计算机基础知识

第一章计算机基础知识1大学计算机基础1.1计算机概述1.1.1计算机的发展概述1.1.2计算机的特点1.1.3计算机的分类1.1.4计算机的应用（2）计算机断代（依据元器件）电子管

晶体管小规模集成电路大规模集成电路电子管计算机1.体积大、耗电多、稳定性差、维护因难。2.用磁鼓或磁带作为外存储器，容量小。3.使用机器语言编程，无操作系统。4.速度慢，一般在5千~3万次/秒。5.造价高，使用成本高，寿命短。6.主要用于科学计算。晶体管计算机(1)采用晶体管，体积小，耗电低，性能提高。(2)采用磁盘或磁带作为外存储器，容量增大。(3)出现原始的操作系统模型，开如使用汇编语言编程，并出现高级程序设计语言。(4)速度加快，一般在几万次——几十万次/秒。(5)造价降低，使用成本偏高，寿命延长。(6)还用于数据处理和实时控制。小规模集成电路计算机1.小规模集成电路元件，体积小，耗电低。2.半导体存储器，外存容量增大，体积变小。3.使用操作系统，出现分时操作系统和程序设计语言PASCAL，C等，实现了时处理数据系统。4.速度加快，一般在数几百万~几千万次/秒5.造价进一步降低，使用成本降低，寿命更长。6.用于工业数据管理和计算机辅助设计等领域。大规模集成电路计算机1.超大规模集成电路元件，性能进大大提高。2.采用新存储技术，存储设备容量大、体积更小。3.出现微型机和微机操作系统，软件丰富，实现并行处理技术和多机系统。4.速度加快，一般在数几千万~几十亿次/秒。5.造价更低，使用成本低。6.应用领域扩大社会各个方面。新一代计算机系统将具有智能特性，具有逻辑思维、知识表示和推理能力，能模拟人的设计、分析、决策、计划等智能活动，人机间具有自然通信能力等。发展“非冯·诺依曼式”计算机光子计算机生物计算机智能电脑新一代计算机1.1.2计算机的特点运算速度快快1计算精度高2存储容量大3具有逻辑判断能力4能自动完成各种操作51.1.3计算机的分类

巨型机大型机小型机工作站微型机1.1.3计算机的分类巨型机也称超级计算机。主要特点是运算速度很高，可达每秒执行几亿条指令，数据存储容量很大，规模大结构复杂，功能强，价格昂贵，通常要几千万元。主要用于大型科学计算、破译密码、建立全球气候模型系统和模拟核爆炸等大规模运1．巨型计算机

简称大型机，是一种体积庞大、价格昂贵的计算机，它能够同时为成千上万的用户处理数据。大型机常被企业或政府机构作数据的集中存储、处理和大量数据的管理之用。在可靠性、数据安全性要求高或需要集中控制的地方也可以选用大型机。2．大型计算机小型计算机处理能力强，可靠性好，体积较小、价格适中。适合大、中型企业、科研部门和学校等单位充当主机使用。主要用于大中型企业的服务器或计算。3．小型计算机通常是指为完成特定任务而设计的功能强大的桌面计算机。它具有多任务、多用户能力，又兼具个人计算机的操作便利和良好的人机界面，能够完成一些需要高速处理的工作。工作站往往专门用于做设计工作，而不是像个人计算机那样用于字处理、照片编辑和上网。它的应用领域也已从最初的计算机辅助设计扩展到商业、金融、办公领域。4.工作站也称个人计算机(PersonComputer)，简称为“PC”，是由IBMPC机演变而来的。微型计算机体积小，功能强。它能够提供各种各样的计算功能，典型的功能有：字处理、照片编辑、收发电子邮件和登录因特网。个人计算机包括台式计算机、便携式计算机、笔记本式计算机、掌上型计算机几种。5．微型计算机1.1.4计算机的应用科学计算1数据处理2人工智能3自动控制4辅助功能5通信与网络61.2计算机信息的表示1.2.1进位十进制1.2.2数制之间的转换1.2.3信息的单位1.2.4数值数据的编码表示计算机中非数值数据的表示1.2.1进位计数制计算机中常用的计数制十进制二进制八进制十六进制基数102816位权1012181161数字符号0～90，10～70～9，A~F特点

十进制数可以表示为：569.28=5×102＋6×101＋9×100＋2×10－1＋8×10－2

10210110010－110－2

5692

8任意一个十进制数可以表示为：

(D)10=dn×10n-1＋dn-1×10n-2＋…d2×101＋d1×100＋d-1×10-1＋d-2×10-2＋…d-m×10-m

nm=∑di×10i-1

＋∑dj×10-j

i=1j=1其中：di和dj为0－9中任一个数字；n为整数部分位数；m为小数部分位数；10i-1

和10-j分别为整数部分和小数部分位权。1.有0、1、2、…、9十个数字。2.逢十进一，进位基数为10，位的权数是十的幂。举例十进制数(D)推广特点

二进制数可以表示为：1101.01=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2

232221202－12－2

1101

0

1任意一个二进制数可以表示为：

(B)2=bn×2n-1＋bn-1×2n-2＋…b2×21＋b1×20＋b-1×2-1＋b-2×2-2＋…b-m×2-m

nm=∑bi×2i-1

＋∑bj×2-j

i=1

j=1

其中：bi和bj为0或1；n为整数部分位数；m为小数部分位数；2i-1

和2-j分别为整数部分和小数部分位权。1.有0、1二个数字。2.逢二进一，进位基数为2。举例二进制数(B)推广十六进制数(H)特点十六进制数可以表示为：

16B.68=1×162＋6×161＋B×160＋6×16-1＋8×16－2

=1×162＋6×161＋11×160＋6×16-1＋8×16－2任意一个十六进制数可以表示为：

(H)16=hn×16n-1＋hn-1×16n-2＋…h2×161＋h1×160＋h-1×16-1＋h-2×16-2＋…h-m×16-m

nm=∑hi×16i-1

＋∑hj×16-j

i=1j=1

其中：hi和hj为0、1－9、A、B、C、D、E、F中一个；n为整数部分位数；m为小数部分位数；16i-1

和16-j分别为整数部分和小数部分位权。1.有0－9、A、B、C、D、E、F十六个数码。2.逢十六进一，进位基数为16。举例推广1.2.2数制之间的转换八进制数二进制数十六进制数十进制数除2取余法即把整数部分不断除以2，并记下每次除得的余数，直到商0为止，将所得余数从最后一位读起，即得所求的二进制整数。1.十进制数转换成二进制数整数部分小数部分乘2取整法被转换的小数部分每次乘2，所得乘积的整数部分就为对应的二进制数，将所得乘积整数从第一位读，即得所求的二进制小数。将十进制数58转换成二进制数例十进制数(D)余数

0

转换结果的最高位0

转换结果的最低位

转换结果：(58)10=(111010)2

2

2

2

2

2

2

29└

14└

7

1└

3└

1└58└01

1

1将转换成二进制小数例十进制数(D)乘2取整部分0.6875*2=1.37501

转换结果：(0.6857)10=(0.1011)20.375*2=0.7500.75*2=1.510.5*2=11由上向下书写最终转换结果

(58.6857)10=(111010.1011)2除8取余法即把整数部分不断除以8，并记下每次除得的余数，直到商0为止，将所得余数从最后一位读起，即得所求的八进制整数。2.十进制数转换成八进制数整数部分小数部分乘8取整法被转换的小数部分每次乘8，所得乘积的整数部分就为对应的八进制数，将所得乘积整数从第一位读，即得所求的八进制小数。将十进制数58转换成八进制数例十进制数(D)余数02

转换结果：(58)10=(72)8

8

8

7└758└从下向上书写将转换成八进制小数例十进制数(D)乘8

取整部分0.6875*8=5.55

转换结果：(0.6857)10=(0.54)80.5*8=44由上向下书写最终转换结果

(58.6857)10=(72.54)8除16取余法即把整数部分不断除以16，并记下每次除得的余数，直到商0为止，将所得余数从最后一位读起，即得所求的十六进制整数。3.十进制数转换成十六进制数整数部分小数部分乘16取整法被转换的小数部分每次乘16，所得乘积的整数部分就为对应的十六进制数，将所得乘积整数从第一位读，即得所求的十六进制小数。十进制数转换成十六进制数例先转换整数部分0

转换结果：(58)10=(3A.C)161616

3

58A(10)└3└再转换小数部分*16=12取整数C(12)4.其他进制数转换成十进制数把各个非十进制数按位权展开求和。二进制数据写成2（八进制写成8，十六进制写成16）的各次幂之和的形式，计算出其结果即可。（1）二进制转换成十进制例1把二进数(10111)2

转换成十进制(10111)2=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20=16+0+4+2+1=(23)10例2把二进数（）2转换成十进制(101.101)2=1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=(5.625)10例1把八进数（305）8

数转换成十进制(305)8=3×82+0×81+5×80

=192+5=(197)10例2把八进数(2533.42)8

转换成十进制(2533.42)8=2×83+5×82+3×81+3×80

+4×8-1+4×8-1+2×8-2=(1371.53125)10（2）八进制转换成十进制（3）十六进制转换成十进制例1把十六进数(2A4E)16转换成十进制(2A4E)16=2×163+A×162+4×161+E×160

=8192+2560+64+14=(10830)10例2把十六进数(1CB.D8)16转换成十进制(1CB.D8)16=1×162+12×161+11×160+13×16-1+8×16-2=(459.84375)10以四换一每四位二进制数划为一组，用一位十六进制数代替，若不足4位,补0.

二进制以三换一每三位二进制数划为一组，用一位八进制数代替,若不足3位,补0.

5.二进制、八进制、十六进制之间的转换十六进制八进制二进制例把二进制数(101101011.011)2转成十六进制数。分组：0001

0110

1011.0110

1000

十六进制：16B.68即(101101011.011)2=(16B.68)16例

把二进制数(1101011.1101)2转换成八进制数分组：001

101

011.110

100八进制：153.64即(1101011.1101)2=(153.64)81.2.3信息的单位位度量信息的最小单位，表示一位二进制信息。字节字节是信息存储中最小单位。一个字节由8位二进制数字组成。字字是位的组合，作为一个独立的信息单位处理。常见的单位有：KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(千兆字节)。1KB=1024B1MB=1024KB=1048576B1GB=1024MB1TB=1024GBK千M兆G吉T太1.2.4数值数据的编码表示1.正、负数的表示

二进制数的最高位（最左边的）称为符号位，符号位为“0”表示该数为正数，符号位为“1”表示该数为负数。例用8位二进制表示，则十进制+50与-50的二进制表示分别为：（+50）10=(00110010)2

（-50）10=(10110010)2定点小数小数点固定符号位之后，这时的数就是一个纯小数。定点整数小数点固定在整个二进制数的最后，这时的数是一个纯整数。（1）定点数2.定点数与浮点数10001.

和011110.都是定点整数，即小数点后面没有其二进制数了。（1）定点数2.定点数与浮点数1.0010101和0.1010101都是定点小数这里的“1”与“0”是符号位。（2）浮点数2.定点数与浮点数小数点位置不固定的数，通常既有整数部分又有小数部分。二进制数P：P=±S×2±n

例1110010.110可以表示成：1110010.110=0.1110010×21103.数值数据在计算机中的编码表示（1）原码编码表示最高位表示符号位，即“0”表示正号，“1”表示负号，其余位表示数值。例用一个字节表示+50的原码为：(+50)10=(00110010)2

用一个字节表示-50的原码为：(-50)10=(10110010)2

（2）反码编码表示对于正数，其反码与原码相同；对于负数，在求反码时候，除了符号位外，其余各位按位取反，即“1”都换成“0”，“0”都换成“1”。例1用一个字节表示+50的反码为：(+50)10=(01001101)2

正数的反码与原码相同。

例2用一个字节表示-50的反码为：(-50)10=(11001101)2

符号位不变，其它位取反。（3）补码编码表示对于正数，其补码与原码相同；对于负数，先把该数表示成反码，然后反码加1就成了补码。例用一个字节表示+50的补码为：(+50)10=(00110010)2正数的补码与原码相同。例用一个字节表示-50的补码为：(-50)10=(11001110)2

符号位不变，取反加1。4．BCD编码

把十进制数的每一位分别写成二进数形式的编码，称二─十进制编码（或BCD编码）。

方法：用四位二进制数表示一位十进数，自左至右对应的权是8、4、2、1。

例568的BCD编码：0101011010001.2.5计算机中非数值数据的表示字符的编码表示国际上广泛使用的字符编码是美国标准信息交换码，简称ASCII码。汉字的编码表示GB2312-80，代号为国标码，是国家用于规定汉字信息处理使用的代码依据。1.3计算机系统概述1.3.1计算机的基本组成1.3.2计算机的硬件系统1.3.3计算机的软件系统1.3.4计算机的工作原理1.3.1计算机系统的基本组成计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五部分组成。用二进制表示计算机内部的指令和数据。计算机运行所需的程序和数据被存放在存储器中。计算机的工作就是在控制器的控制下，自动地从存储器中取出指令，依次执行这些指令。计算机系统硬件系统软件系统硬件系统主机CPU内存运算器外设控制器RAM外存储器输出设备显示器打印机、绘图仪键盘、鼠标扫描仪、数码相机输入设备ROM光盘、磁带硬盘、U盘程序原始数据运行结果存取命令输出命令输入命令取数存数指令输入设备存储器输出设备运算器控制器1.3.3计算机的软件系统软件系统系统软件应用软件操作系统语言处理程序办公处理软件图形设计软件财务管理软件系统管理与服务软件操作系统操作系统是控制和管理计算机软硬件资源，以尽量合理有效的方法组织多个用户共享多种资源的程序集合。主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。主要特征：并发性、共享性、不确定性、虚拟性。语言处理程序机器语言汇编语言高级语言是用二进制代码来编写计算机程序，因此又称二进制语言。用一些符号代替机器指令所产生的语言称为汇编语言。一种既接近自然语言又简单易懂的语言。Pascal、Basic、VB、C、C++、VC++、VF等汇编源程序目标程序翻译程序连接程序可执行程序汇编源程序翻译连接过程高级语言源程序解释程序可执行程序高级语言解释过程高级语言源程序目标程序编译程序连接程序可执行程序高级语言编译过程系统管理与服务软件包括数据库管理系统、实用工具服务软件等。数据库和数据管理软件一起组成数据库管理系统。实用工具服务软件是由诊断软件、调试开发工具、文件管理专用工具、网络服务程序等组成。应用软件字处理软件1电子制表软件2计算机辅助3图形软件4教育软件5电子游戏软件6计算机的工作原理1.计算机指令系统指令是能被计算机直接识别并执行的二进制代码，每个一个指令规定计算机执行一个基本操作。操作码操作数指定操作对象，内容是操作数本身或操作数的地址。规定计算机要执行的基本操作，如加减乘除等。指令系统一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令集合或指令系统。指令类型：(1)数据传送指令。(2)算术、逻辑运算指令。(3)程序控制指令(4)输入、输出指令(5)状态管理指令。(6)其它指令等。2.计算机工作的过程计算机指令的执行过程分为四个阶段：取指令分析指令执行指令取下一指令1.3.5微型计算机硬件系统主板CPU只读存储器：关电后存储器里的信息不会消失(ROM)ROM--BIOS随机存储器：关电后存储器里的信息会马上消失。(RAM)内存储器用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，是控制器能够直接访问、控制操作的部件。外存储器

存放”海量“程序和数据的地方，控制器不能直接访问，其中存放的程序和数据必须调入内存储器才能被执行和加工处理。显示卡声卡和网卡

显示器打印机绘图仪键盘扫描仪数码相机和摄像头机箱电源END引子：数字化生存的源头英国数学家布尔：逻辑代数又称布尔代数美国数学家香农：“信息论之父”，数字计算机之父：——电磁式数字计算机美国AT&T贝尔实验室研究人员斯蒂比兹：1937年11月，装配了“Model-K”——厨房里的计算机。德国人楚泽（K.Zuse）：1938年，28岁的楚泽完成了一台可编程数字计算机Z-1——地窖里的计算机维纳（L.Wiener）教授：“控制论之父”，1940年指出，现代计算机应该是数字式，由电子元件构成，采用二进制，并在内部储存数据。人类第一台数字电子计算机的诞生·时间：1946年2月15日·地点：美国宾夕法尼亚大学莫尔学院·主要人物和单位：约翰·莫克利美国陆军弹道研究所美国陆军阿伯丁弹道实验室

·计算机名称：ENIAC(电子数字积分计算器)

英文名称：ElectronicNumericalIntegratorandCalculator·运算速度：5000次加法/秒，3/1000秒时间内做完两个10位数乘法·主要用途：弹道计算的数值分析

·特点：采用电子线路来执行运算、逻辑运算和储存信息

·弱点：1、存储容量小2、靠外部开关继电器和插线来设置计算机程序，需要大量的人工3、电子管多，容易出故障，可靠性差·主要指标：占地170M2左右重量30吨6000个开关7000个电阻10000个电容18000个电子管50万条线耗电140KW

ENICA是什么样子？（1）ENICA是什么样子？（2）ENICA是什么样子？（3）ENICA是什么样子？（4）40年代的程序员如何编程？计算机发展的趋势目前的计算机体系结构都是“冯·诺依曼式”：采用存储程序方式进行工作；发展“非冯·诺依曼式”计算机：（两个方向）A、创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯·诺依曼语言”B、从计算机元件方面，提出了发明与人脑神经网络类似的新型超大规模集成电路的设想，即分子芯片。(1)、发展方向

A、1982年日本宣布研制有人工智能的第五代计算机。采用Prolog等逻辑推理语言作为核心计算机语言；1991年宣布放弃“第五代计算机”计划，发展基于神经网络的“第六代计算机”。

B、1982年美国组建了微电子和计算机技术公司，成立了高级计算机体系结构研究部（MCC），对人工智能、人机界面、系统技术和实验系统成套工具等课题进行研究。

C、1985年欧洲共同体制定“欧洲信息技术研究的战略计划”。进展情况（大方向上的）

A、生物计算机

原理：逻辑的真和假——神经元的兴奋和抑制——二进制的0和1B、光子电脑想法：用光束来代替电子，进行运算和存储。用不同波长的光来代表不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。难点：主要是需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”，目前的技术造出来的光学“晶体管”将使我们台式微机有汽车一样大。但目前的技术水平短期内光计算机达到实用很困难。1984年5月，欧洲号称研制出世界上第一台光计算机。最新进展是：IBM的研究人员一直在研究用仅为人类毛发5万分之一的微型碳分子制造芯片，目前已经可以让微型碳分子发光。（://sina2003年05月02日

08:37新浪科技）

C、量子计算机

理论：实验上也证明了量子逻辑门的存在；经典粒子在某一时刻的空间位置只有一个，而量子客体则可以存在空间的任何位置，具有波粒二象性，量子存储器可以以不同的概率同时存储0或1，具有量子叠加性。如果量子计算机的CPU中有N个量子比特，一次操作就可以同时处理2n个数据，而传统计算机一次只能处理一个数据。具有强大的并行处理能力。TOP500超级计算机全球500强排行榜

最快的计算机：安装在美国劳伦斯•利弗摩尔国家实验室的蓝色基因/L超级计算机。运算的性能纪录，峰值速度甚至达到367万亿次。2006年11月The28thTOP500List安装在中国的最快的计算机前10名中国目前最快的超级计算机曙光4000A在上海峰值速度每秒11万亿次2007年11月2008年9月16日：5000A曙光高性能计算机的运算速度峰值达每秒230万亿次，内存超过100TB，存储能力超过700TB，成为目前国内运算速度最快、密度最高、效率最高、能耗最低的计算机。这标志我国成为继美国之后第二个自主研发制造百万亿次高性能计算机的国家。