第1章计 算 机 基 础

1、第1章 计 算 机 基 础 知 识天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立本章学习目标v计算机的发展历程、特点和应用计算机的发展历程、特点和应用; ;v计算机中信息的表示计算机中信息的表示; ;v计算机系统的组成计算机系统的组成; ;v多媒体计算机的概念。多媒体计算机的概念。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立第1章 计 算 机 基 础 知 识1.11.1 计算机概述计算机概述 1.2 1.2 计算机信息表示计算机信息表示 1.3 1.3 计算机系统组成计算机系统组成 1.4 1.4 多媒体技术概论多媒体技术概论

2、天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1计算机概述1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展1.1.2 1.1.2 计算机的特点及分类计算机的特点及分类1.1.3 1.1.3 计算机的应用计算机的应用天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.1 计算机的发展 1946年，世界上第一台计算机（ENIAC）在美国诞生。这台计算机使用了18800个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电140千瓦，价格40多万美元，是一个昂贵耗电的“庞然大物”。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而

3、大大提高了运算速度。ENIAC每秒可进行5000次加法和减法运算、300次乘法运算，把计算一条弹道的时间缩短为30秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.1 计算机的发展1.第一代计算机：电子管计算机2.第二代计算机：晶体管计算机3.第三代计算机：集成电路计算机4.第四代计算机：大规模/超大规模集成电路计算机 5.第五代计算机：智能化计算机 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.2 计算机的特点及分类v1.计算机的

4、特点计算机是一种能存储程序和数据、自动执行程序、快速而高效地完成对各种数字化信息处理的工具。它有以下五个方面的特点：(1) 运算速度快:计算机的运算速度（也称处理速度）用MIPS（每秒百万指令）来衡量。 (2) 计算精度高:一般来说，现在的计算机有几十位有效数字，而且理论上还可更高。因为数在计算机内部是用二进制数编码的，数的精度主要由这个数的二进制码的位数决定，可以通过增加数的二进制位数来提高精度，位数越多精度就越高。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.2 计算机的特点及分类(3) 存储容量大、记忆力强。计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记

5、忆”（存储）大量的数据和计算机程序而不丢失，在计算的同时，还可把中间结果存储起来，供以后使用。(4) 具有逻辑判断能力、工作全自动。计算机在程序的执行过程中，会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令。正是因为计算机具有这种逻辑判断能力，使得计算机不仅能解决数值计算问题，而且能解决非数值计算问题，比如信息检索、图像识别等。(5) 可靠性高、通用性强。由于采用了大规模和超大规模集成电路，现在的计算机具有非常高的可靠性。现代计算机不仅可以用于数值计算，还可以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造和办公自动化等，具有很强的通用性。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中

6、等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.2 计算机的特点及分类v2.计算机的分类计算机按用途又可分为通用计算机和专用计算机。(1) 通用计算机超级计算机；大型计算机；小型计算机； 微型计算机；工作站。 图1.1 曙光超级计算机 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.2 计算机的特点及分类v(2) 专用计算机专用计算机针对特定问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性，但它的适应性较差，不适于其他方面的应用。随着网络技术的发展，专用计算机以嵌入式系统为代表广泛应用于人们生产、生活的方方面面，对提高社会信息化水平具有巨大的促进作用。由于专用计算机涉

7、及的专业知识较深，超出本书的范围，读者可查阅相关资料。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.1.3 计算机的应用v由于计算机运算速度快、计算精度高、记忆能力强、可靠性高和通用性强等一系列特点，使其几乎进入了一切领域。概括起来，计算机的应用主要分以下几个方面。1.数值计算2.数据及事务处理3.自动控制与人工智能4.计算机辅助设计、辅助制造和辅助教育5.通讯与网络天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2 计算机信息表示1.2.1 计算机中的数制1.2.2 信息基础知识1.2.3 数值数据信息的表示1.2.4

8、非数值数据信息的表示天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制数制指计数的方式。计算机中常用的数制有二进制、十进制和十六进制。v1.二进制二进制指用2个数码0、1计数的方式。其特点是：逢二进一、借一为二；整数部分的位权为2，小数部分的位权为2，n、m分别为整数和小数的位数。通常，一个二进制数N可以写成如下形式：式中ai取值为0或1，2i-1或2-i为权，i的取值为-m n。 mmnnnnaaaaaaN 2222222211002211天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的

9、数制v为区别不同进制的数，常用下标加以说明，如：(1011)2为二进制数、(1011)10为十进制数、(1011)16为十六进制数。二进制数还可以用0b表示，如：0b1011。十六进制数也可以用0 x或H表示，如：0 x1011或24H。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制v二进制数的运算很简单，运算规则与十进制数类似，但要注意“逢二进一、借一为二”的特点。例如二进制加和乘的运算规则为： 000 000 011 010 101 100 1110 111天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李

10、立1.2.1 计算机中的数制v2.二进制数与十进制数的相互转换(1) 二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数的规则为：按权展开求和。即将每位的系数与相应的位权相乘，然后把每位乘积相加，得到的和就是对应的十进制数。 例例1.2 试将转换为十进制数。解： (1011.101)2123022121120121022123 80210.500.125 (11.625) 10 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制(2) 十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数需要分整数和小数两步来完成。整数部分的转换规则为：除2反序取余。小数

11、部分的转换规则为：乘2正序取整。十进制整数转换为二进制数在十进制整数转换为二进制数的过程中，先将十进制数除以2，取出余数；然后将商不断除以2，取出每次的余数，直到商为0；最后，按“从后到前的顺序”读出余数，该余数即是所要得到的二进制数。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制例例1.3 试将(53)10转换为二进制数。 解： 故：(53)10(110101)2天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制十进制小数转换为二进制数在十进制小数转换为二进制数的过程中，先将十进制

12、小数乘以2，取出整数；然后将积的小数部分不断乘以2，取出每次的整数，直到积的小数部分为0；最后，按“从前到后的顺序”读出整数，该整数即是所要得到的二进制小数。例例1.4 试将(0.375)10转换为二进制数。解： 故：(0.375)10(0.011)2天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制v3.十六进制十六进制指用16个数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F的方式。计算机中每位十六进制数通常用4位二进制数来表示，它们的对应关系如表所示。十进制数二进制数十六进制数十进制数二进制数十六进制数0000008

13、10008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.1 计算机中的数制v十六进制数与二进制数之间的转换十分方便，只要把每位十六进制数转换成相应的二进制数，就得到了十六进制数对应的二进制数。反过来，只要把二进制数从小数点起，向左、向右每4位分成1组，不足4位的用“0”补齐，每组对应的十六进制数即是所转换的十六进制数。例例1.5 试把(111101.111)2转换为十六进制数。

14、 解： (111101.111)2(0011 1101.1110)2 (3D.E)16例例1.6 试把0 xFFF04转换为二进制数。 解： 0 xF 0b1111 0 x0 0b0000 0 x4 0b0100故：0 xFFF040b11111111111100000100天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.2 信息基础知识v1.信息的特征 (1) 无处不在，无时不有(2) 信息可以传递和共享(3) 信息可以处理(4) 信息依附于载体天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.2 信息基础知识v2.数

15、据信息 在计算机中，任何信息的存储和处理都是以数据形式实现的。计算机内部的数据分为数值型数据和非数值型数据 由于计算机只能识别0、1两个数码，因此，计算机中的数据都是二进制数。二进制的每一“位”记为bit或b。bit是计算数据信息的基本单元。在数据存储中，通常以8位二进制数为一组，这8个二进制位称为一个“字节”，记为Byte或B。字节是数据存储中最常用的基本单位。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.2 信息基础知识在实际应用中，字节单位太小，为了方便计算，引入了KB、MB、GB、TB，它们的换算关系如下：1KB210B1024B1MB210KB

16、1024KB1GB210MB1024MB1TB210GB1024GB习惯上1KB读作1千字节，但这里的“千”并不具有十进制数中“1000”的含义，它与十进制数中的“1024”等价。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.3 数值数据信息的表示v1.机器数与真值在实际应用中，数不仅有正负，而且有小数。数的正负用“”、“”表示，而小数用“”表示。由于计算机不能识别正负号和小数点，因此必须把正负号和小数点加以数字化，才能被计算机运算时识别。通常，将计算机中数的最前一位用作符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。连同符号位一起表示的数称为机器数，

17、机器数所代表的数称为该机器数的真值。小数点的位置一般有两种约定。一是规定小数点的位置固定不变，这时机器数称为“定点数”；另一是规定小数点的位置可以变动，这时的机器数称为“浮点数”。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.3 数值数据信息的表示v机器数可以表示的数值范围由计算机的字长决定。当字长为8位时，机器数的表示范围如下：无符号整数(11111111)2(255)10，即机器数的范围为0255。带符号整数(01111111)2(127)10，(11111111)2(127)10，即机器数的表示范围为127127。当字长为16位时，无符号整数的机器

18、数表示范围为065535，而带符号位整数的机器数表示范围为3276732767。字长为32位时的机器数表示范围依次类推。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.3 数值数据信息的表示v2.原码、反码、补码(1) 原码规定正数的符号位为0，负数的符号位为1，其他位取真值的绝对值，用这种方法得到的码即是原码。(2) 反码正数的反码与原码相同，负数的反码为其原码除符号位外的各位按位取反。(3) 补码正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。补码与原码之间的转换比较方便，当对补码再求补码时，即可得到原码。天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职

19、业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.3 数值数据信息的表示v3.二十进制编码二十进制编码又称BCD编码，其编码方法是将每位十进制数统一用4位二进制数来表示。其中最自然简单的编码方法是8421码。所谓8421码是指从左到右每一位对应的权分别是23、22、21、20，即8、4、2、1。8421码与十进制数之间的对应关系如下表所示。 十进制数8421码十进制数8421码00000501011000160110200107011130011810004010091001天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.2.4 非数值数据信息的表示 v1.AS

20、CII码字符的编码方案有很多，目前普遍采用的是ASCII码，即美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange）。这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符 v2.汉字的编码 (1) 国标码：国标码又称交换码 (2) 机内码：机内码是汉字在计算机内部存储、处理、传输用的代码 (3) 输入码：输入码用于汉字输入，又称外码。(4) 字形码：字形码是汉字在显示器上显示或在打印机上打印时用来区分各种字体的编码。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3 计算机系统组成一台实用的

21、计算机除了必备的硬件配置外，还必须有相应的软件支持。因此，一个完整的计算机系统应由硬件和软件两大部分组成。 1.3.1 硬件系统 1.3.2 软件系统天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v微机硬件系统由中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、存储器、输入/输出设备、I/O接口和系统总线组成，如下图所示。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v1. CPUCPU通常也称为微处理器，是一块超大规模集成电路芯片。它完成从存储器存放的程序中连续不

22、断地读取指令、分析指令、执行运算和传送结果等一系列有规律的重复操作。(1) CPU的基本组成CPU的基本组成包括两个部分：一是运算器，另一个是控制器。v运算器运算器是计算机处理数据和形成信息的加工厂，主要完成算术运算和逻辑运算。它通常由算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器、通用寄存器和标志寄存器等组成。v控制器控制器是计算机的神经中枢，主要用于控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令。它通常由指令寄存器、指令译码器、指令计数器、时序和控制逻辑电路等组成。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统

23、v(2) CPU的主要技术指标和新技术字长 ：CPU的字长通常指其内部数据总线的宽度，它决定了计算机内部一次可以处理的二进制代码的位数，单位是位（Bit）。主频：CPU的主频指CPU的工作时钟频率，是衡量CPU到底运行有多快的一个标志 前端总线：（Front Side Bus，FSB）是CPU跟外界沟通的唯一通道，处理器必须通过它才能获得数据 流水线：CPU的流水线指处理器内核中运算器的一种结构设计。 执行速度：CPU的执行速度指每秒钟能够执行的指令数，单位为MIPS（Million Instruction Per Second，每秒百万指令）。它不仅取决于主频，而且取决于CPU处理指令的逻辑

24、结构，计算公式为 MIPS Fz IPC天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v整数和浮点性能：整数运算和浮点运算是有区别的，整数运算由ALU实现，而浮点运算由FPU（Floating Point Unit，浮点处理器）实现。 vCache：在实际使用中，通常采用在CPU和内存之间插入高速缓冲存储器（Cache）的方法来提高计算机的速度。v指令系统：CPU是靠执行指令来计算和控制系统的，每种CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。 vCPU内核和I/O工作电压 v超线程技术：实际上就是让单个CPU能作为两个CPU使用

25、，从而达到了加快运算速度的目的。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v(3) 主流CPU简介 intel CPUAMD CPU 龙芯二号 龙芯二号处理器天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v2.主板主板是计算机系统的核心部件，上面布满了各种插槽（可连接声卡/显卡/MODEM等）、接口（可连接鼠标/键盘等）和电子元件，它们都有自己的职责，并把各种周边设备紧紧地连接在一起，如图所示。 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1

26、硬件系统v3.存储器存储器可分为内部存储器和外部存储器。内部存储器简称内存，又称主存，主要用来存储数据和程序。外部存储器简称外存，又称辅存，一般用来存储CPU不急用的信息，它不能直接与CPU交换数据，要通过接口电路才能将信息送到内存储器中。(1) 内存 v只读存储器 v随机存储器 (2) 外存 v硬盘存储器 v光盘存储器 v移动存储器 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v4.输入/输出设备计算机中常用的输入设备有键盘和鼠标，其他的输入设备有扫描仪、摄像头、手写板、麦克风、触摸屏和条形码阅读器等。常用的输出设备有显示器和打印机，其他

27、的输出设备有音箱、绘图仪等。 v(1) 输入设备键盘 鼠标 扫描仪 摄像头 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.1 硬件系统v(2) 输出设备 显卡与显示器v显示器是微机中最重要的输出设备，直接影响用户的视觉感受，主要有阴极射线管（CRT）显示器和液晶显示器(LCD)两类 打印机 v打印机的种类较多，根据打印原理可分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.2 软件系统v计算机软件系统包括计算机运行所需的各种程序、数据、文件及被版本化了的有关计算机使用方法的信息

28、。软件可分为系统软件和应用软件两大类，它们与硬件的关系如图所示。 软件与硬件关系图 天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.3.2 软件系统v1.系统软件系统软件是专为计算机本身配置的，包括操作系统、计算机语言处理程序（翻译程序）、诊断程序、数据库系统等。系统软件用于管理、操纵和维护计算机，并保证其正常运行。(1) 操作系统(2) 语言处理程序v2.应用软件天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.4 多媒体技术概论1.4.1 多媒体基本概念1.4.2 多媒体技术应用1.4.3 多媒体计算机天津市慧翔职业中等专业学校天津市慧翔职业中等专业学校 制作者：李立制作者：李立1.4.1 多媒体基本概念v在计算机中媒体有两种含义：一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘等；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形、图像等。v计算机中多媒体的概念是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技