第1章 计算机与计算思维概述

1、大学计算机基础大学计算机基础本章要点与学习要求：本章要点与学习要求：计算机产生、发展和应用计算机产生、发展和应用 （了解（了解）计算计算思维概述（了解）思维概述（了解）计算机系统的组成及工作原理（掌握）计算机系统的组成及工作原理（掌握）微型计算机基本配置（掌握）微型计算机基本配置（掌握）计算机计算机信息的表示信息的表示 （掌握（掌握）互联网的发展概述（了解）互联网的发展概述（了解）第一章第一章 计算机与计算思维概述计算机与计算思维概述(4学时学时) 返返 回回下一页下一页 教学引入 现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你了解计算机的发展史吗？计算机

2、中是如何编码的呢？了解计算机的发展史吗？计算机中是如何编码的呢？还还有计算机的构成呢有计算机的构成呢？ 返返 回回下一页下一页 1.1.1 计算机的发展与展望计算机的发展与展望 计算机与一般计算工具的差别计算机与一般计算工具的差别存储器的大小存储器的大小运算能力运算能力 定义定义电子计算机是一种能按预先存储的电子计算机是一种能按预先存储的程序程序，对以，对以数字数字形式出现的信息形式出现的信息进行处理的进行处理的电子装置电子装置。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 ENIACENIAC是世界公认的第一台通用电子数字计算机。是世界公认的第一台通用电子数字计算机。19461946年年2 2月月

3、由美国宾州大学的由美国宾州大学的莫克莱莫克莱和和埃克特埃克特研制；研制；1800018000多个多个电子管电子管、15001500多个多个继电器继电器、占地占地170170平方米平方米、重量、重量3030吨吨、计算、计算速度速度5 5千次千次/ /秒秒；每次至多只能；每次至多只能存储存储2020个个十进制数；十进制数；弱点：存储容量小，尚未采用弱点：存储容量小，尚未采用“程序存储程序存储”方式；电子管太多方式；电子管太多 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 ENIAC的一角。的一角。图灵图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可

4、计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。冯冯诺依曼诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯贡献：建立现代计算机基本结构，即冯诺依曼结构。诺依曼结构。 整个系统是由整个系统是由五大基本部件五大基本部件组成，即由运算器、控制器、存储器、组成，即由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成；输入设备、输出设备组成； 采用二进制采用二进制，使用机器语言，使用机器语言, ,指令通过操作码来完成简单的操作；指令通过操作码来完成简单的操作； 采用采用存储程序存储程序的思想，对计算进行集中的顺序控制。的思想，对计算进行集中的顺序控制。冯冯. .诺依曼诺依曼图图 灵

5、灵 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 时代时代 年份年份 器件器件 存储器存储器软件软件运算速度运算速度应用应用一一 46465757 电子管电子管延迟线或磁延迟线或磁鼓鼓机器语言汇机器语言汇编语言编语言 几千次到几万几千次到几万次次科学计算科学计算二二58586363 晶体管晶体管 磁芯磁芯高级语言高级语言几万次到几十几万次到几十万次万次数据处理工数据处理工业控制业控制三三64647070集成电集成电路路半导体半导体操作系统操作系统几十万次到几几十万次到几百万次百万次文字处理图文字处理图形处理形处理四四7171年至年至今今大规模大规模集成电集成电路路集成度更高集成度更高的半导体的半导体数

6、据库、网数据库、网络等络等几千万次到千几千万次到千百亿次百亿次社会的各个社会的各个领域领域五五人工智人工智能化能化突破突破冯冯诺依曼结构，研制智能化计算机诺依曼结构，研制智能化计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 巨型化巨型化微型化微型化网络化网络化多媒体化多媒体化智能化智能化有效数字有效数字可达十几位可达十几位、几十位、几十位、甚至上百位甚至上百位。已从最初已从最初的每秒几千的每秒几千次发展到现次发展到现在的最高每在的最高每秒几万亿次秒几万亿次。运算速运算速度快度快计算精计算精度高度高有记忆有记忆特性特性采用程序采用程序存储的方式存储的方式，可以自动，可以自动运行存储的运行存储的程序

7、。程序。可以存储可以存储大量的数据，大量的数据，当需要时，当需要时，又能准确无又能准确无误地取出来。误地取出来。自动运行自动运行能力能力计算机可计算机可无故障的运无故障的运行几个月，行几个月，甚至几年。甚至几年。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 可靠性高可靠性高按工作原理按工作原理 数字计算机（Digital Computer）模拟计算机 (Analog Computer)混合计算机 (Hybrid computer)按应用按应用 通用计算机 (General Purpose Computer) 专用计算机 (Special Purpose Computer) 按综合性能指标按综合性能指

8、标巨型机（Super Computer） 大型机（Main Frame Computer） 小型机（MiniComputer） 微型机（MicroComputer） 工作站（Workstation） 服务器（Server） 网络计算机（Net Computer） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 运算速度可达运算速度可达5000亿次的亿次的“神威神威”计算机计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 IBM大型机大型机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 微型机（个人计算机）微型机（个人计算机）（1 1）科学计算科学计算 利用计算机的高速度、大存储量和连续运算的能力，可以完利用计算机的

9、高速度、大存储量和连续运算的能力，可以完成许多人工无法实现的科学计算问题。成许多人工无法实现的科学计算问题。（2 2）信息）信息处理处理 信息信息处理处理是指对原始数据进行收集、整理、合并、选择、存是指对原始数据进行收集、整理、合并、选择、存储、输出等加工的过程，也储、输出等加工的过程，也称数据处理称数据处理。（3 3）办公自动化）办公自动化 主要表现在主要表现在“无纸办公无纸办公”，通过，通过internetinternet平台，提平台，提供信息共享和交换供信息共享和交换。（4 4）生产自动化）生产自动化 实时控制实时控制 辅助工程辅助工程 计算机辅助测试计算机辅助测试 （5 5）人工智能人

10、工智能 人工智能是指用计算机来人工智能是指用计算机来“模仿模仿”人的智能，使计算机具有人的智能，使计算机具有识别语言、文字、图形和识别语言、文字、图形和“推理推理”、“学习学习”适应环境的能力。适应环境的能力。 （6 6）人类生活中的应用）人类生活中的应用 通信，新闻，电子公告，电子商务，影视娱乐，通信，新闻，电子公告，电子商务，影视娱乐，信息查询，教育等信息查询，教育等课堂交互动按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。按计算机采用的电子器件来划分计算机的发展，经历了（）代。A）4 B）6 C）7 D）3分析：按计算机采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。分析：按计算机

11、采用的电子器件来划分，计算机的发展经历了四代。结论：答案应选结论：答案应选A） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 科学科学：反映现实世界各种现象的本质和客观规律的分科知识体系。：反映现实世界各种现象的本质和客观规律的分科知识体系。科学科学思维思维：人类科学活动中所使用的思维方式。：人类科学活动中所使用的思维方式。 遵守三个基本原则：逻辑性原则、方法论原则、历史性原则遵守三个基本原则：逻辑性原则、方法论原则、历史性原则计算思维的内涵计算思维的内涵（周以真）：运用计算机科学的基础概念去求解（周以真）：运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之问题、设

12、计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。广度的一系列思维活动。 周教授认为应开设周教授认为应开设“怎么像计算机科学家一样思维怎么像计算机科学家一样思维”的课程。的课程。几个几个概念概念计算机系统是由计算机系统是由硬件系统和和软件系统两大部分组成两大部分组成计算机计算机系统系统软件软件系统系统硬件硬件系统系统是指计算机系统中由各种是指计算机系统中由各种电子的、机械的、磁性的、电子的、机械的、磁性的、光的器件或装置组成的看光的器件或装置组成的看得见、摸得着的物理实体得见、摸得着的物理实体部分。部分。是指控制、管理和指挥是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类计算机工作

13、和解决各类应用问题的所有应用问题的所有程序程序和和技术资料技术资料的总和。的总和。 返返 回回下一页下一页 见书P9 图1-6 计算机系统的层次结构控制器控制器原始数据原始数据计算结果计算结果输输出出设设备备计算步骤计算步骤输输入入设设备备数据数据地址地址 结果结果运算器运算器 指令指令存储器存储器图图1-7 计算机的基本结构计算机的基本结构冯冯诺依曼型计算机硬件系统由诺依曼型计算机硬件系统由5 5个基本部件组成个基本部件组成1.运算器（运算器（ALU，Arithmetical and Logical Unit）主要功能是对二进制数码进行算术运算和逻辑运算，所以运算器也称为算术逻辑部件（ALU

14、）。运算器主要由一个加法器、若干寄存器和一些控制线路组成2. 控制器（控制器（CU，Control Unit）是计算机的神经中枢，它指挥着计算机各个部件自动、协调地工作。 运算器和控制器被集成在一块电路中，统称为中央处运算器和控制器被集成在一块电路中，统称为中央处理器（又称理器（又称CPU）3存储器（存储器（Memory）是计算机的记忆装置，主要用来存放计算机进行信息处理后的程序和数据 。存储器分为内存储器(简称内存)和外存储器(简称外存)两大类。中央处理器(CPU)只能直接访问存储在内存中的数据 4输入设备（输入设备（Input Devices）用来向计算机输入命令、程序、数据、文本、图形、

15、图像、音频和视频等信息的设备。 5输出设备（输出设备（Output Devices）主要功能是将计算机处理后的各种内部格式的信息转换为人们能识别的形式 。表达出来 。提示：提示：U U盘、硬盘、磁带机和触摸屏等既是盘、硬盘、磁带机和触摸屏等既是 输入设备又是输出设备。输入设备又是输出设备。系统软件系统软件应用软件应用软件软件系统软件系统系统软件：系统软件：是指负责管是指负责管理、监控和维护计算机理、监控和维护计算机硬件和软件资源的一种硬件和软件资源的一种软件。软件。应用软件：应用软件：应用软件是指应用软件是指利用计算机和系统软件为利用计算机和系统软件为解决各种实际问题而编制解决各种实际问题而编

16、制的程序。的程序。 1、软件的概念：、软件的概念：计算机程序计算机程序及其有关及其有关文档文档。2、软件的分类：系统软件和应用软件、软件的分类：系统软件和应用软件 系系统统软软件件操作系统操作系统(如如DOS、Windows、UNIX、OS/2等等)语言编译和解释系统语言编译和解释系统程序设计语言程序设计语言(如汇编语言、如汇编语言、BASIC、C、Delphi等等)网络软件、数据库管理系统网络软件、数据库管理系统(如如FoxBASE、Oracle等等)系统服务程序系统服务程序(如诊断程序等如诊断程序等)应应用用软软件件信息管理软件信息管理软件(如工资管理软件、人事管理软件等如工资管理软件、人

17、事管理软件等)科学计算程序科学计算程序文字与表格处理软件文字与表格处理软件(如如WPS、Word、Excel等等)图形与图像处理软件（图形与图像处理软件（Photoshop、3DMax等）等）辅助设计软件辅助设计软件(如如CAD、CAM、CAI、CAT等等)软软件件系系统统 计算机软件系统结构计算机软件系统结构程程序序设设计计语语言言Web语言语言 Java、J+、HTML、XML。机器语言机器语言 由由0和和1组成的二进制代码序列，计算机可直组成的二进制代码序列，计算机可直接执行。接执行。汇编语言汇编语言 将二进制形式的机器指令代码序列用符号将二进制形式的机器指令代码序列用符号（助记符）表示

18、。（助记符）表示。 高级语言高级语言面向对象：面向对象：C+、Visual BASIC。面向过程：面向过程：BASIC、PASCAL、 FORTRAN、C。程序设计语言的种类程序设计语言的种类 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 3、程序设计语言、程序设计语言及其处理程序及其处理程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序连接程序连接程序运行结果运行结果 源程序源程序 目标程序目标程序 可执行程序可执行程序程序编译过程程序编译过程 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 4、数据库管理系统、数据库管理系统 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）是计算机数据处理发展到）是计算机数据处理发展到高级阶段

19、而出现的专门对数据进行集中处理的系统软件，高级阶段而出现的专门对数据进行集中处理的系统软件，负责数据库的定义、建立、操作、管理和维护，在保证数负责数据库的定义、建立、操作、管理和维护，在保证数据完全可靠的同时提高数据库应用时的简明性和方便性。据完全可靠的同时提高数据库应用时的简明性和方便性。5、软件的知识产权保护、软件的知识产权保护 三大特性：专有性、地域性、时间性三大特性：专有性、地域性、时间性 计算机软件是一种智力劳动产品，具有很高的附加值。计算机软件是一种智力劳动产品，具有很高的附加值。指令指令 定义：能够被计算机识别的命令，是对计算机进行程序控制的最小定义：能够被计算机识别的命令，是对

20、计算机进行程序控制的最小单位单位 组成：组成： 操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能；操作码：计算机应该执行的某种操作的性质和功能； 地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址地址码：被操作的数据存放在何处，即指明操作数的地址程序程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成的集合。是由完成某一特定任务的一组指令所组成的集合。注意：注意：当计算机工作时，流动三种信息：数据信息，控制信息和地址信当计算机工作时，流动三种信息：数据信息，控制信息和地址信息息（书（书P13P13中的指令信息包括地址信息和控制信息）中的指令信息包括地址信息和控制信息） 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 输

21、出设备输出设备执行执行结果结果程序程序数据数据先编写出完成这一算题的计算程序；先编写出完成这一算题的计算程序； 结束指令结束指令输入设备输入设备内存储器内存储器微处理器微处理器地址地址/ /指令指令/ /数据数据分析指令分析指令取指令取指令执行指令执行指令结束结束其他指令其他指令计算机工作过程计算机工作过程CPU工作过程工作过程程序和数据送入计算机内存；程序和数据送入计算机内存； 控制器从存储器中取指令；控制器从存储器中取指令； 控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备；控制器分析、执行指令，为取下一条指令做准备； 取下一条指令，分析执行，如此重复操作，直至执行完程序取下一条指令，分析执行，

22、如此重复操作，直至执行完程序中的全部指令，便可获得最终结果。中的全部指令，便可获得最终结果。 操作系统（操作系统（Operation System,Operation System,简写简写OSOS）是直接运行在）是直接运行在“裸机裸机”上的最基本的系统软件，其他软件都必须在操作系上的最基本的系统软件，其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。统的支持下才能运行。 进程管理进程管理在多用户、多任务的环境下，主要解决对在多用户、多任务的环境下，主要解决对CPUCPU进行资源的分配调度，有效地组织多个作业同时运行。进行资源的分配调度，有效地组织多个作业同时运行。 存储管理存储管理主要是管理内存资源

23、，合理地为程序的运主要是管理内存资源，合理地为程序的运行分配内存空间。行分配内存空间。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 1.操作系统的功能操作系统的功能 作业管理作业管理提供使用系统的良好环境，使用户能有效提供使用系统的良好环境，使用户能有效地组织自己的工作流程地组织自己的工作流程。 文件管理文件管理有效支持文件的存储、检索和修改等操作有效支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密与保护。，解决文件的共享、保密与保护。 设备管理设备管理负责外部设备的分配、启动和故障处理，让负责外部设备的分配、启动和故障处理，让用户方便地使用外设。用户方便地使用外设。 上一页上一页 返返 回回

24、下一页下一页 2.操作系统的分类（按功能划分）操作系统的分类（按功能划分）1)单单用户操作系统：用户操作系统：系统主要面向单个用户，功能简单，提供友好用系统主要面向单个用户，功能简单，提供友好用户操作界面和功能丰富的户操作界面和功能丰富的系统软件系统软件2)批处理批处理OS 特点：系统吞吐量大，资源利用率高，不便于调试程序特点：系统吞吐量大，资源利用率高，不便于调试程序和和人机交互人机交互3)分时分时OS 特点：多路性、交互性、独占性和及时特点：多路性、交互性、独占性和及时性性4)实时实时OS 特点：实时性、高可靠性。可分实时控制系统和实时信息特点：实时性、高可靠性。可分实时控制系统和实时信息

25、处理处理系统系统5)网络网络OS 把计算机网络中的各个独立的计算机连接起来，实现相互把计算机网络中的各个独立的计算机连接起来，实现相互通信及资源共享通信及资源共享 6)分布式分布式OS 将大量的计算机通过网络联结在一起，以较低的成本获将大量的计算机通过网络联结在一起，以较低的成本获得较高的运算能力和广泛的数据共享的分布式系统得较高的运算能力和广泛的数据共享的分布式系统。 其其优点在于它的分布式和可靠性。优点在于它的分布式和可靠性。 PC 机上常用操作系统机上常用操作系统1)DOS（Disk Operating System）：）：是是Microsoft、IBM等公司研制等公司研制的配置在的配置

26、在PC机上的机上的单用户、单任务命令行界面单用户、单任务命令行界面的操作系统。的操作系统。 2)OS/2系统系统 ：IBM公司为公司为PS/2个人电脑个人电脑开发的多任务图形界面的开发的多任务图形界面的操作系统，是操作系统，是32位系统，也可以运行位系统，也可以运行16位位DOS和和Windows软件。软件。3)UNIX ：是是多用户、多任务操作系统多用户、多任务操作系统，应用面最广、影响力最大的，应用面最广、影响力最大的网络操作系统。网络操作系统。4)Linux ： Linux是一种是一种源代码开放源代码开放的的多用户多用户网络网络操作系统操作系统5)Windows操作系统操作系统 ：Win

27、dows95，98，Me，XP，到现，到现 在的在的Win71中央处理器中央处理器 中央处理器是整个中央处理器是整个微型计算机系统的核微型计算机系统的核心，是由制作在一块心，是由制作在一块芯片上的控制器、运芯片上的控制器、运算器、若干寄存器以算器、若干寄存器以及内部数据通路构成及内部数据通路构成的。其主要功能是控的。其主要功能是控制整个微机的运行并制整个微机的运行并完成相应的运算。完成相应的运算。 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 主要包括运算器（主要包括运算器（ALUALU）和控制器（）和控制器（CUCU）两大部件，）两大部件，它是计算机的核心部件。它是计算机的核心部件。CPUCPU可以

28、直接访问内存储器，它和内存储器构成了计可以直接访问内存储器，它和内存储器构成了计算机的主机，是计算机系统的主体。算机的主机，是计算机系统的主体。 CPUCPU是通过总线和计算机其它部件（如存储器，输入是通过总线和计算机其它部件（如存储器，输入输出电路等）相连接的。输出电路等）相连接的。总线有：地址总线总线有：地址总线ABAB（Address BusAddress Bus）、数据总线）、数据总线DBDB（Data BusData Bus）和控制总线）和控制总线CBCB（Control BusControl Bus）。）。CPUCPU的性能指标：主要有字长和时钟主频两个的性能指标：主要有字长和时钟

29、主频两个 2主板主板 连接主机箱内其他硬件的主板，它是其他硬件的载体，连接主机箱内其他硬件的主板，它是其他硬件的载体，因此又称因此又称“母板母板”。 CPU插座内存插槽总线扩展槽BOIS芯片外设接口 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 3存储器存储器 (1)(1)内存储器内存储器 RAM:RAM:随机存储器随机存储器 ROM:ROM:只读存储器只读存储器 (2)(2)外存储器外存储器 移动式外存储器移动式外存储器 硬盘硬盘 光盘光盘 u u盘盘软盘软盘U盘一个二进制位（一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位）是构成存储器的最小单位 。存储。存储器基本的存储单位为字节（器基本的存储单位为

30、字节（ByteByte），给每个字节编上一），给每个字节编上一个号码，称为地址（个号码，称为地址（AddressAddress）。）。 内存储器具有容量小、功耗低、体积小，但存取速度快内存储器具有容量小、功耗低、体积小，但存取速度快的特点。的特点。按其工作方式不同，内存储器可分为按其工作方式不同，内存储器可分为随机存储器随机存储器 （RAM）：）： RAM既可以既可以随机读出信息随机读出信息，也可以向内写入，也可以向内写入信息，随机读信息，随机读/写任一单元的时间相同，写任一单元的时间相同，断电后，信息全部丢失断电后，信息全部丢失。 只读存储器（只读存储器（ROM）：）：ROM只能读出，不能写

31、入只能读出，不能写入，断电后，信息不，断电后，信息不会丢失会丢失 。高速缓存（高速缓存（CACHECACHE）：由高速）：由高速RAMRAM即即SRAMSRAM组成，它介于组成，它介于CPUCPU和内存之间，（也可做在和内存之间，（也可做在CPUCPU内部），起一个缓冲的作用内部），起一个缓冲的作用，以解决高速的，以解决高速的CPUCPU和低速的和低速的DRAMDRAM之间的矛盾。之间的矛盾。与内存相比，外存储器的特点是与内存相比，外存储器的特点是存储量大、价格较低存储量大、价格较低、而且在断电的情况下也可以而且在断电的情况下也可以长期保存信息长期保存信息，所以，又称，所以，又称为永久性存储器

32、，但其存取速度较慢。为永久性存储器，但其存取速度较慢。在微型计算机中，最常用的外存有在微型计算机中，最常用的外存有磁盘、光盘、磁带磁盘、光盘、磁带和和U U 盘盘等。等。（1 1）键盘）键盘 通过键盘向计算机输入命令、程序以及数据等通过键盘向计算机输入命令、程序以及数据等信息，或使用一些操作键和组合控制键来控制信息信息，或使用一些操作键和组合控制键来控制信息的输入、修改和编辑，或对系统的运行进行一定程的输入、修改和编辑，或对系统的运行进行一定程度的干预和控制。度的干预和控制。 4. 输入设备输入设备 输入设备是用来把计算机外部的程序、数据等输入设备是用来把计算机外部的程序、数据等信息送入到计算

33、机内部的设备。信息送入到计算机内部的设备。 小键盘区扩展键盘区扩展键盘区主键盘区（2）鼠标器）鼠标器 鼠标使用的重要规则鼠标使用的重要规则点左键是定位，拨中点左键是定位，拨中间的滚轮是移位，点右键是弹出功能菜单。间的滚轮是移位，点右键是弹出功能菜单。 （2 2）打印机）打印机 打印机是计算机系统的主要输出设备。打印机是计算机系统的主要输出设备。 5. 输出设备输出设备 （1 1）显示器）显示器 计算机的显示系统主要是由显示器和显示卡构成的。计算机的显示系统主要是由显示器和显示卡构成的。 显示器显示器打印机打印机微型机内部组成微型机内部组成电源电源 光驱光驱 硬盘硬盘 显卡显卡 CPUCPU 内

34、存条内存条 裸机裸机：没有安装软件的计算机叫裸机 裸机不能完成任何任务，必须安装软件安装软件顺序如下： 1、安装操作系统 2、安装办公软件 3、安装常用的工具软件教学引入 计算机可以处理各种各样的数据，如文本、图像、计算机可以处理各种各样的数据，如文本、图像、声音、动画等，那么这些信息在计算机内部是如何保存声音、动画等，那么这些信息在计算机内部是如何保存的？的？ 返返 回回下一页下一页 1. 1. 数据数据 一切能被计算机接收和处理的物理符号都称为一切能被计算机接收和处理的物理符号都称为“数据数据”，如数字，如数字、文字、图形、图像、声音等，是存储在计算机上物理符号的集合。、文字、图形、图像、

35、声音等，是存储在计算机上物理符号的集合。 数据按数据按性质性质可分为：可分为：模拟数据模拟数据 数字数据数字数据 数据按数据按类型类型可分为：可分为：数值型数据数值型数据 非数值型数据非数值型数据2. 2. 信息信息 有意义的数据即信息。有意义的数据即信息。 数值 十二进制转换 西文 ASCII 码 汉字 输入码机内码转换 声音、图像 模数转换 二十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数模转换 内存 输入设备 输出设备 数值 西文 汉字 声音、图像 二进制二进制1.2.2 计算机的数据编码一、进位计数制一、进位计数制 把一组特定的符号按先后顺序排列起来，由低位向高位进位计数的方法把一组特定的符号

36、按先后顺序排列起来，由低位向高位进位计数的方法，称为，称为“进位计数制进位计数制”。 相关概念：相关概念： 【数位数位】数码在一个数中的位置数码在一个数中的位置，如十进制数中的个位、十位，如十进制数中的个位、十位 【基数基数】在某种进制数中在某种进制数中允许使用的基本符号的个数允许使用的基本符号的个数，一般，一般r r进制数其进制数其基数就是基数就是r r。【权权】和和数位有关的概念数位有关的概念，即，即每一个数位上的数码所表示的数值的大每一个数位上的数码所表示的数值的大小，小，一般等于该一般等于该数码本身乘以一个常数数码本身乘以一个常数，该常数即权该常数即权。任何一个进制数都可。任何一个进制

37、数都可按权展开成为多项式，按权展开成为多项式，各位的权是以基数为底的幂各位的权是以基数为底的幂，如十进制数，如十进制数555.55555.55可表可表示为：示为： 5 55 55 5. .5 55 5=5=510102 2+ +5 510101 1+ +5 510100 0+ +5 51010-1-1+ +5 51010-2-2 ( (其中划线部分即为权其中划线部分即为权) )R进制进制数可用数可用 r个基本符号（例如个基本符号（例如0，1，2，r- -1）表示。）表示。基数基数权权:以基数为底的幂以基数为底的幂数码数码678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2二、计

38、算机编码二、计算机编码1. 十进制（十进制（Decimal notation ,用用D表示表示） 基数为基数为10，数符为，数符为09的计数系统，称为的计数系统，称为“十进制十进制” 。 十进制计数规则十进制计数规则 基数基数: 10 数符数符: 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 运算规则运算规则: 逢十进一逢十进一 位权位权:10i 十进制数十进制数整数部分整数部分的位权的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是100、101、102、103、104 十进制数十进制数小数部分小数部分的位权的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是10-1、10-2、10-3、10-4 从位权角度看

39、，任意一个十进制数可以展开成数字与其位权乘积的从位权角度看，任意一个十进制数可以展开成数字与其位权乘积的多项式之和。多项式之和。 A=(an-110n-1a1101a0100a-110-1a-210-2a-m10-m)其中其中: ai(i= n, , 2 , 1 , 0 ,1,2, ,m)为为09中任何一个数字符中任何一个数字符号。号。【例例】十进制数十进制数3450.02可以写成如下加权展开多项式：可以写成如下加权展开多项式： 3450.02=3104105100100 010-1210-2【提示提示】系统默认对十进制数不加下标。系统默认对十进制数不加下标。2二进制数（二进制数（Binary

40、 notation , 用用B表示表示）基数为基数为2,数符为数符为0、1的计数系统的计数系统,称为称为“二进制二进制”。二进制计数规则：二进制计数规则： 基数基数: 2 数符数符: 0、1 运算规则运算规则: 逢二进一逢二进一 位权位权：2i 二进制各数位的权是以二进制各数位的权是以2为底数的幂。为底数的幂。 二进制数整数部分的位权二进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是20、21、22、23、24 二进制小数部分的位权二进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是2-1、2-2、2-3、2-4 从位权角度看，任意一个二进制数同样可以用多项式之和来表示。从位权

41、角度看，任意一个二进制数同样可以用多项式之和来表示。 A2=(an-12n-1a121a020a-12-1a-222a-m2-m)其中其中:ai(i= n, , 2 , 1 , 0 ,1,2, ,m)为为01中任何一个数字符号中任何一个数字符号。【例例】二进制数二进制数(1011.01)2可以写成如下多项式：可以写成如下多项式： (1011.01)2 = 12302212112002-112-2【提示提示】二进制数必须加下标如二进制数必须加下标如(1011.01)2, 或加数制符如或加数制符如(1011.01)B来表示。来表示。3八进制（八进制（Octal notation,用用O表示表示）

42、基数为基数为8，数符为，数符为07的计数系统，称为的计数系统，称为“八进制八进制”。八进制计数规则：八进制计数规则： 基数：基数： 8 数符：数符：0、1、2、3、4、5、6、7 运算规则：运算规则：逢八进一逢八进一 位权：位权： 8i 八进制各数位的权是以八进制各数位的权是以8为底数的幂。为底数的幂。 八进制数整数部分的位权八进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是80、81、82、83、84 八进制小数部分的位权八进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是8-1、8-2、8-3、8-4 八进制数表示方法八进制数表示方法 从位权角度看从位权角度看,任意一个八进

43、制数同样可以用多项式之和来表示。任意一个八进制数同样可以用多项式之和来表示。 A8=(an-18n-1a181a080a-18-1a-282a-m8-m) 其中：其中：ai(i= n, , 2 , 1 , 0 ,1,2, ,m)为为07中任何一个数字符号。中任何一个数字符号。【例例】八进制数八进制数(4537.71)8, 按位权相加展开式为：按位权相加展开式为： (4537.71)8=48583878078-118-2【提示提示】八进制数必须加下标如八进制数必须加下标如(4537.71)8, 或加数制符如或加数制符如(4537.71)O来表示来表示。4十六进制（十六进制（Hexadecinal

44、，用，用H表示表示） 基数为基数为16,数符为数符为09以及以及AF的计数系统的计数系统,称为称为“十六进制十六进制”。十六进制计数规则：十六进制计数规则： 基数基数: 16 数符数符: 09、AF或或af 运算规则运算规则: 逢十六进一逢十六进一 位权位权: 16i 十六进制各数位的权是以十六进制各数位的权是以16为底数的幂。为底数的幂。 十六进制数整数部分的位权十六进制数整数部分的位权 从最低位开始依次是从最低位开始依次是160、161、162、163、164 十六进制小数部分的位权十六进制小数部分的位权 从最高位开始依次是从最高位开始依次是16-1、16-2、16-3、16-4 十六进制

45、数表示方法十六进制数表示方法从位权角度看从位权角度看,任意一个十六进制数同样可以用多项式之和来表示。任意一个十六进制数同样可以用多项式之和来表示。 A16=(an-116n-1a1161a0160a-116-1a-2162a-m16-m)其中其中:ai(i= n, , 2 , 1 , 0 ,1,2, ,m)为为09 以及以及AF中任何一个数字中任何一个数字符号。符号。【例例】十六进制数十六进制数(34AF)16，按位权展开式为：，按位权展开式为： (34AF.4)16=316416101615160416-1【提示提示】十六进制数必须加下标如十六进制数必须加下标如(34AF.4)16，或加数制

46、符如，或加数制符如(34AF.4)H来表示。来表示。进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制规规 则则逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一基基 数数r =2r =8r =10r =16数数 符符0,10,1,70,1,90,1,9,A,B,F权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH5. 计算机中常用的几种进位计数制归纳如下计算机中常用的几种进位计数制归纳如下三、在计算机内部采用二进制三、在计算机内部采用二进制1易于用器件实现易于用器件实现 二进制只有二进制只有0和和1两个状态，电子元件就可以用对立的两个状态来表示，两个状态，电子元

47、件就可以用对立的两个状态来表示，可用自可用自然界存在的两种对立的物理状态表示。然界存在的两种对立的物理状态表示。2二进制数运算简便二进制数运算简便 二进制数的运算法则比其他进制简单二进制数的运算法则比其他进制简单 加法加法 00 0 乘法乘法 00 0 01 101 01 10 0 11 10 11 1 2(2+1)/2个和个和 2(2+1)/2个积个积3易于实现逻辑运算易于实现逻辑运算 采用二进制可以进行逻辑运算，使逻辑代数和逻辑电路成为计算机电路设计的采用二进制可以进行逻辑运算，使逻辑代数和逻辑电路成为计算机电路设计的数学基础。数学基础。 (1) 非十进制非十进制 十进制十进制 一个非十进

48、制数的一个非十进制数的加权系数和加权系数和就是该非十进制数所对应的十进制数，也就是该非十进制数所对应的十进制数，也称称“按权展开相加法按权展开相加法”。 例： (10101)B=24+22+20=21 (101.11)B=22+21+2-1+2-2=5.75 (101)O=82+80=65 (71)O=781+1=57 (101A)H=163+16+104106进制表示符号进制表示符号B 二进制二进制O 八进制八进制D 十进制十进制H 十六进制十六进制(2) 十进制十进制 非十进制非十进制 整数部分：整数部分：除除基取余，倒排基取余，倒排 小数部分：小数部分：乘乘基基取取整，顺排整，顺排100

49、= (144)O=(64)H例：100.345 = (1100100.01011)B10025022521226232100010011八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制0.3451.38 20.69 22 0.76 2 1.52 2 1.04010112. 二进制、八进制、十六进制数间的相互转换二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 (64)H=(0110 0100)B 6 4(144)O=(001 100 100)B 1 4 4(1 101 101 110.110 101 )B= (1556.65)O1 5 5 6 6 5(11 0110 1110

50、.1101 01 )B=(36F.D4)H 3 6 F D 4一位八进一位八进制数制数对应对应三位二进制数三位二进制数一位一位十六进制数十六进制数对应对应四位二进制数四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制 整数部分整数部分：从右向左按三从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分小数部分：从左向右按三从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零：整数部分补整数部分补在左端，在左端，小数部分补小数部分补在右端在右端4、二进制数的算术运算、二进制数的算术运算 1.1.二进制数的加法运算二进制数的加法运算2.2.二进制数的减法运算二进制数的减法运算加法运算法

51、则加法运算法则0+0=00+0=00+1=1+0=10+1=1+0=11+1=01+1=0 1101+ 1110 11011减法运算法则法运算法则0-0=1-1=00-0=1-1=01-0=11-0=10-1=10-1=1 11011- 1110 11013.3.二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算 4.4.二进制数的除法运算二进制数的除法运算乘乘法运算法则法运算法则0 00=00=00 01=11=10=00=01 11=11=1除法运算法则法运算法则0 00=00=00 01 1=0=01 11=11=1 1101 1010 0000 1101 0000+ 1101 10000010 10

52、1 1011 111011 1011 1111 1011 1002n 1B=8b 1KB =210B=1024B 1MB =220B=1024KB 1GB =230B =1024MB 1TB =240B =1024GB 补充，见书补充，见书P33 问题问题1、 两个两个bit 可以表示状态？可以表示状态？2、11011100有几个有几个bit？占几个字？占几个字节？节？3、一台计算机的字长是、一台计算机的字长是4个字节，个字节，意味着在意味着在CPU中作为一个整体中作为一个整体加以传递处理的二进制代码为多加以传递处理的二进制代码为多少位？少位？00 01 10 118个个bit ，一个字节，一

53、个字节32位位千字节千字节兆字节兆字节吉字节吉字节 数值 十二进制转换 西文 ASCII 码 汉字 输入码机内码转换 声音、图像 模数转换 二十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数模转换 内存 输入设备 输出设备 数值 西文 汉字 声音、图像 二进制二进制1.5.4 信息数字化（1 1）数的长度）数的长度数的长度指用一个十进制数表示一个数值所占用的实际位数。数的长度指用一个十进制数表示一个数值所占用的实际位数。 例例:12345:12345的长度为的长度为5 5。由于在计算机中储存容量的大小是用字节来度量的由于在计算机中储存容量的大小是用字节来度量的，数的长度也常用数的长度也常用字节来计量字节

54、来计量。（2 2）数的符号）数的符号 通常把通常把一个数的最高位定义为符号位一个数的最高位定义为符号位，用，用“0 0”表示正、用表示正、用“1 1”表表示负，称为示负，称为数符数符。（3 3）小数点的表示）小数点的表示 表示一个数值型数据时，通常要先约定小数点的位置。表示一个数值型数据时，通常要先约定小数点的位置。小数点位置小数点位置约定在数符后面表示约定在数符后面表示定点小数定点小数，在最后一位数符之后表示，在最后一位数符之后表示定点整数定点整数。1.计算机中数的计算机中数的编码（补充）编码（补充） 定点整数：定点整数： S110111001101101小数点小数点无符号位无符号位S110

55、1110小数点小数点定点小数：定点小数： 定点数表示 浮点数表示110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数1100110011N= 数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值大规格化的形式：尾数的绝对值大于等于于等于0.1并且小于并且小于1，从而唯一，从而唯一地规定了小数点的位置。地规定了小数点的位置。 定点整数定点整数定点小数定点小数（4 4）数的编码）数的编码 真值数真值数 把机器外部由正把机器外部由

56、正(+)(+)、负、负(-)(-)号表示的数称为真值数。号表示的数称为真值数。 机器数机器数 二进制数在计算机中的表示形式称为机器数，即二进制数在计算机中的表示形式称为机器数，即符号符号 位数字化的真值数位数字化的真值数。 机器数的特点：机器数的特点： 用用二进制二进制表示，平时所用数为十进制。表示，平时所用数为十进制。 机器数机器数的符号位用的符号位用1 1与与0 0表示表示正负正负，平时所用数，平时所用数 为为“+/-”+/-” 表示正负。表示正负。 机器数的机器数的位数是固定的位数是固定的，能表示的数值范围受到位数限，能表示的数值范围受到位数限 制，而平时所用数不受此限制。制，而平时所用

57、数不受此限制。0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 - - 0：10000000 X原原=(3)补码补码(2)反码反码0X1|X|0=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 - -7：11111000 - - 0：11111111 X反反=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|+10=XX=0- - 7：11111001 - - 0：00000000 X反反=假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1) 原码原码 正数的反码与原码相同，正数的反码与原码相同，负数的反码

58、为除符号位负数的反码为除符号位外其余位按位取反外其余位按位取反。 在反码表示在反码表示 中，零有两种表示形式中，零有两种表示形式 +0反反 = 00000000 -0反反 = 11111111 正数的补码与原码、反码相同，正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等负数的补码等于它的反码加于它的反码加1。 在补码表示在补码表示 中，零有唯一的编码：中，零有唯一的编码： +0补补 = -0补补 00000000 8位字长的反码表示范围为：位字长的反码表示范围为： -128(10000000) +127(01111111)常见带符号数的编码方案 最高位为符号位，其余最高位为符号位，其余n-1位表示数的

59、绝对值。位表示数的绝对值。 在原码表示中，零有两种表示形式在原码表示中，零有两种表示形式: +0原原 = 00000000 -0原原 = 10000000 8位字长的原码表示范围为位字长的原码表示范围为: -127(11111111) +127(011111111)u “字符字符”包括包括英文字母英文字母、标点符号标点符号、特殊符号特殊符号及及数字符号。数字符号。u 字符编码字符编码即是将字符转换为二进制的编码规则。即是将字符转换为二进制的编码规则。u 国际通用的字符编码方案：国际通用的字符编码方案： ASCII码码(American Standard Code for Information

60、 Interchange,即美国标准信息交换码即美国标准信息交换码)(1) 基本基本ASCII码码 基本基本ASCII码字符集包括了码字符集包括了128个字符个字符，用一个字节的，用一个字节的低低7位位编码，范围编码，范围为为0127。其中。其中通用控制字符通用控制字符32个，个，阿拉伯数字阿拉伯数字10个个，大小写英文字母大小写英文字母52个个，各种标点符号和运算符号各种标点符号和运算符号34个个。 常用字符的常用字符的ASCII编码如下：编码如下： 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 971222.计算机中字符的编码（计算