第1章 计算机概论

1、计算机概论单元单元 1 1学习目标了解计算机的发展、特点和应用掌握数制的概念及数制间的转换了解计算机中数据的二进制编码掌握码制及码制间的相互转换 计算机是一种能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备，由硬件系统和软件系统组成。 l 世界上第一台计算机是由美国的宾夕法尼亚大学于1946年研制成功的，称为ENIAC（埃尼阿克）。l 美籍数学家冯诺依曼提出了一个利用“二进制”数进行“存储程序”的计算机设计方案，奠定了计算机的结构理论体系。 冯诺依曼（John von Neumann）于1946年提出了计算机设计的三个基本思想： 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五

2、个基本部分组成。 采用二进制形式表示计算机的指令和数据。 将程序（由一系列指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序。（1）电子管时代（19461957年） 这一代计算机体积大、性能差、耗电多且运算速度慢，只能使用机器语言或汇编语言，主要用于科学计算。（2）晶体管时代（19581964年） 这一代计算机体积、重量和功耗都大为减小，运算速度和性能却大大提高。这个时期，同时出现了高级程序设计语言和编译系统，使计算机的应用扩大到信息处理和工业控制领域。（3）小规模集成电路时代（19651970年） 应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域。（4）大规模和超大规模集成电路时代（1971年至

3、今） 应用范围主要在办公自动化、数据库管理、图像动画（视频）处理、语音识别、国民经济各领域生产应用和国防系统等领域。巨型化微型化网络化多媒体化智能化 1、按规模划分：个人计算机、小型计算机、中型计算机、巨型计算机 2、按用途划分：专用机、通用机 3、按处理信号划分：模拟计算机、数字计算机 1、运行速度快 2、计算精度高 3、逻辑运算能力强 4、存储量大 5、自动化程度高 1.2 数制和信息编码 数制（number system）又称计数法，是人们用一组统一规定的符号和规则来表示数的方法。计数法通常使用的是进位计数制，即按进位的规则进行计数。在进位计数制中有“基数”和“位权”两个基本概念。 基数

4、（radix）是进位计数制中所用的数字符号的个数。例如，十进制的基数为10，逢10进一；二进制的基数为2，逢2进一。 位权位权是在进位计数制中，把基数的若干次幂称为位权，幂的方次随该位数字所在的位置而变化，整数部分从最低位开始依次为0、1、2、3、4、；小数部分从最高位开始依次为-1、-2、-3、-4、。 1234.5671103210231014100510-1610-2710-3几种常用的数制数 制基 数数 码进位规则十进制（D）100，1，2，3，4，5，6，7，8，9逢十进一二进制（B）20，1逢二进一八进制（O）80，1，2，3，4，5，6，7逢八进一十六进制（H）160，1，2，3

5、，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F逢十六进一2.常用数制之间的转换(1)将r进制转换为十进制 将r进制（如二进制、八进制和十六进制等）按位权展开并求和，便可得到等值的十进制数。【例】将(10010.011)2转换为十进制数。(10010.011)2 124+121+12-2+12-3(18.375)10【例】将(22.3)8转换为十进制数。(22.3)828128038-1(18.375)10【例】将(32CF.4B)16转换为十进制数。(32CF.4B)163163+2162+C161+F160+416-1+B16-2 3163+2162+12161+15160+416-1+1

6、116-2 (13007.292969)10 （2）将十进制转换为r进制方法如下：整数的转换采用“除以r取余”法，将待转换的十进制数连续除以r，直到商为0，每次得到的余数按相反的次序（即第一次除以r所得到的余数排在最低位，最后一次除以r所得到的余数排在最高位）排列起来就是相应的r进制数。小数的转换采用“乘以r取整”法，将被转换的十进制纯小数反复乘以r，每次相乘乘积的整数部分若为1，则r进制数的相应位为1；若整数部分为0，则相应位为0，由高位向低位逐次进行，直到剩下的纯小数部分为0或达到所要求的精度为止。对具有整数和小数两部分的十进制数，要用上述方法将其整数部分和小数部分分别进行转换，然后用小数

7、点连接起来。以二进制数为例，将十进制数19.8125转换为二进制数，转换方法如下：此处R=2。先用“除2取余法”转换整数部分19。即19D10011B。 再用“乘2取整法”转换小数部分0.812 5。合并结果可得：19.8125D10011.1101B。 整数对应的二进制位08125 2 16250 1 K-1 最高位06250 2 12500 1 K-202500 2 05000 0 K-305000 2 10000 1 K-4 最低位00000 即0.8125D0.1101B。 (3)二进制数转换为八进制数或十六进制数 以小数点为界向左和向右划分，小数点左边（整数部分）从右向左每三位（八进

8、制）或每四位（十六进制）一组构成一位八进制或十六进制数，位数不足三位或四位时最左边补0；小数点右边（小数部分）从左向右每三位（八进制）或每四位（十六进制）一组构成一位八进制或十六进制数，位数不足三位或四位时最右边补0。【例】将(10010.0111)2转换为八进制数。(10010.0111)2(010)(010).(011)(100) 2 2 . 3 4(4)八进制数或十六进制数转换为二进制数把一位八进制数用三位二进制数表示，把一位十六进制数用四位二进制数表示。【例】将(22.34)8转换为二进制数。2 2 . 3 4 (010)(010).(011)(100) (22.34)8(10010.

9、0111)2 (1)位（bit）和字节（byte） 在计算机中，表示数据的最小单位是一个二进制位（称为bit）；1个字节由8个二进制位组成，从右到左依次为07位，0位称为最低位，7位称为最高位。字节是计算机存储系统存取数据的最小单位。(2)字（word）和字长 计算机一次能作为一个整体处理的最大一组二进制位，称为计算机的一个“字”；一个字所包含的二进制位数称为“字长”。(1)(1)数的编码数的编码 数以某种表示方式存储在计算机中，称为“机器数”。机器数是以二进制数码0、1形式保存在有记忆功能的电子器件（触发器）中。(2)(2)字符编码（以字符编码（以ASCIIASCII码码为例）为例） ASC

10、II（American standard code for information interchange）码是美国标准信息交换代码的简称，也被国际标准化组织采用。ASCII码是一种7位二进制编码，用于给128个国际上通用的西文字符、数字符号、通用符号、控制符号编码。(3)(3)汉字编码汉字编码 随着计算机在我国的普及，必须使计算机具有汉子的信息处理功能。我国于1980年颁布了汉字编码方案信息交换汉字编码字符集 基本集，标准编号GB23121980，称为汉字交换码或简称国标码。国标码规定，每个汉字用两个字节的二进制编码，每个字节的最高位为0，其余7位用于表示汉字信息。 汉字编码包括，汉字输入码

11、、汉字机内码、汉字字形码、汉字地址码、汉字交换码（国标码）。l汉字输入码：也叫汉字外部码（外码），是用来将汉字输入到计算机中的一组键盘符号。l汉字区位码：由一个汉字的区号和位号组成，也是一种输入码。l汉字交换码（国标码）：是国家规定的用于汉字信息交换使用的代码的依据。汉字的国标码=汉字区位码+2020Hl 汉字机内码：又称为汉字内部码（内码）是计算机处理汉字时所用的代码。当计算机输入外部码时，一般都要转化为内部码才能进行处理和存储。汉字的机内码=汉字国际码+8080H【例】“大”字区位码为2083，求其机内码。解：将区号位号分别转换为十六进制，则区号为20D=14H,位号为83D=53H，则区

12、位码的十六进制为1453H； 国标码=1453H+2020H=3437H 机内码=3437H+8080H=B4F3H l 汉字字形码：是汉字的输出码，输出汉字时都采用图形方式。目前，在汉字信息处理系统中，大多以点阵方式形成汉字，所以汉字字形码就是确定一个汉字字形点阵的代码。全点阵字形中的每一点用一个二进制位来表示，随着字形点阵的不同，它们所需要的二进制位数也不同。【例】存储一个32*32点的汉字字形码，需要几个字节？ 解：1B=8bit 故需要32*32/8=128B 所谓码制，是指数据在计算机中进行运算时的表示方法。在计算机中如何表示负数？主要有三种表示方法：原码、反码、补码。1、原码：约定

13、一个机器字的最高位表示符号位，用0表示+，用1表示-。【例】N=+00000110， M=-00000100 则N原=00000110，M原=100001002、反码：正数的反码与原码相同，负数的反码是除符号位以外的其他各位按位取反。【例】N反=N原=00000110 M反=M原=111110113、补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为该数反码加1【例】N补=N原=00000110 M补=M原+1=11111011+1=11111100对于正数： X补=X反=X原对于负数： X补=X反+1=X原+1有了补码，就可以把减法运算转化为有了补码，就可以把减法运算转化为“加负数的补码加负数的补码”进行运算了。进行运算了。【例】12-17=？（默认计算机精度为8）解：12-17=12+（-17） （12）10=（00001100）2 （-17）10=（-00010001）2 12补=00001100原=（0