计算机基础内容提要:本章主要介绍了计算机的发展计算机的.pdf
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1、第 1 章 计 算 机 基 础 内 容 提 要:本 章 主 要 介 绍 了 计 算 机 的 发 展、计 算 机 的 基 本 结 构、计 算 机 的 编 码 和 个 人 计 算 机 的 组 成 部 分,着 重 介 绍 了 计 算 机 的 数 字 编 码 在 计 算 机 中 的 表 示 形 式 及 运 算。1.1 计 算 机 中 的 编 码 1.1.1 数 字 编 码 由 于 二 进 制 有 很 多 优 点,所 以 计 算 机 中 的 数 用 二 进 制 表 示,但 人 们 与 计 算 机 打 交 道 时 仍 然 习 惯 于 用 十 进 制,在 输 入 时 计 算 机 自 动 将 十 进 制 转
2、换 为 二 进 制,而 在 输 出 时 将 二 进 制 转 换 为 十 进 制。为 便 于 机 器 识 别 与 转 换,计 算 机 中 的 十 进 制 数 的 每 一 位 用 二 进 制 编 码 表 示,这 就 是 所 谓 的 十 进 制 数 的 二 进 制 编 码,简 称 二 一 十 进 制 编 码(BCD)。二 一 十 进 制 编 码 的 方 法 很 多,最 常 用 的 是 8421 BCD码。8421 BCD码 有 十 个 不 同 的 数 字 符 号,逢 十 进 位,每 位 BCD码 用 四 位 二 进 制 表 示。例 如:83.123 对 应 8421 BCD 码 是 1000 001
3、1.0001 0010 0011同 理,111 1001 0010.0010 0101 BCD码 对 应 的 十 进 制 数 十 792.25。表 1-1 BCD码 表 标 准 B C D 码 表 示 法 十 进 制 数 标 准 B C D 码 二 进 制 效 0 OOOO OOOO1 OOO1 OOOl2 0 0 1 0 OO1O3 OO1 1 O O ll4 O1OO O1OO5 O1O1 O1O16 O1 1O O l i o7 O1 1 1 O l l iS 1OOO 1OOO9 1OO1 1OO110 OOOl OOOO 1O1O11 OOO1 OOOl 1O1115 OOOl O1
4、O1 11 1 163 O l i o OO11 m i n94 1OO1()100 1O1111O1.1.2字 符 编 码 字 母、数 字、符 号 等 各 种 字 符 也 必 须 按 照 特 定 的 规 则 用 二 进 制 编 码 才 能 在 计 算 机 中 表 示。字 符 编 码 的 方 式 很 多,世 界 上 最 普 遍 采 用 的 一 种 字 符 编 码 是 ASII码(美 国 信 息 交 换 标 准 码)。ASCH码 用 7 位 二 进 制 编 码,它 有 128种 组 合,可 以 表 示 128种 字 符。包 括 09,十 个 阿 拉 伯 数 字 字 符,大、小 写 英 文 字 母
5、(72个),常 用 标 点 符 号 和 各 种 控 制 字 符,参 见 附 录 1。在 计 算 机 中 用 一 个 字 节 表 示 一 个 ASCII码 字 符,最 高 位 置 为 0。例 如,0011000000111001(即 30H39H)是 数 字 09的 ASCII码,而 0100000厂 01011010(即 41H5AH)是 大 写 英 文 字 母 AZ的 ASCH码。详 见 下 表。表 1-2 ASCII字 符 表 列列 000 1 I 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7位 765-1 4321000 001 010 Oil 100 101 110 1 1 1000
6、0 NUL DLE SP 0 P、P0001 SOH DCl11 A Q aq0010 STX DC2 2 B R b r0011 ETX DC3#3 C S c s0100 EOT DC4$4 D T d t0101 ENQ NAK%5 E U e u0110 ACK SYN&6 F V f V0111 BEL ETB 7 G wgw1000 BS CAN(8 H X h X1001 HT EM)9 I Yiy1010 LF SUB*J z j z1011 VT ESC+9K1k(1100 FF FS Nan 11 1 1 SI US/?0i0 DEL1.1.3 汉 字 编 码用 计 算 机
7、 处 理 汉 字,每 个 汉 字 必 须 用 代 码 表 示。键 盘 输 入 汉 字 是 输 入 汉 字 的 外 部 码。外 部 码 必 须 转 换 为 内 部 码 才 能 在 计 算 机 内 进 行 存 储 和 处 理。为 了 将 汉 字 以 点 阵 的 形 式 输 出,还 要 将 内 部 码 转 换 为 字 型 码。不 同 的 汉 字 处 理 系 统 之 间 交 换 信 息 采 用 交 换 码。(1)外 部 码 汉 字 主 要 是 从 键 盘 输 入,每 个 汉 字 对 应 一 个 外 部 码,外 部 码 是 计 算 机 输 入 汉 字 的 代 码,是 代 表 某 一 个 汉 字 的 一
8、组 键 盘 符 号 外 部 码 也 叫 输 入 码。汉 字 的 输 入 方 式 不 同,同 一 个 汉 字 的 外 部 码 可 能 不 一 样。目 前 已 有 数 百 种 汉 字 外 部 码 的 编 码 方 案,大 致 可 以 归 纳 为 四 种 类 型:数 字 吗、音 码、形 码 和 音 形 码。数 字 吗 是 将 汉 字 按 照 某 种 规 律 排 序,然 后 赋 予 它 们 数 字 编 号,这 个 数 字 编 号 就 作 为 汉 字 的 编 码。常 见 的 数 字 码,如 区 位 码 等,这 种 编 码 方 式 无 重 码,可 以 找 到 其 他 编 码 方 式 难 于 找 到 的 汉
9、字,但 难 于 记 忆,要 有 手 册 备 查。音 码 是 以 汉 语 拼 音 作 为 汉 字 的 编 码,只 要 学 过 汉 语 拼 音,一 般 不 需 要 经 过 专 门 训 练 就 可 以 掌 握,但 是,用 拼 音 方 法 输 入 汉 字 同 音 字 很 多,需 要 选 字,影 像 输 入 速 度,不 知 道 读 音 的 汉 字 也 无 法 输 入。形 码 是 一 个 汉 字 拆 成 若 干 偏 旁、部 首、字 根,或 者 拆 成 若 干 笔 画,使 偏 旁、部 首、字 根 或 笔 画 与 键 盘 对 应 编 码,按 字 型 敲 键 输 入 汉 字。形 码 输 入 汉 字 重 码 率
10、低、速 度 快,只 要 能 看 到 的 字 行 就 可 以 拆 分 输 入,但 必 须 要 经 过 专 门 训 练,并 且 需 要 记 忆 大 量 的 编 码 规 律 和 汉 字 拆 分 原 则。最 常 见 的 形 码 方 案 有 五 笔 字 型 码 等。音 形 码 是 拼 音 和 字 型 相 结 合 的 一 种 汉 字 编 码 方 案,如 自 然 码、钱 码 等。(2)内 部 码 汉 字 内 部 码 也 称 汉 字 内 码 或 汉 字 机 内 码。在 不 同 的 汉 字 输 入 方 案 中,统 一 汉 字 的 外 部 码 不 同。但 同 一 汉 字 的 内 部 码 是 惟 一 的。内 部 码
11、 通 常 使 用 其 在 汉 字 字 库 中 的 物 理 位 置 标 示,可 以 用 汉 字 在 汉 字 字 库 中 的 符 号 或 者 用 汉 字 在 汉 字 字 库 的 存 储 位 置 标 示。汉 字 在 计 算 机 中 至 少 要 用 两 个 字 节 表 示(有 用 三 字 节、四 字 节 表 示 的),在 微 型 计 算 机 中 常 用 的 是 两 字 节 汉 字 内 码 两 字 节 汉 字 内 码,就 是 汉 字 的 国 标 码(用 两 个 7位 编 码)的 两 个 字 节 的 最 高 位 都 改 为“1”形 成 的。例 如 汉 字“啊”,国 标 码 为 0110000,010000
12、01,即 30H,21H;内 部 码 为 10110000,10100001,即 BOH,A Ilk在 计 算 机 中 通 常 处 理 的 是 以 ASCII码 表 示 的 字 符,一 个 字 符 在 机 器 内 以 一 个 字 节 的 二 进 制 编 码 表 示。实 际 上 ASCII码 只 需 7位,故 在 计 算 机 内 的 字 符 编 码 的 最 高 位 是“0”。由 此 可 见,以 字 节 的 最 高 位 是 0还 是 1。很 容 易 区 分 是 ASCII字 符 还 是 汉 字。(3)交 换 码 计 算 机 之 间 或 计 算 机 与 终 端 之 间 交 换 信 息 的 时,要 求
13、 其 间 传 送 的 汉 字 代 码 信 息 要 完 全 一 致。为 此,国 家 根 据 汉 字 的 常 用 程 度 定 出 了 一 级 和 二 级 汉 字 字 符 集,并 规 定 了 编 码,这 就 是 国 标 GB2312-80 信 息 交 换 用 汉 字 编 码 字 符 集 基 本 集,GB2312-80中 的 汉 字 的 编 码 即 国 标 码。该 标 准 编 码 字 符 集 共 收 录 汉 字 和 图 形 符 号 7445个,其 中 包 括:一 般 符 号 202个,包 括 间 隙 符、标 点、运 算 符、单 位 符 号 和 制 表 符 等。符 号 6 0个,包 括 1.20.(2
14、0个),(1)(20)(2 0个),(1 0个)和(一)(十)(10 个)。数 字 2 2个,包 括 0 9和 I XU。英 文 字 母 5 2个,大、小 写 各 2 6个。日 文 假 名 169个,其 中 平 假 名 8 3个,片 假 名 8 6个。希 腊 字 母 4 8个,其 中 大、小 写 各 2 4个。俄 文 字 母 6 6个,其 中 大、小 写 各 3 3个。汉 字 拼 音 符 号 2 6个。汉 字 注 音 字 母 3 7个。汉 字 6763个。这 些 汉 字 分 为 两 级,第 一 级 汉 字 3755个,第 二 级 汉 字 3008个。这 个 字 符 集 中 的 任 何 一 个
15、图 形、符 号 及 汉 字 都 是 用 两 个 7位 的 字 节 表 示(在 计 算 机 中 当 然 用 两 个 8位 字 节,每 个 字 节 的 最 高 位 为 1来 表 示)。其 中 汉 字 占 6763个。第 一 级 汉 字 3755个,按 汉 语 拼 音 字 母 顺 序 排 列,同 音 字 以 笔 画 顺 序 为 序;第 二 级 汉 字 3008个,按 照 部 首 顺 序 排 列。GB2312-80中,7445个 字 符 和 汉 字 分 布 在 8 7个 区 中,每 区 最 多 9 4个 字 符。分 布 情 况 如 下:1-9 区 图 形 字 符 1 0-1 5区 空 间 未 用 16
16、 5 5区 一 级 汉 字 56 8 7区 二 级 汉 字 在 GB2312-80标 准 中,对 每 个 图 形 字 符 或 汉 字 给 出 了 两 种 汉 子 代 码。一 种 是 用 两 个 字 节 二 进 制 数 给 出 的 国 标 码(即 内 部 码 中 所 用 到 的);另 一 种 是 四 位 十 进 制 区 位 码,其 中 高 2位 是 某 种 字 符 或 者 汉 字 所 在 的 区 号,低 2 位 是 在 区 中 的 位 置 号。例 如“啊”字 的 国 标 码 是 3021 H,区 位 码 是 1601IL(4)输 出 码 汉 字 输 出 码 又 称 汉 字 字 型 码 或 汉 字
17、 发 生 器 的 编 码。众 所 周 知,汉 字 无 论 字 形 有 多 少 变 化,也 无 论 笔 划 有 多 有 少,都 可 以 写 在 一 个 方 块 中;一 个 方 块 可 以 看 做 m 行 n 列 的 矩 阵,称 为 点 阵。一 个 m 行 n 列 的 点 阵 共 有 m X n 个 点。例 如 16X16点 阵 的 汉 字,共 有 256个 点。每 个 点 可 以 是 黑 点 或 者 非 黑 点,凡 是 笔 划 经 过 的 点 用 黑 点,于 是 利 用 点 阵 描 绘 出 了 汉 字 字 形,汉 字 的 点 阵 字 形 在 计 算 机 中 称 为 字 模。在 计 算 中 用 一
18、 组 二 进 制 数 字 表 示 点 阵,用 二 进 制 数 1表 示 点 阵 中 的 黑 点,用 二 进 制 数 0 表 示 点 阵 中 的 非 黑 点。一 个 16X16点 阵 的 汉 字 可 以 用 16X16=256位 的 二 进 制 数 来 表 示,这 种 用 二 进 制 数 来 表 示 汉 字 点 阵 的 方 法 称 为 点 阵 的 数 字 化。汉 字 字 形 经 过 点 阵 的 数 字 化 后 转 换 成 一 串 数 字,称 为 汉 字 的 输 出 码。图 1 1 汉 字“中”的 1 6 X 1 6点 阵 字 模 同 一 汉 字 的 输 出 码,即 字 型 码,因 选 择 点 阵
19、 的 不 同 而 不 同。一 个 字 节 包 含 8 和 二 进 位,所 以 16X16点 阵 汉 字 需 要 2X16=32个 字 节 表 示;24X24点 阵 汉 字 需 要 3X24=72个 字 节 表 示;32X32点 阵 汉 字 需 要 4X32=128个 字 节 表 示。点 阵 的 行 列 数 越 多,所 描 绘 的 汉 字 越 精 细,但 占 用 的 存 储 空 间 越 多。16X16点 阵 基 本 能 表 示 GB2312-80中 的 所 有 简 体 汉 字。24X24点 阵 则 能 表 示 宋 体、楷 体、黑 体 等 多 字 体 的 汉 字。这 两 种 点 阵 是 比 较 常
20、 见 的 点 阵,前 一 种 一 般 用 于 显 示,而 后 一 种 一 般 用 于 打 印。除 此 之 外,还 有 32X32、40X40、48X48、64X64、48X72、96X96和 108X 108等 点 阵,这 些 主 要 用 于 印 刷。1.2 计 算 机 的 发 展 与 分 类 1.2.1 计 算 机 的 发 展 自 1946年 世 界 上 第 一 台 电 子 计 算 机 问 世 以 来,计 算 机 技 术 得 到 了 突 飞 猛 记 得 发 展。短 短 40多 年 的 时 间,已 经 历 了 四 代 的 更 替:电 子 计 算 机、晶 体 管 计 算 机、集 成 电 路 计
21、算 机 和 大 规 模、超 大 规 模 集 成 电 路 计 算 机。20世 纪 80年 代 初 日 本 和 美 国 又 分 别 宣 布 了 第 五 代“非 冯 诺 依 曼”计 算 机 和 第 六 代“神 经”计 算 机 的 研 制 计 划。计 算 机 按 其 性 能、价 格 和 体 积 的 不 同,一 般 分 为 5 大 类:巨 型 机、大 型 机、中 型 机、小 型 机 和 微 型 计 算 机。微 型 计 算 机 是 20世 纪 70年 代 初 研 制 成 功 的。一 方 面 由 于 军 事、空 间 及 自 动 化 技 术 的 发 展 需 要 体 积 小、功 耗 低、可 靠 性 高 的 计
22、算 机,另 一 方 面,大 规 模 集 成 电 路 技 术 的 不 断 发 展 也 为 微 型 计 算 机 的 产 生 打 下 了 坚 实 的 物 质 基 础。微 处 理 器 是 微 型 计 算 机 的 核 心 芯 片,通 常 简 称 为 口 P 或 MP(MicroProcessor),它 是 将 计 算 机 中 的 运 算 器 和 控 制 器 集 成 在 一 片 硅 片 上 制 成 的 集 成 电 路。这 样 的 芯 片 也 被 称 为 中 央 处 理 单 元,简 称 为 CPU(Central Processing Unit),微 型 计 算 机 简 称 为 口 C 或 MC(Micro
23、 Computer),它 是 有 微 处 理 器、适 量 内 存 和 I/O接 口 电 路 组 成 的 计 算 机。30多 年 来,微 处 理 器 和 微 型 计 算 机 获 得 了 极 快 的 发 展,几 乎 每 两 年 微 处 理 器 的 集 成 度 翻 一 番,每 24年 更 新 换 代 一 次,现 已 进 入 第 六 代。第 一 代(19711973年)4 位 或 低 档 8 位 微 处 理 器 1971年 美 国 Intel公 司 研 制 成 功 的 4004是 集 成 度 为 2000个 晶 体 管、片 的 4 位 微 处 理。1972年 Intel公 司 推 出 低 档 8 位
24、的 8008也 属 于 第 一 代 微 处 理 器 产 品。第 一 代 微 处 理 器 的 指 令 系 统 比 较 简 单,运 算 能 力 差、速 度 慢(基 本 指 令 的 执 行 时 间 为 1020us),但 价 格 低 廉。软 件 主 要 使 用 机 器 语 言 及 简 单 的 汇 编 语 言。第 二 代(19741978年)中 高 档 8 位 微 处 理 器 微 处 理 器 问 世 后,众 多 公 司 纷 纷 研 制 微 处 理 器,逐 步 形 成 以 Intel公 司、Motorola公 司、Zilog公 司 产 品 为 代 表 的 三 大 系 列 微 处 理 器。1973年 到
25、1975年,中 档 微 处 理 器 以 Intel8080、Motorola的 MC6800为 代 表。1976年 到 1978年,出 现 高 档 8 位 微 处 理 器,典 型 产 品 位 Intel 8085、Z80 和 MC6809。第 二 代 微 处 理 器 比 第 一 代 有 了 较 多 改 进,集 成 度 提 高 14倍,运 算 速 度 提 高 1015倍,指 令 系 统 相 对 比 较 完 善,已 具 有 典 型 的 计 算 机 体 系 结 构 以 及 中 断、存 储 器 直 接 存 取(DMA)功 能。软 件 除 汇 编 语 言 外,还 可 以 使 用 BASIC、FORTRA
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