大学计算机基础课件第1章

1、大学计算机基础教程人民邮电出版社第1章 计算机基础知识1.1 计算机概述1.计算机的发展简史 (1)手工到机械自动 (2)机械自动到电动计算 (3)电动计算到电子数字计算 第一代电子管计算机（19461958年） 第二代晶体管计算机（19591964年） 第三代中小规模集成电路计算机（19651969年） 第四代大规模和超大规模集成电路计算机（1971年至今）2. 计算机的发展趋势(1)超导计算机(2) 生物计算机(3) 光学计算机(4) 量子计算机(5) 神经计算机1.1 计算机概述3. 计算机的分类(1)巨型机(2)大型机(3)小型机(4)微型机(5)服务器(6)工作站1.1 计算机概述4

2、.计算机的特点(1)运算速度快(2)计算精度高(3)具有“记忆”和逻辑判断能力(4)具有自动运行能力(5)可靠性高1.1 计算机概述5.计算机的应用(1)科学计算(2)数据处理(3)实时控制(4) 办公自动化(5)计算机辅助工程(6)人工智能(7) 计算机网络通信1.1 计算机概述1.2 计算机系统1. 计算机系统概述1.2 计算机系统2. 计算机硬件系统(1)控制器 程序计数器 指令寄存器 指令译码器 时序部件 微操作控制部件(2) 运算器：它主要由算术逻辑单元、通用寄存器组及累加器组成 (3)存储器：存储器是用来存放数据和程序的部件。存储器分为内部存储器（又称内存或主存）和外部存储器（又称

3、外存或辅存）。内存用于存放当前正在使用或随时需要使用的程序和数据，可以被CPU直接访问。外存用来存放暂时不用的程序和数据，不能被CPU直接访问。外存中的数据必须先调入内存才能被CPU处理。 度量单位：KB,MB,GB,TB1.2 计算机系统1)内部存储器 随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 高速缓冲存储器（Cache） 2) 外部存储器：磁盘存储器、光盘存储器、可移动存储器和U盘 (4) 输入/输出设备常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数码照像机、摄像机、麦克风等。 常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪 1.2 计算机系统内存外存速度快 慢位置主机内部主机外部CPU访问可以直

4、接访问不能直接访问存储信息当前正在执行的暂时不使用的断电内容丢失内容不丢失 内存和外存的区别1.2 计算机系统1.2 计算机系统3 计算机的基本工作原理(1)指令和程序(2)工作过程(3)存储程序工作原理：冯诺依曼结构有三条重要的设计思想：计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等基本部件。计算机内部采用二进制来表示数据和指令。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。程序预先存入存储器中，使计算机在工作中能自动地从存储器中取出程序指令并加以执行。4 计算机软件系统(1)系统软件 操作系统程序设计语言与语言处理程序数据库管理

5、系统服务程序(2)应用软件 办公软件反病毒软件压缩工具软件 网络应用软件多媒体编辑软件 工程设计软件教育和娱乐软件 其他专用软件1.2 计算机系统1.2 计算机系统5 微型计算机硬件系统主机箱内部硬件部件图 5 微型计算机硬件系统(1)CPU频率(2)主板(3) 内部存储器(4)外部存储器外部存储器主要包括硬盘、光盘、移动硬盘和U盘等 (5)显卡(6) 输入设备(7) 输出设备(8) 总线微型计算机的总线结构1.2 计算机系统1.3数据在计算机中的表示(1)信息和数据信息就是经过加工并对人类社会实践和生产经营活动产生决策影响的数据。它反映了客观世界中各种事物特征和变化的知识，由数据构成，是数据

6、经过同化、聚合和加工后的结果。(2)信息技术信息技术是研究信息的获取、传输和处理的技术，主要由计算机技术、通信技术、微电子技术结合而成，简称“3C技术”。1 信息和数据(1)计算机中所有的数据均采用二进制数表示，这主要是因为二进制有以下特点。可行性 电子元件一般只有两个稳定状态，如开关的接通和断开，晶体管的导通和截止、磁元件的正负剩磁、电位电平的高与低等，用二进制的“”和“”来模拟这两个状态，是二进制在电子器件中有实现的可行性。简易性 二进制数的运算法则少，运算简单，使计算机运算器的硬件结构大大简化。逻辑性 由于二进制和正好和逻辑代数的假（false）和真（true）相对应，有逻辑代数的理论基

7、础，用二进制表示逻辑值很自然。 1.3数据在计算机中的表示2 进位记数制(2)数码：该进制中固有的基本符号。例如，十进制有0，1，2，9共10个数码，二进制有0、1两个数码。(3)基数R：该进制中允许选用的基本数码的个数，用R表示。例如，十进制数的基数R为10，进位原则是“逢十进一”，二进制数的基数R为2，进位原则是“逢二进一”。(4)位权Rn：又称“权”，是指一个数的每一个固定位置所表示的单位值的大小，它是一个常数，用Rn表示。例如，十进制数432，由4、3、2三个数码排列而成，4在百位，代表400（4102），3在十位，代表30（3101），2在个位，代表2（2100），它们分别具有不同的

8、位权，4所在数位的位权为102，3所在数位的位权为101，2所在数位的位权为100。再比如二进制的111，它的位权从左至右分别为22，21，20。任何一种进位制数都可以表示成按位权展开的多项式之和的形式： (X)R=Dn-1Rn-1+Dn-2Rn-2+D0R0+D-1R-1+D-mR-m1.3 数据在计算机中的表示常见进位计数制的表示 进位制基数R数码规则位权Rn标识二进制20,1逢二进一，借一当二2nB或()2八进制807逢八进一，借一当八8nO或()8十进制1009逢十进一，借一当十10nD或()10十六进制1609,AF逢十六进一，借一当十六16nH或()161.3数据在计算机中的表示3

9、. 不同进位记数制之间的转换(1)将R进制数转换为十进制数 方法：按权展开，然后按十进制运算法则把数值相加，即“乘权求和法”。1.3数据在计算机中的表示 二、八、十六进制转换为十进制 对任意一个二、八、十六进制数，均可按照前述r进制数的展开和式方便的转成相应的十进制数 如：（1101.01)2=1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2 (2)十进制数转换成R进制数 十进制数转换成R进制数时，应将整数部分和小数部分分别转换，然后再相加起来即可得出结果。 整数部分采用“除R倒取余”的方法，即将十进制数除以R，得到一个商和余数，再将商除以R，又得到一个商和一个余数，如此继续下去

10、，直至商为0为止，将每次得到的余数按得到顺序逆序排列，即为R进制整数部分。 小数部分采用“乘R正取整”的方法，即将小数部分连续地乘以R，保留每次相乘的整数部分，直到小数部分为0或达到精度要求的位数为止，将得到的整数部分按得到的顺序排列，即为R进制的小数部分。 1.3数据在计算机中的表示(3)二、八、十六进制数的相互转换 由于23=8，即3位二进制数可以对应1位八进制数码。24=16，即4位二进制数可以对应1位十六进制数码。利用这种对应关系，可以方便地实现二进制数和八进制数、十六进制数的相互转换。 八进制数、十六进制数转换成二进制数 方法：将每位八进制数用3位二进制数替换或将每位十六进制数用4位

11、二进制数替换，按照原有的顺序排列，即可完成转换。若整数部分最高位为0，可以把高位的0舍掉；若小数部分最低位为0，可以把低位的0舍掉。1.3 数据在计算机中的表示二进制数转换成八进制数、十六进制数二进制数转换成八进制数的方法：以小数点为界，整数部分从右向左每3位分为一组，若不够3位时，在左面用“0”补足3位；小数部分从左向右每3位一组，不足3位右面补“0”，然后将每3位二进制数用1位八进制数码表示，即可完成转换。二进制数转换成十六进制数的方法：以小数点为界，整数部分从右向左每4位分为一组，若不够4位时，在左面用“0”补足4位；小数部分从左向右每4位一组，不足4位右面补“0”，然后将每4位二进制数

12、用1位十六进制数码表示，即可完成转换。八进制数和十六进制数的相互转换如果将一个八进制数转换为一个十六进制数，首先将其转换为二进制数，再把该二进制数转换为十六进制数。反之，如果将一个十六进制数转换为一个八进制数，首先将其转换为二进制数，再把该二进制数转换为八进制数。1.3数据在计算机中的表示例题:(1) 二进制数转换成八进制数：以小数点为分界点，左右三位一节，不足三位以零补足三位。例:(101101.01) 2=(101,101.010)=(55.2)8(2)八进制数转换成二进制数：将每位八进制数码以三位二进制数表示。例:(76.42) 8=(111110.100010)2=(111110.10

13、001)21.3数据在计算机中的表示(3)二进制数转换成十六进制数：以小数点为分界点，左右每四位一节，不足四位以零补足四位。(1111011011.100101011)2 = (11,1101,1011.1001,0101,1000)2 = (3DB.958)16(4)十六进制数转换成二进制数：将每位十六进制数码以四位二进制数表示。例:(A3B.C) 16 = (101000111011.1100)2= (101000111011.11)21.3数据在计算机中的表示1位八进制数012345673位二进制数000001010011100101110111二进制与八进制转换对照表 1位十六进制数0

14、12345674位二进制数000000010010001101000101011001111位十六进制数89ABCDEF4位二进制数10001001101010111100110111101111二进制与十六进制转换对照表 1.3数据在计算机中的表示4 二进制数的运算(1) 二进制数的算术运算二进制数的算术运算包括加法、减法、乘法、除法运算。1.3数据在计算机中的表示加法 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（进位）减法 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 (借位）乘法 0 x0=0 1x0=0 0 x1=0 1x1=1除法 与十进制类似例 计算(11010110)2(1

15、101)2。计算(11010110)2(1101)2。1.3数据在计算机中的表示计算(1101)2(110)2。计算(1101001)2(101)2。1.3数据在计算机中的表示(2) 二进制数的逻辑运算逻辑“与”运算 0 x1=0 1x0=0 0 x0=0 1x1=1 逻辑“或”运算 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1逻辑“非”运算 Not 0= 1 Not 1 = 01.3数据在计算机中的表示例：设A11101100，B=11011110，对A、B两数进行与、或、非运算。1.3数据在计算机中的表示5 数值数据的表示(1)机器数和真值数值数据有正负之分，那么在计算机中如何表示正、负

16、数值数据呢？由于在计算机中使用的二进制只有0和1两种值。人们规定把一个数的最高位定义为符号位，用“0”表示正号，用“1”表示负号，其余位仍为数值。1.3数据在计算机中的表示原码 原码就是用最高位表示数的正、负号，0表示正，1表示负，而数值部分用最高位以后的若干位来表示。例：二进制数 + 1000110的原码表示为：01000110二进制数 1000110的原码表示为：110001101.3数据在计算机中的表示(2)原码、反码、补码的表示反码 原码变反码的规则为：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反。二进制数 1000110的反码表示为：10111001例：二进制数 +

17、 1000110的反码表示为：010001101.3数据在计算机中的表示 补码的取码原则是：正数的补码和其原码相同；负数的补码是它的原码除符号位外逐位取反（即0变1，1变0），最后在末位加1。例：二进制数 + 1000110的补码表示为：01000110二进制数 1000110的补码表示为：10111010补码1.3数据在计算机中的表示十进制 原 码 补 码 87 -87 127-127 0 -0 010101110101011111010111101010010111111101111111111111111000000100000000000000001000000000000000 注意

18、：采用补码来表示正、负整数时，+0 和 0 的取码是完全相同的，而原码对+0和 0 的取码是不相同的。1.3数据在计算机中的表示例：补码的加减法公式 X + Y 补 = X 补 + Y 补 X Y 补 = X 补 + Y 补 X 补 补= X 原1.3数据在计算机中的表示例题例： 设 X=44 Y=59 求X +Y = ？ XY = ？由 X 补 = 0101100 Y 补= 00111011 -Y 补=11000101 -Y 原=10111011故 X + Y 补 = X 补 + Y 补= 01100111得X + Y = + 1100111 = ( + 103)10由 X Y 补 = X

19、补 + Y 补=11110001 X Y 原 = XY 补求补=10001111得XY = -0001111 = (- 15)101.3数据在计算机中的表示(1)数的定点表示：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的。格式：3. 定点数表示方法1.3数据在计算机中的表示图：定点数的表示方法 假设机器字长为16位，写出十进制整数-234，-0.375在计算机内的表示。-234=-11101010B=-000000011101010B-0.375=-0.011B=-0.011000000000000B所以-234的表示形式为：1.3数据在计算机中的表示-0.375的表示形式为：1.3数据在计算机中的表示(2)浮点数的表示方法 阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通常取2。1.3数据在计算机中的表示例：求出-234.375的浮点数表示形式。 转换为二进制。-234.375=-11101010.011B 转换为N=M2E形式。-234.375=-11101010.011B=-0.1110101001121000，可以看出阶符是正数，数符是负数。 写出浮点数的表示形式，如图 阶码部分相当于定点整数的表示方法，尾数部分相当于定点小数的表示方法。1.3数据在计算机中的表示32位浮点数的范围最大正数：(1223)2127最小正数：212128 2129最大负数：2