专升本计算机基础知识部分课件

1、专升本计算机基础课程计算机基础知识部分主讲教师：吴煌任务1 计算机的发展学习目标 计算机的发展历程，影响计算机发展的关键人物。概况：1946年诞生第一台电子数字计算机 ENIAC以来，计算机科学成为了一门发展速度最快的学科。特别是微型计算机的诞生和计算机网络技术的发展，计算机应用技术更加广泛深入地渗透到社会和人们生活的各个领域。电子计算机：一种高速进行操作. 具有内部存储能力. 由程序控制操作过程的电子设备。任务1 计算机的发展一. 电子计算机的发展1. 第一台数字电子计算机ENIAC的诞生1946年2月15日诞生，命名为“电子数字积分机和计算机”，即ENIAC（Electronic Nume

2、rical Integrator and Calculator）（图2-1）图2-1 ENIAC计算机 任务1 计算机的发展ENIAC计算机：16种型号的18000个真空管，1500个电子继电器，70000个电阻器，18000个电容器，面积170平方米，总重量30吨，耗电140千瓦。ENIAC能在1秒钟内完成5000次加法运算，在3/1000秒内完成两个10位数的乘法运算。ENIAC问世具有划时代的意义，预示着计算机时代的到来。任务1 计算机的发展2. 约翰冯诺依曼（ John Von Nouma，19031957）美藉匈牙利人（图2-2），美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学

3、院等院的院士。1954年任美国原子能委员会委员；1951年1953年任美国数学会主席。冯诺依曼首先提出在计算机内存储程序的概念，用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作。“存储程序”成了现代计算机的重要标志。图2-2 冯诺依曼任务1 计算机的发展从1944年8月到1945年6月，在共同讨论的基础上，冯诺依曼撰写的存储程序通用电子计算机方案-EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）报告，详细阐述了新型计算机的设计思想，奠定了现代计算机的发展基础。该报告直到现在仍被人们视为计算机科学发展史上里程碑式的文献。1.1 计算机的发展与应

4、用在EDVAC报告中，冯诺依曼提出以下三点：新型计算机采用二进制（原来采用十进制）。十进制使电路复杂、体积庞大。难以找到10个不同稳定状态的机械或电气元件，机器的可靠性较低。二进制使运算电路简单、体积小。实现两个稳定状态的机械或电器元件易找到，可靠性明显提高。1.1 计算机的发展采用“存储程序”的思想。程序和数据以二进制的形式统一存放在存储器中，由机器自动执行。不同程序解决不同问题，实现通用计算的功能。把计算机从逻辑上划分为5个部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。任务1 计算机的发展1951年，在极端保密的情况下，冯诺依曼支持的EDVAC计算机才宣告完成，不仅可以应用于科学计算，

5、还可以用于信息检索领域。EDVAC用3563只电子管和10000只晶体二极管，采用1024个44比特水银延迟线装置来存储程序和数据，耗电和占地面积只有ENIAC的三分之一，速度比ENIAC提高了240倍。任务1 计算机的发展1946年6月，冯诺依曼等人在EDVAC方案的基础上，提出了更加完善的设计报告电子计算机逻辑设计初探。以上两份文件的综合设计思想，即著名的“冯诺依曼机”（或存储程序式计算机），核心是存储程序原则-程序和数据一起存储。这标志着电子计算机时代的真正开始，指导着以后的计算机设计。任务1 计算机的发展真正实现存储程序的第一台电子计算机：英国剑桥大学的威尔克斯（MVWilkes）根据

6、冯诺依曼设计思想领导设计的EDSAC(电子延迟存储自动计算器)，1949年5月制成投入运行。由于存储程序工作原理是冯诺依曼提出的，存储程序工作原理的计算机被称为“冯诺依曼式计算机”。至今，多数计算机仍采用冯诺依曼型计算机的组织结构。人们把“冯诺依曼计算机”当作现代计算机的重要标志。并把冯诺依曼誉为“计算机之父”。任务1 计算机的发展3. 阿兰图灵（Alan Turing）（图2-3）1912年6月23日出生于英国伦敦，世界上公认的计算机科学奠基人。1936年，发表论文论可计算数及其在判定问题中的应用，论述的“图灵机”是一种假想的计算机。图灵认为：“只要为它编好程序，它就可以承担其他机器能做的任

7、何工作”。在理论上证明了通用计算机存在的可能性。1050年，在论文“机器能思考吗”中首次提出检验机器智能的“图灵测试”，奠定了人工智能的基础，使他荣膺“人工智能之父”的称号。图2-3 图灵任务1 计算机的发展图灵机把程序和数据都以数码的形式存储在纸带上，即“存储程序”。通用图灵机实际上是现代通用数字计算机的数学模型。图灵机的思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。为纪念阿兰图灵在计算机领域奠基性的贡献，1966年，美国计算机协会（ACM，Association for Computing Machinery）决定设立“图灵奖”，是计算机领域的最高奖，奖励在计算机科学与技术发展中做出卓越贡献的杰

8、出科学家。任务1 计算机的发展4. 计算机发展的4个阶段1946年第一台电子数值积分计算机ENIAC诞生以来，根据逻辑元件划分，电子计算机发展经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路四个发展阶段。电子计算机不仅在体积、重量和消耗功率等方面显著减少，而且在硬件、软件技术方面有极大的发展，在功能、运算速度、存储容量和可靠性等方面都得到极大的提高。（表2-1）表2.1 各个发展阶段计算机的主要特点比较发展阶段性能指标 第一代（1946-1958年） 第二代（1958-1964年） 第三代（1964-1971年） 第四代(1971年至今) 逻辑元件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模、

9、超大规模集成电路 主存储器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓半导体存储器半导体存储器 辅助存储器磁鼓、磁带磁鼓、磁带、磁盘磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘 处理方式机器语言、汇编语言作业连续处理、 编译语言实时、 分时处理，多道程序实时、 分时处理 ，网络结构运算速度(次/秒)几千几万几万几十万几十万几百万几百万百亿 主要特点体积大,耗电大, 可靠性差,价格昂贵,维修复杂。体积较小,重量轻,耗电小,可靠性较高。小型化,耗电少,可靠性高。微型化,耗电极少,可靠性很高。任务1 计算机的发展4. 微型计算机的发展1969年，美国Intel公司的工程师马西安霍夫（MEHoff）提出设想：把计算机的全部电路做在4个芯

10、片上，即中央处理器芯片、随机存储器芯片、只读存储器芯片和寄存器电路芯片，制造出了世界上第一片4位微处理器Intel 4004，由此组成了第一台微型计算机 MCS4。1971年诞生的这台微型计算机，揭开了世界微型计算机发展的序幕。任务1 计算机的发展中央处理器（CPU）由大规模或超大规模集成电路构成，做在一个芯片上，又称微处理器MPU（MicroProcessing Unit）。微型计算机的发展，从根本上说是微处理器的发展历程。微型计算机的换代，通常以其微处理器的字长和系统组成的功能来划分。1971年以来，微型计算机经历了4位、8位、16位、32位和64位微处理器的发展阶段。任务1 计算机的发展

11、微型计算机（Microcomputer）又称个人计算机（Personal computer），是以微处理器芯片为核心构成的计算机。微型计算机除具有电子计算机的普遍特性外，还有一般电子计算机无法比拟的特性，如体积小、线路先进、组装灵活、使用方便、价廉、省电、对工作环境要求不高等。微型计算机的诞生推动了计算机的普及和应用，加快了信息技术革命，使人类进入信息时代。多媒体计算机技术的应用，实现了文字、数据、图形、图像、动画、音响的再现和传输。Internet网把世界联成一体，形成信息高速公路，令人真正感到“天涯咫尺”。任务1 计算机的发展6. 计算机的新技术从目前技术发展的角度来看，21世纪将得到快速

12、发展并具有重要影响的新技术包括嵌入式技术、网格计算和中间件技术等。嵌入式技术嵌入式技术是将微型计算机作为一个信息处理部件嵌入到应用系统中。与通用计算机相比，嵌入式计算机在基本原理方面没有本质的差异，主要区别在于系统软件和功能软件集成于计算机硬件系统中，即系统的应用软件与硬件一体化。主要特点：高可靠性，在恶劣环境或突然断电情况下仍然能正常工作；具有实时处理能力；软件代码要求高质量、高可靠性，一般固化在只读存储器或闪存中，即软件要求固态化存储。任务1 计算机的发展嵌入式系统主要包括嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序等四部分。是集软件/硬件于一体、可独立工作的“器件”，用于实

13、现对其他设备的控制、监视或管理等功能。目前广泛应用于各种家用电器、网络设备与通信设备中，如电冰箱、全自动洗衣机、数字电视机、数字照相机、交换机、移动电话等。网格计算网格计算是伴随着Internet技术迅速发展起来的新型计算模式。网格计算将地理上分布的计算资源充分利用起来，协同解决复杂的大规模问题（特别是仅靠本地资源无法解决的复杂问题），是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。利用计算机网络把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，每一台参与计算的计算机是一个“节点”，整个计算是成千上万个“节点”组成的“一张网格”，因而称为网格计算。任务1 计算机的发展组织成“虚拟的超级计算机”

14、有两个优势：数据处理能力超强；能充分利用网上的闲置处理能力。简单地讲，网格把整个网络整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。网格计算要素：建立在现有Internet技术和分布计算技术之上；采用标准、开放、统一的接口和协议；动态共享分布的资源、组建虚拟组织；非集中控制、协调决策，提供有保证的、高质量服务的一种体系结构。网格计算的概念可以用电力网为比喻：电网用户可得到电力供应，但不了解也没有必要了解电力网中哪个发电厂或电站供电，这种服务由整个电力网络协调和提供。网格与计算机网络不同，计算机网络是一种硬件连通，网格能实现应用层的连通。随着

15、计算机计算能力的迅速增长、Internet的普及、高速网络成本的大幅度降低以及传统计算方式和计算机使用方式的改变，网格计算已逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势。网格计算以大粒度资源共享、高性能计算和创新性应用为主要特征，将成为21世纪经济发展的重要推动力。任务1 计算机的发展中间件技术随着计算机技术的迅速发展，CPU速度越来越高，处理能力越来越强；应用程序的规模不断扩大，特别是Internet的发展使计算机的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。都对新一代的软件开发提出了新的需求。这种分布异构环境中，通常存在多种硬件系统平台(如微机，工作站，小型机等)，这些硬件平台上又存

16、在各种系统软件(如不同操作系统、数据库、语言编译器等)，以及多种风格各异的用户界面，这些硬件系统平台还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。如何把这些系统集成起来并开发新的应用，是一个非常现实而困难的问题。为解决分布异构问题，提出中间件的概念。中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务（图2-4）。这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，可以有符合接口和协议规范的多种实现。图2-4 中间件与平台、应用之间的层次关系任务1 计算机的发展由于标准接口对于可移植性以及标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远

17、比操作系统和网络服务重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，无论底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。任务1 计算机的发展7. 计算机的发展趋势在大规模和超大规模集成电路技术发展和各种应用背景的大力支持下，20世纪80年代初开始了对人工智能计算机的研究。人工智能已成为计算机科学中的一个重要分支。巨型机的诞生也是第四代计算机的一个引人注目的成就。巨型机的运算速度可达每秒数千万次至数十亿次，处理速度极快、存储容量极大，在现代化的大规模工程建设、军事防

18、御系统、国民经济宏观管理以及社会发展中的大范围统计、复杂的科学计算和数据处理等方面发挥着重要的作用。任务2 计算机的特点与分类学习目标 计算机的主要特点与分类方法。1. 计算机的主要特点运算速度快运算速度：计算机在单位时间内执行指令的平均速度。可以用每秒钟能完成多少次操作（如加法运算），或每秒钟能执行多少条指令来描述。精确度高精确度主要表现为数据表示的位数，一般称为字长。字长越长精度越高。任务2 计算机的特点与分类具有“记忆”和逻辑判断能力可以把原始数据、中间结果、运算指令等信息存储起来，供使用者调用。是与其它计算装置的一个重要区别。计算机能在运算过程中随时进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自

19、动决定下一步执行的命令。程序运行自动化计算机具有“记忆”能力和逻辑判断能力，因而计算机内部的操作运算都是自动控制进行的。程序送入计算机后，计算机就在程序的控制下自动完成全部运算并输出运算结果，不需要人的干预。任务2 计算机的特点与分类2. 计算机的分类根据用途及其使用范围，计算机可以分为通用计算机与专用计算机。通用计算机：通用性强，有很强的综合处理能力，能够解决各种类型的问题；专业计算机：功能单一，配备了解决特定问题的软、硬件，能够高速、可靠地解决特定的问题。任务2 计算机的特点与分类根据计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标，计算机可以分为巨型机、大型机、小型机、微

20、型机、工作站、服务器、网络计算机等。计算机技术的不断发展，分类标准也不断变化，以上分类只能适应某个时期。任务2 计算机的特点与分类1巨型机（Supercomputer）又称超级计算机，目前速度最快、处理能力最强、造价最昂贵的的计算机。许多微处理器以并行架构的方式组合在一起，运算速度可以达到每秒几万亿次浮点运算，容量相当大。主要用途是处理超标量的资料，如人口普查、天气预报、人体基因排序、武器研制等，主要使用者为大学研究单位、政府单位、科学研究单位等。我国研制的“银河”和“曙光”等代表国内最高水平的巨型机属于这类计算机。任务2 计算机的特点与分类2大型机（Mainframe）比巨大型机的性能指标略

21、低，大型、通用，较快的处理速度和较强的综合处理能力，速度可达每秒数千万次。完善的指令系统、丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，强调的重点在于多个用户同时使用。一般作为大型“客户机/服务器”系统的服务器，或“终端/主机”系统中的主机，主要用于大银行、大公司、规模较大的高等学校和科研单位，处理日常大量繁忙的业务，如科学计算、数据处理、网络服务器和大型商业管理等。任务2 计算机的特点与分类3小型机（Minicomputer）规模小、结构简单、设计研制周期短、便于采用先进工艺、易于操作、便于维护和推广。应用范围很广，如工业自动控制、大型分析仪器、测量仪器、医疗设备中的数据采集、分析计算等，也可以用作大

22、型机、巨型机的辅助机，广泛用于企业管理以及大学和研究机构的科学计算等。任务2 计算机的特点与分类4微型机（Microcomputer）又称个人计算机（Personal Computer，PC），简称微机，俗称电脑，是大规模集成电路的产物。以微处理器为核心，配上存储器、接口电路等芯片组成。体积小、重量轻、功耗小、价格低廉、适应性强和应用面广等优点，得到广泛的应用，成为现代社会不可缺少的重要工具。任务2 计算机的特点与分类5工作站(Workstation)一种介于小型机和微型机之间的高档微型计算机。有大容量的主存、大屏幕显示器，特别适合于计算机辅助工程。例如，图形工作站一般包括主机、数字化仪、扫描

23、仪、鼠标器、图形显示器、绘图仪和图形处理软件等，可以完成对各种图形的输入、存储、处理和输出等操作。任务2 计算机的特点与分类6. 服务器（Server）具有强大的处理能力、容量很大的存储器，以及快速的输入输出通道和联网能力，是一种在网络环境中为多个用户提供服务的共享设备。根据提供的服务，可以分为文件服务器、邮件服务器、WWW服务器、FTP服务器等。任务3 信息化社会与计算机的应用学习目标 现代信息技术的应用已经渗透到人类社会生活和各行各业中，如何认识信息化的社会？计算机在信息化社会中扮演什么角色？相关知识与技能信息技术是在信息的获取、整理、加工、传递、存储和利用中所采取的技术和方法；也可以看作

24、是代替、延伸、扩展人的感官及大脑信息功能的技术。现代信息技术采用先进的技术手段和科学方法，使信息的采集、处理、传输、存储、利用建立在最先进的科学技术基础上。主要特征：各种信息的数字化和信息传递、信息处理的计算机化和网络化。现代信息技术是以微电子技术为基础，以计算机技术、通信技术和控制技术为核心，以信息应用为目标的科学技术群。任务3 信息化社会与计算机的应用构成信息化社会主要靠计算机技术、通信技术和网络技术三大支柱。计算机技术的迅速发展加速了信息化社会的发展。当今社会，计算机无处不在，已经成为人们生产和生活乃至学习的必备工具。计算机就在人们的身边，在学习、工作和生活的各个领域。信息化社会中，计算

25、机的存在总是和信息的加工、处理、检索、识别、控制和应用等分不开。可以说，没有计算机就没有信息化，没有计算机、通信和网络技术的综合利用，就没有日益发展的信息化社会。计算机是信息化社会必备的工具。任务3 信息化社会与计算机的应用知识拓展计算机在科学技术、国民经济、社会生活等各个方面都得到了广泛的应用，并且取得了明显的社会效益和经济效益。计算机应用几乎包括人类的一切领域。根据计算机的应用特点，可以归纳为以下几大类。1. 科学计算利用计算机解决科学研究和工程设计等方面的数学计算问题，又称数值计算。特点：计算量大，要求精确度高、结果可靠。利用计算机的高速性、大存储容量、连续运算能力，可以实现人工无法实现

26、的各种科学计算问题。例如，建筑设计中的计算；各种数学、物理问题的计算；气象预报中气象数据的计算；地震预测。任务3 信息化社会与计算机的应用2. 信息处理（数据处理）对大量信息进行存储、加工、分类、统计、查询等操作，形成有价值的信息。计算方法比较简单，数据量比较大，包括：数据的采集、记载、分类、排序、存储、计算、加工、传输、统计分析等工作，结果一般以表格或文件的形式存储或输出，泛指非科学计算方面的、以管理为主的所有应用。例如，企业管理、财务会计、统计分析、仓库管理、商品销售管理、资料管理、图书检索等。任务3 信息化社会与计算机的应用3. 实时控制（或称过程控制）用计算机及时地采集、检测被控对象运

27、行情况的数据，通过计算机的分析处理后，按照某种最佳的控制规律发出控制信号，控制对象过程的进行。通常用微控制器芯片或低档微处理器芯片，并做成嵌入式的装置。特殊情况下才用高级的独立计算机进行控制。在机械、冶金、石油化工、电力、建筑、轻工等各个部门得到广泛的应用，特别是卫星、导弹发射等国防尖端科学技术领域，更离不开计算机的实时控制。任务3 信息化社会与计算机的应用4. 计算机辅助系统包括计算辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）和计算机辅助测试（CAT）等。计算机辅助设计（CAD）：利用计算机帮助设计人员进行设计，使设计工作实现自动化或半自动化。计算机辅助制造（CAM

28、）：利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作过程。任务3 信息化社会与计算机的应用计算机辅助教学（CAI）：利用计算机辅助教师进行教学，把教学内容编成各种“课件”，学生可以选择不同的内容，使教学内容多样化、形象化，便于因才施教。如各种教学软件、试题库、专家系统等。计算机辅助测试（CAT）：利用计算机进行测试。将CAD、CAM、CAT技术有效地结合起来，可以使设计、制造、测试全部由计算机来完成，大大减轻科技人员和工人的劳动强度。任务3 信息化社会与计算机的应用5. 系统仿真利用模型来模仿真实系统的技术。通过仿真模型可以了解实际系统或过程在各种因素变化的条件下，其性能的变化规律。例如，将反映自动控

29、制系统的数学模型输入计算机，利用计算机研究自动控制系统的运行规律；利用计算机进行飞行模拟训练、航海模拟训练、发电厂供电系统模拟训练等。任务3 信息化社会与计算机的应用6. 办公自动化（OA）以计算机或数据处理系统来处理日常例行的各种事务工作，应具有完善的文字和表格处理功能，较强的资料、图像处理能力和网络通讯能力，可以进行各种文档的存储、查询、统计等工作。例如，起草各种文稿，收集、加工、输出各种资料信息等。办公自动化设备除计算机外，一般还包括复印机、传真机、通讯设备等。任务3 信息化社会与计算机的应用7. 人工智能又称智能模拟，利用计算机系统模仿人类的感知、思维、推理等智能活动，是计算机智能的高

30、级功能。包括：模式识别、自然语言理解与生成、专家系统、自动程序设计、定理证明、联想与思维的机理、数据智能检索等。例如，用计算机模拟人脑的部分功能进行学习、推理、联想和决策；模拟名医生给病人诊病的医疗诊断专家系统；机械手与机器人的研究和应用等。任务3 信息化社会与计算机的应用8. 电子商务和电子政务通过计算机网络进行的商务和政务活动，是Internet技术与传统信息技术相结合产生的在Internet上展开网上相互关联的动态商务活动和政务活动。计算机已在各个领域、各行各业中得到广泛的应用，其应用范围已渗透到科研、生产、军事、教学、金融银行、交通运输、农业林业、地质勘探、气象预报、邮电通信等各行各业

31、，并且深入到文化、娱乐和家庭生活等各个领域，其影响涉及社会生活的各个方面。2.2 计算机中信息的表示任务4 数字化信息编码的概念任务5 进位计数制任务6 字符的二进制编码任务4 数字化信息编码的概念学习目标 信息必须经过数字化编码，才能进行传送、存储和处理。如何认识数据与信息的关系？理解信息编码的意义？相关知识与技能1. 数据与信息数据：人类能够识别或计算机能够处理的符号，是对客观事物的具体表示。例如商品的名称、价格、出厂日期、颜色等。数据是广义的概念，不仅指数字、符号，也可以是声音、图像、文件等。信息：经过加工处理后用于决策或具体应用的数据。例如，人们通过对商品的各个特征数据的分析，得出该商

32、品的应用价值，作为是否购买的依据。任务4 数字化信息编码的概念信息是人们对客观世界直接进行描述、可以在人们之间进行传递的知识或事实，与承载信息的物理设备无关。数据是信息的具体表现形式，是各种各样的物理符号及其组合；反映了信息的内容。数据的形式随着物理设备的改变而改变。数据是信息在计算机内部的表现形式。现实生活中，信息的表现形式多种多样，如数值、字符、声音、图形、图像、动画等。计算机中处理的任何形式的信息，都要首先进行数字化编码，然后才能在计算机间进行传送、存储和处理。任务4 数字化信息编码的概念2. 信息编码的意义计算机进行信息处理，首先必须使计算机能够识别信息。信息的表示有两种形态：人类可识

33、别、理解的信息形态；计算机能够识别和理解的信息形态。计算机只能识别机器代码：用0和1表示的二进制数据。计算机进行信息处理时，必须将信息进行数字化编码，才能方便地进行存储、传送、处理等操作。任务4 数字化信息编码的概念编码：采用有限的基本符号，通过确定的原则对这些基本符号加以组合，用来描述大量的、复杂多变的信息。信息编码两大要素：基本符号的种类，符号组合规则。类似编码的实例：用26个英文基本符号，通过不同的组合得到含义各异的英文单词。冯诺依曼计算机采用二进制编码，即用“0” 和“1”两个基本符号的组合表示各种类型的信息。计算机内部采用二进制编码，与外部的信息交流采用大家熟悉和习惯的形式。任务5

34、进位计数制 学习目标 按进位的原则进行计算，称为进位计数制。进位计数制有哪些基本特点？如何表示？相关知识与技能一切数据（数值、文字、声音、图像等）在计算机内部都以二进制数的方式被传送、存储和处理。进位计数制：按进位的原则进行计算。常用进位计数制：十进制、二进制、八进制和十六进制等。任务5 进位计数制1. 进位计数制的基本特点逢N进一N：进位计数制表示一位数需要的符号数目，称基数。十进制数由0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十个数字符号组成，需要符号数目10个，基数为十，逢十进一。二进制由0和1两个数字符号组成，需要符号数目2个，基数为二，逢二进一。任务5 进位计数制采用位权表示法不同位置上

35、的数字代表的数值不同，某个数字在某个固定位置上代表的值确定，这个固定的位置称为位权或权。各种进位制中，位权的值恰好是基数的若干次幂，每一位数码与该位“位权”的乘积表示该位数值的大小。进位计数制表示的数都可写成按位权展开的多项式之和。位权和基数是进位计数制中的两个要素。常用进位计数制：二进制、八进制和十六进制。任务5 进位计数制2. 进位计数制的表示方法十进制计数制中，333.33可以表示为： 333.33=3(10)2+3(10)1+3(10)0+3(10)-1+3(10)-2一般，任意一个十进制数N可表示为：N(Kn-1(10)n-1Kn-2(10)n-2K1(10)1 K0(10)0K-1

36、(10)-1 K2(10)2 n-1 K-m(10)-m Ki(10)i i=-m任务5 进位计数制对于任意进位计数制，基数可用正整数R来表示。数N可表示为： n-1 N KiRi i=-m式中，m、n均为正整数，Ki则是0、1、(R-1)中的任何一个，R是基数，采用“逢R进一”的原则进行计数。任务5 进位计数制 十进制数每位有10种数码状态0，1，2，9；逢10进1。基数是10不同位置上的数符所代表的值与它所在位置的权有关。例：666.66=6102+6101+6100+6101+6102 102、101、102等是各位上的权十进制数各数位的权是10（基数）的乘幂。任务5 进位计数制二进制数

37、每位上有2种数码状态0和1；逢2进1。基数是2二进制数各数位的权是基数2的乘幂。(111)2 = (122+121+120 )10任务5 进位计数制八进制数十六进制数每位有16种数码状态0，1，2，8，9，A，B，E，F；逢16进1（A相当于10，B相当于11）。基数是16各数位的权是基数16的乘幂。十、二、八、十六进制数的基数分别是10、2、8、16。任务5 进位计数制示3不同进制之间的转换R进制数 十进制数一个R进制数N可表示为： n-1 N KiRi i=-m该公式提供了将R进制数转换成十进制数的方法。将二进制数转换为十进制数，将二进制数中出现1的位权相加即可。例1-1 (1011)21

38、(2)30(2)21(2)11(2)0任务5 进位计数制例1-2(10011.101)2124023022121120 12-102212-3 16210.50.125 (19.625)10例1-3 (207)82(8)20(8)17(8)0例1-4(125.3)8182281580+38-1641650.375(85.375)10例1-5 (12F)161(16)22(16)115(16)0例1-6 (1CF.A)16116212161151601016-1 256192160.625 (464.625)10任务5 进位计数制十进制数与R进制数之间转换整数部分和小数部分的转换方法不相同，分别

39、进行转换。整数部分的转换把一个十进制整数转换成R进制整数，采用除R取余法。除R取余法：将十进制数反复除以R，每次相除得到的余数为对应R进制数的相应位。首次得到的余数是最低位，最末一次得到的余数是最高位；从低位到高位逐次进行，直到商是0为止。若第一次余数为K0，最后一次为Kn-1，则Kn-1Kn-2K1K0即为所求之R进制数。任务5 进位计数制例如，将(35)10转换成二进制数，转换过程如下： 2 35 余 数 2 17 1 K0=1 2 8 1 K1=1 2 4 0 K2=0 2 2 0 K3=0 2 1 0 K4=0 0 1 K5=1因此，(35)10(K5K4K3K2K1K0)2(1000

40、11)2任务5 进位计数制同样的道理，可将十进制整数通过“除8取余”和“除16取余”法转换成相应的八、十六进制整数。注意：对十进制整数进行除8（或除16）后所得的第一个余数是转换后八（或十六）进制整数的最低位；所得的最后一个余数是转换后八（或十六）进制整数的最高位。任务5 进位计数制小数部分转换十进制纯小数转换成R进制纯小数，采用乘R取整法。乘R取整法：将十进制纯小数反复乘以R，每次乘R所得新数的整数部分为R进制纯小数的相应位。从高位向低位逐次进行，直到满足精度要求或乘R后的小数部分是0为止；第一次乘R所得的整数部分为K-1，最后一次为K-m；转换后，所得的纯R进制小数为0.K-1K-2K-m

41、。任务5 进位计数制例如，将(0.6875)10转换成相应二进制数，转换过程： 0.6875 整 数 2 1.3750 1 K-1=1 0.3750 2 0.7500 0 K-2=0 0.7500 2 1.5000 1 K-3=1 0.5000 2 1.0000 1 K-4=1因此，(0.6875)10(0.1011)2任务5 进位计数制迭次乘2的过程可能有限，也可能无限。十进制纯小数不一定能转换成完全等值的二进制纯小数。当乘2后能使代表小数的部分等于零时，转换即告结束。当乘2后小数部分总是不等于零时，转换过程将是无限的。这时，应根据精度要求取近似值。同样道理，可将十进制小数通过“乘8（或16

42、）取整”法转换成相应的八（或十六）进制小数。注意：对十进制小数乘8（或16）得到的第一个整数是转换后八（或十六）进制小数的最高位；最后一个整数是转换后八（或十六）进制小数的最低位。任务5 进位计数制十进制混合小数转换成R进制数混合小数由整数和小数两部分组成。按上述方法分别进行转换后，将转换结果组合起来，即可得到所要求的混合二进制小数。例如，将(135.6875)10转换为二进制数。其中：(135)10(10000111)2 (0.6875)10(0.1011)2(135.6875)10(10000111.1011)2。任务5 进位计数制非十进制数之间的转换二进制数转换成八进制数238，八进制数

43、的一位相当于3位二进制数。将二进制数转换成八进制数时，只需以小数点为界，分别向左、向右，每三位二进制数分为一组，不足三位时用0补足三位（整数在高位补零，小数在低位补零）。然后将每组分别用对应的一位八进制数替换。例如：(11010101.0100101)2转换成八进制数 (011 010 101 . 010 010 100 )2 ( 3 2 5 . 2 2 4 )8即：(11010101.0100101)2(325.224)8任务5 进位计数制八进制数转换成二进制数八进制数的一位数相当于3位二进制数，只要将每位八进制数用相应的三位二进制数替换，即可完成转换。例如：八进制数(652.307)8转换

44、成二进制数 ( 6 5 2 . 3 0 7 )8 ( 110 101 010 . 011 000 111 )2即：(652.307)8(110101010.011000111)2任务5 进位计数制二进制数与十六进制数之间的转换2416，一位十六进制数相当于四位二进制数。二进制数转换成十六进制数，只需以小数点为界，分别向左、向右，每四位二进制数分为一组，不足四位时用0补足四位（整数在高位补零，小数在低位补零）。然后将每组分别用对应的一位十六进制数替换。例如：(1011010101.0111101)2转换成十六进制数 ( 0010 1101 0101 . 0111 1010 )2 ( 2 D 5

45、. 7 A )16即：(1011010101.0111101)2(2D5.7A)16任务5 进位计数制十六进制数转换成二进制数，将每位十六进制数用相应的四位二进制数替换即可。例如：十六进制数(1C5.1B)16转换成二进制数 ( 1 C 5 . 1 B )16 ( 0001 1100 0101 . 0001 1011 )2即：(1C5.1B)16(111000101.00011011)2任务6 字符的二进制编码学习目标 字符是不可以进行算术运算的数据，包括西文字符（各种字母、数字、各种符号）和中文字符。字符是计算机的主要处理对象，由于计算机中的数据都是以二进制的形式存储和处理，字符也必须按特定

46、的规则进行二进制编码才能进入计算机。计算机中如何对字符进行编码？相关知识与技能字符的二进制编码即规定用怎样的二进制数码来表示字母、数字以及专门符号。一个涉及世界范围信息表示、交换、处理、存储的基本问题，一般以国家标准或国际标准的形式颁布执行。1ASCII码ASCII码即美国信息交换标准码（American Standard Code for Information）。1.2 计算机中信息的表示ASCII码用7位二进制码来表示128（=27）个符号。例如：“A”的ASCII码是1000001。计算机内，用1个字节（8位二进制数）表示7位ASCII码字符时，最高位取0。例如：在键盘上输入大写“A”

47、，系统自动转换为01000001存入内存。一些常用字符按其ASCII码值符合以下关系：空格 数字（0 9） 大写字母（A Z） 小写字母（a z）任务6 字符的二进制编码2汉字编码按功能分为输入码、内码、字形码汉字输入码（外码）数字码（区位码）、音码（全拼、双拼）、形码（五笔）、混合码等一个汉字的输入码不是唯一的。无论用哪一种输入码输入，汉字在机内都将转换为唯一的机内码。任务6 字符的二进制编码汉字内码（机内码）汉字在机内存储、传输和加工时所用的最基本的形式。一般用两个字节表示一个汉字，每个字节的最高位为1国标码 + (8080)H 二字节机内码例：“啊” 国标码：3021H 机内码：B0A1

48、H任务6 字符的二进制编码国标码：我国规定的信息交换用的标准汉字交换码（GB2312-80信息交换用汉字编码字符基本集）。基本集收录汉字共6763个，一级汉字3755个（常用字），二级汉字3008个（非常用字）。国标（GB2312-80）字符基本集内也有英文字母、数字、标点符号，机内码与汉字一样，称为全角符号。全角符号显示时与汉字宽度相同（如：，），在汉字的全角输入状态下即可输入。任务6 字符的二进制编码 汉字字形码表示汉字字形的字模数据（又称字模码），是汉字输出的形式，通常用点阵、矢量函数等方式表示。输出汉字的要求不同，点阵的多少也不同，常见有1616点阵、2424点阵、3232点阵、484

49、8点阵等。字模点阵占用的存储空间很大，只能用来构成汉字字库，不能用于机内存储。汉字字库存储每个汉字的点阵代码，只有在显示输出汉字时才检索字库，输出字模点阵得到汉字字形。任务6 字符的二进制编码四、计算机中数据存储的组织形式位(bit)：数据的最小单位。一位只能有两个数值0或1。字节（Byte）：8个二进制位称作一个字节。一个英文字母用1个字节表示，最高位为0一个汉字用两个字节表示，每个字节的最高位为1通常用字节作为存贮器容量的单位，还可用KB、MB等表示较大的容量。1KB = 1024B = 210B1MB = 1024KB = 220B1GB = 1024MB = 230B1TB = 102

50、4GB = 240B任务6 字符的二进制编码字（Word）：CPU作为整体来传送和处理的一组二进制代码，又称为一个计算机字。字是计算机中处理数据的基本单位。字长：一个计算机字包含的二进制代码个数。字长是字节的若干倍。例如：一台计算机的字长为32位（4个字节），是指CPU一次可以同时处理32位二进制数据。一个字可以用来存放一条指令或存放一个数据。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。任务6 字符的二进制编码内存的地址为对内存的数据进行有效的管理和存取，把内存看作由许多存储单元组成，给每个存储单元一个唯一的序号，称为“地址”。通过地址可以从对应存储单元取出数据（“读出”）或向对应的存储单元存入数据（

51、“写入”）。内存按字节编址，每个存储单元存放一个字节的数据。内存地址是二进制数，从0开始，书写格式为十六进制。思考：存储器中地址从0000(H)到00FF(H)的存储单元有多大存储容量？2.3 计算机系统的组成任务7 解剖计算机系统任务8 认识微型计算机系统的技术指标任务9 初步认识多媒体技术任务7 解剖计算机系统学习目标 通过解剖一台微型计算机，熟练掌握计算机的组成，各组成部分的功能与作用。相关知识与技能微型计算机是大规模集成电路技术与计算机技术相结合的产物。从外观看，微型计算机由主机箱、显示器、键盘和鼠标等组成（图2-6）。根据需要可以增加打印机、扫描仪、音箱等外部设备。主机机箱有卧式和立

52、式两种，图2-5为立式机箱。完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件是计算机系统的物质基础，是可以看得见摸得着的机器部分；软件是硬件系统的指挥者和操作对象，包括程序、数据、文档等信息。硬件和软件的组合构成了计算机系统，二者相互依存。没有硬件，就不能构成计算机设备，没有软件，硬件就不能正常工作。任务7 解剖计算机系统1计算机的硬件系统包括构成计算机的各种部件和外部设备。尽管计算机技术不断发展，基本结构和工作原理都是采用冯.诺依曼提出的“存储程序式计算机”结构思想，即一台完整的计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成（图2-4）。其中，实线表示数据信息，虚线

53、表示控制信息。图2-4 微型计算机硬件组成示意图任务7 解剖计算机系统运算器（Arithmetic Logical Unit，ALU）又称为算术逻辑单元 ALU（Arithmetic and Logical Unit），是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件。算术运算即加、减、乘、除运算；逻辑运算即“与”、“或”、“非”、“比较”、“移位”等操作。运算器在控制器的控制下，从内存储或内部寄存器中取出数据并进行算术或逻辑运算。任务7 解剖计算机系统控制器（Control Unit，CU）统一控制和指挥计算机各个部件协调工作的部件。在控制器的控制下，计算机自动按照程序设定的步骤进行一系列指定的操作，

54、以完成特定的任务。运算器和控制器合称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是计算机系统的核心部件。任务7 解剖计算机系统存储器（Memory）存储程序和数据的部件。在控制器控制下对数据进行存/取操作。“读”：把数据从存储器中取出的过程“写”：把数据存入存储器的过程存储容量用B、KB、MB、GB、TB等存储容量单位表示。由于CPU的处理速度非常高，要求存储器不仅存储容量大，而且读/写速度也要快。受技术和价格限制，存储容量和读/写速度很难完美统一。任务7 解剖计算机系统通常分为内存储器（内存）和外存储器（外存）。内存储器又称主存储器，由半导体器件构成，可以由CPU

55、直接访问，存取速度快，存储容量相对于外存较小。划分为一个个存储单元，每个存储单元存放一组二进制代码（数据或指令）。每个存储单元都有一个唯一的编号，称作地址。任务7 解剖计算机系统内存分为只读存储器和随机存储器两类。只读存储器（Read Only Memory，ROM）：只能读出其中的数据，不能写入新的数据。即使中断电源，数据也不会丢失。一般用来存放固定的、控制计算机的系统程序和参数表等。随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）：既可读出其中的数据，也可修改其中的数据或写入新的数据。中断电源，存放的数据将全部丢失。任务7 解剖计算机系统Cache（高速缓冲存储器）：在内

56、存和CPU之间，用来存放当前正在执行的程序中使用频率很高的活跃部分，以便快速地向 CPU提供指令和数据，使访问存储器的速度与CPU的速度相匹配。Cache的存取速度比主存更快，容量更小。外存储器（辅助存储器）一般由磁性或光性材料构成，如软磁盘、硬磁盘、磁带、光盘等。存取速度慢、存储容量相对于内存大，可长久保存大量的信息。外存中的程序和数据必须先装入内存，CPU才可以处理。任务7 解剖计算机系统输入设备（Input device）向计算机主机输入程序和数据的设备。计算机常用的输入设备有键盘、鼠标器等。输出设备（Output device）将计算机主机对数据处理后的结果显示、打印出来或存储到外存磁

57、盘上的设备。计算机常用的输出设备有显示器、打印机等。外存储器、输入设备和输出设备统称为计算机的外部设备，简称外设。任务7 解剖计算机系统2计算机的软件系统冯.诺依曼型计算机的工作原理是“存储程序和程序控制”。为完成某一特定的任务，先将编写好的程序以及程序运行所需的数据通过输入设备输入到计算机中并存储在存储器中，然后在程序控制下逐条执行程序中的每条指令。软件是指计算机运行时所需的程序、数据及相关资料的总和。只有硬件而无软件的计算机称作“裸机”，不能做任何工作。“裸机”与软件相结合才能构成一台完整的、可以进行正常工作的计算机系统。任务7 解剖计算机系统从计算机系统角度来看，软件可分为系统软件和应用

58、软件两大类。系统软件控制和协调计算机硬件及其外部设备、支持应用软件的开发和运行的软件。用户通过系统软件间接地使用计算机硬件资源，既方便用户，且提高工作效率。常用的系统软件有操作系统、程序设计语言及处理程序、数据库管理系统、各种服务性程序等。任务7 解剖计算机系统操作系统（Operating System，OS）控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程并方便用户充分且有效地使用计算机资源的程序集合。系统软件的核心，整个计算机系统的“管家”，用户与计算机之间的接口。目前微型计算机上使用的操作系统主要有DOS、Windows、Unix、Linux等。任务7 解剖计算机系统程序设计语言

59、及处理程序计算机语言是能够完整、准确地表达人的意图并控制计算机完成指定功能的符号系统，又称程序设计语言。程序设计语言可分为机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言：中央处理器可以直接识别并执行的语言，以二进制代码0或1表示，特点是程序执行效率高，但通用性差，直观性差，并且难懂、易错。汇编语言：用较直观、容易记忆和书写的助记符表示，又称符号语言。任务7 解剖计算机系统计算机只能直接理解并执行用机器语言编写的程序。汇编语言编写的源程序必须通过“汇编程序”翻译成机器语言程序（目标程序）后，才能使计算机接受并执行。机器语言与汇编语言都是面向机器、依赖于硬件并与计算机硬件直接相关，不同种类的计算机，其机器

60、语言与汇编语言也不相同。机器语言与汇编语言又被称为低级语言。任务7 解剖计算机系统高级语言独立于具体的计算机硬件、接近于人类的自然语言（英语）和数学语言符号。高级语言通用性和可移植性好，易读、易维护。高级语言源程序不能被计算机直接识别和执行，必须经过语言处理程序翻译成机器语言程序（目标程序），才能为计算机执行。任务7 解剖计算机系统计算机将源程序翻译成目标程序有两种方式：编译方式通过编译程序将源程序的全部语句翻译成目标程序，再经过连接程序的连接形成可执行程序。运行速度快。解释方式用解释程序将源程序中语句逐条翻译成计算机可以识别的机器代码，翻译一条，执行一条，边翻译边执行。解释方式下不产生目标程