C計算機基礎知識

計算機基礎知識計算機基礎知識1.1 計算機原理概述1.2二進制數在計算機中的應用1.3程序設計常用進制數1.1計算機原理概述計算機、單片機：系統包含CPU、存儲器和輸入/輸出接口等電路模塊。如果集成在單片的芯片上，就是單片機。1.1.1計算機硬件系統1.1計算機原理概述

電子計算機的問世，最重要的奠基人是英國科學家艾蘭·

圖靈（AlanTuring）和美籍匈牙利科學家馮·

諾依曼（JohnVon·

Neuman）。圖靈的貢獻是建立了圖靈機的理論模型，奠定了人工智能的基礎。馮·

諾依曼則是首先提出了計算機體系結構的設想。1、馮·諾依曼體系

1946年美籍匈牙利科學家馮·諾依曼提出存儲程序原理，把程序本身當作數據來對待，程序和該程序處理的數據用同樣的方式存儲，并確定了存儲程序計算機的五大組成部分和基本工作方法。

1.1計算機原理概述1.1計算機原理概述CPU（包含運算器和控制器）執行程序，實現對數據信息進行處理和對整個系統進行控制。存儲器包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM），用來存放數據和程序。輸入/輸出（I/O）接口電路實現微處理器與外部設備的連接，溝通微型機與外界之間的信息聯系。1.1計算機原理概述2、計算機系統信息傳送通道

總線：用來傳送信息的一組導線，為CPU和其它部件之間提供數據、地址和控制信息的傳輸通道。地址總線：專門用來傳送地址信息。數據總線：用于傳送數據信息。控制總線：用來傳送控制信號。1.1計算機原理概述1.1.2計算機軟件系統系統軟件

系統軟件是指控制和協調計算機及外部設備,支持應用軟件開發和運行的系統，是無需用戶干預的各種程序的集合。

應用軟件用戶可以使用的各種程序設計語言，以及用各種程序設計語言編制的應用程序的集合，分為應用軟件包和用戶程序

1.1計算機原理概述1.1.3計算機的工作過程在進入運行前，要將事先編好的程序裝入存儲器中。程序：為了完成某項工作而由指令進行的有序組合。指令：計算機執行某種操作的命令。通常由操作碼和操作數兩部分組成，操作碼代表要執行的操作，而操作數表示參加操作的數或者操作數所在的地址。

1.1計算機原理概述指令在存儲器中是順序存放的，而指令的執行過程一般分為兩個階段：1.讀取指令在CPU的控制下，由內部程序指示器形成指令存儲地址并從該地址中讀取指令后送到指令寄存器中保存；2.執行指令在CPU的控制下，由指令譯碼器對指令譯碼，產生各種定時和控制信號，并執行該指令所規定的操作。1.1計算機原理概述1.2二進制數在計算機中的應用1.2.1二進制數1、進位計數制/數制按進位方式實現計數的一種規則，簡稱為進位制或數制。數制有兩個基本要素：基數：表示某種進位制所具有的數字符的個數以及進位的規則位權(簡稱權)：表示一個進位計數制的數中不同數位上數字的單位數值，第i位的權即為基數的i次冪1>十進制十進制數的基數為10，由0-9十個數字符，逢十進一。十進制的表示方式：其中m表示小數位的位數，n表示正數的位數，K為0-9。1.2二進制數在計算機中的應用2.>二進制基數為2的數制為二進制，有0、1兩個數字符，逢二進一。任何一個二進制數N可以表示為：其中m、n的含義與上述相同，K為0-1。1.2二進制數在計算機中的應用3.>十六進制基數為16的數制為十六進制，有0-9、A、B、C、D、E、F十六個數字符(其中A-F分別表示10一15)，遭十六進一。一個十六進制數N可以表示為：二進制數的位數多，書寫和閱讀很不方便，容易出錯。

微機中通常采用十六進制數作為二進制數的縮寫形式，書寫簡單．一目了然。

1.2二進制數在計算機中的應用4.>其他進制12進制與鐘算術24進制與標準時間表示法天文歷法中的進制1.2二進制數在計算機中的應用1.2.2計算機中二進制數的存儲單位1、位（Bit）位是計算機所能表示的最小數據單位，即1位二進制數1或者0。2、字節（Byte）8位二進制數稱為一個字節。最基本的數據單位。1.2二進制數在計算機中的應用3、字（Word）16位二進制數稱為一個字。1個字有2個字節。視CPU不同，字在內存中有兩種不同的存放方式：

順序存放，即字的高8位(高字節)存放在低地址單元，低8位(低字節)存放在高地址單元（高位在前，低位在后）

逆序存放，即字的低字節存放在低地址單元，高字節存放在高地址單元。（低位在前，高位在后）

字用于衡量計算機一次性處理數據的能力。1.2二進制數在計算機中的應用1.2二進制數在計算機中的應用1、機器數和真值在計算機中，將“+”、“-”符號數字化，用“0”表示“+”號，用“1”表示“-”號。這樣的數稱為機器數，而把機器數所代表的數的實際值稱為機器數的真值。例如，真值x1＝+1001001x2＝-1001001

機器數x1＝01001001x2＝110010011.2.3機器數的表示形式2、無符號數與有符號數的機器數表示無符號數只表示數值大小，常用于表示無正負概念的數、代碼和存儲器的地址有符號數具有正負的概念，用“0”表示或者“1”放到表示數值大小的數碼序列最前面來表示正負數。1.2二進制數在計算機中的應用1.2.4機器數的原碼、反碼與補碼計算機中帶符號數有三種表示方法：原碼、反碼和補碼。在這三種機器數的表示形式中，符號位的規定相同，僅是數值部分的表示形式不同。1、原碼正數的符號位用“0”表示，負數的符號位用“1”表示，其余數字位表示數值本身。例如，x1＝+1101101[x1]原＝01101101 x2＝-1101101[x2]原＝111011011.2二進制數在計算機中的應用對于數0，可以認為它是+0，也可以認為它是-0。因此，0在原碼表示中有下列兩種形式：

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000由此可見，數0的原碼表示不是唯一的。對于8位二進制數(稱為一個字節)來說，原碼可表示的數的范圍是-127~+127。1.2二進制數在計算機中的應用2、反碼正數的反碼和正數的原碼相同。負數的反碼其符號位為1，其余各位逐位取反，即0變為1，1變為0。例如，

x1=+1101101[x1]原＝01101101[x1]反=01101101 x2=-1101101[x2]原＝11101101 [x2]反=100100101.2二進制數在計算機中的應用當x=±0時，[x]反也有兩種表示形式即：

[+0000000]反=00000000 [-0000000]反=11111111所以，在反碼表示中．“0”的表示也不是唯一的。8位二進制數反碼所能表示的數的范圍是-127~+127。1.2二進制數在計算機中的應用3、補碼在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。原因在于，使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理；同時，加法和減法也可以統一處理。

正數的補碼與正數的原碼相同，負數的補碼等于負數的反碼加1。（即符號位不變，數值位取反，后整體在+1）如何求補碼的原碼：即再對補碼求一次補碼就還原成原碼。例如：

x1=+1101101[x1]原＝01101101[x1]反=01101101 [x1]補=01101101 x2=-1101101 [x2]原＝11101101 [x2]反=10010010[x2]補=100100111.2二進制數在計算機中的應用采用補碼表示，可以把減法運算變成加法運算。但要注意，在求和的計算中，需要將運算結果產生的進位丟掉，才能得到正確的結果，其結果亦為補碼表示。例如，21-15＝21+[-15]補

當數用補碼表示時，無論是加法還是減法運算都可采用加法運算，而且數0的表示是唯一的。因此，在微機中普遍用補碼來表示帶符號的數。8位二進制數補碼所能表示的數的范圍是-128~+127。1.2二進制數在計算機中的應用1、

正數有原碼=反碼=補碼2、負數的原碼、反碼、補碼各不相同，但符號位一定為1.1.2二進制數在計算機中的應用1.2二進制數在計算機中的應用求-100的補碼+100=64H=01100100B-100=11100100B10011011B10011100B補碼的概念：X和y的和得到一個最小進位，則稱x和y互為補數。該最小進位值稱為“模”。1.2二進制數在計算機中的應用十進制中：9+1=10

（對一位十進制數而言，1和9互補）9-1=9+（1）補

=9+9=18，丟棄模10之后得到8十六進制中：[+100]補=64H[-100]補=9CH[+100]補+[-100]補=64H+9CH=100H1.2二進制數在計算機中的應用如何求某一數的補碼方法1：[-100]補=100H-[+100]補=100H-64H=9CH補碼2：[-100]補=256-100=156D=9CH1.2二進制數在計算機中的應用1.2二進制數在計算機中的應用1.2二進制數在計算機中的應用1.2二進制數在計算機中的應用1.2.5二進制數的運算1、二進制算術運算加、減、乘、除2、二進制邏輯運算

與、或、非、異或1.2二進制數在計算機中的應用特別注意：上述二進制的原補碼運算都是基于單字節的8位數運算。如果C語言中2或4個字節的數一起運算時，怎么辦？

inta=-5;charb=-5;它們的原補碼怎樣表示？

intc=a+b;(涉及到數據類型轉化，字節位數要按最高字節數量補齊)

[a]原=[1000000000000101]

[b]原=[10000101]不對！[b]原=[1000000000000101]正確

1.3.1十六進制數與十進制數為了區別不同的數制，通常在數字后面加一個后綴(B或H)；B(binary)表示二進制；H(Hexadecimal)表示十六進制；例如，10101010B為二進制數，8FH為十六進制數。1.3程序設計常用進制數1.3程序設計常用進制數1.3.2數制轉換*不同數制只是描述數的不同方式。同一個數可以用不同的進位制來表示，它們可以相互轉換。應該保證轉換前、后所表示的數值是相等的，或者在滿足規定的誤差范圍內近似相等。

十進制二進制十六進制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789ABCDEF十進制、二進制、十六進制對照表1.>十進制轉換為二進制a.十進制整數轉化為二進制整數轉換方法：除基取余。即不斷地用2去除待轉換的十進制數，將每次所得的余數（0或1）依次記為K0、K1、…，直到商等于0為止，最后一次余數記作Kn-l，則Kn-1Kn-2…K1K0為轉換后的二進制數。例：將（11）10轉換為二進制1.3程序設計常用進制數b.十進制小數轉換為二進制小數轉換方法：乘基取整。就是不斷地用2去乘要轉換的十進制小數，將每次所得的整數（0或者1），依次記作K-1、K-2、…。若乘積的小數部分最后為0，那么最后一次乘積的整數部分記為K-m；若乘積的小數部分最后不可能為0，則只要換算到滿足所需要的精度為止。例：將（0.75）10轉化為二進制數例：將（0.33）10轉化為8位小數的二進制數1.3程序設計常用進制數c.帶小數的十進制數轉換為二進制數一個帶小數的十進制致轉換為二進制數時．先分別將其整數部分和小數部分轉化為相對應的二進制數，然后用小數點將兩部分連接起來，即可得轉換的結果。例：將（11.75）10轉換為二進制數1.3程序設計常用進制數2.>二進制數、十六進制數轉換為十進制數轉換方法：把二進制(或十六進制)數按權展開、利用十進制數運算法則求和．即可得相應的十進制數。例：將二進制數11101110．01轉換為十進制數。例：將十六進制數FA轉換為十進制數1.3程序設計常用進制數3.>二進制、十六進制之間的相互轉換1位十六進制數需要4位二進制數表示，或者說1位十六進制數可以表示成4位二進制數。因此，利用這種對應關系可直接實現二進制和十六進制之間的相互轉換。例：將十六進制數8E轉換為二進制數。例：將二進制數10110101轉換為十六進制數。1.3程序設計常用進制數編碼：是指按一定規則組合成的若干位二進制代碼。一、二—十進制編碼在計算機輸入和輸出數據時，通常采用十進制數表示．這樣的十進制數是用二進制編碼表示的。1位十進制數用4位二進制編碼來表示的方法很多，最常用的是8421BCD碼，簡稱BCD碼，用二進制數的0000一1001來分別表示十進制數的0-9。BCD碼有兩種形式：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。

1.4BCD碼與ASCII碼1．壓縮BCD碼壓縮ECD碼用4位二進制數表示1位十進制數，一個字節表示2位十進制數。例如10010111表示十進制數97。2．非壓縮BCD碼非壓縮BCD碼用8位二進制數表示1位十進制數，高4位總是0000，低4位的0000-1001表示0-9。例如，00001001表示十進制數9。1.4BCD碼與ASCII碼3.BCD碼的加減計算對于一字節的BCD碼的加法，若低4位相加后的結果大于9或者向高4位發生了進位，則將其結果加6進行修正，高位亦然；對于一字節的BCD碼的減法，若低4位相減的結果大于9或是向高4位發生了借位，則將其結果減6進行修正，高位亦然。1.4BCD碼與ASCII碼1.4BCD碼與ASCII碼二、字母和符號的編碼在計算機中，字母和符號也是按特定的二進制編碼表示的，微型機里普遍采用ASCII碼。DELo←O?/USSI1111F~n↑N>·RSSO1110E}m]M=