第1章计算机基础知识1.2计算机系统结构及工作原理•计算机最基本的工作特点是人将其启动后能自动进行计算直至得出最终答案。•为了具有自动计算能力，需要•①为计算机设计一套完整的部件，使之除了具有存储数据的功能；•②允许人向机器输入预先编写的指令，然后使机器自动执行这套指令对数据进行计算，最后将计算结果以人能够看到的形式输出。1.2.1计算机的体系结构—冯·诺依曼结构•1946年，冯·诺依曼主持的研究小组发表了“存储程序通用电子计算机方案”。•这个方案首次提出了“存储程序和程序控制”思想，依据该方案所设计的计算机体系结构也称为冯·诺依曼机器模式。“程序”的概念•“程序”是指完成一系列操作的指令集合。在冯·诺依曼体系结构中，指令是用代表一定操作含义的数字组成，因此能够以数据的方式存储在存储器中。•为了区分指令和数据，将指令放置在指定的存储器地址中，而数据的存储地址在指令中给出明确标示或计算方式。•程序一旦启动，计算机就能够从指定位置取出指令并执行，在执行中根据数据地址取出数据进行计算，从而不会混淆指令和数据。表示数据流表示控制流图1.1冯·诺依曼计算机结构示意图冯·诺依曼体系结构的特点(1)计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并对其基本功能做了规定。(2)计算机内部采用二进制数码来表示指令和数据，每条指令由一个操作码和一个地址码组成，其中操作码表示计算机执行该指令时所做操作的性质，地址码则指出被操作数在存储器中的存放地址。(3)将程序和原始数据存入计算机的主存储器中，程序启动后计算机能够连续、自动、高速地从存储器中取出一条条的指令，加以分析并执行规定的操作。这个方式称为“存储程序”工作原理。1.3数制转换、字符编码•进位计数制•数值在不同数制之间的转换•计算机中的数据表示和存储•非数值数据的编码1.3.1进位计数制任何一种计数制，都符合以下三个规则：(1)数码个数：数码个数n进制数使用n个数码。十进制含10个数码：0～9；二进制含2个数码：0，1。(2)进位规则：进位规则n进制逢n进一。十进制为逢十进一；二进制为逢二进一等。(3)每一个数位上数码所具有的权：每一个数位上数码所具有的权：权为n的幂。十进制数码各位的权是以10为底的幂，二进制数码各位的权是以2为底的幂。由于不同位上的权值不同，因此同一数码在不同的位置上，其表示的值也不同。例如十进数926.8，百位上的9表示900，十位上的2表示20，个位上的6表示6，而小数点后的8表示0.8。由此可见，同一数字的值随着其所在位置而异，这种表示法统称为位置表示法。这样，数926.8的值为9×102+2×101+6×100+8×10-1其中，102、101、100、10-1称为权。1.3.1进位计数制对于任何一个十进数N，都可以表示成按权展开的多项式：nn-110N=dn×10+dn-1×10+…+d1×10+d0×10+d-1-1-m×10+…+d-m×10nd×10i=∑iim=−其中，di是0-9十个数字中的任意一个，m、n是正整数，10被称为十进制数的基数，它是相邻数位的权之比。一般而言，对于用R进制表示的数N（R为任意正整数），可以按权展开为：nn-110N=Kn×R+Kn-1×R+…+K1×R+K0×R+K-1-1-m×R+…+K-m×R其中，Ki是0,1,…,(R-1)个数字中的任意一个，m、n是正整数，R是基数。表1.1列出了计算机中常用的四种进位计数制。其中十六进制中的A，B，C，D，E和F分别相当于十进制中10，11，12，13，14和15的值。表1.1计算机中常用的四种进位计数制进位制：二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一借一当二借一当八借一当十借一当十六基数R=2R=8R=10R=16数符0,10,1,2,…,70,1,2,…,90,1,2,…,9A,B,C,D,E,F权2i8i10i16i后缀符号BODH在十进制中，如将一个数的每一位同时向左移动1位并且在右端补一个0，则其值增大到原来的十倍；如将一个数的每一位同时向右移动1位并丢弃原来的最右端数字，则其值减少到原来的十分之一。同样，在二进制中，如将数的各位向左移动1位，则其值增大到原来的二倍；反之将数的各位向右移动1位，则其值减少到原来的二分之一。于是，CPU通过移位（shifting）操作实现将一个数乘以2或除以2的运算。例如，二进数101011.