计算机导论 (王太雷 叶长国)ch01

1、计 算 机 导 论第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识 教学目标 了解信息技术的相关概念 了解计算机的发展历程、特点、应用和分类 掌握计算机系统的组成（重点） 掌握信息在计算机中的表示形式（重点、难点）l计算机是一种相对其能力而言比较便宜的工具，计算机是一种相对其能力而言比较便宜的工具，同一台机器能够做许多种不同的事：同一台机器能够做许多种不同的事：l算题（科学计算）算题（科学计算）l制作图案制作图案l处理文字处理文字l记录事实记录事实l控制其他机器控制其他机器l游戏游戏l发送消息发送消息l识别语音识别语音l画图画图l帮助人进行决策帮助人进行决策l

2、模拟世界上的事物模拟世界上的事物l制作影视特技制作影视特技l帮助人进行设计帮助人进行设计l帮助人制定计划帮助人制定计划l 第一节第一节 计算机概论计算机概论什么是计算机？ 计算机是一种能够接收和存储信息，并把存储在内部的程序对输入信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化设备。ComputerProcessStorageInputOutput框图框图l古代：商业活动中用来记录和计算的设备古代：商业活动中用来记录和计算的设备l古巴比伦的粘土板（公元前古巴比伦的粘土板（公元前4000年）年）l中国的算盘（公元前中国的算盘（公元前3000年）年） 人类最初用人类最初用手

3、指手指计算计算, ,结绳结绳记事来延长记事来延长 记忆能力记忆能力 最早的人造计算工具是最早的人造计算工具是算筹算筹。祖冲之祖冲之就是用算筹算出圆周率就是用算筹算出圆周率值在值在 3.1415926 3.1415926和和3.14159273.1415927之间，这一结之间，这一结 果比西方早了近果比西方早了近一千年。一千年。 珠算珠算是由算筹演变而来，这是计算工是由算筹演变而来，这是计算工 具发展史上第一次重大具发展史上第一次重大改革。改革。 苏格兰数学家约翰苏格兰数学家约翰耐普尔（耐普尔（John NapierJohn Napier，1550-16171550-1617）创造创造了了耐普尔

4、骨条耐普尔骨条 。 16211621年英国数学家威廉年英国数学家威廉奥垂德（奥垂德（William OughtredWilliam Oughtred，1575-1575-16601660） 根据对数原理发明了根据对数原理发明了圆形计算尺圆形计算尺（circular slide rulecircular slide rule），），这是最早的模拟计算工具。这是最早的模拟计算工具。早期的计算工具早期的计算工具l启蒙时期：对钟表机构的好奇心与实验启蒙时期：对钟表机构的好奇心与实验lPascaline（1642）：B. Pascal发明的一种用钟表元件构成的、能够做两发明的一种用钟表元件构成的、能够做

5、两个十进制数加减法的机器个十进制数加减法的机器lAutomata （大约（大约18世纪）世纪）:J. Droz发明一种计算器发明一种计算器l工业革命时期：纺织技术工业革命时期：纺织技术l提花织机提花织机（1728）l飞梭织机飞梭织机（1733）机械式计算机 1717世纪欧洲出现了利用齿轮技术设计制造的机械式计算机。世纪欧洲出现了利用齿轮技术设计制造的机械式计算机。16231623年年威尔赫姆威尔赫姆谢克哈特谢克哈特Wilhelm SchickardWilhelm Schickard（1592-16351592-1635）制作了一个能进行制作了一个能进行六位以内数加减法，并能通过铃声输出答案的六

6、位以内数加减法，并能通过铃声输出答案的“计算钟计算钟”。 法国学家法国学家帕斯卡帕斯卡（Blaise Blaise PascalPascal，1623-16621623-1662）年轻时为了帮助父亲算年轻时为了帮助父亲算帐，于帐，于16421642年发明了年发明了齿轮式能实现加减法运算的计算器齿轮式能实现加减法运算的计算器，称为，称为PascalinePascaline。 当时当时PascalPascal曾制造了曾制造了5050台这样的计算台这样的计算器作为商品出售。为了纪念帕斯卡的贡器作为商品出售。为了纪念帕斯卡的贡献，献，19711971年尼可莱斯年尼可莱斯沃思（沃思（Niklaus Ni

7、klaus WirthWirth）教授将自己发明的一种重要的程教授将自己发明的一种重要的程序设计语言命名为序设计语言命名为PascalPascal语言语言，这是一种，这是一种很好的结构化语言，在很好的结构化语言，在2020世纪世纪8080年代年代末、末、9090年代初曾得到广泛学习和使用。年代初曾得到广泛学习和使用。 莱布尼茨（莱布尼茨（G. W. LeibnitzG. W. Leibnitz，1646-17161646-1716）是德国是德国伟大的数学家和思想家，他和牛顿同时创立了微积伟大的数学家和思想家，他和牛顿同时创立了微积分。分。16731673年，莱布尼茨建造了一台能进行四则运算年，

8、莱布尼茨建造了一台能进行四则运算的的机械式计算机机械式计算机，轰动了欧洲。，轰动了欧洲。 莱布尼茨的这台机器，在进行乘法运算时，采用莱布尼茨的这台机器，在进行乘法运算时，采用进位进位- -加（加（shift-addshift-add）的方法，这种方法，后来演化的方法，这种方法，后来演化为为二进制二进制，被现代电子计算机采用。莱布尼兹的四，被现代电子计算机采用。莱布尼兹的四则运算器受当时生产条件限制，可靠性差，没有成则运算器受当时生产条件限制，可靠性差，没有成为商品计算工具销售使用。为商品计算工具销售使用。 17771777年英国的查尔斯年英国的查尔斯马洪（马洪（Charles Charles

9、MahonMahon，1753-18161753-1816）发明了发明了逻辑演示器逻辑演示器（logic demonstratorlogic demonstrator）。）。这是个袖珍式这是个袖珍式的简单器械，能解决传统的演绎推理、的简单器械，能解决传统的演绎推理、概率以及逻辑形式的数值问题，它被称概率以及逻辑形式的数值问题，它被称为为计算机决策与逻辑功能的先驱计算机决策与逻辑功能的先驱。 18041804年法国人约瑟夫年法国人约瑟夫雅各（雅各（Joseph Marie JacquardJoseph Marie Jacquard，1752-18341752-1834）发明了发明了穿孔卡织布机穿

10、孔卡织布机，引起法国丝织工业的革命。雅各织布机当然不是，引起法国丝织工业的革命。雅各织布机当然不是计算机，但它强烈地影响着穿孔卡输入输出装置的开发。如果找不到输入计算机，但它强烈地影响着穿孔卡输入输出装置的开发。如果找不到输入信息和控制操作的机械方法，那么真正意义上的机械式计算机是不可能出信息和控制操作的机械方法，那么真正意义上的机械式计算机是不可能出现的。现的。 1820 1820年法国人德年法国人德考尔玛（考尔玛（Charles Charles de Co1marde Co1mar，1785-18701785-1870）改进了莱布尼改进了莱布尼茨的设计，制成第一个茨的设计，制成第一个商用的

11、机械计算商用的机械计算机机，并生产了，并生产了15001500台。台。18621862年在伦敦年在伦敦国际博览会上获得奖牌。国际博览会上获得奖牌。 18471847年英国数学家、逻辑学家年英国数学家、逻辑学家乔治乔治布尔布尔（George BoolGeorge Bool，1815-18641815-1864）开始创立开始创立逻逻辑代数辑代数，18541854年出版了名著年出版了名著布尔代数布尔代数（Boolean AlgebraBoolean Algebra）。）。他的逻辑理论建立他的逻辑理论建立在两个逻辑值在两个逻辑值“0”“0”、“1”“1”和三个运算符和三个运算符“与与”（andand）

12、、）、“或或”（oror）、）、“非非”（notnot）的基础上，这种简化的二值逻辑的基础上，这种简化的二值逻辑为为数字计算机的二进制数、开关逻辑元件和数字计算机的二进制数、开关逻辑元件和逻辑电路逻辑电路的设计铺平了道路的设计铺平了道路。 1886 1886美国人口统计局的统计学家赫尔美国人口统计局的统计学家赫尔曼曼霍勒瑞斯（霍勒瑞斯（Herman HollerithHerman Hollerith，1860-1860-19291929）博士，借鉴了雅各的穿孔卡原理，博士，借鉴了雅各的穿孔卡原理，用穿孔卡片存储数据，制成了第一台用穿孔卡片存储数据，制成了第一台机电机电式穿孔卡系统式穿孔卡系统制

13、表机制表机（tabulating tabulating machinemachine），），这台机器参与了这台机器参与了18901890年的美年的美国人口普查工作。结果仅仅用了国人口普查工作。结果仅仅用了6 6周的时周的时间就得出了准确的数据（间就得出了准确的数据（6262225062622250人），赫尔曼人），赫尔曼霍勒瑞斯也因此大发其财。霍勒瑞斯也因此大发其财。 这次人口普查工作完成后，霍勒瑞斯这次人口普查工作完成后，霍勒瑞斯于于18961896年创建了制表机公司年创建了制表机公司TMCTMC（Tabulating Machine CompanyTabulating Machine Co

14、mpany），），19111911年年TMCTMC与另外两家公司合并，成立了与另外两家公司合并，成立了CTRCTR公司。公司。19241924年年CTRCTR公司改名为公司改名为国际国际商业机器公司商业机器公司（International Business International Business Machines CorporationMachines Corporation），），这就是在计算这就是在计算机领域赫赫有名的机领域赫赫有名的IBMIBM公司公司。 到了到了1919世纪初，英国数学家查尔斯世纪初，英国数学家查尔斯巴比奇巴比奇（Charles BabbageCharles Ba

15、bbage，1792-18711792-1871）取得了突破取得了突破性进展，计算机不但能快速地完成加、减、性进展，计算机不但能快速地完成加、减、乘、除运算，还能够自动完成复杂的运算，乘、除运算，还能够自动完成复杂的运算，从手动机械跃入从手动机械跃入自动机械自动机械的新时代。当时为的新时代。当时为了解决航海、工业生产和科学研究中复杂的了解决航海、工业生产和科学研究中复杂的计算，许多数学表，如对数表、函数表应运计算，许多数学表，如对数表、函数表应运而生。这些数表尽管带来了一定的方便，但而生。这些数表尽管带来了一定的方便，但其中的错误也非常多，巴比奇决心研制新的其中的错误也非常多，巴比奇决心研制新

16、的计算工具，用机器取代人工来计算这些实用计算工具，用机器取代人工来计算这些实用价值很高的数学用表。价值很高的数学用表。 巴比奇巴比奇在马洪发明的逻辑演示器的影响下，于在马洪发明的逻辑演示器的影响下，于18221822年开始设计年开始设计差分机差分机（difference enginedifference engine），），其目标是其目标是能计算具有能计算具有2020位有效数字的位有效数字的 6 6次多项式的值。这是次多项式的值。这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父计算之父”。 巴比奇巴比奇新的研制计划是新的研制计划是能够处理数

17、学公式的能够处理数学公式的分析机分析机（analytical engineanalytical engine）的设计。分析机的重要贡献在于它包括了现代计算的设计。分析机的重要贡献在于它包括了现代计算机所具有的机所具有的5 5个基本组成部分。个基本组成部分。 输入装置输入装置：用穿孔卡片输入数据；：用穿孔卡片输入数据； 存储装置存储装置：巴比奇称它为仓库（：巴比奇称它为仓库（storestore），），该装置被设计为能存储该装置被设计为能存储10001000个个5050位位1010进制数的容量，它既能存储运算数据，又能存储运算结果；进制数的容量，它既能存储运算数据，又能存储运算结果； 资料处理装

18、置资料处理装置：巴比奇称它为磨坊（：巴比奇称它为磨坊（millmill），），通过它来完成加、减、乘通过它来完成加、减、乘、除运算，还能根据运算结果的符号改变计算的进程，用现代术语来、除运算，还能根据运算结果的符号改变计算的进程，用现代术语来说，就是使用了条件转移指令；说，就是使用了条件转移指令； 控制装置控制装置：使用指令进行控制，用程序自动改变操作次序，他们是通：使用指令进行控制，用程序自动改变操作次序，他们是通过穿孔卡片顺序输入处理装置的；过穿孔卡片顺序输入处理装置的； 输出装置输出装置：用穿孔卡片或打印方法输出。：用穿孔卡片或打印方法输出。 然而，这两种机器都没有真正实现。然而，这两种

19、机器都没有真正实现。 英国著名诗人拜伦的女儿英国著名诗人拜伦的女儿爱达爱达奥奥古斯塔古斯塔拉夫拉斯伯爵夫人（拉夫拉斯伯爵夫人（Ada Ada Augusta LovelaceAugusta Lovelace，1815-18521815-1852）是一位是一位思维敏捷的数学家，爱达意识到巴比思维敏捷的数学家，爱达意识到巴比奇的理论设计是完全可行的，她支持奇的理论设计是完全可行的，她支持这项工作，改正其中的错误，这项工作，改正其中的错误，并建议并建议用二进制存储取代原设计的十进制存用二进制存储取代原设计的十进制存储。储。 她指出分析机可以像雅各织布机一样她指出分析机可以像雅各织布机一样进行编程，并

20、发现了进行程序设计（进行编程，并发现了进行程序设计（program designprogram design）和编程和编程( (programming)programming)的基本要素，还为某些的基本要素，还为某些计算开发了一些指令，例如可以重复使计算开发了一些指令，例如可以重复使用某些穿孔卡片，按现代的术语来说这用某些穿孔卡片，按现代的术语来说这就是就是“循环程序循环程序”和和“子程序子程序”。由于。由于她在程序设计上的开创性工作，她在程序设计上的开创性工作，被誉为被誉为是世界上第一位程序员是世界上第一位程序员。 19751975年年1 1月，美国国防部提出使用一种通用高级月，美国国防部提

21、出使用一种通用高级语言的必要性，并为此进行了国际范围的设计投标语言的必要性，并为此进行了国际范围的设计投标。19791979年年5 5月最后确定了新设计的语言。海军后勤司月最后确定了新设计的语言。海军后勤司令部的杰克令部的杰克库柏库柏( (Jack Cooper)Jack Cooper)为这个新语言起了为这个新语言起了一个美丽的名字一个美丽的名字AdaAda，用于纪念爱达。用于纪念爱达。lAlan Turing（19121954）19361936年上研究年上研究生生时发表的一篇论文中提出了时发表的一篇论文中提出了图灵机图灵机（Turing Machine），奠定了计算机的理论基，奠定了计算机的

22、理论基础。础。lTuring 与与 Church 合作给出了数学证合作给出了数学证明，断言未来计算机能够象人那样具明，断言未来计算机能够象人那样具有思维能力有思维能力（因而汉语中有了（因而汉语中有了“电脑电脑”）。l计算机学科的最高荣誉是计算机学科的最高荣誉是 ACM（美国计美国计算机学会）算机学会）图灵奖。图灵奖。l第二次世界大战中，第二次世界大战中，Turing 领导的小领导的小组制造出了破译德军组制造出了破译德军 Enigma 密码的密码的计算机，并成功地完成了任务。计算机，并成功地完成了任务。l图灵测验：图灵测验： 一个人在不接触对象的情况下，进行一系列的提问，如果他根据这一个人在不接

23、触对象的情况下，进行一系列的提问，如果他根据这些回答无法判断对象是人还是机器，则这种计算机具有与人相当的智些回答无法判断对象是人还是机器，则这种计算机具有与人相当的智力。力。l1946年，在宾夕法尼亚大学年，在宾夕法尼亚大学 Moore 学院，学院，J. Eckert 和和 J. Mauchly 为实现弹道计算研制成功了为实现弹道计算研制成功了 ENIAC（“电子数字积分电子数字积分计算机计算机”， Electronic Numerical Integrator and Computer），它用了它用了 19000 个电子管，重个电子管，重 30 吨，耗电吨，耗电 200 千瓦。千瓦。l现在所

24、谓的计算机就是现在所谓的计算机就是电子数字计算机电子数字计算机。l1946年，年，John von Neumann（19031957）发发表了第一篇关于电子计算机表了第一篇关于电子计算机程序存储程序存储的论文，描的论文，描述了如何用（可被存储、读出和执行的）数字来述了如何用（可被存储、读出和执行的）数字来表示逻辑操作（程序）。至今，大多数计算机采表示逻辑操作（程序）。至今，大多数计算机采用的都是用的都是 von Neumann von Neumann 体系结构体系结构（von Neumann architecture） 。l时至今日，所时至今日，所有的计算机都没有有的计算机都没有突破冯突破冯诺

25、依曼机诺依曼机的基本结构。的基本结构。lGrace Hopper于于1943年参加美国海军，并参与了年参加美国海军，并参与了Mark 1的研制工作；的研制工作；1946年为年为UNIVAC 1开发了第一开发了第一个高级语言编译程序；个高级语言编译程序；1959年开发了第一个面向年开发了第一个面向商业商业信息处理的语言信息处理的语言COBOL的编译程序；于的编译程序；于1973年和年和1985年分别晋升为美国海军上校与海军少将。年分别晋升为美国海军上校与海军少将。lHopper 是第一位发现并是第一位发现并排除了程序错误排除了程序错误（bugs）的的人。此后，人们把发现和人。此后，人们把发现和排

26、除程序错误的过程称为排除程序错误的过程称为 debugging，把这样的软把这样的软件工具称为件工具称为 debuger.l第一代第一代（19461957）：电子管计算机：电子管计算机l第二代第二代（19581964）：晶体管计算机：晶体管计算机l第三代第三代（19651971）：小规模集成电路计算机：小规模集成电路计算机l第 四 代第 四 代 （ 1 9 7 2 现 在 ） ： 以 微 处 理 器： 以 微 处 理 器（Microprocessors）为标志的大规模为标志的大规模/ /超大规模集成超大规模集成电路电路（LSI/VLSI）计算机计算机l第五代第五代（1991起）：新体系结构，特

27、征是：新体系结构，特征是以互联网以互联网（Internet）为标志的信息系统为标志的信息系统 第五代计算机第五代计算机系统系统FGCS(Fifth GenerationFGCS(Fifth Generation Computer System) Computer System)，又称又称智能计算机智能计算机，它由下列几个主要部分所组成，它由下列几个主要部分所组成： 知识库知识库( (KBKB：Knowledge Bank)Knowledge Bank)、 知识库计算机知识库计算机( (KBMKBM：Knowledge Bank Knowledge Bank Machine) Machine)和

28、知识库管理系统和知识库管理系统( (KBMSKBMS： Knowledge Bank Management System) Knowledge Bank Management System)。 问题求解和推理机问题求解和推理机。 智能接口系统智能接口系统。 应用系统应用系统。第五代计算机第五代计算机系统要达到的目标是：系统要达到的目标是： 用自然语言、图形、图像和文件进行输入输出。用自然语言、图形、图像和文件进行输入输出。 用自然语言进行对话方式的信息处理，为非专业人员使用计算机提供用自然语言进行对话方式的信息处理，为非专业人员使用计算机提供方便。方便。 能处理和保存知识，以供使用；配备各种知

29、识数据库，起顾问作用。能处理和保存知识，以供使用；配备各种知识数据库，起顾问作用。 能够自学习和推理，帮助人类扩展自己的才能。能够自学习和推理，帮助人类扩展自己的才能。 一、计算机的起源与发展一、计算机的起源与发展1642 Pascal1822 Babbage差分机差分机1833 Babbage分析机分析机1944 阿肯阿肯MARK I1946 ENIAC唐朝唐朝 算盘算盘计算机的发展计算机的发展第二代电子计算机第三代电子计算机第一代电子计算机第四代电子计算机电子管计算机(1946年1958年) 运算速度几千次每秒晶体管计算机1958年1964年)运算速度几十万次每秒集成电路计算机 (1964

30、年1970年) 运算速度几十万次到几百万次每秒超大规模集成电路计算机 (1964年1970年)几百万次以上每秒中国计算机发展简史 我国的计算机事业始于我国的计算机事业始于19561956年我国最早倡导研究计算技术的著名年我国最早倡导研究计算技术的著名数学家华罗庚教授起草了发展电子计算机的措施。数学家华罗庚教授起草了发展电子计算机的措施。8 8月成立了以华罗月成立了以华罗庚为主任的中国科学院计算技术研究所筹建委员会，并组织了计算庚为主任的中国科学院计算技术研究所筹建委员会，并组织了计算机设计、程序设计和计算机方法专业训练班，并首次派出一批科技机设计、程序设计和计算机方法专业训练班，并首次派出一批

31、科技人员赴苏联实习和考察，引进了当时苏联的人员赴苏联实习和考察，引进了当时苏联的M-3M-3小型机和小型机和BECMBECM大型大型机。机。 从从19641964年开始，北京、天津、上海等年开始，北京、天津、上海等地相继制成一批晶体管计算机，主要机地相继制成一批晶体管计算机，主要机型有型有l09-l09-乙，乙，X-2X-2，DJS-6DJS-6、7 7、8 8、2121，109-109-丙，丙，441B-441B-、等十多种等十多种 。 2020世纪世纪7070年代以后，我国进入集成电年代以后，我国进入集成电路计算机时期，首先问世的是路计算机时期，首先问世的是111111机、机、112112

32、机和机和709709机。机。7070年代中后期相继研制成功年代中后期相继研制成功多种每秒百万次的大型机，计有多种每秒百万次的大型机，计有655655、150150、151151、905-905-甲、甲、905-905-乙、乙、735735等型号。等型号。 19831983年，我国先后研制成功年，我国先后研制成功757757大型计算机和大型计算机和“银河银河I”I”巨型计算巨型计算机。机。757757机是元器件和设备立足于机是元器件和设备立足于国内，由我国自行设计的第一台大国内，由我国自行设计的第一台大型向量计算机，每秒向量运算千万型向量计算机，每秒向量运算千万次。次。“银河银河I”I”是每秒向

33、量运算一亿是每秒向量运算一亿次的计算机，它填补了国内巨型计次的计算机，它填补了国内巨型计算机的空白，使我国跨进世界研制算机的空白，使我国跨进世界研制巨型计算机行列。巨型计算机行列。 19861986年中华学习机投产年中华学习机投产 1985 1985 长城长城286286投产投产 19881988年长城年长城386386投产投产 19931993银河计算机银河计算机型通过鉴定，运算速度达到每秒型通过鉴定，运算速度达到每秒1010亿次亿次 19951995曙光曙光10001000研制成功，其运算峰值可达每秒研制成功，其运算峰值可达每秒2525亿次亿次 19961996年，国产联想电脑在国内微机市

34、场销售年，国产联想电脑在国内微机市场销售量首次实现排名第一量首次实现排名第一 。19971997年，银河年，银河巨型计算机研制成功。巨型计算机研制成功。20002000年，我国自行研制成功高性能计算机年，我国自行研制成功高性能计算机“神威神威”，其主要技术指标和性能达到国际，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。先进水平。 20022002年年8 8月，联想深腾月，联想深腾18001800大规模计算机系统研制成功大规模计算机系统研制成功 20032003年年11 11月，由深圳大学和清华大学联合研制的深超月，由深圳大学和清华大学联合研制的深超-21C-21C通过技术鉴通过技术鉴定定 。 200

35、32003年年11 11月，联想深腾月，联想深腾68006800超级计算机研制成功，在超级计算机研制成功，在20032003年年11 11月月1616日日公布的全球最新超级计算机公布的全球最新超级计算机500500强排行榜中，深腾强排行榜中，深腾68006800实际运算速度实际运算速度居第居第1414位。位。一、计算机的特点一、计算机的特点工作自动化工作自动化存储容量大存储容量大精确度高精确度高运算速度快运算速度快存储容量大存储容量大通用性强通用性强自动化程度高自动化程度高精确度高精确度高二、计算机的分类二、计算机的分类数 字 计 算 机数 字 计 算 机模 拟 计 算 机模 拟 计 算 机按

36、处理对象按处理对象按使用范围按使用范围通 用 计 算 机通 用 计 算 机专 用 计 算 机专 用 计 算 机按规模按规模巨 型 计 算 机巨 型 计 算 机大、中、小型计算机大、中、小型计算机工作站工作站微 型 计 算 机微 型 计 算 机l微型计算机微型计算机（微机，（微机，MicrocomputerMicrocomputer）l台式计算机台式计算机（DesktopDesktop）l膝上型电脑膝上型电脑（LaptopLaptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（NotebookNotebook）l工作站工作站（WorkstationWorkstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palm

37、topPalmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal PDA, Personal Digital AssistantDigital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机，（小型机，MinicomputerMinicomputer）l大型计算机大型计算机（大型机，（大型机，Mainframe computerMainframe computer）l超级（巨型）计算机超级（巨型）计算机（SupercomputerSupercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose Special-purpose computercomputer

38、）/ / 嵌入式嵌入式计算机计算机（Embedded computerEmbedded computer）l微型计算机微型计算机（微机，（微机，MicrocomputerMicrocomputer）l台式计算机台式计算机（DesktopDesktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大

39、型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose computer）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l是通用计算机。是通用计算机。l通常是由一个用户来使用通常是由一个用户来使用（单用（单用户，户，Single-user）。l配有文字、声音、图象等输入配有文字、声音、图象等输入输出设备。输出设备。l可通过网络与其他计算机相联可通过网络与其他计算机相联。l高档台式机可充当服务器。高档台式机可充当服务器。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomput

40、er）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose computer）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（E

41、mbedded computer）l功能与台式机类似。功能与台式机类似。l一体化结构。一体化结构。l耗电更少，并配有电池，耗电更少，并配有电池，可在没有交流电源的场合可在没有交流电源的场合使用。使用。l可装在文件包中。可装在文件包中。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant

42、）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose computer）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l以联网为标志。以联网为标志。l计算能力比台式机更强，特计算能力比台式机更强，特别是在图形处理方面。别是在图形处理方面。l价格比台式机高得多。价格比台式机高得多。l随着台式机能力的不断提高随着台式机能力的不断提高，有可能被台式机所替代。，有可能被台式机所替代。l微型计算机微

43、型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose compu

44、ter）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l向用户提供专门的功能。向用户提供专门的功能。l靠电池供电。靠电池供电。l可装在衣袋中。可装在衣袋中。l有些已具有无线通信能力有些已具有无线通信能力。l是嵌入式计算机的一类。是嵌入式计算机的一类。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Person

45、al Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose computer）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l具有比微机更强的数据处理能具有比微机更强的数据处理能力和数据存储能力。力和数据存储能力。l多个用户可以同时使用多个用户可以同时使用（多用户（多用户，Multi-user）。l目前主要用作服务器。目前主要用作服务器。l微型计算机微型计

46、算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose compute

47、r）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l具有比小型机更强的数据具有比小型机更强的数据处理能力。处理能力。l价格比小型机高。价格比小型机高。l在银行等最早使用计算机在银行等最早使用计算机的行业中广泛使用。的行业中广泛使用。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digita

48、l Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（Special-purpose computer）/ / 嵌入式计嵌入式计算机算机（Embedded computer）l拥有最强的并行计算能力拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。，主要用于科学计算。l在气象、军事、能源等领在气象、军事、能源等领域承担大规模、高速度的域承担大规模、高速度的计算任务。计算任务。l趋势是用许多台计算机构趋势是用许多台计算机构成一台超级

49、计算机。成一台超级计算机。l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/ / 笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l工作站工作站（Workstation）l掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA, Personal Digital Assistant）l小型计算机小型计算机（小型机小型机，Minicomputer）l主机主机（大型机大型机，Mainframe computer）l超级计算机超级计算机（Supercomputer）l专用计算机专用计算机（S

50、pecial-purpose computer）/ / 嵌入式嵌入式计算机计算机（Embedded computer）l具有面向特定电子设备的具有面向特定电子设备的专门计算能力。专门计算能力。l一般被嵌入在特定的电子一般被嵌入在特定的电子设备中，直接控制电子设设备中，直接控制电子设备。备。l具有广泛的发展前途。具有广泛的发展前途。三、计算机的应用三、计算机的应用科学计算 数据处理过程控制 人工智能计算机网络与通信 计算机辅助系统多媒体技术电子商务四、计算机发展趋势四、计算机发展趋势 进制（数制） 即进位计数值。就是用进位的方法进行计数。 三要素：数码:一组用来表示某种数制的符号。基数：数制所使

51、用的数码个数称为“基数”或“基”，常用“R”表 示，称R进制。位权:指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中，处于不同数位的数码代表的数值不同。 不同进制数的表示方法 数制之间的转换第二节第二节 计算机中信息的编码计算机中信息的编码1. 常用的进位计数制1）十进制（）十进制（Decimal System） 由由0、1、2、8、9十个数码组成，即基数为十个数码组成，即基数为10。2 ）二进制（）二进制（Binary System） 由由0、1两个数码组成，即基数为两个数码组成，即基数为2。3）八进制（）八进制（Octal System） 由由0 、7八个数码组成，即基数为八个数码组成，即基数为8

52、。4）十六进制（）十六进制（Hexadecimal System） 由由0、9、A、 、 F十六个数码组成，即基数为十六个数码组成，即基数为16。 十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111进制之间的转换进制之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

53、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非十进制数非十进制数 十进制数十进制数 位权法位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式转换公式：(F)10 =a1xn-1 + a2xn-2 + . + am-1x1 + a mx0 + am+1x-1 + . 示例：示例： (1011.1) 2 = 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 = (11.5)10十进制整数十进制整数 非十进制整数非十进制整数q 整数部分和小数部分采用不同的方法q 整数部分采用除基数逆向取余法q 小数部分采用乘基数正向取整法例：例：10

54、0.345 D=( )B1002502252122623210余数余数结果：结果：110010021100100. 010110010011整数部分：除基数逆向取余法10.3450.690 0.760 1.520 1.04222 2 2 1.3800101结果：结果：0.01011小数部分：乘基数正向取整法此时可以采用此时可以采用0 0舍舍1 1入的方法进行处理（类入的方法进行处理（类似于十进制中的四舍五入的方法）似于十进制中的四舍五入的方法）。 非十进制之间的转换非十进制之间的转换 整整数从数从右向左三位右向左三位并并一位一位 小小数从数从左向右三位左向右三位并并一位一位二二进进制制 八八进

55、进制制一位拆三位一位拆三位一位拆四位一位拆四位 整数从右向左四位并一位整数从右向左四位并一位 小数从左向右四位并一位小数从左向右四位并一位二进制二进制 十六进制十六进制 例：例：100110110111.0101B=( )O=( )H100 110 110 111. 010 1100 110 110 111. 010 11001 1011 0111. 0101（4 6 6 7. 2 64 6 6 7. 2 6）8 8(9 B 7 . 5 )1600思考思考 计算机内部为何采用二进制？ 易于用物理元件表示:计算机是由逻辑电路组成，而逻辑电路通常只有两个状态。 运算规则简单 可靠性高:两个状态表示

56、的二进制两个数码，数字传输和处理不容易出错。 逻辑性强:计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。计算机中数据的单位计算机中数据的单位位（b）:位是计算机存储信息的最小单位字节(B):字节是信息处理的基本单位，一个字节由八位二进制数组成，即1Byte=8bit。 1KB=1024B=210B 另外还有MB、GB、TB字长:字是CPU通过数据总线一次存取、加工和传送数据的长度。一个字通常由一个或若干个字节组成，字长越长，性能越强。 常用的字长有8位、16位、32位、64位。计算机中的信息表示数值信息在计算机中的表示非数值型数据在计算机中的表示l在计算机中，按照既定的二

57、进制位数（称为码长），在计算机中，按照既定的二进制位数（称为码长），l最左边的那一位（称为符号位）用来表示一个整数的正负号最左边的那一位（称为符号位）用来表示一个整数的正负号：0 表示正数，表示正数，1 表示负数。表示负数。l符号位之后的那些位（称为数值位），用来表示这个整数的符号位之后的那些位（称为数值位），用来表示这个整数的绝对值。绝对值。l在计算机中，数可以有三种不同的二进制表示方法（在计算机中，数可以有三种不同的二进制表示方法（差差别在于负数之数值位的表示不同别在于负数之数值位的表示不同）：）：l原码表示原码表示l反码表示反码表示l补码表示补码表示l在给定码长后，根据一个整数的正负填写

58、符号位，再将这在给定码长后，根据一个整数的正负填写符号位，再将这个整数之绝对值的二进制表示，按照数值位的长度在前面个整数之绝对值的二进制表示，按照数值位的长度在前面补足必要的补足必要的 0 后，就得到这个整数的原码表示。后，就得到这个整数的原码表示。若码长为若码长为 8，则，则 123（10）的原码表示是：的原码表示是： 01111011-123（10）的原码表示是：的原码表示是： 11111011若码长为若码长为 16，则，则 123（10）的原码表示是：的原码表示是： 0000000001111011-123（10）的原码表示是：的原码表示是： 1000000001111011n n位位二

59、进制二进制原码原码的表数范围：的表数范围： - (2n-1 1) N ( 2n-1-1)原码中原码中 0 0 有两种表达方式有两种表达方式 （+0+0、-0-0）原码表示方法简单直观，但机器原码表示方法简单直观，但机器中原码不便于运算！中原码不便于运算！ 真值真值 8 8位原码位原码 真值真值 1616位原码位原码 +127 0111 1111 7FH +32767 7FFFH +126 0111 1110 7EH +32766 7FFEH . . . +2 0000 0010 02H +2 0002H +1 0000 0001 01H +1 0001H 0 0000 0000 00H 0 0

60、000H -0 1000 0000 80H -0 8000H -1 1000 0001 81H -1 FFFFH -2 1000 0010 82H -2 FFFEH . . .-126 1111 1110 FEH -32766 8002H-127 1111 1111 FFH -32767 8001H-128 - - -32768 -2n-1-1-(2n-1-1)l规定：规定：l一个正整数的反码表示与其原码表示相同；一个正整数的反码表示与其原码表示相同；l一个负整数的反码表示：对其原码表示的数值位进行按位变反一个负整数的反码表示：对其原码表示的数值位进行按位变反（按位将（按位将 1 换成换成 0