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1,大学计算机应用基础 任课教师: 方 捷 E-MAIL: fangjie_,2,第一章 信息社会与计算机 1.1信息与信息科学 1.2计算机的发展和应用 1.3信息在计算机中的表示与编码 1.4微型计算机系统 1.5计算机软件系统,3,1.1信息与信息科学 1.1.1信息及其主要特性 知识点 了解信息的概念 了解信息与数据的区别,4,信息的概念 信息一词来源于拉丁文“Information”，且在英语、法语、德语、西班牙语中同词，在俄语、南斯拉夫语中同音，可见它在全球范围内使用的广泛一致性。 就一般意义而言，信息可以理解为消息、情报、见闻、通知、报告、知识、事实、赋予某种意义的数据等等。 从广义上讲，信息是人类一切生存活动和自然存在所传达的信号和消息，是人类社会所创造的全部知识的总和。,5,信息的概念 随着时间的推移，时代将不断地赋予信息以新的含义。 现代信息的概念已经和半导体技术、微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术等含义密切地联系在一起。 计算机技术和通信技术能帮助人类更好地存储信息、处理信息和传输信息。 从计算机科学的角度研究，信息可包含两个基本含义： 一是经过计算机技术处理的资料和数据（文字、声音、影像、图形等）； 二是经过科学收集、存储、分类、检测等处理后的信息产品的集合。,6,信息和数据的区别 数据应该是原始的、广义的、可鉴别的抽象符号，可以用来描述事物的属性、状态、程度、方式等。 数据符号单独表示时没有任何含义，只有放入特定场合进行解释和加工才有意义并升华为信息。 数据是信息的载体，信息是数据的内涵。,7,信息的概念 信息是用数据作为载体来描述和表示的客观现象； 信息可以用数值、文字、声音、图形、影像等多种形式表示； 信息是对数据加工处理提炼的结果，是对人类有用的知识； 信息是具有含义的符号或消息，数据是计算机内信息的载体。,8,1.1.2 信息技术 知识点 了解人类社会经历的四次信息技术革命 了解信息技术的核心技术 了解现代信息技术的主要技术和信息产业中主要技术产品 了解计算科学的研究领域和学科体系结构的三个层面。,9,信息技术的概念 信息技术是人类开发和利用信息的方法和手段，既包括信息的产生、收集、存储、表示、检测和处理方面的技术，也包括信息的变换、传递、提取、显示、识别、控制和利用等方面的技术。 具体地说，信息技术包括了计算机技术、软件开发技术、通信网络技术、微电子技术、信息处理技术和多媒体技术等内容，而传感技术、自动控制技术和新材料技术等则属于信息技术的相关技术。 信息技术的核心技术是计算机技术、微电子技术和现代通信技术。,10,四次信息技术革命 人类社会经历的四次信息技术革命 ： 第一次是创造了语言和文字，人与人之间的沟通成为可能，信息交流得已实现； 第二次是造纸术和印刷术的出现，使得信息和知识可以大量生产、存储和流通，扩大了信息传播和利用的范围； 第三次是电报、电话、电视及其它通信技术的发明和应用，信息传递手段的历史性变革结束了单纯靠驿站和烽火传递信息的历史，加快了信息的传递速度； 第四次是计算机技术和现代通信技术在信息领域中的应用，使得信息处理和传输的速度和人类利用信息的能力都得到了空前的提高。,11,现代信息技术 现代信息技术包括如下四类技术： 电子信息技术：如电子感测技术、电子通信技术、计算机技术和电子控制技术等； 量子信息技术：如量子计算机技术等； 激光信息技术：如激光遥感、光导纤维通信、激光全息存储、激光控制技术和激光计算机等； 生物信息技术：如生物开关器件、生物存储器件、生物逻辑器件和生物计算机等等。,12,信息产业中主要技术产品 信息技术的发展带动和促进了信息产业的发展。目前信息产业已成为国民经济发展的支柱产业，其主要技术和产品范围包括有： 多媒体技术 数据存储和处理技术 传输技术,13,1.1.3信息科学 信息科学是以信息为主要研究对象,由信息论、控制论、计算机科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相结合而形成的。 信息科学又称为信息工程。 信息和控制是信息科学的基础和核心。 控制就是根据系统结构和要求对信息加工、变换和利用。,14,信息科学研究的领域集中在以下六个方面： 信源理论和信息的获取。 信息的传输、存储、检索、变换和处理。 信号的测量、分析、处理和显示。 模式信息处理 知识信息处理 决策和控制,15,1.1.4信息化社会与信息素养 信息化社会的主要特征： 知识含量高（Highly Knowledge Based） 技术多样性（Abundance of Technologies） 业务综合性（Integrity of Services） 行业融合性（Convergence of Industries） 市场竞争性（Competition of Market） 用户选择性（Choice of Users）,16,信息产业的内涵 关于信息产业的定义，目前还没有一个为世界各国公认的统一定义。 在我国信息产业部2000年编写的信息技术与信息产业一书中，把信息产业定义为“社会经济活动中从事信息技术、设备、产品的生产以及提供信息服务的产业部门的统称，是一个包括信息采集、生产、检测、转换、存储、传递、处理、分配、应用等门类众多的产业群”。 信息产业的概念是一个随时间推移不断发展着的动态概念。,17,信息产业的特点 信息产业具有如下几个特点： 信息产业是战略性先导产业。 科技创新含量高。 信息产业是知识、智力和技术密集型产业，要求从业人员具有较高的知识、文化、技术、技能水平和良好的团队协作精神。 高投入、高风险、高回报。 高渗透性和高带动性。,18,1.2 计算机的发展及应用 计算机的诞生与发展 计算机的分类与特点 计算机的发展趋势 计算机系统的应用,19,1.2.1 计算机的诞生与发展 知识点 了解第一台计算机诞生 了解计算机发展的四代变化,20,信息学科的几位理论奠基者与图灵奖 首先： 了解信息学科的三位理论奠基者 了解图灵奖,21,信息论的创始人香农 史劳德埃尔伍德香农（Claude Elwood Shannon，1916-2001）美国数学家，信息论的创始人。1940年获麻省理工学院数学博士学位和电子工程硕士学位，1941年进入贝尔实验室数学部工作。,22,香农在贝尔实验室工作期间，先后发表了通信的数学原理和噪声下的通信两篇论文，明确地表达了在不同噪声情况下传输速率与失真的定量关系的公式。经典地阐明了通信的基本问题，提出了通信系统的模型，给出了信息量的数学表达式，解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码、信息度量和信道容量与噪声的关系等有关精确传送通信符号的基本技术问题。 香农认为：信息是有秩序的量度，是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。信息是对组织程度的一种测度，信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。即：信息是能够减少或消除不确定性的东西,23,2.计算机科学的奠基人图灵 艾伦图灵（A.M.Turing，19121954）是英国数学家，计算机科学的创始人。1936年因发表的论文论可计算数及其在判定问题中的应用而获得史密斯奖。该文提出了一种描述计算过程的数学模型，即著名的理论计算机抽象模型，可以把推理化作一些简单的机械动作，后来人们把这个模型称之为图灵机。,24,图灵机 图灵机分为确定型与非确定型两大类，每类中有单带、多带等许多变种（其计算能力是等价的）。一台标准的确定型单带图灵机，由一条双向可无限长地被分为一个个小方格的磁带、一个有限状态控制器和一个读写磁头构成。 图灵论题认为，所有能称为可计算的函数恰恰就是用图灵机可计算的函数。,25,1950年图灵发表了计算机和智能的论文，为计算机科学做出了又一杰出贡献。 该论文阐明了计算机可以有智能的思想，并提出了测试机器是否有智能的方法。即让一个人提出问题，分别由其他人和计算机来回答；如果这个人辨别不出回答者是人还是机器，则可认为这部机器有智能。这就是有名的图灵测试。 由于图灵对计算机科学所做出的一系列原创性杰出贡献，他1951年当选为英国皇家学会院士。,26,3.存储程序式计算机之父冯诺依曼 冯诺依曼（John von Neuman，19031957）是匈牙利的美籍数学家，存储程序式计算机的创始人。1946年提出了更加完善的计算机设计报告电子计算机逻辑设计初探，并开始研制存储程序式的计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Calclator）该机在宾夕法尼亚大学的莫尔学院研制成功。,27,冯诺依曼计算机 冯诺依曼提出并实现了的计算机工作模式可以简单地归结为：存储程序，顺序控制。 冯诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成的存储程序式计算机结构。 冯诺依曼计算机它导致了现代意义上的计算机的产生和发展，成为后来人们设计计算机的主要依据。,28,4. 图灵奖 ACM（美国计算机协会，成立于1947年9月15日）在1966年纪念计算机诞生20周年时，决定设立计算机科学界的第一个奖项并命名为图灵奖，以纪念这位计算机科学之父。 图灵奖每年评选并颁奖一次，奖金额度为25000美元，由计算机界的一些大企业提供。图灵奖被誉为计算机科学界的诺贝尔奖，专门奖励那些在计算机科学研究中做出创造性贡献、推动了计算机科学与技术发展的杰出科学家，偏重于在计算机科学理论和软件方面做出杰出贡献的科学家。 截止2003年图灵奖已经颁发了38届，45位计算机科学家获此殊荣。,29,1.2.1 计算机的诞生与发展 知识点 了解第一台计算机诞生 了解计算机发展的四代变化,30,第一台电子计算机的诞生 世界上第一台电子计算机ENIAC，是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家莫奇利 (JohnWMauehly)博士和埃克特(JPresper Eckert)博士领导的研究小组设计制造的，于1946年2月正式通过验收并投入运行。它还不具备现代计算机的主要原理特征存储程序和程序控制的原理特征。 世界上第一台按存储程序功能设计的计算机是由曾担任ENIAC小组顾问的著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼(VonNeumann)博士领导设计的叫EDVAC(译作“埃德瓦克”)的计算机，从1946年开始设计，于1950年研制成功。与ENIAC相比，它的主要改进有两点：采用了二进制；使用汞延迟线作存储器。指令和程序可存入计算机内部，提高了运行效率。 世界上第一台投入运行的存储程序式的电子计算机EDSAC(译作“埃德沙克”)是由英国剑桥大学的维尔克斯(MVWilkes)教授在接受了冯诺依曼的存储程序计算机思想后于1947年开始领导设计的，并于1949年5月制成并投入运行，比EDVAC早一年多。,31,第一台电子计算机的诞生 ENIAC它使用了18000个电子管，10000个电容，7000个电阻，功率150千瓦，占地170m2， 重量约30吨， 运算速度为每秒5000次加减运算。,第一台电子数字计算机ENIAC,32,电子计算机的发展 电子计算机的发展阶段划分通常按照计算机中所采用的电子逻辑器件，分成四个阶段。 第一代计算机电子管计算机(从ENIAC问世至20世纪50年代后期) 第二代计算机晶体管计算机(20世纪50年代中期至60年代中期) 第三代计算机中小规模集成电路计算机(20世纪60年代中期至70年代初期) 第四代计算机大规模超大规模集成电路计算机(20世纪70年代初期至现在) 目前，美、日等国家正在投入大量的人力和物力积极研制新一代计算机，如支持逻辑推理和支持知识库的智能计算机、神经网络计算机、生物计算机等,33,34,1.2.2 计算机的分类与特点 知识点 了解计算机的分类 理解计算机的的特点,35,计算机的分类 按运算对象可把电子计算机分为 电子数字计算机 电子模拟计算机 混合式电子计算机,36,计算机的分类 按计算机的规模和性能来分，可以把计算机分为 巨型机 大型机 中型机 小型机 工作站 微机,37,计算机的分类 按计算机的用途来分，可以把计算机分为 通用计算机 专用计算机 上述各种类型的计算机原则上都属于冯诺依曼结构的计算机，统称之为传统计算机。传统计算机的基本工作方式是顺序执行指令的串行方式，导致了其在并行处理、字符处理和知识处理等方面的低效能。为了突破冯诺依曼结构的局限性，二十世纪七、八十年代先后开发出不少有别于传统计算机的非传统计算机。,38,计算机的特点 运算速度快。 计算精度高。 存储容量大。 判断能力强。 可靠性高。,39,1.2.3计算机的发展趋势 巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化,40,现代信息技术包括如下四类技术： 电子信息技术：如电子感测技术、电子通信技术、计算机技术和电子控制技术等； 量子信息技术：如量子计算机技术等； 激光信息技术：如激光遥感、光导纤维通信、激光全息存储、激光控制技术和激光计算机等； 生物信息技术：如生物开关器件、生物存储器件、生物逻辑器件和生物计算机等等。,41,1.2.4 计算机在信息社会中的应用 随着计算机科学与技术的迅速发展，计算机应用技术的触角已遍及国计民生各个领域的方方面面，大到航空航天宇宙探密，小到日常的学习、工作、生活和娱乐，几乎无所不包。我们把它大致归纳为如下几个主要的应用方面： 科学计算和数据处理； 信息处理与管理：计算机信息系统，计算机辅助系统，计算机控制与仿真系统； 人工智能； 电子商务、电子政务及其它应用。,42,1.3信息在计算机中的表示与编码 知识点： 信息的表示。 数制转换。,43,1.3.1信息在计算机中的表示 计算机内部是个二进制数字世界，换名话说计算机只认识0和1两个字。那么人机如何对话呢？ 数据的存储单位 计算机数据常用单位：位、字节、字 位（Bit）：计算机最小的数据单位是二进制位，也是数据编码的最小单位。 字节（Byte）：连续的8个二进制位构成一个字节。数据的存取是按字节进行的。计算机中最小的信息单位。 字（Word）：数据处理时，一次存取、加工、传送的数据长度，一个字由若干字节组成。,44,字长：表示字大小的单位。计算机CPU一次性处理的二进制位数, 是计算机性能的重要指标。 字长通常有16、32、64位。例如Pentium 4系列机的字长为32位。,45,1.3.2 信息编码 知识点 熟练掌握8421码、余3码、原码、反码、补码的编码方法 理解计算机中的信息编码方法,46,二十进制 人们习惯于使用十进制，而在计算机中采用二进制，这就需要把人们在程序中使用的十进制数转换为二进制形式。 人们希望把这种转换工作交由计算机来完成，这就需要一种十进制与二进制之间的过渡性进位制，用来解决十进制数的输入问题，这种过渡性进位制称作二进制编码的十进制，简称为二十进制。,47,二十进制 在二十进制中，每一位十进制数码均用四位二进制数码来表示。由于四位二进制数码可以表示十六种（24=16）不同的状态，而一个十进制数的位只可能有十种不同的状态，所以用四位二进制数码来表示一位十进制码时可以有多种组合方式，且任一种组合方式均有六种状态是多余的。 常用的二十进制编码方法有8421码和余3码两种。,48,8421码 8421码是一种最简单最自然的编码方法，四位二进制位上的权值分别为8、4、2和1。例如十进制数6185写成8421码为 0110 0001 1000 0101 它在形式上象二进制数，但并不是真正的二进制数。与十进制数6185等价的二进制数为 1100000101001,49,余3码 余3码是为了解决表示十进制数字的四位二进制位上的负载平衡问题而提出的，每个十进制数字的余3码为该数字加3后转换得到的四位二进制数。例如十进制数6185的余3码为 1001 0100 1011 1000,50,ASCII码 ASCII 码（美国国家标准信息交换码American Standard Code for Information Interchange ，简称ASCII码）本来是一个信息交换编码的国家标准，后来被国际标准化组织接受，成为国际标准ISO 646，又称为国际5号码。 ASCII码采用7位二进制编码，可以表示128个字符。字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。 34个功能/控制符，94个字符为信息符;其中：A的ASCII码值为65， a的ASCII码值为97, 0的ASCII码值为48。,51,中文信息编码及标准 由于计算机是采用二进制的存储方式，所以必须将汉字代码化，即对汉字进行编码。 计算机对汉字的处理过程分为输入、内部处理及输出这三个主要环节。 每个汉字的编码都包括输入码、交换码、内部码和字形码。 在计算机的汉字信息处理系统中，处理汉字时要进行如下的代码转换：输入码交换码内部码字形码。,52,中文信息编码及标准 内部码是汉字在计算机内的基本表示形式，是计算机对汉字进行识别、存储、处理和传输所用的编码。 内部码也是双字节编码，将国标码两个字节的最高位都置为“1”，即转换成汉字的内部码。 以汉字“大”为例，其机内码如下图。,53,中文信息编码及标准 字形码也叫输出码 汉字显示或打印字库，以点阵方式输出。如： 1616点阵，32 32点阵，48 48点阵等。 以“E”的88点阵字形码为例，如下图所示：,11111110 10000000 11111110 10000000 10000000 11111110 00000000,54,1.3.3 数制及其转换 知识点 了解进位计数制及其特点 掌握不同数制之间的转换方法 理解计算机中为什么要采用二进制,55,在计算机中，各种信息数据（包括数值数据、符号、图形、图像、声音和其它媒体数据）的存储和表示都是采用二进制形式进行的，其运算和处理也都是以二进制信息的运算和处理为基础的。,56,在计算机中为什么要采用二进制 在计算机中之所以采用二进制，是因为二进制具有一系列优于我们常用的十进制的优点： 二进制数容易在计算机中表示 二进制数只有0和1两种数字，只要找到具有两种稳定状态的元件，就可以用来表示二进数。但要找到具有十种稳定状态的元件来表示十进制数就非常困难了。 二进制的算术运算比较简单 二进制的加法、减法、乘法和除法运算都比较简单。加法只须四句口诀：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10；乘法也只须四句口诀：0*0=0，0*1=0，1*0=0，1*1=1；而相应地十进制加法和乘法的口诀应为各100句。,57,在计算机中用二进制可以节省设备 例如若采用十进制表示0999之间的数需要三位设备每位十个状态，状态总数为3*10=30；若采用二进制表示同样大小范围的数，即二进制数01111100111，则需要十位设备每位两个状态，状态总数为10*2=20。由此可见二进制比十进制节省设备。 易于采用逻辑代数 采用二进制数，就可以在分析和设计计算机时采用逻辑代数，有利于节省设备、提高速度、提高可靠性；就可以在使用计算机时利用逻辑代数进行逻辑运算（含关系运算），使计算机具有逻辑判断能力解决较复杂应用问题，进而实现人工智能等高级应用。,58,R进制数的特点 设任意一种进位记数制，辟如R进制，它也具有与十进制相类似的三个特点： R进制的基为R，每一个数都可以用0、1、2、R-1这R个数字来表示； R进制的进位规律是“逢R进一”，借位规律是“借一当R”； R进制数所表示的量值大小与各位数字的大小和相应位的权值大小均有关系，即,其中ai表示第i位上的数字，Ri表示第i位的权值，-min,59,二进制数的特点 二进制的基为2，每一个二进制数可以用0和1两个数字来表示； 进位规律是“逢二进一”，借位规律是“借一当二”； 按照上述数位编号，第i位上的权值为2i（-min），一个二进制所表示的量值为,60,二进制数与十进制数之间的转换 把二进制数转换成十进制数（简记作210） 210的方法是“按权展开相加”，即利用下式进行：,例如，(11001)2=1*24+1*23+0*22+0*21+1*20 =16+8+0+0+1 =(25)10 又如，(101.1011)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1+0*2-2+1*2-3+1*2-4 =4+0+1+0.5+0+0.125+0.0625 =(5.6875)10,61,十进制数转换成二进制数（简记作102） 102的方法是分为整数部分和小数部分两个部分来进行的，整数部分采用除2取余法转换，小数部分采用乘2取整法转换。 用除2取余法对整数部分转换的口诀是：“除2取余，逆序排列”。 例如：对于25，可按如下方法转换得(25)10=(11001)2。,62,十进制数转换成二进制数（简记作102）的小数部分转换方法: 用乘2取整法对小数部分转换的口诀是：“乘2取整，顺序排列”。 例如：对于0.15625，可按如下方法转换得(0.15625)10=(0.00101)2,63,由于在乘2取整的过程中积始终不会为0，故需要按精度要求进行舍入处理，常用的舍入处理方法为截断法（从有效位数之后截断）和0舍1入法（类似于十进制的四舍五入法，按有效位数的下一位0舍1入），如上例若保留小数点后七位，截断法为(0.6)10 =(0.1001100)2，舍入法为(0.6)10=(0.1001101)2。 对于既有整数部分又有小数部分的十进制小数可分整数部分和小数部分分别转换，如25.15625可按下式转换得(25.15625)10=(11001.00101)2,64,为了弥补二进制位数多读写不便易出错的缺点，在实际使用中（如用机器语言或汇编语言编程时）常采用八进制或十六进制的表示方法。 八进制数 八进制的基为8，具有0、1、2、3、4、5、6、7这八个数字；进位规律是“逢八进一”，借位规律是“借一当八”；对于一般形式anan-1a1a0.a-1a-2a-m的八进制数，第i位的数字为ai，其权值为8i，所表示的量值为ai*8i，整个数表示的总量值为,65,二、八、十六进制之间的转换 28 把二进制数转换为八进制的口诀是“三位分组，逐组转换”，即从小数点起分别向前后两个方向三位一组，不足三位时用0补足，逐组读出或写出其值即可。,(10101100101.1011011)2,=(010 101 100 101.101 101 100)2,=( 2 5 4 5.5 5 4)8,000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7,66,82 把八进制数转换为二进制数的口诀是“一位分三”，即把一位八进制数字用三位二进制来表示即可。,(57.24)8,=(101 111.010 100)2,=(101111.0101)2,000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7,67,216 把二进制数转换为十六进制时，口诀是“四位分组，逐组转换”，即从小数点起分别向前后两个方向四位一组，不足四位时用0补足，逐组读出或写出即可。,(10101100101.1011011)2,=(0101 0110 0101.1011 0110)2,=(5 6 5.B 6)16,0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9 1010 A 1011 B 1100 C 1101 D 1110 E 1111 F,68,162 把十六进制数转换为二进制时的口诀是“一位写四”，即把一位十六进制数字用四位二进制来表示即可。,(57.24)16,=(0101 0111.0010 0100)2,=(1010111.001001)2,0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9 1010 A 1011 B 1100 C 1101 D 1110 E 1111 F,69,八、十六进制之间的转换 八进制与十六进制之间的转换 八进制与十六进制之间的转换，可以通过二进制作为中间进制来转换，即先把八进制（或十六进制）一位写三（或一位写四）得到二进制，然后四位一组（或三位一组）逐组转换得到。 由于八进制和十六进制与二进制之间有如此简单的转换关系，所以八进制和十六进制可以作为二进制的缩写来使用。八进制和十六进制正是为了在编制机器语言程序、汇编语言程序和在控制台上直读数据的简便而引入的。,70,八进制与十六进制之间的转换 八进制与十六进制之间的转换，可以通过二进制作为中间进制来转换，即先把八进制（或十六进制）一位写三（或一位写四）得到二进制，然后四位一组（或三位一组）逐组转换得到。 由于八进制和十六进制与二进制之间有如此简单的转换关系，所以八进制和十六进制可以作为二进制的缩写来使用。八进制和十六进制正是为了在编制机器语言程序、汇编语言程序和在控制台上直读数据的简便而引入的。,71,任意R进制与十进制之间的转换 R10 把R进制数转换为十进制数的方法是“按权展开相加”，即,72,10R 把十进制转换为R进制，需要分整数部分和小数部分两个部分分别转换。整数部分的转换方法是“除R取余、逆序排列”，小数部分的转换方法是“乘R取整、顺序排列”，两个部分的转换结果分别作为R进制数的整数部分和小数部分。转换方法可示意如下：,73,任意两种进制之间的转换 任意两种进制数之间的转换，可以通过十进制作为中间进制；先把一种进制的数转换为十进制（按权展开相加即可），然后分整数部分和小数部分把十进制表示的数转换成另一种进制。,74,二进制数的定点与浮点表示 计算机在进行数值运算时，必须按一定方法确定小数点的位置。通常有两种表示数的方法，一种叫做定点表示法，一种叫做浮点表示法。 数的定点表示法 如果在数的表示中小数点的位置是固定的，这种表示方法称作定点表示法；采用定点表示法的计算机称为定点计算机，简称定点机。 原则上说，在定点表示中小数点位置固定在哪一位都可以；但为了方便起见，一般都把小数点固定在数的最高位之前，使计算机用纯小数进行运算。,75,数的定点表示法 n位尾数的定点数N的表示范围为|N|1-2-n，所以要求参加运算的数的绝对值都小于1，且在计算过程中也不应出现大于或等于1 的情况。因此，在使用定点机时需要选择比例因子，把数据按一定比例缩小后才能送入计算机；计算结果也应按相应比例扩大后才是实际结果。如果在计算过程中出现大于或等于1的情况，称作溢出或超载，需要停机或中断以处理出现的紧急情况或错误。 为了区分数的正负，每个数前均用一个符号位Sf来表示数的正负；通常用0表示正号，用1表示负号。 因此，定点数的形式为,76,数的浮点表示法 如果在数的表示中小数点的位置是可以变动的，这种表示法称作浮点表示法。采用浮点表示法的计算机称作浮点计算机，简称浮点机。一个二进制数N可以表示为 N=2J*S 其中J是一个二进制整数，称作数N的阶码；S是一个二进制纯小数，称作数N的尾数。 因此，浮点数分为阶码和尾数两个部分，且均有各自的符号位。浮点数在浮点机中的表示形式为,77,对于给定的字长来说，浮点机中数的表示范围比定点机大，而定点机中数的表示精度比浮点机高。 对于给定的二进制数来说，其浮点表示形式不惟一。如0.0010011=20*0.0010011=2-1*0.0100110= 2-10*0.100100。当尾数的小数点位置改变时，只要阶码也相应地改变，可以保证数的值大小不变。为了保证数的精度，在浮点机中一般采用规格化形式，即要求尾数S的第一位数字为1。,78,二进制数的原码、反码和补码 计算机在实现加减乘除运算时，其乘法可以归结为加法和移位，除法可以归结为减法和移位，减法可以通过对参加运算数的编码归结为加法，所以我们只需讨论加法问题即可。 对于数的编码形式，通常有原码、反码和补码三种。,79,原码、反码和补码 原码：最高位为符号位，其余各位为数值本身的绝对值 反码： 正数：反码与原码相同 负数：符号位为1，其余位对原码取反 补码： 正数：原码、反码、补码相同 负数：最高位为1，其余位为原码取反，再对整个数加1,80,1.4 计算机系统的组成 知识点 掌握计算机系统的概念 掌握硬件、硬件系统的概念 理解硬件系统各组成部分之间的联系 掌握软件、软件系统的概念 了解软件的发展、分类 理解软件的基本内容,81,计算机系统,1.4.1微机的硬件系统,82,硬件系统各部分之间的联系,83,运算器 运算器是计算机中执行算术运算和逻辑运算的部件，通常称之为计算机的算术逻辑单元（ALU：Arithmetic Logic Unit）。运算器是由加法器、寄存器和移位线路组成。运算速度是运算器的重要性能指标。 控制器 控制器是计算机的指挥机关。它类似于人类的神经中枢大脑，负责协调计算机各部件有序正常工作。控制器由指令寄存器、指令计数器、指令译码器和操作控制部件等部分组成。它的功能是从存储器中取出指令，分析指令的功能(指令译码)，产生一系列的控制信号，去控制计算机各部件协调地工作，并控制程序的执行顺序。,84,中央处理单元（CPU） 把运算器和控制器集成在一个芯片上，这样的集成电路称为CPU（中央处理器）。 主要技术指标：主频和字长。,Intel公司生产的Pentium 4（奔腾）32位微处理器,85,存储器 存储器是计算机的记忆装置。计算机中的各种数据和信息，包括程序、数据、中间结果和最终结果等信息都是存放在存储器中的。其基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息。 存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量，存储容量的单位是KB、MB、GB、TB与PB，如640KB、1MB等，其中1KB=1024字节，1MB=1024KB，1GB=1024MB。 存储器可分为内存储器（简称内存）、外存储器（简称外存）和缓冲存储器。,86,存储器 存储器是计算机的记忆装置。计算机中的各种数据和信息，包括程序、数据、中间结果和最终结果等信息都是存放在存储器中的。其基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息。 存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量，存储容量的单位是KB、MB、GB、TB与PB，如640KB、1MB等，其中1KB=1024字节，1MB=1024KB，1GB=1024MB。 存储器可分为内存储器（简称内存）、外存储器（简称外存）和缓冲存储器。,87,内存储器（内存或主存） 内存是由中央处理器直接访问的存储器，它存放着现在运行的程序和数据，也可以存储计算的结果或中间结果。它的存取速度快，对存储介质要求高，成本也高。 内存通常由两种半导体存储芯片随机存取存储器RAM (Random Access Memory)(又叫主存)和只读存储器ROM(Read Only Memory)组成。 RAM中的信息可随机地读出或写入，用来存放用户输入的程序和数据，但在断电后，RAM中的信息也随之丢失。 ROM中的信息只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有内容保持不变，在计算机重新接通电源后，ROM中的内容仍可被读出。因此，ROM常用来存放一些固定的程序或信息，如自检程序、字库等。,88,外存储器（外存或辅存） 外存储器简称“外存”，又叫“辅助存储器”，是主机的外部设备，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序。要使用外存中的数据和程序，必须首先把它调入内存，然后再由CPU处理。 外存储器存取速度较慢，对存储介质要求低、造价也低。 硬盘、软盘、优盘和光盘都是外存，在脱机情况下外存可以永久地保存信息。,89,缓冲存储器（缓存或快存） 缓冲存储器主要用于内存储器与运算器之间和内存储器与外存储器之间的速度缓冲协调。 三者之间的合理搭配使用，目的也是为了得到一个良好的性能/价格比。,CPU寄存器 高速缓存 RAM 外存及虚拟存储,90,内存和外存的区别 内存和外存本质的区别是能否被中央处理器（CPU）直接访问。CPU不能直接执行外存中的程序，处理外存中的数据。 两者的主要区别是： 从原理上讲位置不同，主机内还是主机外 构成材料不同，半导体还是磁介质（光介质） 存储容量不同，内存小，外存大。 价格不同：价格/每存储单元内存高，外存低 存取速度不同：内存高，外存低。,91,输入设备 输入设备是向计算机输入程序、数据和各种信息的部件。 常用的输入设备有键盘、鼠标器、图形数字化仪、条形码阅读器、数码相机以及各种模数(AD)转换器等。,92,输入设备 键盘 字符键区、数字键区、功能键区。 熟练掌握各种符号键的使用及常用控制键的功能（CapsLock、Esc、Shift、Alt、Ctrl、PrintScreen、NumLock等的作用）。,93,94,鼠标,鼠标,无线鼠标,95,输出设备 输出设备是从计算机中输出结果和其它信息的部件。 常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、X-Y记录仪、各种数模(DA)转换器等。 从数据输入输出的角度看，磁盘(硬盘和软盘)和光驱也可以被看作输入输出设备。,96,显示器和显示适配卡,CRT显示器,LCD显示器,显示卡,97,打印机,打印机（激光打印机、喷墨打印机和针式打印机）,98,击打式打印机（针式打印机）：利用机械原理由打印头通过色带把字体或图形打印在打印纸上。 非击打式打印机：利用光、电、磁、喷墨等物理和化学的方法把字印出来。主要有激光打印机和喷墨打印机。 喷墨打印机 激光打印机：激光打印机是激光扫描技术和电子照相技术相结合的产物。它具有很好的印刷质量和打印速度。,99,其它可选件,手写笔,扫描仪,移动硬盘,优盘/ U盘,数码相机,触摸屏,100,1.4.2主板和BIOS 1.主板 一般将CPU比作微机的大脑或心脏，那么主板（Mainboard）就可称为微机的神经系统。 主板是一种高科技、高工艺融为一体的集成产品。 主板是微机中最大的一块电路板，是微机系统中的核心部件，上面布满了各种插槽（可连接声卡/显卡/Modem/等）、接口（可连接鼠标/键盘等）和电子元件，它们各负其责共同把各种周边设备紧紧连接在一起。,101,主板,102,2. BIOS和CMOS BIOS为计算机基本输入/输出系统,它是一组固化在计算机主板上的一个ROM芯片上的程序.BIOS内容包括:计算机开机自检程序、CMOS设置程序、系统启动自举程序、基本输入/输出程序。BIOS的功能是否强大在很大程度上决定了主板性能的优劣。 CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。CMOS由主板上的电池来供电，关闭计算机电源后，CMOS中的信息仍能保留。 BIOS中的系统设置是完成CMOS参数设置的手段；CMOS则是BIOS设定系统参数的存放场所。,103,1.4.3 I/O接口和系统总线 I/O接口是指输入/输出设备接口。I/O接口是外部设备与主机之间的信息交换接口，是连接外设和主机的一个“桥梁”。 总线是一组用于传输信息的公共信号线，所有的数据和指令信息都是通过总线传送到相关设备中去的。,104,总线是计算机内信息流通的总干线，通常由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。 地址总线专门用来传送地址信息；地址总线的位数决定了可以直接寻址的内存储器地址范围，如32位地址总线决定了内存储器最大容量为232=4GB；地址总线是单向的。 数据总线用来传送数据信息，这种传送是双向的；数据总线的宽度决定着字长，常见的有早期的8位和16位以及现在的32位和64位；数据总线的宽度越宽，每次交换的数据位数越多，计算机的性能也就越好。 控制总线用来传送各种控制信号，如时钟信号、读或写信号、中断请求信号等等。,105,1.5 计算机软件系统 在计算机科学与技术的发展中，软件和硬件都是不可或缺的重要方面；软件的发展以硬件为基础，反过来又促进硬件、计算机科学与技术和其它科学与技术的发展。 软件是用户与计算机硬件之间的接口界面；要使用计算机就必须编制程序，必须有软件；用户主要是通过软件与计算机进行交往。 硬件支持软件，软