第1章计算机基础

1、第第1 1章章 计算机基础知识计算机基础知识http:/第1章 计算机基础知识计算机发展概述计算机发展概述 1数制和信息编码数制和信息编码2微型计算机微型计算机 见教材第见教材第8章章8.1、8.23 343http:/1.1 计算机发展概述v计算机的发展史v计算机的特点v计算机的分类v计算机的应用v计算机的硬件系统v计算机的软件系统v计算机的工作原理主要知识点：http:/1.1 计算机发展概述v学习目标w了解计算机的发展历史、分类和应用。了解计算机的发展历史、分类和应用。w理解冯理解冯诺依曼计算机的设计思想与原理，掌握诺依曼计算机的设计思想与原理，掌握计算机的组成和工作原理。计算机的组成和

2、工作原理。w了解计算机系统的组成，正确理解计算机硬、了解计算机系统的组成，正确理解计算机硬、软件系统的功能及其相互间的联系。软件系统的功能及其相互间的联系。w能熟练掌握与运用各种数制以及掌握各种数制能熟练掌握与运用各种数制以及掌握各种数制之间的相互转化。之间的相互转化。w熟练掌握原码、反码和补码的概念以及补码运熟练掌握原码、反码和补码的概念以及补码运算。算。http:/1.1 计算机发展概述包括包括18000个电子管和个电子管和1500个继电器个继电器 耗电耗电150千瓦千瓦 重重30吨，占地面积吨，占地面积170平方米平方米 运算速度运算速度5000次次/秒秒价值价值40万美元万美元 eni

3、ac埃尼阿科v计算机的发展史计算机的发展史 世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机( (电子数值积分计算机电子数值积分计算机) )的诞生，的诞生，标识了计标识了计算机时代的到来！算机时代的到来！http:/1.1 计算机发展概述计算机发展的五个阶段代次代次年份年份名称名称典型产品典型产品主要性能主要性能说明说明11951-1958真空管真空管计算机计算机通用自动计算通用自动计算机机univac单片上集成几单片上集成几千只真空管千只真空管散热巨大，亟散热巨大，亟待改进待改进21959-1964晶体管晶体管计算机计算机贝尔实验室第贝尔实验室第一台通用晶体一台通用晶体管计算机管计算机单片上集成

4、单片上集成800多只晶体管多只晶体管散热减少，处散热减少，处理加快，获诺理加快，获诺贝尔奖贝尔奖31965-1970集成电路集成电路计算机计算机intel4004 ibm360系列系列单片上集成几单片上集成几千只晶体管千只晶体管体积更小、速体积更小、速度更快、可靠度更快、可靠性更高性更高41971-至今至今超大规模超大规模集成电路集成电路计算机计算机intel与与amd等等系列微型计算系列微型计算机机单片上集成达单片上集成达几千万只以上几千万只以上晶体管晶体管推动计算机微推动计算机微型化向更高层型化向更高层次发展次发展5未来未来人工智能人工智能计算机计算机目前尚无典型目前尚无典型产品产品追求模

5、拟人脑追求模拟人脑高级思维功能高级思维功能http:/1.1 计算机发展概述运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高具有记忆能力具有记忆能力具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力具有自动执行程序的能力具有自动执行程序的能力计算机计算机的特点的特点v计算机的特点计算机的特点 电子计算机是一种具有极快的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和电子计算机是一种具有极快的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和逻辑判断能力，由程序自动控制操作过程的电子装置。逻辑判断能力，由程序自动控制操作过程的电子装置。http:/1.1 计算机发展概述v计算机的分类计算机的分类巨型机（巨型机（super computer）小

6、巨型机（小巨型机（mini super computer）小型机（小型机（mini computer）微型机（微型机（microcomputer）计算机计算机的分类的分类工作站（工作站（workstation）大型机（大型机（mainframe computer）http:/1.1 计算机发展概述v计算机的应用计算机的应用数值计算（或称科学计算）数值计算（或称科学计算）数据处理数据处理(或称信息处理或称信息处理)计算机辅助系统计算机辅助系统（cad、cam、cai）人工智能和办公室自动化人工智能和办公室自动化计算机计算机的应用的应用计算机网络和多媒体技术计算机网络和多媒体技术过程控制（或称实时

7、控制）过程控制（或称实时控制）http:/1.1计算机发展概述硬件系统硬件系统构成计算机的构成计算机的各种看得见、各种看得见、摸得着的物理摸得着的物理装置装置 计算机系统计算机系统软件系统软件系统为运行、维护为运行、维护、管理、应用、管理、应用计算机所编制计算机所编制的所有程序和的所有程序和数据的集合数据的集合。v计算机系统组成计算机系统组成http:/1.1计算机发展概述v计算机系统组成计算机系统组成http:/1.1计算机发展概述v计算机硬件系统计算机硬件系统 计算机硬件系统一般由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 。http:/主主 机机外部设备外部设备计算机硬件系统

8、结构图计算机硬件系统结构图运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器外存储器外存储器存储器存储器输出设备输出设备硬硬 件件cpu硬件系统硬件系统输入设备输入设备1.1计算机发展概述http:/硬件主机主机外部设备外部设备i/oi/o接口外存储器输入设备输出设备cpu运算器控制器总线硬件系统硬件系统1.1计算机发展概述http:/立式机箱立式机箱卧式机箱内部构造卧式机箱内部构造硬件系统硬件系统1.1计算机发展概述http:/1.1计算机发展概述v计算机软件系统计算机软件系统操作系统（os）：软、硬资源管理者；用户和计算机之间的接口 。 语言处理程序数据库管理系统机器语言 汇编语言 高级语言 系统软

9、件应用软件定制软件：针对具体应用而定制的软件，如图书管理系统 应用软件包：解决某些典型问题的应用程序的组合，如通用财 务管理软件包 通用软件：如word、excel、photoshop、powerpoint、 dreamweaver、flash、firework http:/1.1计算机系统概述v计算机工作原理计算机工作原理 美籍匈牙利数学家冯诺依曼（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，计算机依次自动

10、地执行程序。http:/1.1计算机系统概述程序存储程序存储 将需要执行的任务将需要执行的任务用程序设计语言写用程序设计语言写成程序，与需要处成程序，与需要处理的原始数据一起理的原始数据一起通过输入设备输入通过输入设备输入并存储在计算机的并存储在计算机的存储器中存储器中 。计算机工作原理计算机工作原理的核心的核心程序控制程序控制 在需要执行时，由控制器在需要执行时，由控制器取出程序并按照程序规定取出程序并按照程序规定的步骤或用户提出的要求的步骤或用户提出的要求，向计算机的有关部件发，向计算机的有关部件发布命令并控制它们执行相布命令并控制它们执行相应的操作，执行的过程不应的操作，执行的过程不需要

11、人工干预而自动连续需要人工干预而自动连续进行进行 。v计算机工作原理计算机工作原理返回http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数制的概念v几种常用的数制v二进制运算v常用数制间的转换v信息存储单位v数值数据的编码表示 v常见的信息编码主要知识点：http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数制的概念 数制也叫记数法，是人们用一组规定的符号和规则来表示数的方法。 计算机中采用二进制。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码2. 2. 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 在计算机中，以0或1两种取值表示的变量叫逻辑变量。它们不是代表教学中的“0”和“1”的数值大小，而是代

12、表所要研究的问题的两种状态或可能性，如电压的高或低、脉冲的有或无等。把逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。 逻辑运算包括3种基本运算：逻辑加法（“或”运算）、逻辑乘法（“与”运算）和逻辑否定（“非”运算）。 由这三种基本运算可以导出其他的逻辑运算，如异或运算、同或运算以及与或非运算等。这里只介绍4种逻辑运算：与运算、或运算、非运算及异或运算。 http:/ x=100, y=99 xy? 成立！成立！用用 “1”表示逻辑表示逻辑“真真”，“是是” 用用 “0”表示逻辑表示逻辑“假假”，“否否”a:b:a 比比 b 矮？矮？ 不成立！不成立！1和和0代表逻辑型数据代表逻辑型数据 逻辑数据及逻辑运算h

13、ttp:/ 三三、逻辑运算、逻辑运算“0”“假假”“1”“真真” 逻辑变量有两种状态：逻辑变量有两种状态： 研究事物的逻辑关系时，用研究事物的逻辑关系时，用逻辑变量逻辑变量代表各个事件。代表各个事件。 四、逻辑表达式四、逻辑表达式 逻辑运算符逻辑运算符连接逻辑变量，构成连接逻辑变量，构成逻辑表达式逻辑表达式，结果为逻辑值。，结果为逻辑值。开为开为 1关为关为 0逻辑型变量需要几个数据？逻辑型变量需要几个数据？ 二、逻辑变量http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码（1）与运算 与运算通常用符号或者表示。它的运算规则如下所示。v0 0=0或者00=0 ；读成0与0等于0v0 1=0或者01

14、=0 ；读成0与1等于0v1 0=0或者10=0 ；读成1与0等于0v1 1=1或者11=1 ；读成1与1等于1 可见，与运算表示只有参加运算的逻辑变量都同时为1时，其与运算结果才等于1。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码（2）或运算 或运算通常用符号或者表示。它的运算规则如下。v00=0或者00=0； 读成0或0等于0v01=1或者01=1； 读成0或1等于1v10=0或者10=1； 读成1或0等于1v11=1或者11=1； 读成1或1等于1 在给定的逻辑变量中，只要有一个1，或运算的结果就为1；只有逻辑变量都为0时，或运算的结果才为0。http:/1.2 数制和信息编码数制和

15、信息编码（3）非运算 非运算又称逻辑否定。它是在逻辑变量上方加一横线表示非，其运算规则如下如示。v 0 =1 ； 读成非0等于1v 1 =0 ； 读成非1等于0http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码（4）异或运算 异或运算通常用符号表示。它的运算规则如下所示。v0 0=0；读成0同0异或，结果为0。v0 1=1；读成0同1异或，结果为1。v1 0=1；读成1同0异或，结果为1。v1 1=0；读成1同1异或，结果为0。 在给定的两个逻辑变量中，只要两个逻辑变量相同，则异或运算的结果就为0；当两个逻辑变量不同时，异或运算的结果才为1. 注意，当两个多位逻辑变量进行逻辑运算时，只在对应位之

16、间按上述规则进行运算，不同位之间不发生任何关系，没有算术运算中的进位或借位关系 http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码（5）逻辑表达式的计算 用逻辑算符或括号将逻辑变量或逻辑常数连接而成的式子叫逻辑表达式，其值为逻辑值。求值过程应按照如下顺序进行： 如有括号，先括号内后括号外；逻辑运算的优先顺序为先“非”，后“与”，再“或”。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码【例1.5】已知a=0，b=1，c=1，求逻辑表达式 z=(abc)(ab)(bc)的值。 解： z=(abc)(ab)(bc) =(011)(01)(11) 代入相应值 =(001)(11)(10) =(0)(1

17、1) =01 =1 http:/s 按进位的原则进行计数按进位的原则进行计数s 逢逢n n进进1 1s 采用位权表示法采用位权表示法数数 制制定义：编码和数制编码和数制1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v 几种常用的数制 常用数制的书写规则常用数制的书写规则(1)(1)字母后缀字母后缀二进制数用b（binary）表示。八进制数用o（octonary）表示，字母o常用q代替。十进制数用d（decimal）表示。d一般可以省略。十六进制数用h（hexadecimal）表示。例如10011b、237q、8079和45abfh分别表示二进制、八进制、十

18、进制和十六进制。(2)(2)括号外面加下标括号外面加下标例如（10011）2、（237）8、（8079）10和（45abf）16分别表示二进制、八进制、十进制和十六进制。 http:/常用进位计数制表示方法常用进位计数制表示方法常用计数制的基数和数字符号常用计数制的基数和数字符号十进制 二进制 八进制十六进制基 数数字符号100920,18071609,a,b,c,d,e,f编码和数制编码和数制1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/数制间的转换数制间的转换十进制数十进制数非十进制数非十进制数非十进制数非十进制数十进制数十进制数二、八、十六进制之间的转换二、八、十六进制之间的转换编码和

19、数制编码和数制1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/ 8 75 3 8 9 1 8 1 1 0结果为：113余数法：余数法：除基数取余数、由下而上排列。示例示例1：十进制整数十进制整数 非十进制整数非十进制整数1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/2 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0示例示例2:结果为：结果为：1001011十进制整数十进制整数 非十进制整数非十进制整数1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/进位法：进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。示例：示例：0

20、.625 21.250 整数为1 20.50 整数为0 21.0整数为1 小数值为0结果为：结果为：101十进制小数十进制小数 非十进制小数非十进制小数1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/非十进制数非十进制数 十进制数十进制数1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/二进制二进制 十六进制十六进制 二、八与十六进制之间的转换二、八与十六进制之间的转换一位拆三位一位拆三位一位拆四位一位拆四位整数从右向左整数从右向左小数从左向右小数从左向右三位并一位三位并一位四位并一位四位并一位1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/0001 1011 0111.0100( 1b 7 .

21、 4 )16示例：示例：100 110 110 111 . 010 100( 4 6 6 7 . 2 4 )81.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v常用数制间的转换 利用操作系统控制面板中的计算器工具软件实现数制之间的转换 http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码1.2.4 信息存储单位 位（bit,b):二进制数据的最小单位 字节（byte,b):以8个二进制位组成一个字节 字（word):用来表示数据或信息的长度，由若干个字节组成 字长：组成一个字的位数http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v 信息存储单位1b1b（字节）（

22、字节）= 8b (= 8b (二进制位二进制位) )1kb1kb（千字节）（千字节）=2=21010b=1024bb=1024b1mb1mb（兆字节）（兆字节）=2=22020b=1024kbb=1024kb1gb1gb（千兆字节）（千兆字节）=2=23030b= 1024mbb= 1024mb1tb 1tb （兆兆字节）（兆兆字节） =2=24040b =1024gbb =1024gb例例 ：700mb=700700mb=700* *10241024* *1024b1024b = =734003200734003200b bhttp:/计算机编码计算机编码bcd码码（余三码（余三码 / 84

23、21码）码）国国标标码码（7445）ascii码码汉字编码汉字编码字符编码字符编码二进制编码二进制编码的十进制数的十进制数1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码1.2.5 常见的信息编码1. bcd码（二 - 十进制编码）2. ascii码 目前广泛使用的字符编码是美国标准信息交换代码，简称ascii码（american standard code for information interchange） 。ascii 码有 7 位 ascii 码和 8 位 ascll 码两种。 7位ascii码称为标准（基本）ascii码字符集， 由7位二进制数

24、对字符进行编码，即用0000000-1111111共128种不同的数码串分别表示常用的128个字符 。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v常见的信息编码2. ascii码 http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v常见的信息编码2. ascii码字符“a”的编码为1100001，对应的十进制数为97；字符“b”的编码值为98。字符“a”的编码为1000001，对应的十进制数为65；字符“b”的编码值为66。数字“0”的编码为0110000，对应的十进制数为48；字符“1”的编码值为49。控制符cr（carriage return，回车）的编码为0001101，对应的十进制

25、数为13。 http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v 常见的信息编码3. 汉字编码 汉字输入码汉字交换码汉字机内码汉字输出码返回http:/ 汉字输入汉字输入、处理和输出的过程中，各种处理和输出的过程中，各种代码的转换关系示意图如下：代码的转换关系示意图如下：v各种代码之间的关系键键盘盘通通 信信计算机计算机存存 储储处处 理理字模库汉字输入汉字输入汉字输出汉字输出交换码交换码外外码码 内码内码 地址码地址码 字形码字形码1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码1.2.6 带符号数的表示方式 数值数据是表示数量多少、数值大小的数据。 在计算

26、机中，采用数字化方式来表示数据，数据有无符号数和带符号数之分，其中带符号数根据其编码的不同又有原码、反码和补码等三种形式。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 机器数和真值 在计算机中一个数的数值部分和符号都要用在计算机中一个数的数值部分和符号都要用0 0、1 1编码。编码。通常通常, , 用数的最高位（用数的最高位（msbmost significant bitmsbmost significant bit）表示数的）表示数的正负正负 msb = 0, msb = 0, 表示正数表示正数, , 如如10111011表示为表示为0101101011； msb =

27、 1, msb = 1, 表示负数表示负数, , 如如10111011表示为表示为1101111011； 我们把一个数在机器内的二进制表示形式称为我们把一个数在机器内的二进制表示形式称为机器数机器数, ,而而把这个数本身称为该机器数的把这个数本身称为该机器数的真值真值，真值是用，真值是用“”,“,“”号加绝对值来表示数值的大小。如号加绝对值来表示数值的大小。如: : 机器数机器数: 01011: 01011和和 11011 11011 对应的真值对应的真值: : 10111011和和10111011http:/数据在计算机中的表示方式即：即：+77 0 1001101机器数机器数0100110

28、 1+77+77 符号位符号位真值真值机机器器数数/真真值值1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 带符号数和无符号数 带符号数带符号数: :它的最高位被用来表示该数的符号位它的最高位被用来表示该数的符号位, , 不不表示数值位。表示数值位。 无符号数无符号数: :用整个机器字长的全部二进制位均表示数用整个机器字长的全部二进制位均表示数值位值位, , 无符号位。无符号位。http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的原码表示 设二进制数的位数为 n1. 求法：先写出数的二进制式，再在最高位上用0和1代

29、替数的正负号。 +0原=0 0000000 -0原=1 00000002. 原码的表示范围 当n=8时，原码的表示范围是： +最大数原=0 1111111 -最大数原=1 1111111由此可得原码表示范围的公式是(2n11)(2n11)http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的原码表示 已知：a=+2，b=2，直接写出a,b的原码a原和b原，设n=8。 a = (+ 10)2，b = ( 10) 20 0 0 0 00 0 0 0 01 01 001 a原原 b原原http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的反码表示 设二进制数的

30、位数为 n1. 求法：正数的反码与原码相同；负数的反码对原码即得反码。 +0反=0 0000000 -0反=1 1111111 2. 反码的表示范围 当n=8时，反码的表示范围是： +最大数反=0 1111111 -最大数反=1 0000000由此可得反码表示范围的公式是(2n11)(2n11)http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的反码表示 已知：a=+2，b=2，直接写出a,b的原码a反和b反，设n=8。 a反 = a原 = (00000010)2； 先写出b的原码表示： b原：0 0 0 0 01 01 除符号位外，按位变反： b反：11 1 1 1 1

31、0 1http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的补码表示 设二进制数的位数为 n1. 求法：正数的补码与原码相同；负数的补码对原码即得补码。或者由反码加1也可求得补码。 2. 补码的表示范围 当n=8时，补码的表示范围是： +最大数补=0 1111111 -最大数补=1 0000000由此可得补码表示范围的公式是2n1(2n11)http:/1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数值数据的编码表示 数的补码表示 已知：a=+2，b=2，直接写出a,b的原码a补和b补，设n=8。 a补 = a原 = (00000010)2； 先写出b的原码表示： b原：0 0 0

32、 0 01 01 除符号位外，按位变反，末位加1 ： b补：11 1 1 1 11 0http:/1 0 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 0 11 0 1 1 0 0 1 1原原码码反反码码补码补码带带符符号号的的机机器器数数-77-77 原码原码反码反码补码补码数据在计算机中的表示方式1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/0100000010000011定点小数：定点小数：定点整数：定点整数：定定点点数数符号位符号位隐含小数位（隐含小数位（+0.5)符号位符号位隐含小数位（隐含小数位（-3)数据在计算机中的表示方式1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/31 30 24 23 22 31 30 24 23 22 0 0如：如：0.270.27e-2 + 0.27 e-2 + 0.27 * * 10 10-2-2浮浮点点数数阶符阶符 阶码阶码 数符数符 尾数尾数 阶码部分阶码部分 尾数部分尾数部分 数据在计算机中的表示方式1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/1.3 1.3 微型计算机微型计算机v微机的硬件组成v微机的主要性能指标v微机的选购v微机的组装主要知识点：http:/1.3 1.3 微型计算机微型计算机v微机的硬件组成 微型计算机（简称微机、个人计算机或pc机）是以