001101)4八进制数或十六进制数转换成二进制数八进制数或十六进制数转换成二进制数2.1.1 数制之间的转换数制之间的转换8 82 2每位八进制数用相应的每位八进制数用相应的每位八进制数用相应的每位八进制数用相应的三位三位三位三位二进制数代
11、替。二进制数代替。二进制数代替。二进制数代替。八进制和十六进制如何转换？八进制和十六进制如何转换？第13页，共71页，编辑于2022年，星期一142.1.2 数值型数据的表示无符号数据的表示无符号数据的表示按一定规则把无符号整数转换成二进制形式在计算机内部表按一定规则把无符号整数转换成二进制形式在计算机内部表示和存储。示和存储。带符号数据的表示带符号数据的表示带符号数中的正负号及小数中的小数点都以二进制形式表示。带符号数中的正负号及小数中的小数点都以二进制形式表示。需要考虑的因素需要考虑的因素机器数的范围。机器数的范围。机器数的符号。机器数的符号。机器数中小数点的位置。机器数中小数点的位置。第
12、14页，共71页，编辑于2022年，星期一152.1.2 数值型数据的表示机器数的范围机器数的范围机器数的表示范围由机器数的表示范围由CPU中的寄存器决定。中的寄存器决定。对于无符号数，对于无符号数，8位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是0255，16位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是065535。对于带符号数，对于带符号数，8位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是-128+127，16位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是-32768+32767。第15页，共71页，编辑于2022年，星期一162.1.2 数值型数据的表示机器数的符号机器数的符号在计算机内部，任何数据（符号）都
13、只能用二进制的两个在计算机内部，任何数据（符号）都只能用二进制的两个数码数码0和和1来表示。来表示。带符号数的表示，除了用带符号数的表示，除了用0和和1的组合来表示数值的绝的组合来表示数值的绝对值大小外，其正负号也必须用对值大小外，其正负号也必须用0和和1来表示。来表示。最高位为符号位，并用最高位为符号位，并用0 表示正，用表示正，用1 表示负。表示负。有原码有原码/反码反码/补码等表示形式。补码等表示形式。第16页，共71页，编辑于2022年，星期一172.1.2 数值型数据的表示机器数示例机器数示例无符号十进制数无符号十进制数57的机器数表示。的机器数表示。57的二进制形式为的二进制形式为
14、111001。+57原原=00111001（正数的原码最高位为（正数的原码最高位为0，数值位补足，数值位补足7位）位）-57原原=10111001（负数的原码最高位为（负数的原码最高位为1，数值位补足，数值位补足7位）位）+57反反=00111001（正数的反码与其原码相同）（正数的反码与其原码相同）-57反反=11000110（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位取反）取反）+57补补=00111001（正数的补码与其原码相同）（正数的补码与其原码相同）-57补补=11000111（负数的补码在其反码的末尾加（负数的补码在其反码的末尾加1）第
15、17页，共71页，编辑于2022年，星期一182.1.2 数值型数据的表示机器数中小数点的位置机器数中小数点的位置定点数（定点整数定点数（定点整数/定点小数）定点小数）浮点数浮点数0000000110000011hh数值部分符号位小数点位置11010000000000 00 hh数值部分符号位小数点位置第18页，共71页，编辑于2022年，星期一192.1.3 字符型数据的编码表示基本含义基本含义对于字符型数据，没有相应的转换规则可以使用。需要人们对于字符型数据，没有相应的转换规则可以使用。需要人们规定出每个字符对应的二进制编码形式。规定出每个字符对应的二进制编码形式。常用的字符型数据编码常用
16、的字符型数据编码ASCII码码（美国标准信息交换码的简称）（美国标准信息交换码的简称）使用一个字节表示一个使用一个字节表示一个ASCII码字符。码字符。主要用于小型机和微型机。主要用于小型机和微型机。EBCDIC码码（扩展（扩展BCD码）码）BCD 码又称码又称二二十进制编码十进制编码，用二进制编码形式表示十进制数。，用二进制编码形式表示十进制数。在在BCD码的基础上，又增加了一些符号和英文字母的表示。码的基础上，又增加了一些符号和英文字母的表示。主要用于超级计算机和大型计算机。主要用于超级计算机和大型计算机。第19页，共71页，编辑于2022年，星期一20BCDBCD码与码与ASCIIASC
17、II码码BCDBCD码码：是是一一种种二二十十进进制制的的编编码码，使使用用四四位位二二进进制制数数表表示示一一位十进制数。位十进制数。十十进进制制数数与与BCDBCD码码之之间间的的转转换换：可可按按位位（或或四四位位二二进进制制数数组组）直接进行。直接进行。ASCII(American ASCII(American Standards Standards Committee Committee of of Iformation)Iformation)码码:是是由由美美国国信信息息交交换换标标准准委委员员会会制制定定的的、国国际际上上使使用用最最广广泛的字符编码方案。泛的字符编码方案。ASC
18、IIASCII码码的的编编码码方方案案：采采用用7 7位位二二进进制制数数表表示示一一个个字字符符，把把7 7位位二二进进制制数数分分为为高高三三位位（b b7 7b b6 6b b5 5）和和低低四四位位 （b b4 4b b3 3b b2 2b b1 1）7 7位位ASCIIASCII编编码码表表：如如表表2-52-5所所示示，利利用用该该表表可可以以查查找找数数字字、运运算算符、标点符号以及控制符等字符与符、标点符号以及控制符等字符与ASCIIASCII码之间的对应关系。码之间的对应关系。第20页，共71页，编辑于2022年，星期一21数据校验码数据校验码奇奇偶偶校校验验码码：在在表表示
19、示数数据据的的N N位位代代码码中中增增加加一一位位奇奇偶偶校校验验位位，使使N N1 1位位中中“1 1”的的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。海海明明校校验验码码：在在有有效效信信息息代代码码中中增增加加校校验验位位，用用来来校校验验代代码码中中“1 1”的的个个数数是是奇奇数数（奇奇校校验验）还还是是偶偶数数（偶偶校校验验），通通过过奇奇偶偶校校验验可可以以发发现现代代码码传传输输过过程程中中的的错误并错误并自动校正自动校正。应应用用：用用于于计计算算机机各各部部件件之之间间信信息息传传输输以及计算机网络的信息传输。以及计算机网络的信息传输。第2
20、1页，共71页，编辑于2022年，星期一222.1.4 汉字的编码表示与汉字处理有关的几种编码与汉字处理有关的几种编码汉字输入码汉字输入码数字码：国标区位码。数字码：国标区位码。拼音码：全拼输入法拼音码：全拼输入法/紫光输入法紫光输入法/智能智能ABC输入法。输入法。字形码：五笔字型编码。字形码：五笔字型编码。汉字机内码（一个汉字占用汉字机内码（一个汉字占用2个字节，最高位置个字节，最高位置1）。）。计算机内部使用的汉字代码。计算机内部使用的汉字代码。汉字交换码：在不同信息处理系统之间进行信息交汉字交换码：在不同信息处理系统之间进行信息交换。换。国标码。国标码。BIG5码。码。汉字字形码汉字字
21、形码 （用于显示和打印）（用于显示和打印）第22页，共71页，编辑于2022年，星期一232.2 逻辑代数基础命题命题命题公式命题公式命题公式的等价律命题公式的等价律逻辑函数的化简逻辑函数的化简第23页，共71页，编辑于2022年，星期一24命题逻辑基础命题逻辑基础命题：有具体意义且能够判断真假的陈述句。命题：有具体意义且能够判断真假的陈述句。命命题题的的真真值值:命命题题所所具具有有的的值值“真真”(true(true，简简记记为为T)T)或或“假假”（false,false,简记为简记为F F）称为其真值。）称为其真值。命命题题标标识识符符：表表示示命命题题的的符符号号，该该标标识识符符称
22、称为为命命题题常量。常量。原子命题：不能分解为更为简单的陈述句的命题；原子命题：不能分解为更为简单的陈述句的命题；复复合合命命题题：将将原原子子命命题题用用连连接接词词和和标标点点符符号号复复合而成的命题。合而成的命题。2.2 逻辑代数基础第24页，共71页，编辑于2022年，星期一25连接词连接词“与与”（）“与与”():两个命题两个命题A和和B的的“与与”(又称为又称为A和和B的的“合取合取”)是一个复合命题，记为是一个复合命题，记为A B。当且仅当。当且仅当A和和B同时为真同时为真时时A B为真，在其他的情况下为真，在其他的情况下A B的真值均为假。的真值均为假。A B的真值表的真值表:
23、A A B B ABAB T T T T T T T T F F F F F F T T F F F F F F F F2.2 逻辑代数基础第25页，共71页，编辑于2022年，星期一26连接词连接词“或或”（）“或或”（）：两两个个命命题题A A和和B B的的“或或”（又又称称为为A A和和B B的的“析析取取”）是是一一个个复复合合命命题题，记记为为ABAB。当当且且仅仅当当A A和和B B同同时时为为假假时时ABAB为为假假，在在其其他他的的情情况况下下ABAB的真值均为真。的真值均为真。ABAB的真值表：的真值表：A A B B ABAB T T T T T T T T F F T T
24、 F F T T T T F F F F F F2.2 逻辑代数基础第26页，共71页，编辑于2022年，星期一27连接词连接词“非非”（）v“非非”（）：命命题题A A的的“非非”（又又称称为为A A的的“否否定定”）是是一一个个复复合合命命题题，记记为为 A A。若若A A为为真真，则则A A为假；若为假；若A A为假，则为假，则A A为真。为真。vA A的真值表：的真值表：A AA AT TF FF FT T2.2 逻辑代数基础第27页，共71页，编辑于2022年，星期一28连接词连接词“异或异或”（）“异异或或”（）：两两个个命命题题的的A和和B的的“异异或或”（又又称称为为A和和B的
25、的“不不可可兼兼或或”）是是一一个个复复合合命命题题，记记为为A B。当当且且仅仅当当A和和B同同时时为为真真或或者者同同时时为为假假时时A B为假，在其他的情况下为假，在其他的情况下A B的真值为真。的真值为真。vAB的真值表：的真值表：A A B B ABAB T T T T F F T T F F T T F F T T T T F F F F F F2.2 逻辑代数基础第28页，共71页，编辑于2022年，星期一29连接词连接词“条件条件”（）“条条件件”（）：两两个个命命题题的的A A和和B B的的“条条件件”是是一一个个复复合合命命题题，记为记为AB,AB,读读作作“如如果果A A
26、，则则B B”。当当且且仅仅当当A A的的真真值值为为真真，B B的的真真值值为为假假时时，ABAB为为假假，在在其其他他的的情情况况下下ABAB的的真真值值均均为为真。真。ABAB的真值表：的真值表：A A B B A BA B T T T T T T T T F F F F F F T T T T F F F F T T2.2 逻辑代数基础第29页，共71页，编辑于2022年，星期一30连接词连接词“双条件双条件”()“双条件双条件”():():两个命题的两个命题的A A和和B B的的“双条件双条件”（又称为（又称为A A当且仅当当且仅当B B）是一个复合命题，记为）是一个复合命题，记为A
27、 BA B，读作，读作“A A当且仅当且仅当当B B”。当且仅当当且仅当A A的真值与的真值与B B的真值相同时，的真值相同时，A BA B为真，为真，否则否则A BA B的真值均为假。的真值均为假。A BA B的真值表：的真值表：A A B B A BA B T T T T T T T T F F F F F F T T T T F F F F T T2.2 逻辑代数基础第30页，共71页，编辑于2022年，星期一31命题公式命题公式命命题题公公式式：由由命命题题变变元元、连连接接词词和和括括号号组组成成的的合合式式的的式式子子称为命题公式。称为命题公式。命命题题公公式式等等价价：如如果果两
28、两个个不不同同的的命命题题公公式式P P和和Q Q，无无论论其其命命题题变变元元取取什什么么值值它它们们的的真真值值都都相相同同，则则称称该该两两个个命命题题公公式式等等价价，记记为为P PQ Q。例例2-282-28证明证明 （ABAB）与）与ABAB是等价的。是等价的。A AB B（ABAB）ABABT TT T F F F F T T F F T TT T F F T T F F F F F F F F F F F F 2.2 逻辑代数基础第31页，共71页，编辑于2022年，星期一32命题公式的等价律命题公式的等价律其中其中A A、B B、C C等为命题变元，等为命题变元，T T表示表
29、示“真真”，F F表示表示“假假”零律：零律：AFAFA A AF AFF F幺律：幺律：ATATT T A T A TA A 幂等律：幂等律：AAAAA A A A A AA A求补律：求补律：AAAAT T AA AAF F交换律：交换律：ABABBABA AB ABBABA2.2 逻辑代数基础第32页，共71页，编辑于2022年，星期一33命题公式的等价律（续）命题公式的等价律（续）结合律：结合律：AA（BCBC）（）（ABAB）C C A A（BCBC）（）（ABAB）C C分配律：分配律：AA（BCBC）(AB)(AC)(AB)(AC)A(BC)A(BC)（ABAB）（ACAC）吸收
30、律：吸收律：ABABABABA A （ABAB）（ABAB）A A狄摩根定律：狄摩根定律：（ABAB）ABAB （ABAB）ABAB双重否定律：双重否定律：A AA A2.2 逻辑代数基础第33页，共71页，编辑于2022年，星期一34证明狄摩根定律证明狄摩根定律例例2-262-26证证明明狄狄摩摩根根定定律律之之一一：（ABAB）ABAB。A AB ABAB（ABAB）A AB BABABT TT TT TF FF FF FF FT TF FF FT TF FT T T TF FT TF FT T T TF FT TF FF FF FT TT TT TT T2.2 逻辑代数基础第34页，共7
31、1页，编辑于2022年，星期一35逻辑代数的等价律逻辑代数的等价律零律：零律：A A0 0A A A 0 A 00 0幺律：幺律：A A1 11 1 A 1 A 1A A 幂等律：幂等律：A AA AA A A A A AA A求补律：求补律：A A 1 1 A A 0 0 2.2 逻辑代数基础第35页，共71页，编辑于2022年，星期一36逻辑代数的等价律（续）逻辑代数的等价律（续）B BB BB BB B(A+B)(A+B)A (A B)(A B)交换律：交换律：A AB BB BA A A B A BB AB A结合律：结合律：A A（B BC C）（）（A AB B）C C A A（B
32、 CB C）（）（A BA B）C C分配律：分配律：A A（B BC C）A BA BA CA C A AB CB C（A AB B）（）（A AC C）吸收律：吸收律：A BA BA A A A （A AB B）（）（A A ）A A狄摩根定律：狄摩根定律：双重否定律：双重否定律：A A A2.2 逻辑代数基础第36页，共71页，编辑于2022年，星期一37逻辑函数的化简逻辑函数的化简例例2-302-30试将逻辑函数试将逻辑函数F FA A B B化简。化简。解：解：F FA A B B（A A ）(A(AB)B)（分配律）（分配律）1(A1(AB)B)（求补律）（求补律）A AB B （
33、幺律）（幺律）例例2-312-31试将逻辑函数试将逻辑函数F FABABA A B B B化简。化简。解：解：F F ABABA A B B B A A（B B ）（B B ）（分配律）（分配律）A A （求补律）（求补律）1 1 （求补律）（求补律）BBBB2.2 逻辑代数基础第37页，共71页，编辑于2022年，星期一382.3 计算机的基本结构与工作原理 辅助存储器辅助存储器内存储器内存储器运运 算算 器器 控制控制 器器输入设备输入设备输出设备输出设备 程序程序原始数据原始数据 运算运算 结果结果控制信息控制信息数据数据第38页，共71页，编辑于2022年，星期一39运算器运算器运运算
34、算器器：对对二二进进制制数数进进行行运运算算的的部部件件。它它在在控控制制器器的的控控制制下下执执行行程程序序中中的的指指令令,完完成成各各种种算算术术运运算算、逻逻辑辑运运算算、比较运算比较运算、移位运算移位运算以及字符运算等。以及字符运算等。运运算算器器的的组组成成：算算术术逻逻辑辑部部件件（ALUALU）完完成成加加、减减、乘乘、除除等等四四则则运运算算以以及及与与、或或、非非、移移位位等等逻逻辑辑运运算算；寄寄存存器器用用来来暂暂存存参参加加运运算算的的操操作作数数或或中中间间结结果果，常常用用的的寄寄存存器器有有累累加加寄寄存存器器、暂暂存寄存器存寄存器、标志寄存器和通用寄存器标志寄
35、存器和通用寄存器等。等。运运算算器器的的主主要要技技术术指指标标：运运算算速速度度，其其单单位位是是MIPSMIPS（百百万万指指令令/秒），通常是按照一定的频度执行各类指令的统计值。秒），通常是按照一定的频度执行各类指令的统计值。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第39页，共71页，编辑于2022年，星期一40存储器存储器v存储器：存储器：用来存储数据和程序的部件。用来存储数据和程序的部件。v存存储储单单位位：“位位”（bitbit）、“字字节节”（bytebyte）、“字字”和和“字长字长”v存储容量：存储容量：存储器所包含的存储单元的总数，其单位为存储器所包含的存储单元的总数，其单位为
36、K Kv （1K1K2 2101010241024）。）。v存储器的分类：存储器的分类：内内存存储储器器：又又称称为为主主存存储储器器，简简称称为为内内存存或或主主存存，用用来来存存放放现现行行程程序序的的指指令令和和数数据据。包包括括随随机机存存取取存存储储器器（RAMRAM）和和只只读读存存储储器器（ROMROM）等。）等。外外存存储储器器：又又称称为为辅辅助助存存储储器器，简简称称为为外外存存或辅存，用来存放需要长期保存的信息。或辅存，用来存放需要长期保存的信息。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第40页，共71页，编辑于2022年，星期一41控制器控制器v控控制制器器：是是指指挥挥计
37、计算算机机的的各各个个部部件件按按照照指指令令的的功功能能要要求求协协调调工作的部件。工作的部件。v控制器的组成：控制器的组成：程程序序计计数数器器（PCPC）：用用来来对对程程序序中中的的指指令令进进行行计计数数，使使控控制制器能依次读取指令；器能依次读取指令；指指令令寄寄存存器器（IRIR）：在在指指令令执执行行期期间间暂暂时时保保存存正正在在执执行行的的指令。指令。指指令令译译码码器器（IDID）：用用来来识识别别指指令令的的功功能能，分分析析指指令令的操作要求。的操作要求。时时序序控控制制电电路路：用用来来生生成成时时序序信信号号，以以协协调调在在指指令令执执行行周期内各部件的工作。周
38、期内各部件的工作。微操作控制电路：微操作控制电路：用来产生各种控制操作命令。用来产生各种控制操作命令。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第41页，共71页，编辑于2022年，星期一42输入输入/输出设备输出设备输输入入/输输出出设设备备：简简称称为为I/OI/O设设备备，是是外外部部与与计计算算机机交交换换信信息息的渠道。的渠道。输输入入设设备备：用用于于输输入入程程序序、数数据据、操操作作命命令令、图图形形、图图像像以以及及声声音音等等信信息息。常常用用的的输输入入设设备备有有键键盘盘、鼠鼠标标器器、扫扫描描仪仪、光光笔笔、数数字化仪以及语音输入装置等。字化仪以及语音输入装置等。输输出出设
39、设备备：用用于于显显示示或或打打印印程程序序、运运算算结结果果、文文字字、图图形形、图图像像等等，也也可可以以播播放放声声音音。常常用用的的输输出出设设备备有有显显示示器器、打打印印机机、XYXY绘图仪以及声音播放装置等。绘图仪以及声音播放装置等。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第42页，共71页，编辑于2022年，星期一43计算机的指令系统计算机的指令系统v指指令令：能能被被计计算算机机识识别别并并执执行行的的二二进进制制代代码码，它它规规定定了了计计算机能完成的某一种操作。算机能完成的某一种操作。v指令系统：指令系统：一台计算机能执行的所有指令的集合。一台计算机能执行的所有指令的集合。
40、v指指令令的的格格式式：一一条条指指令令由由操操作作码码和和地地址址码码组组成成。操操作作码码规规定定了了该该指指令令进进行行的的操操作作种种类类；地地址址码码给给出出了了操操作作数数、结结果以及下一条指令的地址。果以及下一条指令的地址。v指令的分类：指令的分类：数据传送型指令数据传送型指令数据处理型指令数据处理型指令输入输出型指令输入输出型指令硬件控制指令硬件控制指令2.3 计算机的基本结构与工作原理 第43页，共71页，编辑于2022年，星期一44计算机的工作原理计算机的工作原理见教材见教材5252页页 图图2-6 2-6 指令的执行过程指令的执行过程2.3 计算机的基本结构与工作原理 第
41、44页，共71页，编辑于2022年，星期一45指令的执行过程指令的执行过程取取指指令令：即即按按照照指指令令计计数数器器中中的的地地址址，从从内内存存储储器器中取出指令，并送往指令寄存器中。中取出指令，并送往指令寄存器中。分分析析指指令令：即即对对指指令令寄寄存存器器中中存存放放的的指指令令进进行行分分析析，由由操操作作码码确确定定执执行行什什么么操操作作，由由地地址址码码确确定定操操作作数数的的地址。地址。执执行行指指令令：即即根根据据分分析析的的结结果果，由由控控制制器器发发出出完完成成该该操操作作所所需需要要的的一一系系列列控控制制信信息息，去去完完成成该该指指令令所所要要求求的操作。的
42、操作。上上述述步步骤骤完完成成后后，指指令令计计数数器器加加1 1，为为执执行行下下一一条条指指令令做做好好准准备备。如如果果遇遇到到转转移移指指令令，则则将将转转移移地地址送入指令计数器。址送入指令计数器。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第45页，共71页，编辑于2022年，星期一46计算机组织与系统结构领域的一些主要技术计算机组织与系统结构领域的一些主要技术1 1 精简指令集技术精简指令集技术 在在指指令令系系统统中中仅仅包包含含（1 1）使使用用频频率率高高的的指指令令；（2 2）支持操作系统和高级语言的程序设计的指令。）支持操作系统和高级语言的程序设计的指令。精简指令计算机（精简指
43、令计算机（reduced instruction set computer,RISC)复杂指令计算机（复杂指令计算机（complex instruction set computer,CISC)2 2 高速缓冲存储技术高速缓冲存储技术(cache)(cache)为为使使慢慢速速的的RAM与与快快速速的的CPU相相匹匹配配，采采用用cachecache技术。技术。方方法法：将将CPU从从RAM某某一一地地址址读读取取数数据据，自自动动将该地址相近的整批数据读入将该地址相近的整批数据读入cachecache中。中。2.3 计算机的基本结构与工作原理 第46页，共71页，编辑于2022年，星期一47
44、v3 3 虚拟存储技术虚拟存储技术v 利利用用硬硬盘盘的的支支持持以以小小的的物物理理内内存存模模拟拟大大的的内内存存，从从而而程程序序能够使用整个内存地址空间的技术。能够使用整个内存地址空间的技术。v4 4 指令流水线技术指令流水线技术v CPUCPU可可以以在在完完成成一一条条指指令令之之前前将将开开始始执执行行另另外外一一条条指指令令，以加快计算机的处理速度。以加快计算机的处理速度。v5 5 并行处理技术并行处理技术v 把把一一个个程程序序划划分分为为多多个个能能够够并并行行地地有有单单独独处处理理器器执执行行的的进进程程，多多个个处处理理机机协协同同地地并并行行工工作作，达达到到甚甚至
45、至超超过过了了巨巨型型机机的的高性能。高性能。v 并行计算机系统有：并行计算机系统有：v SISD（单单指指令令流流但但数数据据流流）、SIMD、MISD、MIMD2.3 计算机的基本结构与工作原理 第47页，共71页，编辑于2022年，星期一48机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言结构化程序设计语言结构化程序设计语言 面向对象程序设计语言面向对象程序设计语言可视化程序设计语言可视化程序设计语言 人工智能程序设计语言人工智能程序设计语言学习语言是设计程序的基础2.4 程序设计基础第48页，共71页，编辑于2022年，星期一492.4.1 机器语言机器语言的特点机器语言的特点 由二进
46、制编码指令构成的语言。由二进制编码指令构成的语言。是一种依附于机器硬件的语言。是一种依附于机器硬件的语言。机器语言程序可以直接执行。机器语言程序可以直接执行。机器语言程序片段机器语言程序片段0001 0101 01101100 /把地址为把地址为01101100的内存单元中的数装的内存单元中的数装入入0101号寄存器号寄存器0001 0110 01101101 /把地址为把地址为01101101的内存单元中的数装入的内存单元中的数装入0110号寄存器号寄存器0101 0000 01010110 /把把01101100和和01101101中的数相加中的数相加,结果结果存入存入0000号寄存器号寄
47、存器0011 0000 01101110 /把把0000号寄存器中的数存入地址为号寄存器中的数存入地址为01101110的内存单元中的内存单元中第49页，共71页，编辑于2022年，星期一502.4.2 汇编语言汇编语言的特点汇编语言的特点 由助记符指令构成的语言。由助记符指令构成的语言。也是一种依附于机器硬件的语言。也是一种依附于机器硬件的语言。汇编语言源程序需要汇编后才能执行。汇编语言源程序需要汇编后才能执行。汇编语言程序片段汇编语言程序片段 MOV R5,X /把内存单元把内存单元X中的数装入中的数装入R5寄存器寄存器 ADD R5,Y /把把R5中的数与中的数与Y单元中的数相加，结果存
48、入单元中的数相加，结果存入R5 MOV Z,R5 /把把R5中的数存入中的数存入Z单元中单元中 第50页，共71页，编辑于2022年，星期一512.4.3 高级语言高级语言的特点高级语言的特点 由自然语言和数学公式表示的语言。由自然语言和数学公式表示的语言。是一种独立于机器硬件的语言。是一种独立于机器硬件的语言。高级语言程序需要编译后才能执行。高级语言程序需要编译后才能执行。高级语言程序片段高级语言程序片段 Z=X+Y /把内存单元把内存单元X中的数与中的数与Y中的数相加，结果存入中的数相加，结果存入Z单元单元 第51页，共71页，编辑于2022年，星期一522.4.3 高级语言常用高级语言常
49、用高级语言 FORTRAN语言语言FORTRAN是是FORmula TRANslator（公式翻译器）的缩写。（公式翻译器）的缩写。主要用于复杂的科学计算领域。主要用于复杂的科学计算领域。ALGOL语言语言ALGOL是是ALGOrithm Language（算法语言）的缩写。（算法语言）的缩写。主要用于数学与科学计算。主要用于数学与科学计算。第52页，共71页，编辑于2022年，星期一532.4.3 高级语言常用高级语言常用高级语言 COBOL语言语言 COBOL是是COmmon Business-Oriented Language（面向商（面向商业的通用语言）的缩写。业的通用语言）的缩写。主
50、要用于企业管理和事务处理。主要用于企业管理和事务处理。BASIC语言语言 BASIC是是Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code（初学者通用符号指令码）的缩写。（初学者通用符号指令码）的缩写。主要用于初学者和较小规模的程序开发。主要用于初学者和较小规模的程序开发。第53页，共71页，编辑于2022年，星期一542.4.4 结构化程序设计语言早期程序设计方法的不足早期程序设计方法的不足注重功能的实现注重功能的实现/注重内存的节省注重内存的节省/注重执行效率的提注重执行效率的提高。高。不注重程序结构的清晰性。不注重程序结构的清晰性。不注重程序的