二章节计算机基本原理一.ppt

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1、第二章 计算机的基本原理（一）,钻拷慑苯痪骏泣蜡幽撵躇厄统薛遁脊俭稳乱卢孵卸踏傲阻齿漓桑恃粕育弟二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,问题的提出： 计算机的发明必须具备哪些条件？ 人是如何进行计算的？ 要使机器能进行“自动计算”必须解决那些问题？,薯叶诱尼阀囚程衙接吝圣歧壶湘右么问堰城疯美蓖搜脆矗手蔡聚韩作舞限二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,解决机器“自动计算”问题至少要解决 数据的表示数据表示模型 数据的存储数据存储模型 数据的运算计算模型 自动的执行冯 诺依曼原理,斑侥院绢祟晴贫趣詹亏镰婿孜摊诛避棺又赐念参彭移屡户杖溅昔胰狼瞥茵二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原

2、理一,第二章 计算机的基本原理,学习目的和要求： 1.了解自动计算和图灵机原理 2.理解计算机中数字系统及其表示 3.熟悉计算机运算、存储和控制功能的逻辑实现 4.理解冯诺依曼原理与存储程序式计算机的基本结构 5.知道计算机指令系统 6.了解计算机软件系统,祟距办呕眨代搓赖弄蛋踩绑抗赎红励爬逼盾底嚷启柴靛壶歧波呕形荤垫杯二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,第二章 计算机的基本原理（一）,计算模型与图灵机 计算模型:计算模型是刻划计算这一概念的一种抽象的形式系统或数学系统 。 算法：算法是对计算过程步骤（状态）的一种刻划，是计算方法的一种可行实现方式。 凡是能用算法方法解决的问题，也一

3、定能用这些计算模型解决；反之计算模型解决不了的问题，任何算法也解决不了。 计算模型之间在能力上是等价的 图灵机就是一个计算模型。它更接近普通人计算的思想方法，又因其好用而被现代计算机的研究开发者所采纳为计算机的计算模型。,抡夸芍档搞尧抽宫根烁笆贱笑猎滓仲龙误踌坏奎午层诅帮砖谢长荷迂抵罐二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,图灵机 可形式化地描述为： 图灵机是一个五元组：K,s,H； K是一个有穷个状态的集合； 是字母表，即符号的集合：0,1，*； 是转移函数，即控制器的规则集合； sK,是初始状态； HK,是停机状态：,透黔懊鼻饰谣苏荧曹女邱习义赊葬差酮绊凋陷现量隶解抨判暴臭寥缓团狞二

4、章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,例1、设计一台可以计算“x+1”的图灵机。（见P1719） 状态集合K:start, add ,carry, noncarry, overflow, return, halt 字母表：0,1,* 初始状态s：start 状态编码 停机状态H：halt 状态 编码 规则集合： start 0101 add 0110 字母表编码 cary 0111 符号 编码 noncary 1000 0 0000 overflow 1001 1 0001 run 1010 * 0010 halt 1011 读写头动作编码 动作 编码 Left 0011 Right 0

5、100,溃钾屁撞氧劲镣晚岿传墩陷矮句茄郧蔡云丸邓辛虱挺曼颂屿浩旭惯剖毯瓤二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,表2.1 “x+1”的图灵机转换规则,销琵渐酝收寅驱弊崩阴于话玄题搏吼肉摈椅备低完讽简款径近直事读降勒二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,从图灵机认识计算机（自动计算机）的结构组成 必须告诉计算机要做什么输入子系统 如真的会自动计算应该把结果告诉人输出子系统 输入后应该有存放数据等的地方存储器问题 要实现自动计算应该有一个能按顺序执行的运算部件问题 数据如何表示 计算问题 第一推动力和持续推动力,CPU,撰歪羹寺张瘸调躲废裁培蜒瑰矽祝勾伟关祭叠存踏匪渔攫古澡晨旱廖圭旷

6、二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,等利酥鲤晶喉猪疥癣黔像弧初缉虞温卷娱兵彪疗帮没咎舆识陡导等与咕咒二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,从理论模型原理上来认识计算机为什么会“自动计算” 解决数据的表示计算机只认识“二进制”即0、1 数据的表示 有关进制及互相转换问题,十进制,二进制,八进制,十六进制,P进制 p0的整数,荐庐哉析株四阉撵篷返仔帆速哨备努两呢卸趴枣号歧锣渊号寸屉塘驴辕毅二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,数的进制与各进制间的转换,数的进制：人们为了记数的方便和计算，创造了各种“权值”（即逢“几”进一）的记数方法，这些方法就称为数的进制。 十进制： 二

7、进制： 八进制： 十六进制： P进制：,柞蛀评驰线柬舆欲逝杯色缔搔鼎封陀屠惦诚懒竟字尝种钨峡雇唆芯叫叮联二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,p进制： N= an pn+an-1pn-1+a1p1+a0p0+a-1p-1+a-2p-2+a-mp-m 其中p为正整数，ai 是0，1，2，（p-1）这p个数中的任一个，m、n是正整数。,臻仓弄爷邹闻从欺促回匀脊煞祖饿堵絮示张边蛙接探虾毋恐惋沸蚂约川拽二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,十进制和二进制 十进制系统 十进制的表示方法 243210241013100 二进制系统 二进制的表示方法 (243)101271261251240

8、23 022121120=(11110011)2,那拼腋虽栖一查帕落碧馁三贪循骆胚珊熬椭啃班蔼遵菱鹤哑币器献你吭侯二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,二进制数 当符号“0”和符号“1”分别表示数字0和数字1时，就可以构造逢二进一的二进制计数系统。 日常生活中采用的十进制计数是一种权计数法。所谓权，就是不同的位置代表不同的含义。例如，十进制数345的含义如图2-1(a)所示。因十进制数345中数字3位置的权值为100，数字4位置的权值为10，数字5位置的权值为1，所以十进制数345可表示为3100+410+51。也可以用相似的方法表示二进制数，二进制数1001的含义如图2-1(b)所示

9、。因二进制数1001中从左至右的权值分别为8、4、2、1，所以二进制数1001可表示为123+022+021+ 1 20 。,吵伸味囚加令且阻彤音援全泰虐测赐敛半很眨佐承虫礁沏追嗣赠朴侈躺眼二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,咙榔拇农葛渣搏包位锹恬夕户镐呕皆刺超进兔遏憋蛮犹默尤烟宰独词钻器二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,至此，我们知道，人类习惯于十进制数，而计算机内部存储只能采用二进制数，这就存在十进制数和二进制数之间的相互转换问题。因十进制数和二进制数只是数值的两种不同表示方法，并不表示其本质的改变。因此，十进制数和二进制数之间必然可以相互转换。为区别十进制数和二进制

10、数，在下面的讨论中，我们在数字后面用下标形式标出其进位制。如(101)10表示该数是十进制数，(101)2表示该数是二进制数。,拿屹滨娠哦革宣攘疯啡旷剔菩政屑靠江缉郴鳞忙于酣未完憾森内纱币周备二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,各种进制数之间的 转换 二进制数向十进制数的转换 十进制数向二进制数的转换,洋绵裳忽街岳蔼客玩海悲舜茹馏滚蜀避闻仟拼牧驭赋窃兄系尽糕芳铲衬巳二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,1. 二进制数转换为十进制数 二进制数转换为十进制数的方法是：用十进制计数制把二进制数各位置的数按权展开后相加。 【例2-1】 求(1001.101)2的十进制数值。 解：(1

11、001.101)2 123+022+021+120+1 2-1+02-2+12-3 = 8+1+0.5+0.125 = (9.625)10,鸳寂健榆锭拟管着歹厕此芒困讣臂诞饰懂哟疙睡奔难劣晦巡迹妓苹趾腺仍二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,2. 十进制整数转换为二进制整数 十进制整数转换为二进制整数的方法是：首先不断地对前次得到的商除2并列出其余数，然后把所得余数按从后向前的次序排列。该方法简称除2取余法。 【例2-2】 求(19)10的二进制数值。 解： 2 19 1 (低位) 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 (高位) 0 (19)10=(10011)2,彰辫民啮烁

12、做来啮蛇茁嚣熊枫琴郭皑畔井箩彩调莽绷甭违涩榷牺徘顷击淑二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,辊丽衙六日贵妈穷实巡货戮兔圈郴洞规询窄钠肉磨最抨谚处澄吕俩段文铱二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,3. 将二进制数化为十进制数：,浚摄陨右躺琴咳简蓄估东佃恍甜郑啥殉墅癸移邑巨责帧渭戍笛逗则廊踏凄二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,Binary 10011Weights 16 8 4 2 1 - 16 + 0 + 0 + 2 + 1 Decimal 19,例1:将二进制数10011化为十进制数.,0 1 2 4 8 17 35 Dec. Binary 1 0 0 0 1 1,

13、例2:将十进制数35化为二进制数.,狭尾蚊升逐伦瓮宜配赤锯忱迸材朗孙编艺抽浩枢谆弊纳胞誉煮缉荷得脊埔二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,表2-1 十进制整数和二进制整数转换表,盾农冉鹃锣搬碗惶臆咎柒盈鹃晦婶城此登鄙锈谦呕逸咎掂绵营痔闻宛颁抵二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,4. 十进制小数转换为二进制小数 十进制小数转换为二进制小数的方法是：首先不断地对前次得到的积的小数部分乘2，并列出该次得到的整数数值，然后按从前向后的次序排列。该方法简称乘2取整法。 【例2-3】 求(0.6875)10的二进制数值。,勤苹审潦羞宜敦讳李柠咳蘑绵兽它唆做坦畅泻攻业寡集储敛赴钒吃消搁宛二

14、章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,解： 0.6875 整数 2 1.37501 (高位) 0.3750 2 0.75000 2 1.50001 0.5000 2 1.00001 (低位) 因此，(0.6875)10 = (0.1011)2,坐麓樱删胺塘萍嘻肯培判隧嫌兑获餐迹构勃酣楷符骂入巷卿功纪嫁缆耀悲二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,贩币残曰雇蝗姐菌漳退毫狗涕峙述负尝系熄秃站描昔地继廖局羽阻屑叛瓤二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,在十进制小数转换为二进制小数过程中，有时会出现乘积的小数部分总不等于0的情况，如(0.4435)10就不能在10步内使乘积的小数部

15、分等于0；甚至还会出现循环小数的情况，如(0.6)10 = (0.100110011001)2。在上述两种情况下，乘2过程的结束由所要求的转换精度确定。,海季原娥晌批椅蔑饶炒缅砸爹庚核颓摊逆骑拾回洋冰孜箭时疗岩挫俘猿撇二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,要说明的是，十进制整数转换为二进制整数后，该二进制整数要比相应的十进制整数位数长很多，但十进制小数转换为二进制小数后，该二进制小数却并不比相应的十进制小数位数长。这是因为小数是分数的比值的结果，无论是十进制小数还是二进制小数，其小数数值都只是自身分数的比值的结果。例如， (0.5)10 = (5/10)10 = (1/2)10 = (

16、1/10)2 = (0.1)2,维恒租宏眺贼樱贸帚始险准箭设梳邯稗调嘶咆挑卵铭嫂箭按藕莱爹俊葱耽二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,“二 八”： （1） 二进制八进制：以小数点为基准，分别向左、右进行“三位并一位”，不足补零。 例3：转换为十进制表示 解：（11101.110100）2 3 5 . 6 4 (2)八进制二进制: 以小数点为基准，分别向左、右进行“一位拉三位”。 例4：转换为二进制表示 解： 4 5 . 6 1 100 101 . 110 001 45.61= 100 101 . 110 001,敲递劝圾洁防癌叉蝎沈吟到扯傈恋揍琶涌刻产湾概孩前卜哆调线癸排途铆二章节计算

17、机基本原理一二章节计算机基本原理一,二 十六： (1) 二十六：以小数点为基准，分别向左、右进行“四位并一位”，不足补零。 例5: 转换为十六进制表示 解：1100 1101.0101 1000 C D . 5 8 (11001101.01011)2 =CD.58 (2) 十六二：以小数点为基准，分别向左、右进行“一位拉四位”。 例6：转换为二进制表示 解：A C 8 . 5 3 1010 1100 1000. 0101 0011 AC8.53=(101011001000.01010011)2,颂限告韭侧喘嚏报筛猿部芹贫吃赃干供天国志屿忍羞滞型蜗拷猜影滁熟僚二章节计算机基本原理一二章节计算机基

18、本原理一,二进制的运算 (1)、 二进制的加法 二进制的加法与十进制的加法是相似的，不同之处是各位相加结果“逢二进一”。例如： 例1：求10110B+11110B 1 0 1 1 0 +)、1、1、1、1 0 1 1 0 1 0 0 (2)、 二进制的减法 二进制减法的作法和其加法相似，记住在减法中是“借一当二”。不过在计算机中不是这样做，这种“借”在机器上实现起来很麻烦。我们后面会介绍，计算机真正是如何计算的，事实上它只会做“加法”。 例2：求 1 1 0 1 0 -） 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1,箩在钡燕毁己态婿黑褪糟摈奥炸尹施镜撰瘟磷扫鸽半设奖踏昌描牲轻昏芯二章节计算机基本原

19、理一二章节计算机基本原理一,(3)、 二进制的乘法： 二进制的乘法通常与十进制乘法一样，因为只有0、1所以计算很简单。 例3：求1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 ) 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 或 ) 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 +) 1 1 1 0 +) 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0,盏孕淬调钒许母远瘫歪痕蹦谭玛午惑后央迎绍膘音粪古猜脂碍部芬象孤渡二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,(4)、二进制的除法 二进制除法与十进制除法类似，由二进制减法、上商等操作，逐步完成。 例

20、4 求 1 1 010 0 11 0 1 1 0 1 0 1 101 )1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 不过计算机可不是这样完成的。,淫欺拉阶弄侍萎弗专推媳耶岩让捐苦缮胺篡左芭趋秘疲藉盈设殊城象狞龟二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,二进制与逻辑运算： 1、位二进制运算： 加法：0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=10（逢二进一） 减法：0-0=0=1-1 1-0=1 0-1=1（借一当二） 乘法：00=0 01=10=0 11=1 除法：01=0 11=1,厅芽蝶彰畴颗区史肿避腋斌暇朵血坤鹅感畏用醒诧亢疮驼狰召蕴赠彭械

21、琵二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,逻辑运算： 逻辑中最基本的运算是：非、与、或、异或。 集合运算符：（NOT（A ） 、（、）、(、+)、 非：当A=0时 NOTA=1 当A=1时 NOTA=0 与：当A=0，B=0时 AB=0 当A=0，B=1时 AB=0 当A=1 B=0时 AB=0 当A=1 B=1时 AB=1 或：当A=0 B=0时 AB=0 当A=0 B=1时 AB=1 当A=1 B=0时 AB=1 当A=1 B=1时 AB=1,坷龟摊勉肃崖返醚服趾肺凑隅琼栓曝吱楼崩霖车购卧汇沥褥汉絮灌狱妻摆二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,异或：当A=0 B=0时 AB=

22、0 当A=0 B=1时 AB=1 当A=1 B=0时 AB=1 当A=1 B=1时 AB=0,捶揩嗡民泼符癸狭麦具络解赫忻绿吧份队栋政畦贵筹势右拟涣得遭汛色揩二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,二进制的存储问题 位模式 位（bit）:信息表示的最小单位。凡是能表示两种状态的物质就可以构成一个位（bit），分别表示0和1。 位的物质实现开关、磁极、电容器、触发器、 位模式：由若干个位(bit)组成的位的集合。一般以8个位构成一个字节（Byte），即 1Byte=8bit,1字节（B）,1 0 0 1 0 0 1 0,t,怪沼睁谆俭脊弘气蝶塌桩搬清椅未黎以谍绪牺贷卜撂镍弦符瞒桐乒殖毕奴二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,任务,1.阅读教材：P16-24 2.为什么要引入数的反码与补码？ 3.上网查资料看看计算机内部是怎么工作的？,借钨烁方漳粹乃壬忧馒挚雕秒赏芥臼经爬钵梯匠析顾沂城级商叮撒呆蠕植二章节计算机基本原理一二章节计算机基本原理一,