运算机基础知识教案

1、第1章运算机基础知识§1.运算机的进展电子运算机简介第1台电子数字运算机P11946年由美国的宾夕法尼亚大学采纳真空管建造一台电子运算机，帮忙军方计算弹道轨迹（科学计算），名为ENIAC,它被公以为世界上第一台现代意义上的运算机。如图1T所示。ENIAC本身存在两大缺点：P2没有存储器；用布线接板进行操纵，电路连线繁琐耗时。ENIAC项目的一个研究人员冯.诺依曼，研制了EDVAC运算机，它的要紧特点:运算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式寄存在运算机的存储器中；程序和数据寄存在存储器中，运算机执行程序时，无需人工干与，能自动、持续地执行，并取得预期的结果。冯.诺依曼原理和思想

2、P2运算机必需有输入、存储、运算、操纵和输出五部份组成。今天运算机的大体结构仍然采纳冯.诺依曼提出的原理和思想。运算机进展的四个时期表1-1P3依照运算机所采纳的物理器件，将运算机进展分为四个时期:代部件第一阶段(1946-1959)第二阶段(1959-1964)第三阶段(1964-1972)第四阶段（1972至今）主要电子器件电子管晶体管中小规模集成电路大、超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片、纸带磁带磁带、磁盘磁盘、磁带、光盘处理速度(每秒指令数)几千条几万至几十万条几十万至儿白万条上千万至万亿条此刻的微型机、巨型机属于第四时期的运算机。我国运算机

3、研制情形P41958年研制出第一台电子管运算机;1964年研制出第二代晶体管运算机；1971年研制出第三代集成电路运算机;1977年研制出第一台微型运算机DJS050；我国自主研制的巨型运算机有“银河”、“曙光”和“神威”三大系列。例如:国际TOP500组织发布了最新全世界超级运算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”比第二名美国的“泰坦”快近一倍的速度再度轻松登上榜首。运算机的特点、用途和分类1.运算机的特点：P4-P5(1)高速、精准的运算能力。(2)准确的逻辑判定能力：运算性能够进行逻辑处置，即能够“试探”，如信息查询等方面，能够依照要求进行匹配检索。(3)壮大的存

4、储能力：它能够轻易地“记住”一个大型图书馆的所有资料。(4)自动功能(通进程序操纵运算机运行)o(5)网络与通信功能。2.运算机的应用(8方面)：P5-P6名称说明科学/数值计算是最早的应用。如人类基因序列分析计划、人造卫星的轨道测算、天气预测报告等。数据/信息处理对各种形式的信息(数据、文字、图像、声音等)收集、输入、分类、存储、合并、整理、统计、报表、检索查询等。过程控制对生产过程、制造过程或运行过程进行检测与控制，使被控对象能够正确地完成生产、制造或运行。计算机辅助主要有：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM),计算机辅助教育(CAI),计算机辅助技术/测试(CAT),计算机

5、仿真模拟(如核爆炸和地震灾害的模拟)。网络通讯通过网络，人们坐在家里通过计算机可预订机票、可购物等。人工智能利用计算机进行图像和物体的识别，模拟人类的学习过程和探索过程。如机器翻译、智能机器人等。多媒体应用人和计算机交互进行多种媒介信息的捕获、传输、转换、编辑、存储、管理等。嵌入式系统特殊的计算机用于不同的设备中，完成特定的处理任务。如数码相机、数码摄像机都使用了不同功能的处理器。3.运算机的类型：P7-P8按运算机性能、规模和处置能力分类(5类):巨型(超级)机：是速度最快、处置能力最强的运算机。大型通用机：是具有较高的运算速度、极强的综合处置能力和极大性能覆盖。微型机：因其小、轻、利用方便

6、、价钱廉价等优势，成为运算机的主流。工作站：是一种高级的微型运算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量专门大的内存储器和外部存储器，并具有较强的信息处置功能和高性能的图形、图像处置功能及联网功能。效劳器：作为网络的结点，存储、处置网络上80%的数据、信息，被称为网络的灵魂。计算科学研究与应用人工智能P9研究如何让运算机完成过去只有人材能做的智能工作，核心目标是给予运算机人脑一样的智能。如指纹识别技术。网格计算P9它是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级运算机”，其中每一台参与计算的运算机确实是一个“结点”，而整个计算是由成千上万个“结点”组织成的“一张网格、中间件技术P

7、10是介于应用软件和操作系统之间的系统软件，在客户机C和效劳器S之间增加的一组效劳。见图-2所示。云计算P10是散布式计算、网格计算、并行计算、网络存储及虚拟化运算机和网络技术进展融合的产物。它的组成包括硬件、软件和效劳。以后运算机的进展趋势电子运算机的进展方向PU名称说明巨型化是计算速度更快、存储容量更大、功能更完善、可靠性更高的计算机。微型化从过去的台式机向便携机、掌上机、膝上机发展，其低廉的价格、方便的使用、丰富的软件，使其受到人们的青睐。网络化把分散在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以共享软件、硬件和数据资源。性能更好。智能化智能计算机模拟人的感觉和思维过程的能力。信息

8、技术信息技术的概念P14信息的搜集、加工、存储、传输和利用进程中的每一种技术。现代信息技术的进展趋势P15【字化：当信息被数字化并经由数字网络流通时，一个拥有无全新世界便由此揭开序幕。多媒体化：多媒体技术将文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与运算机集成在一路，使运算机的应用进入文、图、声、影集成处置。高速度、网络化、宽频带智能化§2.信息的表示与存储数据与信息数据：数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。P16信息：既是对各类事物的转变和特点的反映，又是事物之间彼此作用和联系的表征。P16数据与信息的区别：数据处置以后产生的结果为信息，信息具有针对性、时效性。P16运算

9、机中的数据运算机内部信息均采纳二进制表示，但运算机与外界交往仍采纳人们熟悉和便于阅读的形式，如十进制数据、文字和图形描述，需要转换。钠入设备数4直十一二进制j转推>西文 ASCII-6汉字碗入叫一出1,内码>声音图像模数，转地内存二连制)二一"h进制转烈数值西文字形码、西文汉字字形图汉字数/模转换声在-图像图1-4弁类数甥柞计算机中的转换过程运算机中的数据的单位1 .位b(bit)P17位b是气宇数据的最小单位，代码只有。和L在CPU中都是1位。2 .字节B(Byte)P17一个字节B由八位二进制数字组成。字节是信息组织和存储的大体单位，也是运算机体系结构的大体单位。存储

10、器经常使用的单位P17千字节KB:1KB=1O24B兆字节MB:1MB=1O24KB吉字节GB:1GB=1O24MB太字节TB:1TB=1O24GB3 .字长P17是运算机一次能够同时处置的二进制位数。通常有8位、16位、32位、64位、128位等。运算机字长越长，运算机的数据处置速度越快。进位计数制及其转换1 .进位计数制基数：若是数制采纳R个大体符号表示数值，那么称为R数制，R称为该数制的基数。数码：一数制中都有固定的大体符号，称为“数码”。权：处于不同位置的数码代表的值不同，与它所在的位置的“权”值有关。运算机中经常使用的几种进位计数制的表示P18名称说明二进制数（数尾加B）基数：2；数

11、码：0、1；权:2'八进制数（数尾加0）基数：8；数码：0、1、2、3、4、5、6、7；权：8,；十进制数（数尾加D）基数：10;数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；权：10十六进制数（数尾加H）基数：16；数码：0、1、23、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；权：16，2.R进制转换为十进制方式：将R进制的数按权展开求和。P19例：(234)H=(2X162+3X161+4X16°)D=(512+48+4)D=(564)D(234) 0=(2X82+3X8x+4X8°)D=(128+24+4)D=(156)D(10110)B=(1X24+0

12、X23+lX22+lX2,0X2°)D=(16+4+2)D=(22)D3.十进制转换为R进制方式：P20将十进制整数部份转换成R进制数，采纳“除R取余”法。即将十进制整数持续除以R取余数，直到商为0,余数从右到左排列。小数部份转换成R进制数采纳“乘R取整”法。即将十进制小数不断乘以R取整数，直到小数点部份为。或达到要求的精度为止，所得的整数从小数点以后自左往右排列。转换例：P20将225.8125转换成二进制数箱数部分取余2 | 2252 |1122 | 56212822 |32巨0余工低位余0余0余0 余。余工余1小数部分取整： 0-8125取策数高位X2个1.62501X21.2

13、5001，20.50000X.21, 00001低位转换的结果为：(225.8125D=(111OOOO11.1101)32. 5二进制、八进制、十六进制之间的转换转换例：P21-P22将二进制（.11010DB转换成八进制数分3位一组(010101101)B=0 将二进制(.110101)B转换成十六进制数分4位一组(10100100)B=H 将八进制0转换成二进制数1位用3位表示0=(010111Oil01Q)B 将十六进制H转换成二进制数1位用4位表示H=(0010110101010100)B字符的编码字符包括西文字符(字母、数字、各类符号)和中文字符。1 .西文字符的编码P22运算机中

14、最经常使用的字符编码是ASCII(美国信息互换标准互换代码)。有7位码和8位码两种版本。国际通用的是7位ASCII码(用一个字节的低7位)o表1-6是7为ASCII码表。P22-P23一个字符的7位码是b6b5b4b3b2bh，如字符，A'的码是1000001,'a'的码是1100001oASCH码，包括94个是可打印字符，34个是非打印字符，称操纵字符。2 .汉字的编码GB码P23我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB2312-80,简称GB码。它包括6763个最经常使用汉字，分为两级：一级汉字3755个，按汉语拼音排列；二级汉字有3008个，按偏旁部首排列。一个

15、国标码用两个字节来表示。区位码P23代码表分为94个区和每各区94个位来表示，别离由两个字节表示区号和位号。由区号(1-94)和位号(1-94)组成了区位码。如“中”的十进制数区号是54,位号是48,连起来是5448D。区位码与国标码的转换P24转换的方式：先将一个汉字的十进制区号和位号别离转换成十六进制；然后别离加上十六进制数20H。例，汉字“中”的区位码：5448D,转成十六进制数：3630H其国标码：3630H+2020HW650HBIG5码:P24是中国台湾、香港等地域利用的繁体字汉字的编码。GBK码（扩展汉字编码）P241995年发布了GBK编码，对GB231280扩展，共收录了21

16、003个汉字，支持ISO10646中的全数中日韩汉字，也包括了BIG5（台港澳）编码中的所有汉字。Windows95/98/2000/XP都支持GBK编码。3 .汉字的处置进程运算机对汉字信息的处置进程事实上是各类汉字编码间的转换进程。P24图1-5汉字信息处理系统的模型1）汉字输入码P24-P25是将汉字输入运算机而编制的代码，也叫外码。目前经常使用的输入法大致有音码、形码、语音输入、手写输入或扫描输入等。例，汉字“中”全拼输入码是“zhong”，双拼输入码是“vs”，五笔形输入码是“ks”。各类不同输入码通过输入字典转换统一到国标码。2）GB内码P25机内码是运算机内部对汉字进行存储、处置

17、的汉字代码。是将国标码的2个字节的最高二进制位置“1”，以幸免与单个字节的ASCII码产生歧义。即汉字国标码的每一个字节加上80H（二进制数为）o汉字的内码二汉字的国标码H+8080H。汉字的内码二汉字的区位码H+AOAOHo例如汉字“中”的内码:“中”的国标码5650H+8080H=D6D0H4 .汉字字形码P25汉字字形码又称为汉字字模，用于汉字在显示屏或打印机输出。用点阵表示字形时，汉字字形确实是汉字的点阵的代码。有简易型汉字为16x16点阵，一般型汉字为24x24点阵，提高型汉字为32x32点阵、48x48点阵等。例，图1-6是“次”字的16x16点阵代码。P265 .汉字地址码是指汉

18、字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。§3多媒体技术简介多媒体的特点P27-P281 .交互性:用户能够主动地编辑、处置各类信息，具有人机交互功能。2 .集成性:集成了许多单一的技术，如图像处置技术、声音处置技术等。3 .多样性:指多媒体信息多样化，媒体输入、传播、再现和展现手腕的多样性。4 .实时性:在多媒体系统中声音及活动的视频图像是强实时的。媒体的数字化1.声音P28其种类繁多，如人的语音、动物的声音、乐器声、机械声等。1）声音的数字化P29运算机系统通过输入设备（麦克风等）输入声音信号，并对其采样、量化而将其转换成数字信号，然后通过数字/模拟转换器（D/A）后在设备上（音箱等）

19、输出o采样、量化利用的硬件是模拟/数字转换器（A/D）,2）声音文件格式P29经常使用的有WAV、MP3、V0C文件等。WAV文件：又称波形声音文件，它以“wav”作为文件的扩展名。数据量庞大,存储麻烦。MPEG文件：是采纳MPEG音频紧缩标准进行的紧缩文件，依照紧缩质量和编码复杂程度不同分为3层，别离对应MP1（同1）、32（6:1-8:1）、MP3（10:1-12:1）,其中MP3文件紧缩比最高。V0C文件：是声霸卡利用的音频文件格式，扩展名为“voc”。其他文件：AU文件：要紧用在Unix工作站上，扩展名是“au”；AIF文件:是苹果机的音频文件格式，扩展名“aif”。2.图像1）静态图

20、像的数字化P30一幅图像是由许许多多的点组成的，它的数字化通过采样和量化就能够够取得。图像的采样确实是搜集组成一幅图像的点。量化确实是将搜集到的信息转换成相应的数值。2）动态图像的数字化P30是将静态图像以每秒种n（n225）幅的速度播放，显示在人眼中的确实是持续的画面。3）点位图和矢量图P30点位图：是将一幅图像分成很多小像素，每一个像素用假设干二进指位表示像素的颜色、属性等信息。矢量图：用一些指令来表示一幅图，如画一个半径为50个像素的圆等。4）图像文件格式P30.bmp文件:是Windows采纳的图像文件存储格式（位图）;.gif文件:供联机图形互换利用的一种图像文件格式；.png文件:

21、图像文件格式，其开发目的是替代gif文件格式；5）视频文件格式P30.avi文件:是Windows中的数字视频文件的标准格式；.mov文件:是QuickTimeforWindows视频处置软件所采纳的视频文件格式,其图像画面的质量比avi文件好。多媒体数据紧缩P31多媒体信息数字化后，其数据量往往超级庞大，必需通过紧缩才能知足实际的需要（时刻和空间）。1 .无损紧缩：是利用数据的统计冗余进行紧缩，又称为可逆编码（能完全还原），其原理是统计被紧缩数据中重复数据显现次数进行编码。紧缩比例较低（2：卜5：1）,通常普遍应用于文本数据、程序和重要图形和图像的紧缩。2 .有损紧缩：是紧缩后的数据不能够完全还原成紧缩前的数据，可是超级接近。其损失的信息多是对视觉和听觉感知不重要的信息，但紧缩比通常较高，一样为几十到几百，经常使用于音频、图像和视频的紧缩。§4运算机病毒及其防治运算机病毒的特点和分类1 .运算机