C语言基础一之预备知识(计算机结构组成、计算机系统组成、进制、原码反码补码)

一. 计算机介绍

1.计算机结构组成

冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。

将指令和数据同时存放在存储器中，是冯·诺依曼计算机方案的特点之一　计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成　冯·诺依曼提出的计算机体系结构，奠定了现代计算机的结构理念。

2.计算机系统组成

3.程序和指令

指令是对计算机进行程序控制的最小单位。

所有的指令的集合称为计算机的指令系统。

程序是伪完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。

二.进制

进制就是进位制。比如我们平时使用的是十进制，逢十进一，9+2=11=9+1+1；我们生活中时间计算小时使用的二十四进制，二十四进一，二十四小时过了，就加一天。

1.二进制

计算机底层使用的就是二进制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数是2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。

数据在计算中主要是以补码的形式存储的。

十进制整数转化二进制的方法：除以2，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

十进制小数转换成二进制：小数部分和2相乘，取整数，不足1取0，每次相乘都是小数部分，顺序看取整后的数就是转化后的结果。

注意：乘的时候只乘小数部分；0.432只有3位，故只需3位；0.432的二进制为:0.011。

2.八进制

八进制，Octal，缩写OCT或O，一种以8为基数的计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进1。一些编程语言中常常以数字0开始表明该数字是八进制。

八进制二进制相互转换

八进制一位对应二进制三位

十进制转换八进制的方法：

用十进制数除以8，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

3.十六进制

十六进制（英文名称：Hexadecimal），同我们日常生活中的表示法不一样，它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9，A-F对应10-15。

十六进制一位对应二进制四位

十进制转换十六进制的方法：

用十进制数除以16，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

4.C语言表示相应进制数

十进制         以正常数字1-9开头，如123

八进制         以数字0开头，如0123

十六进制       以0x开头，如0x123

二进制         C语言不能直接书写二进制数

案例：

#include

int main ()

{

        int a = 123;            //十进制方式赋值

        int b = 0123;         //八进制方式赋值， 以数字0开头

        int c = 0xABC;      //十六进制方式赋值

        //如果在printf中输出一个十进制数那么用%d，八进制用%o，十六进制是%x

        printf ( "十进制：%d\n" , a );

        printf ( "八进制：%o\n" , b );       //%o,为字母o,不是数字

        printf ( "十六进制：%x\n" , c );

        return 0;

}

三.计算机内存数值存储方式（原码、反码、补码）

整数的原码、反码、补码都一样。

1.原码

最高位为符号位，0代表正，为1代表负，数值部分就是数值本身绝对值的二进制数。

案例：

十进制数          原码

 +15            0000 1111

 -15            1000 1111

 + 0            0000 0000

 - 0            1000 0000 

2.反码（通常作为 求补码 中间过渡）

对于负数，符号位不变，其余位取反。

3.补码：在计算机系统中，数值一律使用补码存储。

对于负数，其补码为它的反码 +1

补码求原码：补码符号位不动，其他为求反，最后整个数+1，得到原码。

案例：

十进制数          原码

 +15            0000 1111（正数原码、反码、补码一样）

 -15            1000 1111

 + 0            0000 0000

 - 0            1000 0000 

4.补码的意义

(1) 补码统一了零的编码

案例：用8位二进制数分别表示+0 和 -0

用原码：

+ 0            0000 0000

- 0            1000 0000 

用反码：

+ 0            0000 0000

- 0            1111 1111

用补码：

+ 0            0000 0000

- 0           10000 0000 （1进位丢失）

所以，补码统一了零的编码。

(2) 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃

案例：计算9-6

原码计算：

补码计算：

(3)在计算机系统中，数值一律用补码来存储，主要原因是：

统一了零的编码

• 将符号位和其它位统一处理
• 将减法运算转变为加法运算
• 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃