第1章 计算机概述(1).ppt

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1、课程成绩评定方法：11、期末闭卷题库机考、期末闭卷题库机考 50%50%22、上机实验上机实验 30%30%33、作业和课堂考勤、作业和课堂考勤 20%20%第1章 计算机概述计算机的概念 计算机是一种在事先存入的程序控制下，能够接收数据、存储数据、处理数据、提供处理结果的电子设备。计算机的发展史计算工具的产生 计算工具的产生 1.1.中国唐代的算盘 中国唐代的算盘 2.2.西方的手摇计算机 西方的手摇计算机 直到 直到20 20世纪 世纪50 50年代，手工计算一直是主要的计算方法 年代，手工计算一直是主要的计算方法.计算机的发展史 法国人帕斯卡于17世纪制造出一种机械式加法机，它成为世界上

2、第一台机械式计算机。计算机的发展史加法机 加法机 这台加法机是利用齿轮传动原理，通过手工操作，来实现加，减运算的。计算机的发展史 德国人著名的数学家和哲学家莱布尼兹发明了乘法计算机，他受中国易经八卦的影响最早提出二进制运算法则。莱布尼兹计算机的发展史乘法计算机 1774年，乘法计算机由奥利韦一人装配而成的。乘法机长约1米，宽30厘米，高25厘米。它由不动的计数器和可动的定位机构两部分组成。整个机器由一套齿轮系统来传动，它的重要部件是阶梯形轴，便于实现简单的乘除运算。计算机的发展史 英国人查尔斯巴贝奇研制出差分机和分析机，为现代计算机设计思想的发展奠定基础.巴贝奇 计算机的发展史 差分机可以保存

3、 差分机可以保存3 3个 个5 5位的十 位的十进制数，并进行加法运算，还能 进制数，并进行加法运算，还能打印结果。它是一种供制表人员 打印结果。它是一种供制表人员使用的专用机。使用的专用机。它的杰出之处是，能按照设 它的杰出之处是，能按照设计者的控制自动完成一连串的运 计者的控制自动完成一连串的运算，体现了计算机最早的程序设 算，体现了计算机最早的程序设计。这种程序设计思想的创见，计。这种程序设计思想的创见，为现代计算机的发展开辟了道路。为现代计算机的发展开辟了道路。巴贝奇于 巴贝奇于19 19世纪 世纪20 20年代 年代制造的差分机 制造的差分机计算机的发展史巴贝奇于 巴贝奇于19 19

4、世纪 世纪30 30年代 年代制造的分析机 制造的分析机 巴贝奇的分析机由三部分构 巴贝奇的分析机由三部分构成。成。第一部分是保存数据的齿轮 第一部分是保存数据的齿轮式寄存器，巴贝奇把它称为 式寄存器，巴贝奇把它称为“堆 堆栈 栈”。第二部分是对数据进行各种 第二部分是对数据进行各种运算的装置，巴贝奇把它命名为 运算的装置，巴贝奇把它命名为“工场 工场”。第三部分是对操作顺序进行 第三部分是对操作顺序进行控制，并对所要处理的数据及输 控制，并对所要处理的数据及输出结果加以选择的装置。它相当 出结果加以选择的装置。它相当于现代计算机的控制器 于现代计算机的控制器。计算机的发展史 19461946

5、年年22月月1515日，世界上第一台通日，世界上第一台通用电子数字计算机宣用电子数字计算机宣告研制成功。是计算告研制成功。是计算机发展史上的一座纪机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展念碑，是人类在发展计算技术的历程中，计算技术的历程中，到达的一个新的起点。到达的一个新的起点。世界上第一台通用电子数字计算机 世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克 埃尼阿克”（ENIAC ENIAC）计算机的发展史“埃尼阿克 埃尼阿克”共使用了 共使用了18000 18000个电子管，个电子管，1500 1500个继电器以及其它器件，个继电器以及其它器件，总体积约 总体积约90 90立方米，立方米，重达 重达3

6、0 30吨，吨，占地 占地170 170平方米 平方米，耗电量 耗电量140 140千瓦，千瓦，存放 存放20 20个 个10 10位的十进制数，位的十进制数，运算速度为每秒 运算速度为每秒5000 5000次加法，次加法，或者 或者400 400次乘法。次乘法。1946 1946年 年 启动 启动“埃尼阿克 埃尼阿克”（ENIAC ENIAC）计算机发展概况第一代（第一代（1946-19581946-1958）1)1)基本元器件：基本元器件：电子管电子管 2)2)运算速度：每秒运算速度：每秒55千千到到33万万次次 3)3)应用领域：主要是应用领域：主要是科科学计算学计算 4)4)指令和数据

7、以指令和数据以机器语言机器语言和和汇编语言汇编语言为主为主计算机发展概况第二代（第二代（1959-19641959-1964）1)1)基本元器件：基本元器件：晶体管晶体管 2)2)运算速度：每秒运算速度：每秒几十万几十万到到百百 万万次次 3)3)应用领域扩展到应用领域扩展到事务处理事务处理、数据处理数据处理、工业控制、工业控制 等多个等多个 领域领域 4)4)出现了出现了高级语言高级语言计算机发展概况第三代（第三代（1965-19701965-1970）1)1)基本元器件：基本元器件：中小规模集中小规模集 成电路块成电路块 2)2)运算速度：运算速度：每秒每秒百万百万到到几百万几百万次次 3

8、)3)用于企业管理、自动控用于企业管理、自动控 制、辅助设计和辅助制造制、辅助设计和辅助制造 4)4)出现了出现了操作系统操作系统计算机发展概况第四代（第四代（19711971年以后）年以后）1)1)基本元器件：基本元器件：大规模和超大规模和超 大规模集成电路大规模集成电路 2)2)运算速度：每秒运算速度：每秒百亿百亿到到千千 亿亿次次 3)3)用于用于OAOA、数据库管理、图数据库管理、图 像识别、专家系统等各领域像识别、专家系统等各领域.4)4)计算机的发展进入以计算机的发展进入以网络网络为特征的时代为特征的时代计算机的发展总趋势巨型化巨型化、微型化微型化、网络化网络化、多媒体化多媒体化、

9、智能化智能化计算机的分类n n按设计目的分类按设计目的分类：通用计算机、专用计算机：通用计算机、专用计算机 n n按用途、体积大小分类：巨型机、大型机、服务器、按用途、体积大小分类：巨型机、大型机、服务器、微机微机、工作站、工作站进位计数制一种进位计数制包含一组数字符号和两个基本因素：一种进位计数制包含一组数字符号和两个基本因素：n n 数码 数码：一组用来表示某种数制的符号。：一组用来表示某种数制的符号。如：如：1 1、2 2、3 3、A A、B B。n n 基数 基数：数制所用数码个数。用：数制所用数码个数。用R R表示，称 表示，称R R进制，进制，“逢 逢R R进一 进一”。如：十进制

10、的基数是 如：十进制的基数是10 10，逢，逢10 10进 进1 1。n n 位权 位权：数码在不同位置上的权值：数码在不同位置上的权值Rn Rn。如：十进制的个位的位权是 如：十进制的个位的位权是“1”1”，百位的位权是，百位的位权是“100”100”。计算机中常用计数制书写时的 书写时的3 3种格式：种格式：n n 11101101 11101101(2)(2)331 331(8)(8)35.81 35.81(10)(10)FA5 FA5(16)(16)n n(10110.011)(10110.011)2 2(755)(755)8 8(139)(139)10 10(AD6)(AD6)16

11、16 n n 10101001 10101001B B 757 757O O 3762 3762D D 2CE6 2CE6H H(注 注:其中 其中B(binary B(binary)、O(Octal O(Octal)、D(decimal D(decimal)、H(hexadecimal H(hexadecimal)分别表示二进制、八进制、十进制、十 分别表示二进制、八进制、十进制、十六进制。六进制。)计算机中常用计数制(1)十进制数：基数为10，逢10进1 用10个符号0、1、8、9来表示第i位上的位权为10i-1如:十进制数按“权”展开的多项式(234.56)10210231014100

12、510-1+610-2计算机中常用计数制(2)二进制数：基数为2，逢2进1 用2个符号0、1来表示第i位上的位权为2i-1如:二进制数按“权”展开的多项式(110.01)2=122121020 02-112-2=(6.25)10计算机中常用计数制(3)八进制数：基数为8，逢8进1 用8个符号0、1、6、7来表示第i位上的位权为8i-1如:八进制数按“权”展开的多项式(5675)8=583682781580=(3005)10计算机中常用计数制(4)(4)十六进制数：十六进制数：基数为基数为1616，逢，逢1616进进1 1 用用1616个符号个符号00、11、9 9、AA、BB、CC、DD、EE

13、、FF来表示来表示第第ii位上的位位上的位权为权为1616i-1i-1如如:十六进制数按十六进制数按“权权”展开的多项式展开的多项式(7BD.4)(7BD.4)1616=716=716221116111611 1316131600416416-1-1=(1981.25)=(1981.25)1010不同进制之间的转换各种各种rr进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。例：例：（1011.101 1011.101）2 2=1=1 2 23 3+0+0 2 22 2+1+1 2 21 1+1+1 2 20 0+1+1 2 2-1-1+0 0 2 2-2-2+1

14、+1 2 2-3-3=8+0+2+1+1/2+0+1/8=8+0+2+1+1/2+0+1/8=11.625D=11.625D（2576 2576）8 8 2 2 8 83 3+5+5 8 82 2 7 7 8 81 1 6 6 8 80 0（1406 1406）10 10（3D 3D）16 16 3 3 16 161 1 13 13 16 160 0（61 61）10 10（F F B B）16 16 15 15 16 160 0 11 11 16 16-1-1 15 15 11/16 11/16（15.6875 15.6875）10 10 二进制转为十进制数练习n n A：（1101）2n

15、n=（）10n n B：（1010.01）2n n=()1013=1X23+1x22+0X21+1x20八进制转为十进制数练习n n A：（265）8n n=（）10n n B：（137.2）8n n=()10十六进制转为十进制数练习n n A：（26A）16n n=（）10n n B：（C2.E）16n n=()10二进制的运算规则 在计算机中，二进制数可以作在计算机中，二进制数可以作算术运算算术运算和和逻辑运算逻辑运算 1.1.算术运算算术运算 n n加法：加法：000=0 10=0 10=00=01=1 1=1 111=101=10 n n减法：减法：000=0 10=0 10=1 10

16、=1 11=0 1=0 10101=11=1 n n乘法：乘法：00=0 10=01=0 11=1 00=0 10=01=0 11=1 n n除法：除法：01=0 11=101=0 11=1二进制的运算规则2.2.逻辑运算逻辑运算 n n或运算（或运算（）只要有一个为只要有一个为“真真”(1)(1)，逻辑运算的结果为，逻辑运算的结果为“真真”0 0 0=0 1 0=0 1 0=1 0 0=1 0 1=1 1 1=1 1 1=1 1=1 n n与运算（与运算（）只要有一个为只要有一个为“假假”(0)(0)，逻辑运算的结果为，逻辑运算的结果为“假假”0 0 0=0 1 0=0 1 0=0 0 0=

17、0 0 1=0 1 1=0 1 1=1 1=1 n n非运算（非运算（）规则为对逻辑位求反规则为对逻辑位求反 0=1 1=00=1 1=0 二进制的优点n n 技术上容易实现n n 运算规则简单n n 与逻辑量相吻合n n 二进制数与十进制数易于互相转换不同进制之间的转换2.2.十进制数转换为 十进制数转换为r r进制数 进制数 整数部分：除以 整数部分：除以 r r 取余数，直到商为 取余数，直到商为0 0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分：乘以 小数部分：乘以 r r 取整数，整数从左到右排列。取整数，整数从左到右排列。n n 例 例1 1 将十进制 将十进制数 数45 45

18、转为二进制数：转为二进制数：n n 步骤 步骤:余数 余数 排序方向 排序方向 24522 222221 15210101101结果（45）10=（101101）2右 右左 左n n 例 例2 2 将十进制小数 将十进制小数0.625 0.625转为二进制数 转为二进制数0.625 21.25 1 20.51.0 210取整数 排序方向结果：（0.625）10=(0.101)2右 右左 左n n 例 例3 3 将十进制小数 将十进制小数0.635 0.635转为二进制数 转为二进制数0.635 21.271 20.541.08 210取整数 排序方向保留1位小数（0.635）10=(0.1)2

19、 20.16 0保留3位小数（0.635）10=(0.101)2不同进制之间的转换例：将（35.6875）10转换为二进制数。用除2取余法将整数部分(35)10转换为二进制整数：235余数为1低位217余数为128余数为024余数为022余数为021余数为1高位0故：(35)10=(100011)2验证：125+024+023+022+121+120=32+2+1=35不同进制之间的转换用乘2取整法将小数部分(0.6875)10转换为二进制形式：0.687521.3750整数部分为1高位0.375020.7500整数部分为00.750021.5000整数部分为10.500021.0000整数部

20、分为1低位即：(0.6875)10=(0.1011)2十进制转为二进制数练习1、(0.125)10=()22、(21.25)10=()23、(0.75)10=()24、(2.23)10=()2 三位小数不同进制之间的转换3.3.二进制数与八进制数的互相转换 二进制数与八进制数的互相转换 a.a.二进制转化成八进制 二进制转化成八进制 1 1、找到小数点所在位置、找到小数点所在位置 2 2、以小数点位置为中心：、以小数点位置为中心：向左，三位一段，不足三位，左补 向左，三位一段，不足三位，左补0 0 向右，三位一段，不足三位，右补 向右，三位一段，不足三位，右补0 0 3 3、将每段中的三位二进

21、制数转化为一位八进制数、将每段中的三位二进制数转化为一位八进制数 b.b.八进制转化成二进制 八进制转化成二进制 将 将一 一位 位八 八进 进制 制数 数转 转化 化为 为三 三位 位二 二进 进制 制数 数,不 不足 足三 三位 位二 二进 进制 制数时，统一左补零。数时，统一左补零。（1 0 1 1 0.1 0）2小数点（1 0，1 1 0.1 0）2找小数点分段补0转换（0 1 0，1 1 0.1 0 0）224 6结果（1 0 1 1 0.1 0）2=（26.4）8.例 将二进制数（10110.10）转为八进制数：例 例 将八进制数（将八进制数（631.2 631.2）转化为二进制数

22、：）转化为二进制数：（6 3 1.2 6 3 1.2）8 8110 110 11 11 1 1 10 10按位转换 按位转换左补零 左补零0 011 11 00 001 1 0 010 10结果：结果：（110 011 001.010 110 011 001.010）2 21、(1001010.01)2=()82、(10100110.1)2=()83、（42.2）8=（）24、（243.1）8=()2二进制与八进制数互换练习不同进制之间的转换4.二进制数与十六进制数的互相转换 a.a.二进制转化成十六进制二进制转化成十六进制 将二进制数从小数点的位置开始，分别向其将二进制数从小数点的位置开始，

23、分别向其左右的方向，每四位分成一段，转成一位十六进左右的方向，每四位分成一段，转成一位十六进制数。当不足四位时，按距小数点的方向，分别制数。当不足四位时，按距小数点的方向，分别补零。补零。b.b.十六进制转化成二进制十六进制转化成二进制 将将每每一一位位十十六六进进制制数数转转为为四四位位二二进进制制数数，不不足四位时：进行左补零。足四位时：进行左补零。例 将二进制数（1010110.01）转为十六进制数：找小数点位置 找小数点位置（1010110.01 1010110.01）2 2小数 小数点 点分段 分段（101，0110.01）2补零 补零（0101，0110.0100）2转换 转换（5

24、 6.4 5 6.4）16 16 例 例 将十六进制数（将十六进制数（624.5 624.5）转化为二进制数：）转化为二进制数：（6 2 4.56 2 4.5）1616转换转换（110 10 100.101110 10 100.101）22补零补零（00110 110 000010 10 00100.100.00101101）22结果结果（11000100100.010111000100100.0101）221、(10110110)2=()162、(110111.101)2=()163、(2A.3)16=()24、(3B.12)16=()2二进制与十六进制数互换练习不同进制之间的转换5.5.八

25、进制与十六进制的转换八进制与十六进制的转换 可以先将八进制（十六进制）转换为二进制，再可以先将八进制（十六进制）转换为二进制，再转换为十六进制（八进制）转换为十六进制（八进制）二、八、十六进制数的对应关系表二进制二进制八进制八进制000 000001 001010 010011 011100 100101 101110 110111 1110 01 12 23 34 45 56 67 7二进制二进制十六进十六进制制二进制二进制十六进十六进制制0000 00000001 00010010 00100011 00110100 01000101 01010110 01100111 01110 01

26、12 23 34 45 56 67 71000 10001001 10011010 10101011 10111100 11001101 11011110 11101111 11118 89 9A AB BC CD DE EF F计算机中的信息表示 计算机的基本功能是对数据进行运算和计算机的基本功能是对数据进行运算和加工处理。加工处理。数据有两种：数据有两种：数值数据，如数值数据，如3.14163.1416、-2.81-2.81；非数值数据（信息），如非数值数据（信息），如AA，bb，。数据在计算机中都是用二进制数码表示的。数据在计算机中都是用二进制数码表示的。数值处理采用二进制运算；数值处理

27、采用二进制运算；非数值处理采用二进制编码。非数值处理采用二进制编码。数值数据在计算机中的表示机器数有 机器数有3 3种表示方法：原码、补码、反码 种表示方法：原码、补码、反码例：当字长 例：当字长8 8位时，位时，+19+19原码 原码 00010011 00010011，-19-19原码 原码 1 10010011 0010011，+19+19反码 反码+19+19原码 原码 00010011 00010011，-19-19反码 反码 11101100 11101100（原码的绝对值取反）（原码的绝对值取反）+19+19补码 补码+19+19反码 反码+19+19原码 原码 00010011

28、 00010011，-19-19补码 补码-19-19反码 反码最低位加 最低位加1 1 11101101 11101101（原码的绝对值取（原码的绝对值取反 反+1+1）位：是计算机中存储数据的最小单位。指二进制数中的一个位数，其值为“0”或“1”，其英文名为“bit”。字节：是计算机存储容量的基本单位，计算机存储容量的大小是用字节的多少来衡量的。其英文名为“Byte”，通常用“B”表示。字节经常使用的单位还有KB（千字节）、MB（兆字节）和GB（千兆字节）等，它们与字节的关系是：信息单位1B=8bit1KB=210B=1024B1MB=2101KB=210210B=1024KB1GB=21

29、01MB=210210210B=1024MB1TB=2101GB=1024GB1Word=2B字：是计算机内部作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，其英文名为“Word”。字长：是计算机CPU一次处理数据的实际位数，是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算能力就越强，计算精度就越高。存储单元：若干个字节构成一个存储单元。每一个存储单元都有一个唯一的编号,称为“地址”。常见的信息编码1.BCD1.BCD码码 BCDBCD码用码用44位二进制数表示一位十进制数。位二进制数表示一位十进制数。一位一位BCDBCD码中的码中的44位二进制代码都是有权位二进制

30、代码都是有权的，从左到右按高位到低位依次权是的，从左到右按高位到低位依次权是88、44、22、11，这种二，这种二 十进制编码是一种有权码。十进制编码是一种有权码。11位位BCDBCD码最小数是码最小数是00000000，最大数是，最大数是10011001。如：如：BCDBCD码码1000 0010 0110 10011000 0010 0110 1001按按44位二进制位二进制一组分别转换，结果是十进制数一组分别转换，结果是十进制数82698269 常见的信息编码2.ASCII2.ASCII码码(美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码)采用采用77位二进制数，给出了位二进制数，给出了128

31、128个不同的组合，个不同的组合，表示了表示了128128个不同的字符。其中个不同的字符。其中9595个字符可以显个字符可以显示。包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点示。包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点符号等。另外的符号等。另外的3333个字符，是不可显示的，它们是个字符，是不可显示的，它们是控制码，编码值为控制码，编码值为003131和和127127常见的信息编码2.ASCII2.ASCII码码(美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码)常见的信息编码2.ASCII2.ASCII码码(美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码)前前3232个码个码(031D)(031D)与最后一个

32、码与最后一个码(127D)(127D)通常代表不通常代表不可见的控制字符，由计算机系统专用。可见的控制字符，由计算机系统专用。30H39H(48D57D)30H39H(48D57D)代表代表0909十个数字字符。十个数字字符。41H5AH(65D90D)41H5AH(65D90D)代表大写字母代表大写字母AZAZ。61H7AH(97D122D)61H7AH(97D122D)代表小写字母代表小写字母azaz。常见的信息编码3.3.汉字编码汉字编码常见的信息编码3.3.汉字编码汉字编码 汉字编码比常用字符的编码要复杂得多，这是因为汉字的数量比较多，而且汉字的字形也是复杂多变。汉字输入码汉字输入码是

33、指用户从键盘上输入汉字时所使用的编码。汉字交换码（国标码）我国制定了“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，代号为“GB2312-80”，又称国标码。国标码规定，每个汉字由一个 国标码规定，每个汉字由一个2 2字节代码组成。每 字节代码组成。每个字节的最高位恒为 个字节的最高位恒为0 0，其余，其余7 7位用于组成各种不同的 位用于组成各种不同的码值。码值。啊啊 16160101 区号区号 位号位号 一级 一级3755 3755个（按拼音排）个（按拼音排）汉字（汉字（6763 6763）7445 7445 二级 二级3008 3008个（按部首 个（按部首排）排）符号（符号（682 682

34、）（拉丁文、俄文字母、日文假名、汉语拼音、）（拉丁文、俄文字母、日文假名、汉语拼音、希腊字母、标点、序号等）希腊字母、标点、序号等）汉字机内码汉字机内码，也称汉字内码，是指汉字在计算机中存储、加工、处理时所用的代码。汉字机内码以汉字国标码为基础，在得到汉字国标码后，将汉字国标码的每个最高位置加1，就得到了汉字机内码。汉字两字节的机内码和国标码有一个对应关系国标码+8080(H)=机内码例如:“重”字国标码是3122(H)，它的机内码是3122(H)+8080(H)=B1A2(H)汉字字形码汉字字形码即汉字输出码，用于显示或打印汉字时产生字形。汉字的字形称为字模，以点阵表示。点阵中的点对应存储器中的一位，对于1616点阵的汉字，其有256个点，即256位。由于计算机中，8个二进制位作为一个字节，所以1616点阵汉字需要216=32字节表示一个汉字的点阵数字信息（字模）。点阵数越大，分辨率越高，字形越美观，但占用的存储空间越多。