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1、数据流 控制流 输出设备存储器输入设备运算器控制器冯诺依曼计算机的基本特点 计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制称为冯诺依曼原理。按照冯诺依曼原理构造的计算机又称冯诺依曼计算机，其体系结构称为冯诺依曼结构。其基本特点为：（1）采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，两者没有区别，指令同数据一样可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。（2）存储器是按地址访问的线性编址的唯一结构，每个单元的位数是固定的。（3）指令由操作码和地址码组成。（4）通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。（5）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。（6）数据以

2、二进制表示。计算机硬件计算机硬件通常由五部分组成：运算器和控制器、存储器、输入与输出设备。这五部分之间的联结结构，称为冯诺依曼结构图（如前图），其以运算器为中心。运算器是对信息进行加工处理的部件。它在控制器的控制下与内存交换信息，负责进行各类基本的算术运算和与、或、非、比较、移位等各种逻辑判断和操作。此外，在运算器中还含有能暂时存放数据或结果的寄存器。控制器是整个计算机的指挥中心。它负责对指令进行分析、判断，发出控制信号，使计算机的有关设备协调工作，确保系统自动运行。控制器和运算器一起组成了计算机的核心，称为中央处理器，即CPU（CentralProcessingUnit）。通常把控制器、运算

3、器和主存储器一起称为主机，而其余的输入、输出设备和辅助存储器称为外部设备。存储器是计算机的记忆装置，为了对存储的信息进行管理，把存储器划分成单元，每个单元的编号称为该单元的地址。存储器内的信息是按地址存取的。向存储器内存入信息也称为“写入”。写入新的内容则覆盖了原来的旧内容。从存储器里取出信息，也称为“读出”。信息读出后并不破坏原来存储的内容，因此信息可以重复取出，多次利用。计算机的存储器可分为主存储器和辅助存储器两种，通常分别简称为主存和辅存。输入设备如：键盘、鼠标、光笔、扫描仪等。输出设备如：屏幕显示器、打印机、绘图仪、音箱等。计算机软件在计算机中，数据是以电信号的方式存在的，并以二进制的

4、形式来组织数据。程序是指令的有序序列（冯诺伊曼也定义了指令集），并与其所处理的同时数据必须存放在存储器中。程序设计是以算法为基础的，算法是一套自顶向下、逐步求精地去解决问题的方法。计算机语言是由符号与单词按特定语法构成的语句集合。每个语句都对应这特定的指令集而被计算机所接收、解释与执行。软件工程是为为解决62年的软件危机而产生的一套结构化（或面向对象）的程序设计思想与方法。操作系统是对计算机系统软硬件资源进行管理，并对用户使用计算机提供良好界面的程序包。计算机发展简史1 1第一代计算机（第一代计算机（1946194619581958年）年）其主要特征是采用电子管作为主要元器件。其主要特征是采用

5、电子管作为主要元器件。2 2第二代计算机（第二代计算机（1958195819641964年）年）其主要特征是由电子管改为晶体管。其主要特征是由电子管改为晶体管。3 3第三代计算计算机导论机（第三代计算计算机导论机（1964196419741974年）年）其主要特征是用半导体中小规模集成电路代替分立元其主要特征是用半导体中小规模集成电路代替分立元 件的晶体管。件的晶体管。4 4第四代计算机（第四代计算机（19741974年至今）年至今）其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件。的主要功能部件。-注：与教材所讲有不同注：与教材所讲有

6、不同第二章 数据的表示数据的类型计算机内部的数据表示数据十六进制表示法八进制表示法数据的类型计算机能处理的数据分类为：数值：计算文字：编辑图象：缩放与调整音频和视频：声效与特效计算机内部的数据统一的数据表示法：对各种类型的数据都采用同一种数据表示。位（bit）：二进制数字，是存储在计算机中的最小数据单位。位模式：是一个位（bit）序列，即一个二进制数字串。字节（byte）：长度为8的位模式，也是度量存储空间大小的单位。表示数据以位模式来表示各种类型的数据（1）文本由文本语言的符号个数决定位模式的长度：log2符号个数=模式长度如ASC码，128个符号，128=27，所以位模式长度为7，即用7位

7、二进制数字表示一个ASC符号。ASC码表要了解数字与字母排列。扩展的ASC码用一个字节表示一个符号，每字节的第一位为0。（2）数的表示，见下章（3）图象位图图象：图象由象素点阵构成，每个象素由一个位模式表示，模式长度取决于对应象素亮度与色彩（或灰度）。矢量图象：整个图由基本直线与曲线的数学公式构成。（4）音频和视频：对连续的模拟信号采样，并进行数字离散化后转换为位模式存储。八进制和十六进制表示法十进制：基本数字为09每位不会出现10，逢10进1二进制：基本数字为01每位不会出现2，逢2进1八进制：基本数字为07每位不会出现8，逢8进1十六进制：基本数字为09、A、B、C、D、E、F（相当十进制

8、1015）每位不会出现F，逢F进1个进制对照表八和十六进制与位模式的转化每一个八进制数对应二进制的三位（3位模式）如：144（O）=001100100（B）7123（O）=111001010011（B）7123每一个十六进制数对应二进制的四位（4位模式）如：64（H）=01100100（B）2C1D（H）=0010110000011101（B）2C1D第三章 数的表示数制的转换整数的表示EXCESS系统浮点表示法十六进制表示法r进制转化成十进制转换公式：an.a1a0.a-1.a-m（r）=a*rn+a*r1+a*r0+a*r-1+.a*r-m 10101（B）=24+22+1=21101.1

9、1（B）=22+1+2-1+2-2=5.75101（O）=82+1=6571（O）=78+1=57101A（H）=163+16+104106十进制转化成r进制整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。例100.345（D）=1100100.01011（B）100（D）=144（O）=64（H）100（D）=144（O）=64（H）=1100100（B）10025022521226232100010010.34520.69021.3802 0.7602 1.52021008128180441100166046161 1.04整数的表示正数与负

10、数正数与负数在计算机中数的符号也是用数码来表示的，一般用“0”表示正数的符号，“1”表示负数的符号，并放在数的最高位。例如：（01011）2（11）10（11011）2（11）10原码、补码、反码在计算机中一个数可以采用原码、补码或反码表示，上面讲到的正数与负数表示法即为原码表示法。一个正数的原码、补码、反码是相同的，而负数就不同了。无符号整数格式（最简单的数据表示）:数的范围：0（12n）。其中为N用于存储该数据的二进制数位.原码（符号加绝对值格式）假设x为n位小数，用小数点左面一位表示数的符号，则：（12n）（12n）。零有两种表示：正零为0.00；负零为1.00。补码数的范围：（12n）

11、1。零的表示是唯一的，即：0.00。反码数的范围：零的表示有两种：正零为0.00，负零为1.11。Excess系统特点:能同时存储正负数,易于二与十进制数转换。正数（幻数）用于转换过程，在8位模式下幻数为（2 n-1）=128 或（2 n-1）-1=127，并分别称Excess-128与Excess-127。Excess系统数据表示法（数据转换法）：将十进制整数与幻数之和转换为二进制数，并补足N位。如：整数-25的Excess-127数据表示为01100110 D-25+D127=D102=B1100110=B01100110浮点数表示法浮点数可以扩大数的表示范围。浮点数由两部分组成，一部分用

12、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。一般阶码用整数表示，尾数大多用小数表示。一个数N用浮点数表示可以写成：NMReM表示尾数，e表示指数，R表示基数。基数一般取2，8，16。一旦机器定义好了基数值，就不能再改变了。因此，在浮点数表示中基数不出现，是隐含的。注:浮点数表示法类似于数据的“科学表示法”浮点数（注:与教材讲解略有不同）IEEE标准（32位单精度浮点数表示）:32位=符号1位+指数Excess-127数8位+尾数23位 十六进制表示法（略）阶码数符110.011（B）=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶符尾数1

13、100110011N=数符尾数2阶符阶码尾数的位数决定数的精度。阶码的位数决定数的范围。第四章 数位运算算数运算逻辑运算移位运算算数运算位运算包括算数运算与逻辑运算。而算数运算包括整数与浮点数的四则运算。整数的四则运算 以二进制补码形式的存储整数，可以进行加、减、乘、除四则运算。因计算机是以反复的加来实现整数的乘（*），而以反复的减实现除（/），如下示意，所以只介绍具有典型意义的加减运算。5*4 5+5+5+5 7/2 7 2 2 2+1 减3次2即商为3 余1整数加如：24加17得724对应补码形式：0001100017+（17为00010001）11101111+7100000111再如：

14、127加3得130进位舍127对应补码形式：011111113+00000011+130错误结果12610000010注：8位模式补码表示范围为128+127，超出该范围即产生错误。所以127加1得128，再加两次1，即得126。0111111110000000整数减、浮点数的加减整数减运算也是借助加法运算实现的，即减一个整数等于加一个相同值的负数。10162相当于101+（62）得39101即101补码：011001016262+11000010+393900100111浮点数的加减（见教材示例）以Excess-127保存指数的IEEE规范浮点数的加减，主要是两个数的指数取等值后，再按多项式使同项（同幂次）系数（尾数）相加。逻辑运算一个二进制位（bit）的两个可能的值0、1，如果被决定为逻辑值，即定义0为“假”而1为