计算机基础教程上机指导及题库资源 郑轶鹏 初识计算机

1、第1章 初识计算机1【学习目标】1了解计算机产生到开展至今的历程。2了解计算机的类型、特点和作用。3熟悉计算机的信息表示法和计算方式。4掌握数字进制转换的计算方法。21.1 计算机产生的历史背景和开展历程1.1.1 计算机产生的历史背景 1946年2月15日， 世界上第一台电子数字计算机埃尼阿克ENIAC宣告研制成功，这是一台为了军事目的而诞生的计算机，但它强大的计算能力在当时为军事平安所起的作用已非常突出。然而，计算机将会在不久之后会对整个世界人们的生活带来翻天覆地的变化。31.1.2 计算机的开展历程1. 第一代计算机 (19461957)图1-1 世界上第一台计算机ENIAC1946年2

2、月14日，标志现代计算机诞生的“埃尼阿克在费城公诸于世，它是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院研制，其全称为电子数字积分计算机Eleotronic Numerical Integrator and Calculator ENIAC，简称“埃尼阿克ENIAC。 4图1-1 世界上第一台计算机ENIAC52. 第二代计算机195819641956年，晶体管在计算机中使用，晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定 ，由于第二代计算机以晶体管作为根本电子元件，故称为计算机的“晶体管时代。63第三计算机196519751958年创造了集成电路(IC)，将三

3、种电子元件结合到一片小小的硅片上。科学家使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。于是，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。称为计算机的 “集成电路时代。 7图1-3 集成电路计算机84第四代计算机1975年至今1972年，第一部真正的个人计算机诞生了。所使用的微处理器内包含了2300个“晶体管，可以一秒内执行 60,000 个指令，体积也缩小很多。而世界各国也随着“半导体及“晶体管的开展去开拓计算机史上新的一页。因第四代计算机以大规模集成电路作为根本电子元件，称为计算机的“大规模集成电路时代。 9图1-4 早期的第四代计算机105新一代计算机 新一代计算机的概念在20世纪80年代已经提出，目前已

4、有智能计算机、神经计算机、生物计算机以及光子计算机等各种设想和开展蓝图，并在实际研制过程中取得了一些重要进展 111.2 计算机的分类按照计算机的运行速度、储存容量、软件配置和价格等综合指标可以将计算机大致分为：巨型机、大型机、小型机、微型机、小巨型、工作站以及计算机网络系统等几大类。121巨型机巨型机是功能最强、造价最昂贵的一种计算机，主要用于大规模的科学计算，如原子能、弹道导弹技术、航天飞机、天气预报、石油勘探等领域。巨型机的生产和研制具有很高要求，是衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志。132大型机大型计算机也称为主干机，它具有大型、通用、综合处理能力强、性能覆盖面广等特点，主要应用

5、于一些高端的企业或研究机构，如银行、政府部门、制造企业等。 143小型机小型机规模小、结构简单，设计周期短，生产量大，硬件本钱低；再加上容易操作、容易维护和可靠性高等特点，使得管理机器和编制程序都比较简单，因而得以迅速推广，并在20世纪80年代占据了大量的计算机市场。154微型机微型机简称微机，是进入21世纪后世界上使用最广泛、产量最大的一类计算机。 微型计算机是第四代计算机的典型代表。构成微型计算机的核心部件是微处理器，也叫中央处理器或中央处理单元Central Processing Unit，简称CPU。165小巨型机20世纪80年代，古德伊尔公司为美国宇航局NASA研制了一台处理卫星图像

6、的计算机系统MPP，该机由16384个微处理器组成128128的方阵。这种采用并行处理技术的多处理器系统是巨型机开展的一个重要方面。 17图1-5 我国第一台小巨型电子计算机NS1000左和计算机工作站主体结构右186工作站工作站是20世纪80年代兴起的介于微型机和小型机之间的面向广阔工程技术人员的计算机系统，一般具有高分辨率显示器、交互式的用户界面和功能齐全的图形软件，可集中应用于各种工程方面的计算机辅助设计，如集成电路设计、机械设计、土木建筑设计等。 197计算机网络系统计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置分散的、功能独立的自主计算机系统或由计算机控制的外部设备连接起来，在网络操作系

7、统的控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。计算机资源包括计算机硬件、软件和数据，资源共享是计算机网络的主要目的 20 图1-6 计算机网络系统控制台 211.3 计算机信息的表示和计算方式1.3.1 计算机中数据与信息的概念使用过计算机的人都知道，计算机可以处理大量的数据和信息，那么我们肯定想知道：到底计算机的设计者是怎么让计算机去识别输入到计算机里的数据和信息的呢？ 221.数据数据是记录信息的按一定规那么排列组合的物理符号，可以是数字、文字、图像，在当代也可以是计算机代码。在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的总称，也是用于输入电子计算机

8、进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号和模拟量等的通称。 232.信息在计算机领域中，信息特指输入到计算机内的数据经加工后得到的有价值的正确知识。对信息的接收始于对数据的接收，对信息的获取只能通过对数据背景的解读 。数据转化为信息，可以用公式可表示为“数据+背景=信息。243.信息的量化计算机是一种数字化的设备，一般被设计为只能识别数字0和1只含有0和1的进制运算我们成为二进制；因此，在计算机进行数据存储、传输和交换时处理的都是转化为只含有0和1的代码的信息流。 25现在常用的计算机信息量化单位有： 位bit：是计算机中最小的信息单位，它是一个二进制的一个数位，可简记为b 字节Byte：是表

9、示信息存储容量大小最根本的单位，也被认为是计算机中最根本的信息单位，简记为B 字word和字长(word length):同一种计算机所具有固定长度的二进制串成为字，其二进制的位数成为字长 261.3.2 信息编码的根本概念信息编码是为了方便信息的存储、检索和使用，在进行信息处理时赋予信息元素以代码的过程。即用不同的代码与各种信息中的根本单位组成局部建立一一对应的关系。在计算机中，一般用“0表示低电位，而“1表示高电位，再使用0和1两个根本符号组成的二进制码亦称为基二码来表示数据实现信息处理控制。 27理由是基于二进制码有如下优点：1 二进制码在物理上最容易实现，即容易找到具有两个稳定状态且能

10、方便地控制状态转换的物理器件；可以用两个状态分别表示根本符号0和1；2 用二进制码表示的二进制数，其编码、计数和算术运算规那么简单，容易用开关电路实现，为提高计算机的运算速度和降低实现本钱奠定了根底；3 二进制码的两个根本符号0和1，能方便地与逻辑命题的否 和是，或称假和真相对应，为计算机中的逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利条件。 281.3.3 进位计数制和不同进位数制的相互转换1.进位计数制数制Number System是指用一组固定的数字符号和一套统一的规那么来表示数目的方法。比方用R个数字符号来表示数目那么成为R进制，R被成为基数，R进制的数符为0，1，R-1共R个，R进制数的每一

11、位所具有的固定系数称为数权Nunber Weight， 29为识别起见，二进制数尾加B作标识；十进制加D或省略；八进制加Q；十六进制那么加H 下面定义计算机中常用的进位计数制：二进制 R = 2 根本符号 0，1八进制 R = 8 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7十进制 R = 10 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六进制 R = 16 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F其中，十六进制中的数符AF字母，分别对应十进制的1015 302进位计数制间的相互转换1二进制、八进制、十六进制数转换为十进制数二进制、八进制或十六进制数转换成十

12、进制数的方法是将被转换的数按权展开后，将各乘积项相加，即转换规那么为“按权相加。例1-1 将10101011.11 B转换为十进制数。10101011.11 B =27+25+23+21+20+21+22 =128+32+8+2+21+0.5+0.25 =202.75 D312十进制数转换为二进制、八进制或十六进制数整数局部转换将十进制数连续用基数R去除，直到商数到零为止，每次除得的余数依次为R进制数由低到高的各位值，简称“除R取余法。小数局部转换把被转换的十进制小数乘以基数R，所得乘积的整数局部即为R进制小数的最高位数字，将前次计算所得的乘积的小数局部再乘以基数R，取乘积的整数局部，重复此步

13、骤，直到乘积的小数局部为0或求得所要求的位数为止，简称“乘R取整法。32例1-4 将39D转换为二进制数。方法：把要转换的十进制数的整数局部不断除以2，并记下余数，直到商为0为止。39/2商19余1a0=119/2商9余1a1=19/2商4余1 a2=14/2商2余0a3=02/2商1余0a4=01/2商0余1a5=1所以，39 D=100111 B。333二进制数与八进制、十六进制数之间的转换由于八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的，由3位二进制数组成一位八进制数，4位二进制数组成一位十六进制数。因此，转换时将二进制数分组：转换成八进制时3位为一组，转换成十六进制数时4位为一组；然后按

14、数之间的对应关系直接转换。并且分组时应遵循如下规那么：整数局部应从最低最右位开始，小数局部应从最高最左位开始分组；最后一组假设位数缺乏，整数局部在左边补0，小数局部在右边补0。34例1-7 把10100111.1001 B转换为八进制数。 10100111.1001 B=010100111.100100B 2 4 7 . 4 4即10100111.1001 B =255.54 Q。351.3.4 二进制数的运算计算机用二进制码来存储和处理各种数据，那么为了满足需要在计算机内部二进制码本身有哪些计算方法呢？ 二进制数有两种不同类型的运算：算术运算和逻辑运算。 361二进制数的算术运算1二进制数的

15、加法 根据“逢二进一规那么，二进制数加法的法那么为： 00001101110 进位为1 1111 进位为1 2二进制数的减法 根据“借一有二的规那么，二进制数减法的法那么为： 000110101011 借位为1 373二进制数的乘法 二进制数乘法过程可仿照十进制数乘法进行。但由于二进制数只有0或1两种可能的乘数位，导致二进制乘法更为简单。二进制数乘法的法那么为：00001100111二进制数的乘法具体计算原那么是：由低位到高位，用乘数的每一位去乘被乘数，假设乘数的某一位为1，那么该次局部积为被乘数；假设乘数的某一位为0，那么该次局部积为0。某次局部积的最低位必须和本位乘数对齐，所有局部积相加的

16、结果那么为相乘得到的乘积。 4二进制数的除法 二进制数的除法运算按以下三条法那么进行：0 0 = 0 0 1 = 0 1 0 是无意义的1 1 = 1 二进制数除法与十进制数除法很类似。 38例1-11 计算和。10101 10001 + 1111 - 1011100100 1110例1-12 计算和。1010 101 + 1101 101 1000111010 1010000 1111010 101+ 1010 10110000010 101 0392.二进制数的逻辑运算逻辑运算是指对因果关系进行分析的一种运算。逻辑运算的结果并不表示数值大小，而是表示一种逻辑概念，假设成立用真或1表示，假设

17、不成立用假或0表示。二进制数的逻辑运算有“与、“或、“非和“异或4种。401“与运算AND “与运算又称逻辑乘，用符号“?或“来表示。运算规那么如下：00 = 0 01 = 0 10 = 0 11 = 1即当两个参与运算的数的对应码位中有一个数为0，那么运算结果为0，只有两码位对应的数都为1结果才为1。这与前面介绍的二进制数乘法运算是一样的。 2“或运算OR “或运算又称逻辑加，用符号“+或“表示。运算规那么如下：00 = 0 01 = 1 10 = 1 11 = 1即当两个参与运算数的相应码位只要有一个数为1，那么运算结果为1，只有两码位对应的数均为0，结果才为0。41 3“非运算NOT “

18、非运算实现逻辑否认，即进行求反运算，用符号“表示。“非运算规那么：注意：“非运算只是针对一个数所进行的“运算，这与前面的“与和“或运算不一样。它的实质意义就是取反。如“10111101进行“非运算后就得到“01000010，比照相应位即可验证以上运算规那么了。 4“异或运算XOR “异或运算用符号“+ 来表示。其运算规那么如下：0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 = 0即当两个参与运算的数取值相异时，运算结果为1，否那么为0。42例1-13 计算1000110101和10011011。10001 1001 10101 101110001 1011431.3.5 数值信息的机

19、内表示计算机实际处理的数既有整数局部又有小数局部，那么在计算机内如何确定小数点的位置以区分一个数的整数局部和小数局部呢？在计算机内，根据小数点位置是否固定，现有两种数据表示格式：定点数格式和浮点数格式。441定点数定点数就是约定小数点的位置固定不变。小数点可以约定在数中的任何位置上，但通常将小数点固定在符号位之后或整个数据的末位之后。因此定点数有两种特殊的形式，一种是定点整数：小数点在数的最右方，即为纯整数；另一种是定点小数：小数点在符号位之后，即为纯小数。小数点都是隐含的，不作单独的信息存放在某一位中。45假设定点小数为X0X1X2Xn，定点整数为Y0Y1Y2Yn，其中X0、Y0分别为定点小

20、数和定点整数的符号位，X1X2Xn、Y1Y2Yn分别为定点小数和定点整数的尾数，那么它们的表示范围如表1-2所示。表1-2 定点小数和定点整数的表示范围码制定 点 小 数定 点 整 数最大数最小数最大数最小数原码12n(12n)2n1(2n1)补码12n12n12n46如果计算机采用定点整数表示，那么参与运算的数必须都是整数，假设参与运算的数是小数，就要在运算前乘以一个比例因子，将小数放大为整数；如果计算机采用定点小数表示，那么参与运算的数必须都是小数，假设参与运算的数是整数，那么也需要在运算前乘以一个比例因子，将整数缩小为小数。定点小数与定点整数的格式如图1-6所示。472浮点数浮点数表示法

21、就是小数点的位置不固定，可以根据需要左右浮动。在计算机中一个任意进制数N，其浮点数的真值为：N=REM483原码、反码和补码1原码所谓原码，就是用数的最高位表示符号位，而其余各位表示真值的绝对值，符号位为“0表示该数为正数，符号位为“1表示该数为负数。例如一个8位二进制数D7表示符号位，D6D0表示数码，其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0符号位 数位 492反码正数的反码与原码相同，而负数的反码，符号位仍用1表示，其余数值位按位取反即成。例： X1=+1101110B X1反=01101110B=X1原X2=1101110BX2原=11101110B X2反=10010001B在反码

22、中，零的表示也不唯一，这是需要注意的地方。+0反= 00000000B0反= 11111111B反码在机器中很容易得到经过一个反相器，因而它常用在求补码的场合。503补码为了解决减法转化为加法的问题，以简化计算机的运算线路，就产生了补码表示法 如果想把十进制减法变成加法，那么，减一个十进制数可采用加该数的相对于10的补数，然后丢掉其进位就得到相减的结果 51例1-14 求X=1001101B的补码。X原=11001101BX反=10110010BX补=10110011B524原码、反码和补码的比较三种码制既有共同点，又有各自不同的性质。假设真值x为正数，那么有x原=x反=x补。假设真值x为负数

23、，那么x原、x反、x补有不同的表示。如果真值x =0，那么x补有唯一的编码，x原和x反都有两个不同的编码。定点小数中，原码和反码所能表示数的范围为1x1，补码所能表示的数的范围为1x1。用x原、x反、x补表示的机器数，最高一位表示符号位，正数用“0表示，负数用“1表示。531.3.6 计算机中的信息编码、字符英文，包括字母、数字、标点、运算符等编码字符的编码采用国际通用的ASCII码American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码，每个ASCII码以1个字节(Byte)储存，从0到数字127代表不同的常用符号 54表1-

24、2 ASCII码表55、汉字的编码汉字内码1980年我国公布的?信息交换用汉字编码字符集根本集?，即国家标准GB2312-80方案中规定用两个字节的十六位二进制表示一个汉字 56汉字外码为方便汉字的输入而制定的汉字编码，称为汉字输入码。汉字输入码属于外码。不同的输入方法，形成了不同的汉字外码。常见的输入法有以下几类：按汉字的排列顺序形成的编码流水码：如区位码； 按汉字的读音形成的编码音码：如全拼、简拼、双拼等； 按汉字的字形形成的编码形码：如五笔字型、郑码等；按汉字的音、形结合形成的编码音形码：如自然码、智能ABC。输入码在计算机中必须转换成机内码，才能进行存储和处理。 57汉字字形码 为了将

25、汉字在显示器或打印机上输出，把汉字按图形符号设计成点阵图，就得到了相应的点阵代码字形码。为在计算机内表示汉字而统一的编码方式形成汉字编码叫内码如国标码，内码是惟一的。为方便汉字输入而形成的汉字编码为输入码，属于汉字的外码，输入码因编码方式不同而不同，是多种多样的。为显示和打印输出汉字而形成的汉字编码为字形码，计算机通过汉字内码在字模库中找出汉字的字形码，实现其转换。58下面我们看一看计算机中中文信息具体的处理过程，图如下所示：593. BCD码一位十进制数用四位二进制编码来表示，可以有多种表示方法，较常用的是8421BCD码，表1-4列出了一局部编码关系。IBM PC可以进行BCD码的加、减、

26、乘、除运算。运算分两步：第一步先按二进制进行运算，第二步进行适当的BCD码修正。下面通过加法运算说明非压缩BCD码运算的一般过程。601.4 计算机的应用当代计算机的特点 (1) 运算速度快2 计算精度高3 存储功能强 4 具有逻辑判断能力 ( 5 ) 具有自动运行能力 61计算机在各领域的应用 1科学计算 2数据处理 3过程控制 4计算机辅助设计及辅助教学 5人工智能 6企业管理7家用电器8网络应用62信息社会与计算机文化信息社会的特征是什么呢？ 1信息成为重要的战略资源 在信息社会中，信息已成为社会各领域不可或缺的重要资源。 2信息产业成为社会重要的产业 在信息社会中，信息产业成为国民经济

27、的“倍增器 3信息网络成为社会的根底设施网络化是当前以及未来计算机开展的重要方向。 63习题一A类根底题、提高题一、选择题：1. 冯诺依曼计算机的根本原理是 A.程序外接 B.逻辑连接 C.数据内置 D.程序存储2. 7位版本的ASCII码最多可以表示多少个字符？ A.32 B.64 C.128 D.2563、用电子管作为电子元件制成的计算机属于 A A第一代 D第二代 C第三代 D第四代4、CAD是计算机的应用领域之一，其含义是 C A计算机辅助教学 B计算机辅助管理C计算机辅助设计 D计算机辅助测试5.微型计算机中运算器的主要功能是进行 C A算术运算 B逻辑运算 C算术逻辑运算 D科学运

28、算646、微型计算机中必不可少的输入与输出设备是A A键盘与显示器 B鼠标和打印机 C显示器和打印机 D键盘和打印机7、可以将图片输入到计算机中的设备是D A绘图仪 B键盘 C鼠标 D扫描仪8、微型计算机中，应用最普遍的字符编码是 A A BCD码 BASCII码 C汉字编码 D补码9、在计算机内部，用来传送、存储、加工处理的数据或指令都是A形式进行的 A二进制码 B拼音简码 C八进制码 D五笔字型码 8、微机中使用的鼠标是直接连接在B A 并行接口 B串行接口 C显示器接口 D打印机接口10、以下描述中，正确的选项是BA 1KB=10241024bytes BMB=1024*1024byte

29、s C 1KB=1024MB D1MB=1024bytes6511、计算机中字节是常用单位，它的英文名字是B Abit B byte C bout D baud12、对软盘进行写保护后，软盘中的数据DA. 不能写也不能读 B. 可以写也可以读 C. 可以写但不能读 D. 可以读但不能写13、在购置微机时，经常遇到48633中的33，其含义是 BA.运算速度 B. CPU的时钟频C.总线速度 D. 最大内存容量14、假设微机系统需要热启动，应同时按下组合键 CA. Ctrl+Alt+Break B. Ctrl+Esc+DelC. CtrI+A1t+Del D. Ctrl+Shift+Break15、以下网络中，( B ) 是世界上规模最大的广域网 A. CASNET B. INTERNET C. CHINNET D. INTRANET6616网络操作系统主要有( ABD)A.UNIX B.NOVELL C.WIND0WS 98 D.WINDOWS NT17、信息化是指社会经济结构从以 a 为重心，向以信息知识为重心转变的过程。A、物质与能量 B、知识与技术 C、信息与网 D、微电子与计算机18、信息是一种资源，它具有 b 、时效性、累积性、共享性、无