《大学计算机基础教程》

高等院校“十一五”规划教材

大学计算机根底教程

第一章计算机根底学问本章主要内容1．了解计算机的进展及应用。2．了解计算机中信息的表示与存储单位。3．了解计算机系统组成与微机根本配置。1.1计算机的进展与应用1、计算机的产生世界上第一台电子计算机于1946年2月在美国的宾西法尼亚大学研制成功，取名ENIAC〔埃尼阿克〕重达30吨启动电力140千瓦18800个电子管保存80个字节占地170平方米每秒可进展5000次运算ENIAC计算机的产生和进展2．计算机的进展阶段按主要承受的电子元器件来看：第一代电子管计算机其次代晶体管计算机第三代集成电路计算机第四代超大规模集成电路计算机计算机进展简表大规模、超大规模集成电路代次起止年份所用电子元器件数据处理方式运算速度应用领域第一代1946~1957电子管汇编语言、代码程序5千~3万次/秒国防及高科技第二代1958~1964晶体管高级程序设计语言数十万~几百万次/秒工程设计、数据处理第三代1965~1970中、小规模集成电路结构化、模块化程序设计、实时处理数百万~几千万次/秒工业控制、数据处理第四代1970~今分时、实时数据处理、计算机网络上亿条指令/秒工业、生活等各方面微型计算机进展简表3．微型计算机的进展代次起止年份CPU数据位数主频（MHZ）第一代1971-1972Intel4004、80084位、8位1第二代1973-1977Intel80808位2第三代1978-1980Intel808616位>5第四代1981-1992Intel80386、8048632位>25第五代1993-1998Pentium及PentiumPro64位60~400第六代1999-2000PentiumⅢ64位450~800第七代2001-今Pentium464位

1300~38004．计算机的进展趋势①巨型化〔或功能的巨型化〕②微型化〔或体积的微型化〕③网络化〔或资源的网络化〕④智能化〔或处理的智能化〕计算机的特点和类型1．计算机的特点运行高度自动化——假设干条有序指令的挨次执行，可使计算机高度自动化运行记忆力量强——由计算机内各存储器支持运算速度快——以计算机每秒运算多少次来表示，高性能计算机每秒超过10亿次计算精度高——由于承受二进制数字进展运算，可以满足各种计算精度牢靠性高——随着工艺与技术以及集成度的提高，稳定性高的元器件，使得计算机可以无故障运行很长时间2、计算机的类型按表示信息的方式分类数模混合计算机模拟计算机数字计算机按用途可分为专用计算机通用计算机巨型机微型机大型机工作站小型机效劳器〔按计算机的规模分〕计算机的应用领域1.科学计算2.数据处理3.帮助技术①计算机帮助设计(ComputerAidedDesign,简称CAD)②计算机帮助制造(ComputerAidedManufacturing,简称CAM)③计算机帮助教学(ComputerAidedInstruction,简称CAI)4.过程掌握5.人工智能6.网络应用1.1.4信息化社会1．信息高速大路2．信息化社会3．计算机文化1.2计算机中信息的表示计算机中的数制1．进位计数制所谓进位计数，就是在该进位数制中，可以使用的数字符号个数。R进制数的基数为R，能用到的数字符号个数为R个，即0、1、2、……、R-1。2．二、八、十六进制计算机中常用到二、八、十和十六进制，它们的根本符号集如下表所示。进制计数原则基本符号二进制逢二进一0，1八进制逢八进一0，1，2，3，4，5，6，7十进制逢十进一0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六进制逢十六进一0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F注：十六进制的数符A～F分别对应十进制的10～15。各计数制的相互转换1、十进制数转换成二进制数〔1〕整数局部把十进制整数转换成二进制整数就是“除2取余”，即：将十进制数除以2，得到一个商数和余数；再将其商数除以2，又得到一个商数和余数；以此类推，直到商数等于零为止。每次所得的余数(0或1)就是对应二进制数的各位数字。在最终得到二进制数时，将第一次得到的余数作为二进制数的最低位，最终一次得到的余数作为二进制数的最高位。例：将十进制整数45转换成二进制数。十进制数45的二进制数是101101〔2〕小数局部把十进制小数转换成二进制小数的方法是“乘2取整”。即对十进制小数乘2得到的数分为整数和小数两局部，取出整数就是转换的结果，再用2乘以去掉整数后的小数局部,又得到一个由整数和小数组成的新数，取其整数局部。如此不断重复，直到小数局部为0或到达精度要求为止。第一次所得到整数为最高位，最终一次得到为最低位。例：将十进制数0.8125转换成二进制数。〔小数局部为0，转换完毕〕十进制数0.8125转换成二进制数为0.11012．十进制数转换成八进制数将十进制整数转换成八进制数则承受“除8取余”。八进制数计数的原则是“逢八进一”，因此在八进制数中不行能消失数字符号8和9。例：将十进制数62转换成八进制数。十进制数62转换成八进制数是76。3．十进制数转换成十六进制数将十进制整数转换成十六进制整数承受“除16取余”。十六进制数计数的原则是“逢十六进一”，在十六进制数中，用A表示10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。例：将十进制数94转换成十六进制数。十进制数94转换成十六进制数是5E。4．将二进制数转换成十、八与十六进制数①将二进制数转换成十进制数例：将二进制数100101转换成十进制数。将二进制数100101转换成十进制数的方法如下：二进制数100101转换成十进制数是37。②将二进制数转换成八进制数将一个二进制整数转换为八进制数的方法是：将该二进制数从右向左每三位分成一组，组间用逗号分隔。每一组代表一个0～7之间的数。下表表示二进制数与八进制数的对应关系。二进制数八进制数0000001101020113100410151106例：将二进制数100101转换成八进制数。将二进制数100101转换成八进制数的方法如下：二进制数100101转换成八进制数是45。③将二进制数转换成十六进制数将一个二进制数转换为十六进制数的方法是:将该二进制数从右向左每四位分成一组，组间用逗号分隔。每一组代表一个0～9、A、B、C、D、E、F之间的数。下表中列出了二进制数与十六进制数的对应关系。二进制数十六进制数二进制数十六进制数00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F例：将二进制数转换成十六进制数。二进制数转换成十六进制数是549。5．八、十六进制数转换成十进制数

将R进制数转换成十进制的方法是“按权位开放”。例：将八进制数517转换成十进制数将八进制数517转换成十进制数的方法如下：八进制数517的十进制数为335。例：将十六进制数4B50转换成十进制数。将十六进制数4B50转换成十进制数的方法如下：十六进制数4B50的十进制数为19280。6、二进制数的规律运算规律运算是指对因果关系进展分析的一种运算。规律运算的结果并不表示数值大小，而是表示一种规律概念，假设成立用真或1表示，假设不成立用假或0表示。二进制数的规律运算有“与”、“或”、“非”、“异或”和“同或”等，常见的有前三种。①“与”运算〔AND〕

“与”运算又称规律乘，用符号“?”或“∧”来表示。运算规章如下：0∧0=0

0∧1=0

1∧0=0

1∧1=1即当两个参与运算的数的对应码位中有一个数为0，则运算结果为0，只有两码位对应的数都为1结果才为1。例：求二进制数101101与1010的规律与运算。二进制数101101与1010的规律与运算结果为二进制数1000。②“或”运算〔OR〕“或”运算又称规律加，用符号“+”或“∨”表示。运算规章如下：0∨0=0

0∨1=1

1∨0=1

1∨1=1即当两个参与运算数的相应码位只要有一个数为1，则运算结果为1，只有两码位对应的数均为0，结果才为0。例：求二进制数101101与1010的规律或运算二进制数101101与1010的规律或运算结果为二进制数101111。③“非”运算〔NOT〕“非”运算实现规律否认，即进展求反运算，用符号“-”表示。“非”运算规章：-0=1，-1=0留意“非”运算只是针对一个数所进展的“运算”。例：求二进制数101101的规律非运算二进制数101101的规律非运算结果为二进制数10010。计算机中数据的存储单位

1．位〔bit〕计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位(英文名称为bit)，它可以表示两种状态〔0或1〕2．字节〔Byte〕字节是表示存储空间大小最根本的容量单位，也被认为是计算机中最小的信息单位。8个二进制位为一个字节。3．字长在计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制数字符串叫做一个字或单元，每个字中二进制位数的长度，称为字长。1B=8bits1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB单位间的换算:数值的编码表示

①原码最高位作为符号位来表示数的符号：最高位为0代表正数，最高位为1代表负数；其余各位代表数值本身确实定值。②反码正数的反码与原码一样，而负数的反码是：原码除符号位外〔仍为1〕，各位取反。③补码正数的补码与原码一样，而负数的补码是：除最高位仍为1外，原码的其余各位求反，最终再加1。1.2.5信息数字化1．计算机中的二进制计算机内部是一个二进制的数字世界，一切信息的存取、处理和传送都是以二进制编码形式进展的。

2．英文字符编码——ASCII码美国标准信息交换码将各种英文字母，数字，标点符号以及一些特殊符号用一个特殊规定〔ASCII码表〕的二进制数来表示7位2进制编码，共有128个编码表示128个不同的字符每个编码高位补0凑齐1个字节保存在计算机内其中掌握字符34个，94个非掌握字符7位ASCII码表76543210000010100111001011101110000NULDLESP0@P′p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv76543210000010100111001011101110111BELETB’7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS，<L\l|1101CRGS–=M]m}1110SORS.>N↑n~1111SIVS/？O↓oDEL非掌握字符〔可打印字符〕阿拉伯数字10个，0的ASCII编码为0110000，码值为48大写英文字母26个，A的ASCII编码为1000001，码值为65小写英文字母26个，a的ASCII编码为1100001，码值为97注：比较码值大小的规律符号<数字<大写字母<小写字母3、BCD码B为二进制，C为CODED〔编码〕，D为十进制。BCD的含义为用二进制编码十进制，是计算机内十进制数的一种编码方法。标准为四位二进制数编码一位十进制数。十进制BCD码十进制BCD码000005010110001601102001070111300118100040100910014、汉字编码我国制定了“信息交换汉字编码”，简称国标码，代号“GB2312-80”该编码集中收录了汉字和图形符号7445个，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个，图形符号682个。依据GB2312-80的规定，承受双7位编码，高位置1保存在两个字节内。全部收录的汉字及图形符号组成一个94×94的矩阵，即有94行和94列。这里每一行称为一个区，每一列称为一个位。因此，它有94个区〔01－94〕，每个区内有94个位〔01－94〕。区码与位码组合在一起称为区位码，它可准确确定某一汉字或图形符号。例如，“学”字的区号为49，位号为07，它的区位码即为4907，用2个字节的二进制数表示为：0011000100000111汉字编码的分类汉字输入码〔外码〕：为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码流水码，比方区位码音码，比方全拼码，双拼码形码，比方五笔字型码，郑码音形码，比方智能ABC，自然码汉字交换码：指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准区位码无法用于汉字通信，由于它可能与通信使用的掌握码〔00H~1FH〕〔即0~31〕发生冲突。ISO2023规定每个汉字的区号和位号必需分别加上32〔即二进制数00100000〕，经过这样的处理而得的代码称为国标交换码，简称交换码，因此，“学”字的国标交换码计算为：00110001

00000111

+00100000+00100000

------------------------------01010001

00100111汉字机内码：是汉字在信息处理系统内部最根本的表达形式，是供计算机系统内部进展汉字的存储、处理、传输统一使用的代码为了与ASCII码相区分，将国标交换码两个字节的最高位都置为1。这种高位为1的双字节汉字编码即为GB2312汉字的机内码，简称为内码。例如：“学”字的机内码为：1101000110100111汉字的字形码：用于显示或打印输出汉字时产生的字型。为了将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〕。16×16点阵图5．多媒体信息多媒体一词是由英文Multimedia直译而来，即能被计算机处理的多种信息媒体，包括文本、图形、图像、声音、动画、视频等。各种多媒体信息通常依据规定的格式存储在数据文件中。1.3计算机系统组成计算机系统由硬件系统和软件系统两大局部组成，硬件是核心是根底，是看得见摸得着的实体。软件是计算机的灵魂，他告知计算机硬件要做什么，该怎么做，他掌握着计算机自动的完成各种工作计算机的硬件系统计算机硬件分为五大部件运算器：完成计算机内全部的算术运算和规律运算，主要部件为ALU。掌握器：掌握计算机内各部件自动协同的工作存储器：存储计算机内的程序和数据输出设备：将计算机内的数字信号送到外部介质上输入设备：将外部信号送入到计算机内部硬件系统构造图硬件系统中央处理机（CPU）运算器控制器存储器内存储器外存储器只读存储器（ROM)随机存储器（RAM）磁盘磁带光盘U盘硬盘（HARDDISK）软盘（FLOPPYDISK）输入设备(键盘/鼠标)输出设备(打印机/显示器/绘图仪)输入/输出设备在计算机五大部件中，运算器和掌握器是最核心的局部，通常做在一个器件上，称作CPU〔CenterProcessingUnit〕。【术语】CPU=掌握器+运算器〔+存放器组〕

存储器存储器分为主存储器和帮助存储器主存储器〔内部存储器〕：保存计算机运行过程当中所需要的程序和数据只读存储器〔ROM〕：只能读不能写，掉电之后信息不消逝，用于保存计算机内相对固定不变的程序和数据，例如：开机程序，开机参数等。随机存储器〔RAM〕：能读也能些，掉电后信息消逝，用于保存运行过程中的程序和数据。帮助存储器软盘，光盘，硬盘，U盘只有主存〔内存〕可直接与CPU交换信息，它与CPU组合可实现计算机的根本功能。【术语】主机=CPU+主存储器输入设备和输出设备输入/输出(Input/Output)和外存合称“外围设备”。【术语】外设=I/O+帮助存储器常见输入设备：鼠标，键盘，扫描仪，数码相机等常见输出设备：显示器，打印机，音箱等总线：指计算机中多个部件间进展输数据的公共通道。五大部件之间是通过三大“总线”〔Bus〕连接实现信息交换的。【术语】三大总线=数据总线+地址总线+掌握总线计算机工作原理示意图(存储原理，冯·诺伊曼)输入设备主存储器帮助存储器输出设备运算器掌握器输入输出程序原始数据运算结果指令数据线掌握信号线计算机软件——在计算机内运行的各种程序和文档。程序——为某一特定目的编写的一系列有序指令指令——指挥计算机工作的指示和命令，由二进制代码构成，分了操作数和操作码两局部操作码操作数规定计算机进展什么类型操作被操作的数据或数据的地址计算机的软件系统计算机软件系统分为两个局部：系统软件操作系统〔WINDOWS,LINUX,DOS〕语言编译和解释系统程序设计语言，数据库治理软件(Basic，VB,C,Delphi，VF)系统效劳程序应用软件办公自动化软件〔word,excel,powerpoint〕杀毒软件(瑞星，卡巴斯基，金山毒霸等)图形处理软件〔photoshop,3dmax等〕玩耍，网络工具等等〔迅雷，QQ，纸牌等〕计算机硬件和软件的层次关系硬件应用软件用户操作系统根底核心指令系统治理计算机软硬件资源，为应用程序供给运行的平台，同时为用户供给良好的操作界面利用计算机和系统软件为解决各种实际问题而编写的程序程序设计语言编写程序所承受的语言就是程序设计语言机器语言：每一条指令都是由0和1组成的二进制代码序列。是计算机唯一能直接识别的语言汇编语言：将二进制形式的机器指令用符号〔助记符〕来表示的计算机语言例如：ADDA1B1表示a1+b1=>a1高级语言：用接近人类自然语言形成的一种面对问题的语言程序常见的高级语言有：VC,C,VB,DELPHI等其中机器语言和汇编语言统称为低级语言解释和编译由于只有机器语言能直接被计算机所识别，那么汇编语言和高级语言要能被计算机所识别就必需转化为机器语言。而这种转化有两种方法即为解释和编译。解释：将程序语句解释一条再执行一条，执行速度较慢编译：是将高级语言书写的源程序一起翻译成与之等价的机器语言的目标程序，并将其优化执行。编译的速度优于解释，但不利于人机交互和觉察程序错误。通常BASIC承受解释方式，而C语言等承受编译方式操作系统操作系统〔OperationSystem，简写OS〕是直接运行在“裸机”上的最根本的系统软件，其他软件都必需在操作系统的支持下才能运行。它具有以下主要功能：进程治理作业治理文件治理设备治理存储治理主板CPU主存储器帮助存储器输入设备输出设备1.4微型计算机根本配置主板主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)和母板(motherboard)；它安装在机箱内，是微机最根本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O掌握芯片、键盘和面板掌握开关接口、指示灯插接件、扩大插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。主板：其他部件的载体CPU插槽内存插槽北桥芯片PS/2并口串口USBUSB声卡输入输出IEEE1394RJ-45网线接口AGPPCI南桥IDE接口SATA硬盘串口电源接口并行ATA接口CPUCPU的主要技术指标：字长：CPU能够同时处理的二进制数据的位数.目前多为64位主频：CPU正常工作时的时间频率外频：CPU的基准频率，主频=外频*倍频〔一般外频固定不变，调整倍频可提升计算机主频〕缓冲存储器〔Cache〕：用于CPU与内存之间能高速存取的存储器〔缓存越大，