第1章 计算机基础知识

1、计算机应用基础计算机应用基础任课教师：任课教师：中南财经政法大学中南财经政法大学 信息与安全工程学院信息与安全工程学院第第1 1章章 计算机基础知识计算机基础知识1.11.1计算机的产生与发展计算机的产生与发展1.21.2计算机中数和字符的表示计算机中数和字符的表示1.3 1.3 计算机系统计算机系统1.4 1.4 操作系统概述操作系统概述1.5 1.5 微型计算机的配置微型计算机的配置1.11.1 计算机的产生与发展计算机的产生与发展.1计算机的产生计算机的产生.2计算机的发展计算机的发展.3计算机的分类计算机的分类.4计算机的

2、应用计算机的应用概述概述计算机工具的发展计算机工具的发展1 1、算、算 筹筹“运筹帷幄”，意思是在军营的幕帐中对战争的全局进行细密的策划。张良“运筹策帷幄之中，决胜于千里之外 ” 2 2、算、算 盘盘 3 3、机械式、机械式计算机计算机机械计算机的产生机械计算机的产生l1671 年:德国数学家Gottfried Leibniz 设计了一架可以进行乘法运算，最终答案长度可达16位的计算工具。l 1822 年:英国人Charles Babbage 设计了差分机和分析机 ，其设计理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。 4 4、乘法器、乘法器5 5、差

3、分机、差分机18321832年由英国数学家巴贝年由英国数学家巴贝奇首先提出了通用数字计奇首先提出了通用数字计算机的设计思想，并且设算机的设计思想，并且设计出了第一台由外部指令计出了第一台由外部指令驱动的计算机，可是由于驱动的计算机，可是由于缺乏资金和受当时技术水缺乏资金和受当时技术水平的限制，他未能制造出平的限制，他未能制造出这样的机器。这样的机器。1.1.1 1.1.1 计算机的产生计算机的产生著名的著名的IBMIBM公司公司l美国统计学家霍列瑞斯（H.Hollerith）发明了第一台自动制表机。1890年在人口普查中获得巨大成功，被誉为“数据处理之父”。1896年，他“下海”创办了制表机公

4、司。l1924年2月，IBM创建。 6 6、制表机、制表机计算机的概念计算机的概念l1937 1937 年年: :英国剑桥大学的英国剑桥大学的Alan M. Alan M. Turing (1912 Turing (1912 1954 1954 年年) )出版了出版了他的论文他的论文 ，并提出了被后人称之，并提出了被后人称之为为“图灵机图灵机”的数学模型。的数学模型。l图灵机：一个读写头，一根纸带图灵机：一个读写头，一根纸带，读写头不断读取纸带上的符号，读写头不断读取纸带上的符号，并根据内在的状态转换规则转，并根据内在的状态转换规则转换当前状态，同时进行一些动作换当前状态，同时进行一些动作，如

5、：插除或改写当前字符，向，如：插除或改写当前字符，向前前/ /向后移动读写头或保持不动等向后移动读写头或保持不动等。图灵图灵电子管的诞生电子管的诞生l1906 年:美国人Lee De Forest 发明电子管，为电子计算机的发展奠定了基础。l因发明新型电子管，德福雷斯特竟无辜受到美国纽约联邦法院的传讯。 l真空三极管，比继电器快成千上万倍。l帕洛阿托市的德福雷斯特故居真空三极管第一代电子管计算机（第一代电子管计算机（1946-19581946-1958）l使用的电子元器件主要是电子管，使用机器语言，运算速度为每秒几千次至几万次，内存容量仅几千字。l应用领域主要是科学计算历史上第一台电子计算机历

6、史上第一台电子计算机 ENIACENIACl1946 :ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数值积分计算机 )诞生在战火纷飞的二次世界大战，它的“出生地”是美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场。 l宾夕法尼亚大学负责人莫尔学院的两位青年学者36岁 副教授莫契利莫契利J. J. MauchiyMauchiy和24岁的工程师埃埃克特克特P.EckertP.Eckert。l计算炮弹弹道只需要3秒钟18000个电子管、占地170平方米、重达30吨、耗电174千瓦、保存80个字节每秒5千次加、减法运算价值40万美元计算机之父计算机之父l19

7、40年，冯 诺依曼成为了莫尔小组的实际顾问。l101页报告规定出计算机的五大部件： 运算器、 逻辑控制器、 存储器、输入装置和输出装置，并描述了五大部件的功能和相互关系；运用二进制取代了十进制；存储程序和程序控制l1951 EDVAC (The Electronic Discrete Variable Automatic Computer)l1952 用于选票计算 可应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域，主要缘于“存储程序”的威力。 EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管，以1024个44比特水银延迟线来储存程序和 数据，消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3 第二代第二代

8、晶体管计算机（晶体管计算机（1958-19641958-1964）使用的电子元器件主要是晶体管，运算速度从每秒几万次提高到 几十万次，内存容量扩大到几十万字。l出现了算法和操作系统；l应用领域从科学计算到数值处理l肖克利在硅谷创办了肖克利半导体实验室，誉为“硅谷的摩西”。第一只晶体管与发明者肖克利第一台晶体管计算机第一台晶体管计算机TRADICTRADICl1955年， 贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC， 装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。l右边照片，左蹲者为费尔科J.Felker，他正用插件板为TRADIC输入指令；右立者是哈瑞斯J.Harris

9、，正拨动开关进行操作。l1997年TRADIC项目成员莫瑞欧文（M.Irvine）获得美国计算机历史博物馆斯蒂比兹先驱人物奖。TRADIC集成电路的同时发明集成电路的同时发明l德州仪器公司1959年2月6日， 基尔比向美国专利局申报 “集成电路”（IC）。l仙童半导体，1959年7月30日，Robert Noyce申请到集成电路发明专利。l1968 1968 年年: :Robert Noyce、Moore创立Intel 。l摩尔（G. Moore）定律：集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头。 八位杰出弟子硅谷历史上著名的“八叛逆”

10、第三代集成电路（第三代集成电路（LSILSI）计算机）计算机 （1964-19711964-1971）l使用的电子元器件主要是小规模集成电路。这一时期的计算机开始使用操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。l速度几十万到几百万次/秒l朝小型和大型机发展l外围设备发展迅速 Large Scale Integration4mm的硅片（silicon）上可以集成2000个晶体管第一个集成电路计算机第一个集成电路计算机l1964年: IBM/360发布，之后若干年占据80%市场。该系列有大，中，小，型计算机，共6个型号，它兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用,所以取名为3

11、60。l它的研制开发经费高达50亿美元，是研制第一颗原子弹的曼哈顿计划的2.5倍。 第四代超大规模计算机（1971-）l使用的电子元器件主要是大规模集成电路和超大规模集成电路。l速度几百万次-亿次l微型机运算器、控制器集成在一个芯片上（CPU）l多机系统与网络化大规模集成电路的集成度为1000-10万，超大规模的集成度为10万-100万。PCPC机诞生机诞生微型计算机开发的先驱是Intel公司年轻的工程师马西安霍夫 （M.E.Hoff），1969年他大胆的提出了一个设想，把计算机的全部电路做在四个芯片上1971世界上第一台4位微型电子计算机MCS-4诞生。硬件技术对计算机更新换代的影响硬件技术

12、对计算机更新换代的影响 超大规模超大规模 集成电路集成电路 1978 1978现在现在几百万次至上亿次几百万次至上亿次 大规模大规模集成电路集成电路 19711977 19711977几十万次至几百万几十万次至几百万 中小规模中小规模 集成电路集成电路 19641971 19641971 几万次至几十万次几万次至几十万次 晶体管晶体管 19581964 19581964 几千次至几万次几千次至几万次 电子管电子管 19461958 19461958 速度（次速度（次/ /秒）秒） 硬件技术硬件技术时间时间 时代时代三三四四二二一一1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展新一代（第五代）

13、计算机新一代（第五代）计算机l特点：新一代计算机是把信息技术、存储处理、通特点：新一代计算机是把信息技术、存储处理、通信和人工智能（信和人工智能（AIAI）结合在一起的计算机系统。）结合在一起的计算机系统。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展神经计算机神经计算机l用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成了神经计算机。的并行分布式网络就构成了神经计算机。l神经计算机除了有许多处理器之外，还有类似神经神经计算机除了有许多处理器之外，还有类似神经的节点，每个节点与许多点相连。若把每一步运算的节点，每个节点与许多点相连。

14、若把每一步运算分配给每台微处理器，使它们同时运算，其信息处分配给每台微处理器，使它们同时运算，其信息处理速度和智能会大大提高。理速度和智能会大大提高。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展超导计算机超导计算机l超导计算机的性能是目前电子计算机无法相比的。超导计算机的性能是目前电子计算机无法相比的。l目前制成的超导开关器件的开关速度，已达到目前制成的超导开关器件的开关速度，已达到1010-12-12秒秒（皮秒）的水平。超导计算机运算速度比现在的电子（皮秒）的水平。超导计算机运算速度比现在的电子计算机快计算机快100100倍，而电能消耗仅是电子计算机的千分倍，而电能消耗仅是电子计算机的千

15、分之一。之一。l如果目前一台大中型计算机，每小时耗电如果目前一台大中型计算机，每小时耗电1010千瓦，那千瓦，那么，同样一台超导计算机只需一节干电池就可以工作。么，同样一台超导计算机只需一节干电池就可以工作。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展光子计算机光子计算机l利用光子取代电子，通过光纤进行数据传输、运算和利用光子取代电子，通过光纤进行数据传输、运算和存储。存储。l光子计算机中，用不同波长的光表示数据光子计算机中，用不同波长的光表示数据l对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理l光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用；光子不带

16、电荷，它们之间不存在电磁场相互作用；l超高速的运算速度；超高速的运算速度；l超大规模的信息存储容量和信息传输能力；超大规模的信息存储容量和信息传输能力；l能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品l。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展量子计算机量子计算机l量子计算机是一种遵循量子力学规律进行高速数学和量子计算机是一种遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。l在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。象是量子

17、比特序列。l传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律，而量子传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律来实现计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律来实现一种信息处理的新模式。一种信息处理的新模式。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展未来计算机的发展方向未来计算机的发展方向l巨型化巨型化运算速度更高运算速度更高存储容量更大存储容量更大功能更强功能更强 2008/06未来计算机的发展方向未来计算机的发展方向l微型化微型化体积小体积小性价比高性价比高灵活性灵活性未来计算机发展的方向未来计算机发展的方向网络化网络化信息

18、和资源共享信息和资源共享智能化智能化使机器具有人的一使机器具有人的一些智能行为些智能行为未来计算机的发展方向未来计算机的发展方向l人工智能人工智能 即用计算机模拟人的思维。即用计算机模拟人的思维。l具体应用：具体应用：机器人（工业机器人、智能机器人）机器人（工业机器人、智能机器人）定理证明定理证明模式识别（图形识别、语音识别）模式识别（图形识别、语音识别）专家系统（自然语言处理、机器翻译、智能检索）专家系统（自然语言处理、机器翻译、智能检索）我国计算机发展历史我国计算机发展历史l华罗庚和我国第一个计算机科研小组华罗庚和我国第一个计算机科研小组 l华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主华罗庚教授

19、是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。当冯要的开拓者之一。当冯诺依曼开创性地提诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机出并着手设计存储程序通用电子计算机EDVACEDVAC时，正在美国时，正在美国PrincetonPrinceton大学工作的华罗庚教大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关学术问题，华罗庚教授学术问题，华罗庚教授19501950年回国，年回国，19561956年年筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授担任筹备委员会主任。担任筹备委员会主任。我国电子计算机的研究状况我国电子

20、计算机的研究状况 从从19531953年开始的，年开始的，19581958年研制出第一台计算机，年研制出第一台计算机，即即103103型通用数字电子计算机，它属于第一代型通用数字电子计算机，它属于第一代电子电子管管计算机。计算机。我国相继研制出第二代、第三代计算机。我国相继研制出第二代、第三代计算机。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展19831983年的年的“银河银河-”-”巨型计算机巨型计算机 (1(1亿次亿次s)s)1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展19921992年的巨型计算机年的巨型计算机“银河银河-”-” (10 (10亿次亿次s)s)1.1.2 1.1.

21、2 计算机的发展计算机的发展20002000年的巨型计算机年的巨型计算机“神威神威-”-” (3840 (3840亿次亿次s)s)在当时世界上已投入商业运行的前在当时世界上已投入商业运行的前500500名高性能计算机中排名高性能计算机中排4848位位1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展20042004年，上海超级计算中心的曙光年，上海超级计算中心的曙光4000A4000A运算速度达到每秒运算速度达到每秒1010万亿次，在世界前万亿次，在世界前500500名高性能计算机中排第名高性能计算机中排第1010位位1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展超级计算机超级计算机“曙光曙光

22、5000”5000”研制成功研制成功2008-62008-6运算速度达到每秒运算速度达到每秒230万亿次万亿次1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展l20102010年年1111月，国际月，国际TOP500TOP500组织公布了最新全球超级计算机前组织公布了最新全球超级计算机前500500强排行强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号天河一号”雄居第一。雄居第一。l其实测运算速度可以达到每秒其实测运算速度可以达到每秒25702570万亿次。万亿次。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展l 目前（目前（20132013年年2 2月）

23、，国际超级计算机月），国际超级计算机TOP500TOP500组织公布了第组织公布了第3636届世界超级届世界超级计算机计算机500500强排名榜，强排名榜，“天河一号天河一号”超级计算机以峰值速度超级计算机以峰值速度47004700万亿次、万亿次、持续速度持续速度25662566万亿次每秒浮点运算的优异性能再次位居世界第一。万亿次每秒浮点运算的优异性能再次位居世界第一。l计算机的种类很多，通常按不同的标准有不同的分类：计算机的种类很多，通常按不同的标准有不同的分类：1.1.电子计算机从电子计算机从原理上原理上可分为三类：可分为三类： 模拟式计算机模拟式计算机：其处理的电信号在时间上是连续的，这

24、种信号：其处理的电信号在时间上是连续的，这种信号称为模拟量。称为模拟量。 数字式计算机数字式计算机：其处理的电信号在时间上是断续的，这种信号：其处理的电信号在时间上是断续的，这种信号称为数字量。称为数字量。 混合式计算机混合式计算机1.1.3 1.1.3 计算机的分类计算机的分类010011100数字信号模拟信号在电学中具有两种稳定状态以代表在电学中具有两种稳定状态以代表0 0和和1 1的东西很多。的东西很多。例如：电压的高和低，开关的开和关，脉冲的有和例如：电压的高和低，开关的开和关，脉冲的有和无，晶体管的导通和截止等等。无，晶体管的导通和截止等等。1.1.3 1.1.3 计算机的分类计算机

25、的分类2.2.按构成计算机的基本按构成计算机的基本元件元件可分为四类：电子管计算机；晶体可分为四类：电子管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；大规模或超大规模集成电路计管计算机；集成电路计算机；大规模或超大规模集成电路计算机。算机。3.3.按按用途用途可分为可分为专用计算机专用计算机( (为某种特定目的所设计制造的计算为某种特定目的所设计制造的计算机，其适用范围窄机，其适用范围窄) )和和通用计算机通用计算机( (目前广泛应用的计算机，目前广泛应用的计算机，可用于解决各种类型的问题可用于解决各种类型的问题) )两大类。两大类。4.4.根据计算机根据计算机运算速度运算速度的快慢、的快慢、存贮容

26、量存贮容量的大小、的大小、功能功能的强弱，的强弱，一般分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。一般分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。1.1.3 1.1.3 计算机的分类计算机的分类1 1、科学计算：完成数学问题的计算。、科学计算：完成数学问题的计算。2 2、数据处理：对大量的数据及时记录、整理、统计并加工成人们所需要的、数据处理：对大量的数据及时记录、整理、统计并加工成人们所需要的形式。形式。3 3、过程控制：指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速对控制对象进、过程控制：指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速对控制对象进行自动调节控制。行自动调节控制。4 4、计算机辅

27、助系统：主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机、计算机辅助系统：主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助教育等。辅助教育等。5 5、人工智能：使计算机模拟人类的智能活动：学习、理解、判断、识别、人工智能：使计算机模拟人类的智能活动：学习、理解、判断、识别、推理和问题求解等。推理和问题求解等。6 6、多媒体技术：计算机对文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体的数、多媒体技术：计算机对文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体的数据信息，进行采集、存储、传送、编辑和再现等处理技术。据信息，进行采集、存储、传送、编辑和再现等处理技术。7 7、网络应用、网络应用1.1.4 1.1.4 计

28、算机的应用计算机的应用1.21.2 计算机中数和字符的表示计算机中数和字符的表示l.1数的进制数的进制l.2不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换l.3计算机中数的表示计算机中数的表示l.4计算机中字符的表示计算机中字符的表示日常生活中，人们广泛使用十进制数，任意一个十日常生活中，人们广泛使用十进制数，任意一个十进制数进制数(1234)(1234)1010可表示为：可表示为：(1234)(1234)1010= 1= 110103 3+2+210102 2+3+310101 1+4+410100 0u(1234)(1234)101

29、0的下标的下标1010表示十进制，该数共有表示十进制，该数共有4 4位位u每位可以是每位可以是0 09 9十个数字中的任意一个十个数字中的任意一个u根据每位所处位置而赋以一个固定的单位值根据每位所处位置而赋以一个固定的单位值1010i i称之为称之为权权u式中的式中的1010称为称为基数基数或或“底底”1.2.1 1.2.1 数的进制数的进制数位、基数、位权数位、基数、位权l数位是指数码在一个数中所处的位置；数位是指数码在一个数中所处的位置；l基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。能使用的数码的个数。 l对于对于N N进制数，整数部

30、分第进制数，整数部分第i i位的位权为位的位权为N Ni-1i-1，而小数部分第而小数部分第j j位的位权为位的位权为N N-j -j 1.1.十进制（十进位记数制）十进制（十进位记数制）l具有十个不同的数码符号具有十个不同的数码符号0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9，其基数为，其基数为1010；十进制数的特点是十进一。；十进制数的特点是十进一。l（10111011）1010 =1 =11010 3 3 +0+010102 2+1+110101 1+1+110100 01.2.1 1.2.1 数的进制数的进制2.2.八进制（八进位记数制）八进制（八进

31、位记数制）l具有八个不同的数码符号具有八个不同的数码符号0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7，其基数为其基数为8 8；八进制数的特点是逢八进一。；八进制数的特点是逢八进一。 l（10111011）8 8 =1 =18 8 3 3 +0+08 82 2+1+18 81 1+1+18 80 0 = =（521521）10101.2.1 1.2.1 数的进制数的进制3.3.十六进制（十六进位记数制）十六进制（十六进位记数制）l具有十六个不同的数码符号具有十六个不同的数码符号0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C

32、、D D、E E、F F，其基数为，其基数为1616；十六进；十六进制数的特点是逢十六进一。制数的特点是逢十六进一。l（10111011）1616=1=116163 3 +0+016162 2+1+116161 1+1+116160 0 = =（41134113）10101.2.1 1.2.1 数的进制数的进制4.4.二进制（二进位二进制（二进位记数记数制）制）l二进制中只有两个数：二进制中只有两个数：0 0和和1 1。二进制数的基数为。二进制数的基数为2 2，其特点是逢二进一。其特点是逢二进一。32102(1011)1 20 21 21 2 1.2.1 1.2.1 数的进制数的进制进制表示进

33、制表示l在数字后加字母在数字后加字母B B表示二进制数表示二进制数l加字母加字母O O表示八进制数表示八进制数l加字母加字母D D表示十进制数表示十进制数l加字母加字母H H表示十六进制数。表示十六进制数。 1.2.2 1.2.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换l用计算机处理十进制数，必须把它转化成二进制用计算机处理十进制数，必须把它转化成二进制数才能被计算机接受数才能被计算机接受; ;l同理，计算机的运算结果应将二进制数转换成人同理，计算机的运算结果应将二进制数转换成人们习惯的十进制数。这就产生了不同进制数之间们习惯的十进制数。这就产生了不同进制数之间的转换问题。的转换问题。 1.

34、 1.十进制数与二进制数之间的转换十进制数与二进制数之间的转换 （1 1）十进制整数转换成二进制整数）十进制整数转换成二进制整数除以除以2 2取余法取余法：把被转换的十进制整数反复地除：把被转换的十进制整数反复地除以以2 2，直到商为，直到商为0 0，所得的余数（从未位读起）就，所得的余数（从未位读起）就是该数的二进制表示。是该数的二进制表示。 1.2.2 1.2.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换例例: :将十进制数将十进制数116116转换为二进制数转换为二进制数2 2 116 116 2 2 58 5800 2 2 29 2900 2 14 2 1411 2 7 2 700 2

35、 3 1 2 3 1 2 1 2 111 0 011反复的除以反复的除以2 2 每次的商每次的商 每次的余数每次的余数 所以所以 (116)(116)10 10 = (1110100)= (1110100)2 2(低位)(高位)108是是“除以除以8取取余法余法”；10 16是是“除以除以16取余法取余法”。（2 2）十进制小数转换成二进制小数）十进制小数转换成二进制小数将十进制小数连续乘以将十进制小数连续乘以2 2，选取进位整数，选取进位整数，直到满足直到满足精度要求为止。精度要求为止。简称简称“乘以乘以2 2取整法取整法”。例如：求。例如：求 (0.625)(0.625)1010 =(?)

36、 =(?)2 2 0.625 2(高位高位) 第一位小数第一位小数1. (十分位十分位) 250 2 第二位小数第二位小数0. (百分位百分位) 500 2(低位低位) 第三位小数第三位小数1. (千分位千分位) 000(0.625)10 =(0.101)2 10 8是是“乘以乘以8取取整法整法”;10 16是是“乘以乘以16取整法取整法”。（3 3）二进制数转换成十进制数）二进制数转换成十进制数l将二进制数按将二进制数按权（权（2 2i i）展开求和即可展开求和即可 例如：例如：(10001100.101)(10001100.101)2 2 = ( = ( ？) )1010 1 12 27

37、7+0+02 26 6+0+02 25 5+0+02 24 4+0+02 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+0+02 20 0+1+12 2-1-1+0+02 2-2-2+1+12 2-3-3 =128+0+0+0+8+4+0+0+0.5+0+0125=140.625=128+0+0+0+8+4+0+0+0.5+0+0125=140.625 所以：所以：(10001100.101)(10001100.101)2 2 = (140.625) = (140.625)10101.2.2 1.2.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换 2. 2. 二进制与八进制之间的转换二进制与

38、八进制之间的转换 （1 1）二进制数转换成八进制数）二进制数转换成八进制数l 二进制数和八进制数之间存在特殊关系，即二进制数和八进制数之间存在特殊关系，即8=28=23 3; ;具体转换方法是：具体转换方法是：从小数点开始，从小数点开始，整数部分从右向左整数部分从右向左3 3位一组位一组，小数部分小数部分从左向右从左向右3 3位一组位一组，不足三位用，不足三位用0 0补足，写成对应的八进补足，写成对应的八进制数即可。制数即可。1.2.2 1.2.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换例子：例子： (1111011) (1111011)2 2 = (?)= (?)8 8 001111011

39、 二二 进进 制制173八八 进进 制制(1111011)2 = (173)8 1.2.2 1.2.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换（2 2）八进制数转换成二进制数）八进制数转换成二进制数 l以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的的三位二进制数取代三位二进制数取代，然后将其连在一起即可。例，然后将其连在一起即可。例如如: (173): (173)8 8 = ( ? )= ( ? )2 2 173 八 进 制001111011二 进 制二进制数和二进制数和16进进制数之间存在特殊制数之间存在特殊关系，即关系，即16=2 24 4 (

40、173)8 = (001111011)2数的二、十、十六进制数表示对照表（表数的二、十、十六进制数表示对照表（表1-21-2） 二进制二进制 十进制十进制 十六进制十六进制二进制二进制 十进制十进制 十六进制十六进制0000 0 01001 9 90001 1 11010 10 A0010 2 21011 11 B0011 3 31100 12 C0100 4 41101 13 D0101 5 51110 14 E0110 6 61111 15 F0111 7 71000 8 8练习题练习题 l进制的转换：进制的转换： 1 1）把二）把二十进制数：（十进制数：（101.111101.111）2

41、 2 2 2）把十）把十二进制数：（二进制数：（74.2574.25）10103 3）把二）把二八八进制数：（进制数：（11011.1001111011.10011）2 2 4 4）把二）把二十六进制数：十六进制数：(11.11)(11.11)2 2 5 5）把十六）把十六二进制数二进制数: : (1FFF)(1FFF)1616 答案：答案：1 1）把二）把二十进制数：（十进制数：（101.111101.111）2 2 l将二进制数按将二进制数按权（权（2 2i i）展开求和展开求和l（101.111101.111）2 2 = 1= 12 22 2 + 0+ 02 21 1 + 1+ 12 2

42、0 0 + + 1 12 2-1-1+1+12 2-2-2+1+12 2-3-3 = = （5.8755.875）10102 2）把十）把十二进制数：（二进制数：（74.2574.25）1010l整数部分：除以整数部分：除以2 2取余法取余法l小数部分：乘以小数部分：乘以2 2取整法取整法l最后把最后把2 2个部分的结果连接起来个部分的结果连接起来l（74.2574.25）10 10 = = （1001010.01)1001010.01) 2 23 3）把二）把二八八进制数：（进制数：（11011.1001111011.10011）2 2 l3 3位一组对应法位一组对应法l（011011 01

43、1011. .100100 110110）2 2 = = （33.46)33.46) 8 84 4）把二）把二十六进制数：十六进制数：(11.11)(11.11)2 2 l4 4位一组对应法位一组对应法l（00110011. .11001100）2 2 = = （3.C)3.C) 16 165 5）把十六）把十六二进制数二进制数: : (1FFF)(1FFF)1616 l4 4位一组对应法位一组对应法l（1FFF1FFF）1616 = = （1 1 11111111 11111111 11111111) ) 2 21.2.3 1.2.3 数在计算机中的表示数在计算机中的表示l在计算机中，所有的

44、数据、指令以及一些符号等都在计算机中，所有的数据、指令以及一些符号等都是用特定的是用特定的二进制代码二进制代码表示的。表示的。l把一个数在计算机内二进制的表示形式称为把一个数在计算机内二进制的表示形式称为机器数机器数，该数称为这个机器数的该数称为这个机器数的真值真值。 机器数具有下列机器数具有下列3 3个特点个特点-1-1：1.1.机器数有固定的位数机器数有固定的位数l它所表示的数受到固定位数的限制，具有一定的范它所表示的数受到固定位数的限制，具有一定的范围，超过这个范围就会产生围，超过这个范围就会产生“溢出溢出”。l例如，一个例如，一个8 8位机器数，所能表示的无符号整数的位机器数，所能表示

45、的无符号整数的最大值是全最大值是全“1”1”：1111111111111111，即十进制数，即十进制数255255。如。如果超过这个值，就会产生果超过这个值，就会产生“溢出溢出”。机器数具有下列机器数具有下列3 3个特点个特点-2-2：2.2.机器数把其真值的符号数字化机器数把其真值的符号数字化l机器数中规定的符号位（一般是最高位）取机器数中规定的符号位（一般是最高位）取0 0或或1 1，来分别表，来分别表示其值的正或负（示其值的正或负（0 0表示正数，表示正数，1 1表示负数）。表示负数）。l例如，一个例如，一个8 8位机器数，其最高位是符号位，那末对于位机器数，其最高位是符号位，那末对于0

46、010111000101110和和1001001110010011，其真值分别为十进制数，其真值分别为十进制数+46+46和和-19-19。3.3.机器数中，采用定点和浮点机器数中，采用定点和浮点2 2种方式来表示小数点的位置种方式来表示小数点的位置定点表示法定点表示法定点表示是把定点表示是把小数点约定在机器数的某一个固定的位置上小数点约定在机器数的某一个固定的位置上定点纯小数定点纯小数（不含整数位的数）（不含整数位的数）: :小数点固定在符号位之后。小数点固定在符号位之后。0 0. .00100110010011定点整数定点整数: :小数点固定在数值的最后一位之后。小数点固定在数值的最后一位

47、之后。1001110011. .例如字长为例如字长为1616时，数据时，数据“-2-2-15-15”和和“+32767”+32767”用定用定点表示法如下。点表示法如下。机器数具有下列机器数具有下列3 3个特点个特点-3-3：数的定点表示法数的定点表示法-2-2-15-15+32767+32767浮点表示法浮点表示法浮点表示法是指表示一个数时，其浮点表示法是指表示一个数时，其小数点的位置是浮动的小数点的位置是浮动的。它实际上是数的它实际上是数的科学记数法（指数记数法）科学记数法（指数记数法）在计算机中的具在计算机中的具体实现。体实现。例如，例如，1010.11=0.1010111010.11=

48、0.1010112 24 4 =0.101011=0.1010112 2100100。100100称为称为阶码阶码，是一个二进制整数（，是一个二进制整数（定点整数定点整数），（），（100100）2 2=(4)=(4)1010 ；0.1010110.101011称为称为尾数尾数，是一个二进制小数（，是一个二进制小数（定点纯小数定点纯小数）。）。l在数的浮点表示中，一个数由两部分组成：在数的浮点表示中，一个数由两部分组成：l其一是其一是阶码阶码部分（表示数的指数记数法中的指数，记为部分（表示数的指数记数法中的指数，记为E E）；）；l其二是其二是尾数尾数部分（相当于指数记数法中的尾数，记为部分（

49、相当于指数记数法中的尾数，记为M M），），l因此对于一个数因此对于一个数N N， 通过浮点表示法可以表示通过浮点表示法可以表示 （注意：（注意：E E和和M M中都包含有各自的符号位）为：中都包含有各自的符号位）为：N N=2=2E EM M3232位浮点数的结构位浮点数的结构N=2EM其中，阶码占其中，阶码占8位，尾数占位，尾数占24位位2-50.1110.4字符在计算机中的表示字符在计算机中的表示1 1、西文字符在计算机中的表示、西文字符在计算机中的表示 在计算机内必须要引入文字、字母以及某些专用符号，以便在计算机内必须要引入文字、字母以及某些专用符号，以便表示文字语

50、言、逻辑语言等信息如：英文字母、标点符号、表示文字语言、逻辑语言等信息如：英文字母、标点符号、十进制数以及诸如十进制数以及诸如$ $、% %、 等符号。等符号。 在计算机内部，各种字符必须用一种在计算机内部，各种字符必须用一种二进制二进制代码来表示。代码来表示。l 目前国际上普遍采用的一种字符系统是目前国际上普遍采用的一种字符系统是7 7位的位的ASCIIASCII码码: :（American Standard Code for Information American Standard Code for Information Interchange Interchange 美国标准信息交换

51、代码）美国标准信息交换代码）l 包括包括1010个十进制数码，个十进制数码，2626个英文字母和一定数量的专个英文字母和一定数量的专用符号，如用符号，如$ $、% %、 、* *等总共约等总共约128128个元素。个元素。l 表表1-3 1-3 空振铃回车2 2、汉字在计算机中的表示、汉字在计算机中的表示l 由于汉字是象形文字，不同于英文、法文等拼音文由于汉字是象形文字，不同于英文、法文等拼音文字，因此用计算机进行汉字信息处理，远比进行西字，因此用计算机进行汉字信息处理，远比进行西文信息处理要复杂得多。文信息处理要复杂得多。l 必须要解决汉字的输入、输出以及在计算机内部的必须要解决汉字的输入、

52、输出以及在计算机内部的编码问题，即汉字的编码问题，即汉字的输入码、字形码和机内码输入码、字形码和机内码的问的问题。题。（1 1）输入码）输入码 l 目前，有多种汉字输入编码，它们主要有以下几种类型：目前，有多种汉字输入编码，它们主要有以下几种类型：数字编码数字编码: :数字编码实质上是一种表格编码，如区位码、电报码等，数字编码实质上是一种表格编码，如区位码、电报码等，它们都是用一定位数的数字作为汉字的输入编码。（例如：压它们都是用一定位数的数字作为汉字的输入编码。（例如：压49254925）数字编码的优点是无重码，缺点是代码难以记忆。数字编码的优点是无重码，缺点是代码难以记忆。字音编码字音编码

53、：拼音码。优点是不需训练和记忆，缺点是输入重码率很高，：拼音码。优点是不需训练和记忆，缺点是输入重码率很高，必须进行同音字选择。必须进行同音字选择。字形编码字形编码：字形编码是根据汉字字形的一种编码，如五笔字型码等。：字形编码是根据汉字字形的一种编码，如五笔字型码等。l为了解决汉字的编码问题，我国陆续公布了多个中文编码标为了解决汉字的编码问题，我国陆续公布了多个中文编码标准，其中准，其中GB2312GB23128080是目前使用最多的是目前使用最多的汉字编码标准汉字编码标准。该标。该标准是基于准是基于区位码区位码设计的，一个汉字的编码由它所在的区号和设计的，一个汉字的编码由它所在的区号和位号组

54、成，称为区位码。其中共含有位号组成，称为区位码。其中共含有67636763个简化汉字和个简化汉字和682682个个汉字符号。汉字符号。l在该标准的汉字编码表中，汉字和符号按区位排列，共分成在该标准的汉字编码表中，汉字和符号按区位排列，共分成了了9494个区个区，每个区有，每个区有9494个位个位。其中。其中01-0901-09区是符号、数字区，区是符号、数字区，16-8716-87区是汉字区，区是汉字区，10-1510-15和和88-9488-94是未定义的空白区。是未定义的空白区。l例如：例如：“啊啊”字区位码为字区位码为“1601”1601” 。区位码区位码 国标汉字区位码表国标汉字区位码

55、表区位码区位码 2 2）汉字的机内码）汉字的机内码l保存一个汉字的区位码要占用保存一个汉字的区位码要占用两个字节，区号、位号各占一个字节。两个字节，区号、位号各占一个字节。l为了避免汉字区位码与为了避免汉字区位码与ASCIIASCII码无法区分，汉字在计算机内的保存采用码无法区分，汉字在计算机内的保存采用了机内码，也称了机内码，也称汉字的内码汉字的内码。目前占主导地位的汉字机内码是将区码和位码。目前占主导地位的汉字机内码是将区码和位码分别加上数分别加上数A0HA0H作为机内码。作为机内码。l例如：例如：“啊啊”字的区位码（字的区位码（1616 0101）的十六进制表示为）的十六进制表示为100

56、11001H H，而，而“啊啊”字的机内码则为字的机内码则为B0A1B0A1H H。这样汉字机内码的两个字节的。这样汉字机内码的两个字节的最高位均为最高位均为“1”1”（B0H=B0H=1 101100000110000，A1H=A1H=1 101000010100001），很容易与西文的，很容易与西文的ASCIIASCII码区分。码区分。l以以GB2312GB23128080国家标准制定的汉字机内码也称为国家标准制定的汉字机内码也称为GB2312GB2312码。它和国标区码。它和国标区位码的换算关系是：位码的换算关系是： 机内码机内码= =区位码区位码+A0A0H+A0A0H 3 3）字形码

57、）字形码 显示或打印输出汉字，必须提供汉字的字形码。显示或打印输出汉字，必须提供汉字的字形码。汉字字形码是汉字字符形状的表示，一般可用汉字字形码是汉字字符形状的表示，一般可用点点阵阵表示。表示。常见的汉字点阵有：常见的汉字点阵有：1616点阵（占点阵（占32字节）、字节）、2424点阵点阵（占（占72字节）、字节）、4848点阵（占点阵（占648字节）等。字节）等。字模点阵的信息量很大，只能用于构成汉字库，不能用于机字模点阵的信息量很大，只能用于构成汉字库，不能用于机内存储，当显示或打印输出时才检索字库，得到字模点阵，内存储，当显示或打印输出时才检索字库，得到字模点阵，输出字形至输出设备。输出

58、字形至输出设备。第一、第二字节第一、第二字节: 1FH、7FH(0001,1111，0111,1111)第三、第四字节：第三、第四字节：09、02第五、第六字节：第五、第六字节：09、02第七、第八字节：第七、第八字节：0A、3A 第第29、第、第30字节：字节：第第31、第、第32字节：字节：08、064 4）汉字处理的过程）汉字处理的过程l计算机对汉字的输入、保存和输出过程中这样的：计算机对汉字的输入、保存和输出过程中这样的：在输入汉字时，操作者在键盘上键入在输入汉字时，操作者在键盘上键入输入码输入码通过通过输入码找到汉字的输入码找到汉字的国标区位码国标区位码，再计算出汉字的，再计算出汉字

59、的机机内码内码后内码保存后内码保存而当显示或打印汉字时，则首先而当显示或打印汉字时，则首先从指定地址取出汉字的内码，根据内码从字模库中从指定地址取出汉字的内码，根据内码从字模库中取出汉字的取出汉字的字形码字形码，再通过一定的软件转换，将字，再通过一定的软件转换，将字形输出到屏幕或打印机上。形输出到屏幕或打印机上。1.31.3 计算机系统计算机系统l.1计算机系统的组成计算机系统的组成l.2计算机的工作原理计算机的工作原理l.3计算机的硬件系统计算机的硬件系统l.4计算机的软件系统计算机的软件系统1.3.1 1.3.1 计算机系统的

60、组成计算机系统的组成l一个完整的计算机系统是由一个完整的计算机系统是由硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统两两大部分组成的，如图所示。大部分组成的，如图所示。硬件（硬件（HardwareHardware）也称硬设备，是指计算机的各种看得见、也称硬设备，是指计算机的各种看得见、摸得着实实在在的装置，是计算机系统的物质基础。摸得着实实在在的装置，是计算机系统的物质基础。软件（软件（SoftwareSoftware）是指所有应用计算机的技术，即看不见是指所有应用计算机的技术，即看不见摸不着的程序和数据。摸不着的程序和数据。 硬件和软件的关系硬件和软件的关系 硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系