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第一章 计算机基础知识第1页，本讲稿共46页第1章电子计算机基础知识1.1 1.1 电子计算机的概念电子计算机的概念1.4 1.4 数制基础数制基础1.3 1.3 电子计算机的分类及应用电子计算机的分类及应用1.2 1.2 电子计算机的产生与发展电子计算机的产生与发展1.5 1.5 计算机中数据与信息的表示方法计算机中数据与信息的表示方法 第2页，本讲稿共46页1.1 1.1 计算机概念计算机概念计算机是什么？计算机是什么？计算机（计算机（ComputerComputer）是一种能够存储程序，是一种能够存储程序，并能按照程序自动，并能按照程序自动，高速，精确的进行大高速，精确的进行大量计算和信息处理的量计算和信息处理的电子机器，又称电脑电子机器，又称电脑 。第3页，本讲稿共46页世界上第世界上第1 1台电子计算机台电子计算机1.2 1.2 电子计算机的产生和发展电子计算机的产生和发展世界上第一台电子数字式计算机于世界上第一台电子数字式计算机于世界上第一台电子数字式计算机于世界上第一台电子数字式计算机于1946194619461946年年年年2 2 2 2月月月月15151515日在美国宾夕法尼亚大日在美国宾夕法尼亚大日在美国宾夕法尼亚大日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫学正式投入运行，它的名称叫学正式投入运行，它的名称叫学正式投入运行，它的名称叫ENIACENIACENIACENIAC(埃尼阿克埃尼阿克埃尼阿克埃尼阿克)，是电子数值积分计算，是电子数值积分计算，是电子数值积分计算，是电子数值积分计算机机机机(The Electronic Numberical(The Electronic Numberical(The Electronic Numberical(The Electronic Numberical Intergrator and Computer)Intergrator and Computer)Intergrator and Computer)Intergrator and Computer)的缩写。的缩写。的缩写。的缩写。1.2 1.2 电子计算机的产生和发展电子计算机的产生和发展第4页，本讲稿共46页ENIAC ENIAC ENIAC ENIAC 档案档案档案档案世界上的一台电子计算机世界上的一台电子计算机 ENIACENIAC:该机重约该机重约30吨吨:耗电量耗电量140-150千瓦千瓦:含含18000个个电子管电子管:仅能保存仅能保存80个字节个字节第5页，本讲稿共46页冯冯.诺依曼型计算机诺依曼型计算机1.以二进制为运算基础以二进制为运算基础 采用二进制的优点为：采用二进制的优点为：1.1.二进制码在物理上最容易实现。二进制码在物理上最容易实现。2.2.二进制码用来表示的二进制数及其编码、二进制码用来表示的二进制数及其编码、计数、加减运算规则简单。计数、加减运算规则简单。3.3.二进制码的两个符号二进制码的两个符号“1”1”和和0”0”正好与正好与逻辑命题的两个值逻辑命题的两个值“是是”和和“否否”相对应。相对应。4.4.与电子部件的二态性相对应与电子部件的二态性相对应。第6页，本讲稿共46页冯冯.诺依曼型计算机诺依曼型计算机2.2.是是计计算算机机应应采采用用 存存储储程程序序 方方式式工工作作，并并且且进进一一步步明明确确指指出出了了整整个个计计算算机机的的结结构构应应由由五五个个部部分分组组成成：运运算算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。控制器运算器输出设备存 储 器输入设备指令流控制流数据流第7页，本讲稿共46页第第一一一一代代（1946194619561956）电子管电子管电子管电子管5 5千千44万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（1957195719641964）晶体管晶体管晶体管晶体管几十万几十万 百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（1965196519701970）小规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路百万百万 几百万（次几百万（次/秒）秒）第四、五代第四、五代（19711971?）超大规模集成电路超大规模集成电路超大规模集成电路超大规模集成电路几百万几百万 几亿（次几亿（次/秒）秒）电子计算机的发展阶段及特点电子计算机的发展阶段及特点以采用的逻辑元件作为划分标准以采用的逻辑元件作为划分标准以采用的逻辑元件作为划分标准以采用的逻辑元件作为划分标准第8页，本讲稿共46页1.3 1.3 电子计算机分类及应用电子计算机分类及应用1、通用机通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。2、专专用机用机 ：用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。一一、按用途划分、按用途划分 第9页，本讲稿共46页1.3 1.3 电子计算机分类及应用电子计算机分类及应用二二.按规模划分按规模划分 1、巨型机：、巨型机：其运算速度达到每秒每秒几十万亿次。2、小巨型机：、小巨型机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。4、小型机：、小型机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，运算速度在几百万次左右。3、大型机：、大型机：其性能与巨型机接近，但体积大大减小，费用仅为巨型机的1/10.第10页，本讲稿共46页1.3 1.3 电子计算机分类及应用电子计算机分类及应用1.3 1.3 电子计算机分类及应用电子计算机分类及应用6、工作站：、工作站：以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机。5、微型计算机微型计算机：又称PC机，中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，具有体积小，功耗低、可靠性高、价格低，对使用环境要求不高等特点。7、服务器：服务器：在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。第11页，本讲稿共46页1.3 1.3 电子计算机分类及应用电子计算机分类及应用三三.按按处处理理对对象划分象划分 1、数字数字计计算机算机 ：算机处理时输入和输出的数值都是数字量。时间上是连续的。2、模模拟计拟计算机算机 ：3、数字模数字模拟拟混混 合合计计算机算机 ：输入输出既可是数字也可是模拟数据 处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。这些数据在时间上是离散的。第12页，本讲稿共46页计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有：计算机的特点计算机的特点1 1、处理速度快、处理速度快 2 2、计算精度高、计算精度高 3 3、记忆能力强、记忆能力强 4 4、可靠的逻辑判断能力、可靠的逻辑判断能力、可靠的逻辑判断能力、可靠的逻辑判断能力 5 5、可靠性高，通用性强、可靠性高，通用性强、可靠性高，通用性强、可靠性高，通用性强 第13页，本讲稿共46页计算机的计算机的性能指标性能指标 1 1、主频（时钟频率）、主频（时钟频率）2 2、字长、字长 3 3、内存容量、内存容量 4 4、存取周期、存取周期 5 5、运算速度、运算速度 6 6、其它指标、其它指标 第14页，本讲稿共46页计算机的应用计算机的应用1 1、科学计算、科学计算2 2、信息处理、信息处理 3 3、过程控制、过程控制 4 4、计算机辅助系统、计算机辅助系统5 5、多媒体技术、多媒体技术 6 6、计算机通信、计算机通信 7 7、人工智能、人工智能 第15页，本讲稿共46页4 4、计算机辅助系统、计算机辅助系统计算机辅助系统包含：计算机辅助设计计算机辅助系统包含：计算机辅助设计（CADCAD）、计算机辅助制造（）、计算机辅助制造（CAMCAM）、计算机）、计算机辅助测试（辅助测试（CATCAT）、计算机辅助教学（）、计算机辅助教学（CAICAI）、）、计算机集成制造（计算机集成制造（CIMSCIMS）等系统）等系统 第16页，本讲稿共46页1.4 1.4 数制基础数制基础1.4.1 数制的概念数制的概念数制是用一组固定的数字符号和一套统一的规则来数制是用一组固定的数字符号和一套统一的规则来表示数目的方法。表示数目的方法。如果用如果用R R个基本符号来表示数目，则称其为个基本符号来表示数目，则称其为R R进制，进制，R R称为该数制的基数称为该数制的基数。第17页，本讲稿共46页进位制进位制 二进制二进制 八进制八进制 十进制十进制 十六进制十六进制规则规则 逢二进一逢二进一 逢八进一逢八进一 逢十进一逢十进一 逢十六进一逢十六进一基数基数 r=2 r=8 r=10 r=16数符数符 0，1 0,1,7 0,1,9 0,1,9,A,B,C,D,E,F位权位权 2i 8i 10i 16i下标下标 B O D H 表：表：计算机中常用进制数的表示计算机中常用进制数的表示第18页，本讲稿共46页1.4.2 各种数制的转化各种数制的转化进位计数制的三个相关概念：进位计数制的三个相关概念：1 1、数码：、数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为这些数字符号称为“数码数码”。如在。如在R R进制中，数码为进制中，数码为0 0，1 1，2 2，RR1 1共共R R个。个。2 2、基数：、基数：数制所使用的数码个数称为数制所使用的数码个数称为“基数基数”。如在。如在R R进制中，基数为进制中，基数为R R。第19页，本讲稿共46页3 3、位权：、位权：某种数制的每一位所具有的固某种数制的每一位所具有的固定系数称为定系数称为“位权位权”。如在。如在R R进制中，第进制中，第i i位数的位权为位数的位权为R Ri-1i-1例：例：(824)10 =8102 +2 101 +4 100(110)2 =122 +1 21 +0 20 第20页，本讲稿共46页常用进位计数制的特点常用进位计数制的特点 十进制数（十进制数（DecimaiDecimai）一个十进制数具有以下三个特征：一个十进制数具有以下三个特征：有十个不同的数码，即有十个不同的数码，即0 0、1 1、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9；基数为基数为10,10,计数规律为计数规律为“逢十进位逢十进位,借一当十借一当十”；位权关系为（其中位权关系为（其中:m，m-1，1，0.-1，-2-k）。）。第21页，本讲稿共46页2 2二二进进制数（制数（BinaryBinary）一个二进制数具有以下三个特征：一个二进制数具有以下三个特征：有两个不同的数码，即有两个不同的数码，即0 0和和1 1；基数为基数为2,2,计数规律为计数规律为“逢二进位逢二进位,借一当二借一当二”；位权关系为（其中位权关系为（其中:m，m-1，1，0.-1，-2-k）第22页，本讲稿共46页3 3八进制数（八进制数（OctalOctal）一个八进制数具有以下三个特征：一个八进制数具有以下三个特征：有八个不同的数码，即有八个不同的数码，即0 0、1 1、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7；基数为基数为8,8,计数规律为计数规律为“逢八进位逢八进位,借一当八借一当八”；位权关系为（其中位权关系为（其中:m，m-1，1，0.-1，-2-k）。）。第23页，本讲稿共46页4 4十六十六进进制（制（HexadecimalHexadecimal）一个十六进制数具有以下三个特征：一个十六进制数具有以下三个特征：有有十十六六个个不不同同的的数数码码，即即0 0、1 1、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F；基数为基数为16,16,计数规律为计数规律为“逢十六进位逢十六进位,借一当十六借一当十六”；位权关系为（其中位权关系为（其中:m，m-1，1，0.-1，-2-k）。）。第24页，本讲稿共46页1.其它数制（其它数制（R数制）转换为十进制：数制）转换为十进制：按权展开相加即只要把二进制中出现按权展开相加即只要把二进制中出现1 1的的位数权相加即可。位数权相加即可。【例例】：将：将(110101.101)2(110101.101)2转换为十进制。转换为十进制。(110101.101)2=1(110101.101)2=1110011001111001=321=3216160 04 40 01 10.50.50.125=(53.625)100.125=(53.625)10第25页，本讲稿共46页例如：例如：(156)10()B余数余数 2|1560(最低位最低位)2|78 0 2|39 1 2|19 1 2|9 1 2|4 0 2|2 0 2|1 1(最高位最高位)0结论：结论：(217)10(10011100)B2、十进制十进制 R R进制进制1 1）整数部分的转换）整数部分的转换 除除r r取余取余,从末位取起从末位取起 即：除以即：除以R R 取余数，直到商取余数，直到商 为为0 0，得到的余数即为二进数，得到的余数即为二进数各位的数码，余数从各位的数码，余数从 下到上排列。下到上排列。第26页，本讲稿共46页例如：(0.625)D=()B 乘2取整：整数部分 0.625 2 1.250 1 2 0.500 0 2 1.000 1结论：(0.625)D =(0.101 )B2 2）小数部分转）小数部分转换换乘乘r r取整，顺序取整，顺序取起取起即：乘以即：乘以R R 取整数，得取整数，得到的整数即为二进数各到的整数即为二进数各位的数码，整数从上到位的数码，整数从上到下排列。下排列。第27页，本讲稿共46页混小数的转换混小数的转换对对于于既既有有整整数数部部分分又又有有小小数数部部分分的的十十进进制制数数的的转转换换，可可以以将将两两部部分分的的转转换换分分开开进行，最后再将结果合并在一起即可进行，最后再将结果合并在一起即可。【例】：十进数156.625转换成二进制数为 10011100.101B 第28页，本讲稿共46页3、二进制、十六进制的相互转换、二进制、十六进制的相互转换二进制数转换成十六进制数的方法是：二进制数转换成十六进制数的方法是：“四位合一位四位合一位”法：法：以小数点为界，整数向左，小数向右，以小数点为界，整数向左，小数向右，四位一格，不足补零，格内变为十进制四位一格，不足补零，格内变为十进制【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。0111 0101 1100 7 5 .C 转换结果为1110101.11B=75.CH第29页，本讲稿共46页3、二进制、十六进制的相互转换、二进制、十六进制的相互转换十六进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成十六进十六进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成十六进制数的方法相逆，即制数的方法相逆，即“一位扩展四位一位扩展四位”法：一位变四位，不足前法：一位变四位，不足前补零，最后截去首尾空零。将每位十六进制数化成补零，最后截去首尾空零。将每位十六进制数化成4 4位二进制数位二进制数书写，便可得到转换结果。书写，便可得到转换结果。【例】：将3A6.C5H转换成二进制数。3 A 6 .C 5 0011 1010 0110.1100 0101转换结果为3A6.C5H=1110100110.11000101B。第30页，本讲稿共46页4、二进制、八进制的相互转换、二进制、八进制的相互转换二二进进制制数数转转换换成成八八进进制制数数的的方方法法是是：“三三位位合合一一位位”法法:以以小小数数点点为为界界，整整数数向向左左，小小数数向向右右，三三位位一一格格，不足补零，格内变为十进制不足补零，格内变为十进制。【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。001 110 101 110 1 6 5 .6 转换结果为1110101.01B=165.6O。第31页，本讲稿共46页4、二进制、八进制的相互转换、二进制、八进制的相互转换八八进进制制数数转转换换成成二二进进制制数数方方法法，正正好好与与二二进进制制数数转转换换成成八八进进制制数数的的方方法法相相逆逆，即即“一一位位扩扩展展三三位位”法法：一一位位变变三三位位，不不足足前前补补零零，最最后后截截去去首首尾尾空空零零。每每位位八八进制数化成进制数化成3 3位二进制数书写，便可得到转换结果位二进制数书写，便可得到转换结果 【例】：将145.6O转换成二进制数。1 4 5 .6 001 100 101 .110转换结果为145.6O=1100 101.11B。第32页，本讲稿共46页 二进制 八进制 二进制 十六进制 二进制 十六进制 000 0 0000 0 1000 8 001 1 0001 1 1001 9 010 2 0010 2 1010 A 011 3 0011 3 1011 B 100 4 0100 4 1100 C 101 5 0101 5 1101 D 110 6 0110 6 1110 E 111 7 0111 7 1111 F 表表：二进制、八进制和十六进制之间的关系：二进制、八进制和十六进制之间的关系第33页，本讲稿共46页1.4.3 1.4.3 二进制的运算规则二进制的运算规则（1 1）二进制的算术运算规则）二进制的算术运算规则加法进位规则：逢二进一。加法进位规则：逢二进一。加法运算法则：加法运算法则：0+0=00+0=0 0+1=1+0=1 0+1=1+0=1 1+1=0 1+1=0（向高位进位）（向高位进位）例：二进制数例：二进制数1101110110101010？1 1 0 11 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1答案：11110000第34页，本讲稿共46页（2）减法运算法则减法运算法则：0-0=1-1=00-0=1-1=0 1-0=1 1-0=1 0-1=1 0-1=1（向高位借位）（向高位借位）例：二进制数例：二进制数1101110110101010？1 1 0 11 1 0 1-1 0 1 0-1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1答案：10011第35页，本讲稿共46页（3）乘法运算法则：）乘法运算法则：0 0 0 00 0 0 0 1 10 01 1 0 00 0 1 1 1 11 1（4）除法运算法则：）除法运算法则：0 0 0 0（无意义）（无意义）0 0 1 10 0 1 1 0 0（无意义）（无意义）1 1 1 11 1第36页，本讲稿共46页2、二进制的逻辑运算、二进制的逻辑运算逻辑变量之间的运算称为逻辑运算逻辑变量之间的运算称为逻辑运算对二进制数的对二进制数的1 1和和0 0赋予逻辑含义，它们可以表示赋予逻辑含义，它们可以表示“真真”与与“假假”、“是是”与与“否否”、“有有”与与“无无”逻辑运算的基本运算：逻辑运算的基本运算：逻辑加法逻辑加法(“(“或或”运算运算 )：00=0 01=10=11=100=0 01=10=11=1逻辑乘法逻辑乘法(“(“与与”运算运算 )：00=01=10=0 11=100=01=10=0 11=1逻辑否定逻辑否定(“(“非非”运算运算 )：0=1 1=00=1 1=0异或异或：00=11=0 01=10=100=11=0 01=10=1第37页，本讲稿共46页1.5 1.5 计算机中数据与信息的表示方法计算机中数据与信息的表示方法计算机中的信息单位计算机中的信息单位1、位（、位（bit)：位是计算机中最小的信息单位，一个位表示一位二进制数，单位符号为b。它能表示两种状态2、字节（、字节（byte)：字节是基本信息单位，单位符号为B，它表示8位二进制数的长度，它能表示256种状态。千字节（千字节（KB）兆字节（兆字节（MB）和吉字节（）和吉字节（GB）1MB1024KB220次方1GB1024MB230次方3、字长：、字长：它是计算机作为一个整体进行数据存储、传输和处理的单位。如8位、16位、32位等。1.5.1数据与信息的概念数据与信息的概念第38页，本讲稿共46页1 1、正负数的表示方法、正负数的表示方法 平时我们用平时我们用“”表示正，表示正，“”表示负，在计表示负，在计算机中数的符号通常用二进制数的最高位的一位数算机中数的符号通常用二进制数的最高位的一位数来表示符号：来表示符号：“0”0”表示正数，表示正数，“1”1”表示负数。表示负数。例：十进制数例：十进制数3737在字长为八位计算机中表示为：在字长为八位计算机中表示为：00100101符号位符号位数值部分数值部分1.5.2计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法第39页，本讲稿共46页例：十进制数例：十进制数3737在字长为八位计算机中表示为：在字长为八位计算机中表示为：0100101符号位符号位数值部分数值部分1.5.2计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法这种符号位用这种符号位用0 0、1 1表示的二进制数，称为机器数。而实际数值表示的二进制数，称为机器数。而实际数值（如（如3737，3737）称为机器数的真值。）称为机器数的真值。第40页，本讲稿共46页2、定点数与浮点数的表示方法、定点数与浮点数的表示方法见教材见教材3、原码、反码与补码：、原码、反码与补码：见教材见教材第41页，本讲稿共46页1.5.3计算机中信息编码计算机中信息编码ASCIIASCII码是美国信息交换标准代码。码是美国信息交换标准代码。(A American merican S Standard tandard C Code for ode for I Information nformation I Interchange)nterchange)包括包括0 09 9十个数字，大小写英文字母十个数字，大小写英文字母及及3333个标点符号和个标点符号和3333个控制个控制 。ComputerComputer0 01000011 0 01101111 0 011011010 01110000 0 01110101 0 0111010001100101 0 01110010第42页，本讲稿共46页基本基本ASCIIASCII码表的排列规则如下：先是码表的排列规则如下：先是3232为控制码，为控制码，后为后为0 09 9十个数字，再为十个数字，再为A AZ 26 Z 26 个大写字母，其个大写字母，其后为后为a az 26z 26个小写字母；其中相同类型的字母顺序个小写字母；其中相同类型的字母顺序排放，如：大写字母排放，如：大写字母C C的的ASCIIASCII码：对应于字符码：对应于字符C C的的位置，找出其横坐标位置，找出其横坐标D6D5D4D6D5D4和纵坐标和纵坐标D3D2D1D0D3D2D1D0，依，依D6D5D4D3D2D1D0D6D5D4D3D2D1D0的顺序排列出来，再在最高位补的顺序排列出来，再在最高位补以以0 0，即得，即得C C的的ASCIIASCII码为码为0100001101000011。根据。根据C C字母的字母的ASCIIASCII码，可推出码，可推出E E字母的字母的ASCIIASCII码为码为0100010101000101，A A字字母的母的ASCIIASCII码为码为0100000101000001。第43页，本讲稿共46页2、汉字的编码是我国于是我国于19801980年制定的国家标准，代号为年制定的国家标准，代号为GB2312GB23128080。它。它规定汉字在机器内的编码。规定汉字在机器内的编码。在国标码的字符集中，包括了一级汉字在国标码的字符集中，包括了一级汉字37553755个，二级个，二级30083008个，个，一个汉字对应一个区位码，由四位数字组成，前两位数字一个汉字对应一个区位码，由四位数字组成，前两位数字为区码（为区码（0 09494），后两位数字为位码（），后两位数字为位码（0 09494）（1）信息交换用汉字编码字符集.基本集是指汉字在计算机内部中进行存取操作所使用的编码。汉字的是指汉字在计算机内部中进行存取操作所使用的编码。汉字的机内码占两个字节，分别称为高位字节与低位字节机内码占两个字节，分别称为高位字节与低位字节（2）汉字的机内码第44页，本讲稿共46页是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方法分为三类：汉字输入编码方法分为三类：数字编码数字编码数字编码就是用数字串代表一个汉字的输入，常用的有国际区位码。如：“中”5448 、“”0113拼音码拼音码 拼音码是以汉语读音为基础的输入方法。常用的有智能全拼、微软拼音、紫光拼音、智能狂拼等。字形编码字形编码 字形编码是以汉字的形状确定的编码。常用的有五笔字形、表形码等。（3 3）汉字的输入码）汉字的输入码第45页，本讲稿共46页字形存储码是指字形存储码是指供计算机输出汉字供计算机输出汉字（显示或打印）用的（显示或打印）用的二进制信息，也称字二进制信息，也称字模模 例：例：16161616点阵的汉字，每个字有点阵的汉字，每个字有1616行，每行有行，每行有1616个点，个点，每个汉字共每个汉字共256256个点，一个点占一个二进制位，则存储时个点，一个点占一个二进制位，则存储时要用要用256256个字节。个字节。（4 4）汉字的字形码）汉字的字形码第46页，本讲稿共46页