第一章计算机基础知识

主要掌握的基本知识什么是计算机计算机的发展及其功能数字化信息编码与数据表示计算机系统的组成2023/4/181现在是1页\一共有191页\编辑于星期四人类追求的计算工具算盘基于齿轮技术构造的机械式计算机可执行加、减、乘、除、指数、三角函数等运算的计算尺2023/4/182现在是2页\一共有191页\编辑于星期四查尔斯.巴贝奇1834年设计的分析机1812年差分机2023/4/183现在是3页\一共有191页\编辑于星期四第一台电子计算机

2023/4/184现在是4页\一共有191页\编辑于星期四电子计算机（Computer）

一种能将信息自动、高速存取并且加工的电子设备。2023/4/185现在是5页\一共有191页\编辑于星期四1.1计算机概述一、计算机（Computer）的发展第一台计算机：1946年2月发布的ENIAC（电子数字积分计算机）；运算速度：每秒5000次。2023/4/186现在是6页\一共有191页\编辑于星期四

1946年，宾夕法尼亚大学的约翰·莫克莱博士和他的研究生普雷斯帕·埃克特一起研制了称为ENIAC（电子数字积分计算机），它被公认为是世界上第一台电子计算机。

ENIAC的运算速度达到每秒钟5000次，这是划时代的“高速度”。特别是采取了普林斯顿大学数学教授冯·诺依曼“存储程序”的建议，即把计算机程序与数据一起存储在计算机中，从而可以方便地返回到前面的指令或反复执行，解决了ENIAC在操作上地不便。ENIAC的诞生，开创了第一代电子计算机地新纪元。2023/4/187现在是7页\一共有191页\编辑于星期四ENIAC(1946,专用计算机)★18000个电子管★占地170平方米★重达30吨★耗电150千瓦★保存80个字节★每秒5千次加、减法运算★价值40万美元主要用于计算弹道和氢弹的研制现在是8页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/189现在是9页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1810现在是10页\一共有191页\编辑于星期四

第一台通用电子计算机

EDVAC---ElectricDiscreteVariableAutomaticComputer(电子离散变量自动计算机)·采用二进制并能存储程序和数据·为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础·亦称之为冯.诺依曼计算机，其运算速度是ENIAC的240倍。2023/4/1811现在是11页\一共有191页\编辑于星期四电子计算机时代的杰出科学家艾伦

.图林（1912-1954）·建立图灵机模型·奠定了可计算理论的基础·提出了图灵测试的论断·奠定了人工智能的理论基础2023/4/1812现在是12页\一共有191页\编辑于星期四明确规划出计算机的五大部件：

运算器CA逻辑控制器LC存储器M输入装置I输出装置O并描述了五大部件的功能和相互关系冯.诺依曼（1903-1957）2023/4/1813现在是13页\一共有191页\编辑于星期四第二代计算机的主要特点是：

用晶体管代替了电子管；内存储器采用了磁心体；引入了变址寄存器和浮点运算硬件；利用了I/O处理机提高了输出能力；在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，并且推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言及相应的编译程序。2023/4/1814现在是14页\一共有191页\编辑于星期四英国剑桥大学1949年研制的电子数据存储计算机“埃迪萨克”（EDSAC）

IBM公司于1959年生产的IBM7090型采用晶体管的第二代电子计算机2023/4/1815现在是15页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1816现在是16页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1817现在是17页\一共有191页\编辑于星期四第三代计算机的共同特点是：用中、小规模的集成电路代替晶体管等分立元件；用半导体存储器代替磁心存储器；使用微程序设计技术简化处理机的结构；在软件方面则引入功能完备的操作系统，同时还提供了大量的面向用户的应用程序。2023/4/1818现在是18页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1819现在是19页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1820现在是20页\一共有191页\编辑于星期四“天河一号”峰值性能4700万亿次2023/4/1821现在是21页\一共有191页\编辑于星期四“曙光”5000A，160万亿次/秒2023/4/1822现在是22页\一共有191页\编辑于星期四第四代计算机最为显著的特征：

使用了大规模集成电路和超大规模集成电路。每个芯片上可以集成百万个以上的元器件。此外，使用了大容量的半导体存储器作为内存储器；在体系结构方面进一步发展了并行处理、多机系统、分布式计算机系统和计算机网络系统；在软件方面则推出了数据库系统、分布式操作系统以及软件工程标准等。2023/4/1823现在是23页\一共有191页\编辑于星期四英国航空管理局的IBM计算机2023/4/1824现在是24页\一共有191页\编辑于星期四

计算机发展几个阶段的主要元器件第一代（1946~1957）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971年至今）大规模集成电路几百万~几百万亿（次/秒）2023/4/1825现在是25页\一共有191页\编辑于星期四计算机的发展趋势·功能巨型化

天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探、卫星图像处理等等处理等大量科学计算的高科技领域。·体积微型化ENIAC2023/4/1826现在是26页\一共有191页\编辑于星期四PDP-11CRAY-ⅡAltair

8800·多极化2023/4/1827现在是27页\一共有191页\编辑于星期四·网络化InternetWWWGOPHERE-MailFTPTelnet利用现代通信和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按网络协议互相通信，以共享软、硬件和数据资源2023/4/1828现在是28页\一共有191页\编辑于星期四Deepblue资源网络化

使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。处理智能化

“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。

——笛卡尔（1637）2023/4/1829现在是29页\一共有191页\编辑于星期四1997年5月11日“深蓝”胜卡斯帕罗夫2003年11月16日卡斯帕罗夫与电脑“X3D-FRITZ”进行了三回合的较量2023/4/1830现在是30页\一共有191页\编辑于星期四智能化主要研究领域：

1、模式识别2、机器人3、专家系统4、自然语言的生成与理解

……Deepblue（深蓝）GarryKasparov（卡斯帕洛夫）2023/4/1831现在是31页\一共有191页\编辑于星期四·多媒体

图、文、声、象等多种媒体有机结合的人机交互系统。2023/4/1832现在是32页\一共有191页\编辑于星期四计算机的作用（WSG）

1、Works2023/4/1833现在是33页\一共有191页\编辑于星期四2、Studies2023/4/1834现在是34页\一共有191页\编辑于星期四3、Games

2023/4/1835现在是35页\一共有191页\编辑于星期四神经电子计算机（神经芯片）???未来计算机的发展趋势2023/4/1836现在是36页\一共有191页\编辑于星期四神经集成电路2023/4/1837现在是37页\一共有191页\编辑于星期四生物计算机2023/4/1838现在是38页\一共有191页\编辑于星期四超导计算机2023/4/1839现在是39页\一共有191页\编辑于星期四量子计算机2023/4/1840现在是40页\一共有191页\编辑于星期四激光计算机2023/4/1841现在是41页\一共有191页\编辑于星期四光子子计算机2023/4/1842现在是42页\一共有191页\编辑于星期四智能计算机2023/4/1843现在是43页\一共有191页\编辑于星期四装配智能计算机的玩具2023/4/1844现在是44页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1845现在是45页\一共有191页\编辑于星期四表1-1计算机发展的四个阶段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~至今大规模、超大规模集成电路分时、实时数据处理、计算机网络数亿条指令/秒工业、科技以及社会和生活各方面2023/4/1846现在是46页\一共有191页\编辑于星期四代次起止年份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

PentiumPro64位60~400第六代1999~今PentiumIIIPentiumIV（双核）64位450~3600表1-2微型计算机发展的六个阶段2023/4/1847现在是47页\一共有191页\编辑于星期四摩尔定理晶体管数500(mlps)197510M(transistors)197519801985199019951M100K10K250.11.0400480386802868080808680486PentlumProoossorMicro2000每18个月芯片能力增长一倍单位时间执行的指令数百万条/每秒2023/4/1848现在是48页\一共有191页\编辑于星期四微处理器的发展0.18微米芯片10微米芯片晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,300微处理器集成度发展2023/4/1849现在是49页\一共有191页\编辑于星期四微机外观2023/4/1850现在是50页\一共有191页\编辑于星期四计算机的特点1．运算速度快、精度高

计算机的运算速度，慢则每秒数万次，快则每秒上亿次。现在世界上最快的计算机每秒可以运算万亿次以上。如果与每秒一百万次的计算机相比，它连续工作一小时所完成的工作量，一个人一生也做不完。计算机的字长越长，其精度越高。目前的个人计算机（PC）的精度已经达到了64位字长。对于气象预报等复杂、时间性强的工作，没有计算机进行数据处理，单靠手工已无法实现。2023/4/1851现在是51页\一共有191页\编辑于星期四2．具有逻辑判断和记忆能力

计算机有准确的逻辑判断能力和高超的记忆能力。可以把庞大的国民经济信息或一个大图书馆的全部文献资料目录和索引存储在计算机系统中，随时提供情报检索服务。

计算机的计算能力、逻辑判断能力和记忆能力三者的结合，使之可以模仿人的某些智能活动。因此，计算机已经远远不只是计算的工具，而是人类脑力延伸的重要助手。通常也把计算机称作“电脑ElectronicBrain

”就是这个原因。2023/4/1852现在是52页\一共有191页\编辑于星期四3．高度的自动化和灵活性

计算机采取存储程序方式工作，即把编好的程序输入计算机，机器便可依次逐条执行。这就使计算机实现了高度的自动化和灵活性。每台计算机提供的基本功能是有限的，这是在设计和制造时就决定了的。然而，计算机区别于其他机器之处，就在于这些有限的功能，可以在人的精心编排设计下，快速自动地完成多种多样基本功能序列。从而实现计算机的通用性，达到计算机应用的各种目的。

2023/4/1853现在是53页\一共有191页\编辑于星期四三、计算机的应用领域：１、科学计算２、数据处理３、过程控制４、计算机辅助系统（CAD、CAI、CAM等）５、人工智能、机器人等６、信息高速公路７、电子商务、电子政务等８、办公自动化９、计算机模拟仿真2023/4/1854现在是54页\一共有191页\编辑于星期四四、计算机的分类（依据IEEE-美国电气和电子工程师协会标准）：１、按计算机原理分类

数字计算机（digital

computer）模拟计算机（analog

computer）数字模拟混合计算机（hybrid

computer）

（1）数字计算机

该类计算机输入、处理、输出和存储的数据都是数字量，这些数据在时间上是离散的.非数字量的数据（如字符、声音、图形图像等）只要经过编码后也可以处理。

（2）模拟计算机

该类计算机输入、处理、输出和存储的数据是模拟量（如电压、电流、温度等），这些数据在时间上是连续的。

（3）数字模拟混合计算机

该类计算机将数字技术和模拟技术相结合，兼有数字计算机和模拟计算机的功能。2023/4/1855现在是55页\一共有191页\编辑于星期四

按照计算机的用途及其使用的范围可分为两类:

(1)通用计算机

（general

purpose

computer）

(2)专用计算机（special

purpose

computer）通用计算机：该类计算机具有广泛的用途，可应用于科学计算、数据处理和过程控制等。专用计算机：该类计算机适用于某一特定的应用领域，如智能仪表、生产过程控制、军事装备的模拟等。2．按用途分类

2023/4/1856现在是56页\一共有191页\编辑于星期四3．按规模分类

巨型计算机（supercompter）

大中型计算机（largemedium－scale

computer）

小型计算机（minicomputer）

微型计算机（microcomputer）

工作站（workstation）

服务器（server）

网络计算机（netcomputer）……2023/4/1857现在是57页\一共有191页\编辑于星期四按综合性能指标分类巨型机：速度最快、处理能力最强

大型、通用、较快、较强大型机：

作“客户机/服务器”的服务器 作“终端/主机”的主机

小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短，工艺先进、使用维护简单

工作站：介于PC与小型机之间，高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜网络计算机：基于Java技术的瘦客户机系统

2023/4/1858现在是58页\一共有191页\编辑于星期四1）巨型计算机

指其运算速度每秒超过1亿次的超大型的计算机，该类计算机主要应用于复杂的科学计算及军事等专门的领域。例如，由我国研制的“银河”,“曙光”和“神州”系列计算机就属于这种类型。2023/4/1859现在是59页\一共有191页\编辑于星期四（2）大中型计算机

该类计算机也具有较高的运算速度，每秒钟可以执行几千万条指令，并具有较大的存储容量以及较好的通用性，但价格较贵，通常被用来作为银行、铁路、石油等大型应用系统中的计算机网络的主机来使用。2023/4/1860现在是60页\一共有191页\编辑于星期四（3）小型计算机

该类计算机的运算速度和存储容量略低于大中型计算机，但与终端和各种外部设备连接比较容易，适合于作为联机系统的主机，或者工业生产过程的自动控制。2023/4/1861现在是61页\一共有191页\编辑于星期四（4）微型计算机

微型计算机使用大规模集成电路芯片制作微处理器、存储器和接口，并配置相应的软件，从而构成完整的微型计算机系统。它的问世在计算机的普及与应用中发挥了重大的推动作用。

如果把这种微型计算机制作在一块印刷线路板上，则称其为单板机。如果在一块芯片中包含有微处理器、存储器和接口等微型计算机的最基本的配置，则这种芯片称为单片机。2023/4/1862现在是62页\一共有191页\编辑于星期四（5）工作站

由高性能的微型计算机系统、输入输出设备以及专门软件组成,适合于某些特殊用途。

例如，图形工作站包括高性能的主机、扫描仪、绘图仪、数字化仪、高精度的屏幕显示器、其他通用的输入输出设备以及图形处理软件，它具有很强的对图形进行输入、处理、输出和存储的能力，在工程设计和多媒体信息处理中有广泛的应用。2023/4/1863现在是63页\一共有191页\编辑于星期四（6）服务器

一种在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。可分为文件服务器、通信服务器、打印服务器等。（7）网络计算机

它是一种在网络环境下使用的终端设备，其特点是内容量大、显示器的性能高、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。2023/4/1864现在是64页\一共有191页\编辑于星期四计算机的特点1、处理速度快（几千次/s至数百万亿次）2、运算精度高3、具有记忆能力（存储容量大）4、具有逻辑判断能力5、存储程序2023/4/1865现在是65页\一共有191页\编辑于星期四（1）运算速度快

目前的巨型机运算速度已经达到每秒钟数百万亿次运算，即使是微型计算机，其运算速度也已经大大超过了早期大型计算机的运算速度。因此，计算机可以快速的进行计算和信息处理。2023/4/1866现在是66页\一共有191页\编辑于星期四（2）运算精度高

由于计算机内部采用浮点数表示方法，而且微型计算机的字长已从8位、16位增加到32位、64位甚至更长，从而使处理的结果具有很高的精确度。2023/4/1867现在是67页\一共有191页\编辑于星期四（3）具有记忆能力

计算机具有内存储器和外存储器，可以记忆大量的信息和程序。2023/4/1868现在是68页\一共有191页\编辑于星期四（4）具有逻辑判断能力

能够进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自动决定下一步应该执行的指令。（5）存储程序

由于计算机内可以存储程序，从而使得计算机可以在程序的控制下自动地完成各种操作，而无需人工干预。2023/4/1869现在是69页\一共有191页\编辑于星期四计算机的用途科学计算2.数据处理3.实时控制

4.人工智能5.计算机辅助工程和辅助教育6.娱乐与游戏2023/4/1870现在是70页\一共有191页\编辑于星期四1．科学计算科学计算是指使用计算机来完成科学研究和工程技术中所遇到的数学问题的计算，又称为数值计算。2023/4/1871现在是71页\一共有191页\编辑于星期四2．数据处理数据处理即使计算机对数据进行输入、分类、加工、整理、合并、统计、制表、检索以及存储等，是计算机又一重要的应用领域。在当今信息化的社会中，每时每刻都在生成大量的信息，只有利用计算机才能管理和充分利用浩如烟海的信息。2023/4/1872现在是72页\一共有191页\编辑于星期四3．实时控制实时控制是指及时地采集检测数据、使用计算机快速地进行处理并自动地控制被控对象的动作，实现生产过程的自动化。此外，在计算机应用于实时控制中还具有故障检测、报警和诊断等功能。2023/4/1873现在是73页\一共有191页\编辑于星期四4．人工智能人工智能是由计算机来模拟或部分模拟人类的智能。传统的计算机程序虽然具有逻辑判断的能力，但它只能执行人预先设计好的动作，而不能像人类那样进行思维。例如专家系统属于人工智能的应用范畴，但现在的专家系统还远不能具备像人类那样的分析问题、解决问题的能力。2023/4/1874现在是74页\一共有191页\编辑于星期四5．计算机辅助工程计算机辅助工程包括:

计算机辅助设计

CAD

（

computer－aideddesign

）计算机辅助制造CAM（computer－aidedmanufacturing

）计算机集成制造系统CIMS（computer－integratedmanufacturingsystem

）2023/4/1875现在是75页\一共有191页\编辑于星期四计算机辅助设计（CAD）

利用计算机的计算、逻辑判断、数据处理以及绘图等功能与人的经验和判断能力相结合，共同完成各种产品或者工程项目的设计工作，实现设计过程的自动化或半自动化。2023/4/1876现在是76页\一共有191页\编辑于星期四计算机辅助制造（CAM）

使用计算机辅助人们完成工业产品的制造任务。从对设计文档、工艺流程、生产设备等的管理，到对加工与生产装置的控制和操作，都可以在计算机的辅助下完成。2023/4/1877现在是77页\一共有191页\编辑于星期四

计算机集成制造系统（CIMS）

将计算机技术集成到制造工厂的整个制造全过程中，使企业内的信息流、物流、资金流和人员活动形成了一个统一协调的整体。

CIMS的对象是制造业。2023/4/1878现在是78页\一共有191页\编辑于星期四6．计算机辅助教育计算机辅助教育

CAI

（

Computer－AidedInstruction

）涉及的层面很广，从校园到Internet，从CAI课件的制作到远程教学、从辅助儿童的智力开发到中小学和大学的教学，从辅助学生自学到辅助教师授课，从计算机辅助实验到学校的教学管理等，都可以在计算机的辅助下进行，从而提高教学质量和学校管理水平与工作效率。2023/4/1879现在是79页\一共有191页\编辑于星期四7．娱乐与游戏

随着计算机技术、多媒体技术、动画技术以及网络技术的不断发展，使得计算机能够以图像与声音的集成形式向人们提供最新的娱乐和游戏的方式。在计算机上可以观看影视节目，播放歌曲和音乐等。许多影视节目、歌曲、和音乐也可以从计算机网络上下载，供人们欣赏。2023/4/1880现在是80页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1881现在是81页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1882现在是82页\一共有191页\编辑于星期四2．计算机中常用的名词（1）位

Bit计算机中所有的数据都是以二进制来表示的，一个二进制代码称为一位，记为bit。位是计算机中最小的信息单位。（2）字节

Byte在对二进制数据进行存储时，以八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为Byte。字节是计算机中次小的存储单位。2023/4/1883现在是83页\一共有191页\编辑于星期四（3）字

Word

一条指令或一个数据信息，称为一个字(Word)。字是计算机进行信息交换、处理、存储的基本单元。（4）字长

WordLengthCPU中每个字所包含的二进制代码的位数，称为字长。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。

2023/4/1884现在是84页\一共有191页\编辑于星期四（5）指令

Instruction

指挥计算机执行某种基本操作的命令称为指令。一条指令规定一种操作，由一系列有序指令组成的集合称为程序。（6）容量capacity

容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位有B、KB、MB、GB、TB，它们之间的关系是：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB,1TB=1024GB，……2023/4/1885现在是85页\一共有191页\编辑于星期四3.进位计数制

根据不同的进位原则，可以得到不同的进位制。在日常生活中，人们广泛使用的是十进制数，有时也会遇到其他进制的数，例如，钟表上，六十秒钟为一分钟，六十分钟为一小时，即为六十进制。在计算机中，最常使用的是：

十进制（Decimal）

二进制（Binary）八进制（Octal）

十六进制（Hexadecimal）

2023/4/1886现在是86页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1887现在是87页\一共有191页\编辑于星期四1.2数字化信息编码与数据表示一、数字化信息编码

信息：数值、文字、语音、图形和图象。（信息必须数字化编码，才能传送、存储和处理）二、进位计数制现在是88页\一共有191页\编辑于星期四1.数字化信息编码的概念1．数字化信息编码的概念

计算机中的信息也称为数据。由于二进制电路简单、可靠且具有很强的逻辑功能，因此数据在计算机中均以二进制表示，并用它们的组合表示不同类型的信息。

2023/4/1889现在是89页\一共有191页\编辑于星期四

（1）十进制（Decimal）

十进制记数法有两个特点：·它有十个不同的记数符号：0、1、2、…、9。每一位数只能用这十个记数符号之一来表示，称这些记数符号为数码。·它采用逢十进一的原则计数。小数点前面自右向左，分别为个位、十位、百位、千位等，相应地，小数点后面自左向右，分别为十分位、百分位、千分位等。各个数码所在的位置称为数位。2023/4/1890现在是90页\一共有191页\编辑于星期四

例如：十进制数666.66

个位的6表示其本身的数值；而十位的6，表示其本身数值的十倍，即6×10，百位的6，则代表其本身数值的一百倍，即6×100；而小数点右边第一位小数位的6表示的值为6×0.1；第二位小数位的6表示的值为6×0.01。

因此这个十进制数可以用多项式展开写成：

666.66＝6×102＋6×101＋6×100＋6×10－1＋6×10－22023/4/1891现在是91页\一共有191页\编辑于星期四

如果用ai表示某一位的不同数码，对任意一个十进制数A，可用多项式表示为：

A＝an10n－1＋…＋a1100＋a－110－1＋………＋a－m10―m

在上式中，m、n为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数，即m、n为相应的数位值。各个数码由于所在数位不同而乘以10的若干次幂称为相应数位的“权”。

“权”的底数称为进位制的基数。在这里，因为是十进制数，所以基数是10。

以上是十进制数的计数机理，在正常书写时，各数码的“权”隐含在数位之中，即：

A＝an－1an－2…a1a0.a–1…a－m

2023/4/1892现在是92页\一共有191页\编辑于星期四

（2）二进制（Binary）

二进制记数法也有两个特点：

·它有两不同的记数符号，即数码0和1。

·它采用逢二进一的原则计数。也就是说，进位基数是2。数码在不同的数位所代表的值也是不相同的，各数位的“权”是以2为底的幂。

2023/4/1893现在是93页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/1894现在是94页\一共有191页\编辑于星期四

例如：

（10110.1）2

＝1×24＋0×23＋1×22

＋

1×21

＋0×20＋1×2－1＝（22.5）10任意一个二进制数B，可以展开成多项式之和,即

B=bn2n－1+bn－12n－2+…+b221+b120+…+b－12－1+…+b－m2－m

2023/4/1895现在是95页\一共有191页\编辑于星期四

其中，bI的取值为0或1，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数。二进制记数法各数位的“权”，整数部分从小数点开始向左分别为1，2，4，8，16，32，…；小数部分的“权”，从小数点向右分别为0.5,0.25,0.125，…。二进制的基数是2，数位的“权”是以2为底数的幂。一般书写时，各数码的“权”隐含在数位之中，即：

B＝bnbn－1bn－2…b1b.b–1…b－m

2023/4/1896现在是96页\一共有191页\编辑于星期四

（3）八进制数（Octal）

八进制记数法的两个特点是：

·采用八个不同的记数符号，即数码：0～7。·采用逢八进一的进位原则。在不同的数位，数码所表示的值等于数码的值乘上相应数位的“权”。例如：（456.45）8＝4×82＋5×81＋6×80＋4×8－1＋5×8－2＝（302.578125）102023/4/1897现在是97页\一共有191页\编辑于星期四一般地，任意一个八进制数可以表示为：

C＝cn8n－1+cn－18n－2+…+c180+…+c－18－1+…+c－m8－m

在上式中，Ci只能取0～7之一的值；八进制的基数是8。

2023/4/1898现在是98页\一共有191页\编辑于星期四

（4）十六进制（Hexadecimal）

十六进制记数法也有两个特点：

·采用十六个不同的记数符号，即数码0～9及A、B、C、D、E、F。其中：A表示十进制数10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。

·它采用逢十六进一的进位原则，各位数的“权”是以16为底数的幂。

2023/4/1899现在是99页\一共有191页\编辑于星期四例如：（2AF）16＝2×162＋A×161＋F×160＝2×162＋10×16＋15×1＝（687）102023/4/18100现在是100页\一共有191页\编辑于星期四

一个任意的十六进制数可以表示为：

D＝dn16n－1+dn－116n－2+…+d2161+d1160+d－116－1+…+d－m16－m

在上式中，di可以取0～F之一的值；十六进制的基数是16。

2023/4/18101现在是101页\一共有191页\编辑于星期四4、不同进制之间的转换(1).r进制转换成十进制（按位权展开）（an...a1a-1….

a-m)r=anrn-1

+…+a1

r0+a-1r-1+…a-m

r-m

(10101)2=24+22+1=(21)10(101.11)2=22+1+2-1+2-2=(5.75)10(101)8=82+1=(65)10(71)8=7x81+1=(57)10(101A)16=163

+16+10=(4122)102023/4/18102现在是102页\一共有191页\编辑于星期四整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从下到上排列小数部分：乘以r取整数，整数从上到下排列例：(100.345)10(1100100.01011)2

(100)10=(144)8=(64)16(100)10=(144)8=(64)16=(1100100)2(2).十进制转化成r进制现在是103页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18104现在是104页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18105现在是105页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18106现在是106页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18107现在是107页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18108现在是108页\一共有191页\编辑于星期四(“或”)(“与”)2023/4/18109现在是109页\一共有191页\编辑于星期四(3).八进制和十六进制转换成二进制每个十六进制数对应二进制的四位。每个八进制数对应二进制的三位。

（2C1D）16=（0010

1100

0001

1101）2

2C1D

（7123）8=（111

001

010

011）2

7123

（64）16=（0110

0100）264

（144）8=（001

100

100）2144现在是110页\一共有191页\编辑于星期四(4).二进制转化成八进制和十六进制整数部分:从右向左进行分组。小数部分:从左向右进行分组。转化成八进制时三位一组。转化成十六进制时四位一组,不足补零。(11

0110

1111

.

1101

0100)2=(36F.D4)16

36FD4

后边补两个零,变成

0100(

1

101

101

110

.

110

101

)2=(1556.65)8

155665现在是111页\一共有191页\编辑于星期四

5、带符号数的代码表示

(1)、真值与机器数

前面我们都没有涉及到数的符号可以认为是正数。但在算术运算中总会出现负数，通常我们都是在数值（绝对值）左边加上“+”（正号，可省略）或“-”（负号）。

例如：二进制正数0.1011可写为+0.1011或0.1011

二进制负数0.1011记作–0.1011

这种直接用正号“+”和负号“-”表示的二进制数，称为“带符号数的真值”。

计算机是如何表示数的真值形式呢？

计算机中，数字是存放在由存储元件构成的寄存器和存储器中，

二进制的数字符号1和0是用两种不同稳定状态（如高、低电位）来表示的。数的符号“+”或“-”也是用着两种状态来区别。比如，正数的符号用“0”表示，负数的符号用“1”表示。这样就使数的符号也“数码化”了。2023/4/18112现在是112页\一共有191页\编辑于星期四例如：二进制正数+0.1011在机器中的表示如下：

符号位数值部分

二进制负数–0.1011在机器中的表示如下：

符号位数值部分

01011110112023/4/18113现在是113页\一共有191页\编辑于星期四

上面将符号数码化的数称为机器数。

在计算机中，机器数有三种表示，即：

原码、补码、反码。

(2).原码（TrueForm)

用原码表示数的真值时，第一位是符号位，其余各位是数的绝对值部分。

若二进制小数的真值为X=0.X-1X-2····X-m

则（X)原=0.X-1X-2····X-m

若二进制小数的真值为X=-0.X-1X-2····X-m

则（X)原=1.X-1X-2····X-m

例如：真值X=+0.1011（X)原=0.1011

X=-0.1011（X)原=1.10112023/4/18114现在是114页\一共有191页\编辑于星期四一个数的原码亦可用原码的定义求得（原码定义）

从以上例子可以看出：

原码的表示形式与真值的形式非常相似，因此也比较简单。

但是，计算机做原码的算术运算比较麻烦。例如，在进行加减运算时，要根据参加运算的两个数的符号（正或负）来确定两数值的加、减运算。在做数值减运算时，还需比较两个数的绝对值，才能确定谁减谁。手算倒容易实现，可是如果逻辑电路来实现这个过程，电路结构将很复杂。2023/4/18115现在是115页\一共有191页\编辑于星期四为此，人们设想，如果能将加、减法按一种来运算，显然电路结构也会简单些。人们又找到其它两种机器数的表示方法，这就是反码和补码。

(3).反码（One’scomplement)

反码也称之为1的补数。其形成规则是：

对于正数，反码与其原码相同。

对于负数，反码的数值部分是将其原码的数值部分按位求反，但符号位不变。

例如：X=+0.1011(X)原=0.1011(X)反=0.1011

X=-0.1011(X)原=1.1011(X)反=1.0100

反码亦可根据其定义求得（反码定义）2023/4/18116现在是116页\一共有191页\编辑于星期四(4).补码（Two’scomplement)

补码也称之为2的补数。其形成规则是：

对于正数，补码与其原码相同。

对于负数，补码是将原码的数值部分“求反加1”（即按位求反，最低位加1），符号位不变。

例如：

X=+0.1011(X)原=0.1011(X)补=0.1011

Y=-0.1011(Y)原=1.1011(Y)补=1.0101

补码亦可根据其定义求得（补码定义）2023/4/18117现在是117页\一共有191页\编辑于星期四补码的用途

——变减法为加法10-4=6倒拨10+8=6顺拨10+8=12+6模8与-4对模12互为补数现在是118页\一共有191页\编辑于星期四例如，在四位加法器中实现

12－7的运算：

∵[－7]原＝１１１１

[－7]补＝１００１

[12]补＝１１００

[－7]补＝１００１（＋

１０１０１

∴12－7＝12＋9＝5（丢失

模

16）丢失变减法为加法现在是119页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18120现在是120页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18121现在是121页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18122现在是122页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18123现在是123页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18124现在是124页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18125现在是125页\一共有191页\编辑于星期四尾数的位数决定数的精度.阶码的位数决定数的范围.浮点数：阶符阶码数符尾数N=数符´尾数´2阶符´阶码二进制数在计算机中的表示---浮点数2023/4/18126现在是126页\一共有191页\编辑于星期四常用的信息编码(1).

ＢＣＤ码(8421)每位十进制数用四位二进制数编码表示。

(25)10=（0010

0101）BCD

25(2).西文字符编码每一个字符有一个编码，计算机中常用的有ASCII码（AmercianStandardCodeforInformationInterchange)

‘0’~‘9’

30H~39H

48D~57D

‘A’~‘Z’41H~5AH

65D~90D

‘a’~‘z’

61H~7AH97D~122D

每个字符占一字节（8bits），用7位，最高位为“0”(校验位)。2023/4/18127现在是127页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18128现在是128页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18129现在是129页\一共有191页\编辑于星期四图形和图像的二进制编码表示电子射线扫描计算机屏幕形成像素点.位图图像是一种对视觉信号直接量化的媒体形式2023/4/18130现在是130页\一共有191页\编辑于星期四当像素点用1位来表示时,只能有黑白两种(21)颜色;用4位来表示时，有16(24)种颜色；用八位来表示时,有256(28)种颜色;用32位来表示时,有232种颜色(真彩色)2023/4/18131现在是131页\一共有191页\编辑于星期四栅格图形BMP格式2023/4/18132现在是132页\一共有191页\编辑于星期四16色、256色、24位位图2023/4/18133现在是133页\一共有191页\编辑于星期四(3).汉字编码汉字的编码有:输入码、国标码、内码、字形码。（A）汉字的键盘输入码国标区位码全拼智能全拼自然码双拼

五笔字形

…...2023/4/18134现在是134页\一共有191页\编辑于星期四（B）汉字机内码

汉字内码实际是国标码在设备或信息处理系统内部的表达形式。国标码（GB2312-80）及其机内码：

国标码：用两字节二进制数表示214；一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。机内码：每个字节最高位为1例：汉字国标码汉字机内码

沪

2706（1001101110000110B）（1001101110000110B）

现在是135页\一共有191页\编辑于星期四(C)汉字字形码

汉字字形的字模数据，以点阵或矢量函数表示。

点阵有：1616242432324848图2.516*16点阵字形示例2023/4/18136现在是136页\一共有191页\编辑于星期四汉字的字型表示点阵类型点阵字节数简易型16×1632普及型24×24提高型32×32精密型48×4812872每个汉字占用字节数=点阵列数×行数／8288现在是137页\一共有191页\编辑于星期四汉字信息的数字化显示输出打印输出机内码向字形码转换数字码拼音码字形码机内码输入码向机内码转换字符代码化（输入码）内部数据处理现在是138页\一共有191页\编辑于星期四汉字信息的数字化国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用双字节的编码方式。

国标码采用ASCII码表中的可显示字符的代码

21H～7EH作为汉字的区码和位码，构成94×94的矩阵，对收入的6763个汉字、682个西文字符和

图符进行编码。矩阵的每一行称为“区”，每一列称为

“位”——国标区位码。可以作为汉字输入码。机内码:为区别ASCII码而将字节的最高位置11国标码第二字节1国标码第一字节机内码是计算机内部存储和处理信息的二进制代码现在是139页\一共有191页\编辑于星期四

0

011

0000汉字国标码与机内码

0

010

0001

“啊”的国标码3021H“１１“啊”的机内码B0A1H“

第一字节b7b6b5b4b3b2b1b0

第二字节b7b6b5b4b3b2b1b0所以国标码3021H+8080H

=机内码B0A1H现在是140页\一共有191页\编辑于星期四所以，区位码1601D=1001H+2020H

=国标码3021H+

8080H

=机内码B0A1H汉字区位码与机内码

0

0010000

0

0000001１１

第一字节b7b6b5b4b3b2b1b0

第二字节b7b6b5b4b3b2b1b0１１

“啊”的国标码3021H

“啊”的机内码B0A1H现在是141页\一共有191页\编辑于星期四（D）各种代码之间的关系：

某种输入编码方案的汉字

输入编码向内部码的转换

机内码汉字的显示或打印

内部码向字形码的转换

2023/4/18142现在是142页\一共有191页\编辑于星期四

计算机系统的组成

运算器(ALU)

中央处理器

(CPU)—

主机—

控制器(TRU)

内部存储器

(RAM、

ROM)

硬件—

外部存储器硬盘、软盘、光盘)

系统

输入设备键盘、鼠标、扫描仪)

外部设备-

输出设备显示器、打印机、绘图仪)

计算机系统-

其它设备电源等

操作系统(DOS、Windows、UNIX)

系统软件—

编译系统

软件—

数据库管理系统

系统

系统服务程序

应用软件—

专用应用软件

通用应用软件

((()()CSHardwareSoftware2023/4/18143现在是143页\一共有191页\编辑于星期四硬件系统组成冯·诺依曼型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备构成。运算器和控制器合在一起叫做中央处理器，简称CPU。运算器又称算术逻辑单元，简称ALU。输入设备和输出设备与计算机的信息交换都必须通过输入/输出接口，即I/O接口。2023/4/18144现在是144页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18145现在是145页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18146现在是146页\一共有191页\编辑于星期四存放程序和数据处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算存储器大容量存储器I/O设备I/O子系统147现在是147页\一共有191页\编辑于星期四三大总线（DB、AB、CB）所谓总线(Bus)即计算机内部传送数据的公用通道，主机的三大部件之间通过它们传送数据、地址和控制信息。中央处理器CPU，存储器和I/O接口安装在主机箱的主机板上，它们之间由三总线连接，即：数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。2023/4/18148现在是148页\一共有191页\编辑于星期四2023/4/18149现在是149页\一共有191页\编辑于星期四一、.计算机硬件系统

存储器

输入设备运算器输出设备

控制器冯诺依曼思想：

二进制；程序和数据一样存放在内存；五大模块2023/4/18150现在是150页\一共有191页\编辑于星期四（1）冯·诺依曼原理（VonNeumann）

计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制。

该原理最初是由匈牙利数学家冯·诺依曼于1945年提出来的，故称为冯·诺依曼原理。

按照冯·诺依曼原理构造的计算机又称冯·诺依曼计算机，其体系结构称为冯·诺依曼结构。目前计算机已发展到了第四代，基本上仍然遵循着冯·诺依曼原理和结构。但是，为了提高计算机的运行速度，实现高度并行化，当今的计算机系统已对冯·诺依曼结构进行了许多变革，如指令流水线技术。2023/4/18151现在是151页\一共有191页\编辑于星期四冯·诺依曼原理计算机依靠执行程序来完成指定的任务——程序用二进制代码表示；

Von

Neumann程序预先存放在计算机内部存储器之中——存储程序；计算机不要人的干预而自动执行程序——程序控制。计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成。2023/4/18152现在是152页\一共有191页\编辑于星期四程序+数据操作命令处理结果反馈信号响应信号请求信号响应信号请求信号运算器(内)存储器控制器输入设备

输出设备

冯·诺依曼结构框图2023/4/18153现在是153页\一共有191页\编辑于星期四

冯·诺依曼计算机的基本特点如下：

·采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，两者没有区别，指令同数据一样可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

·存储器是按地址访问的线性编址的唯一结构，每个单元的位数是固定的。

·指令由操作码和地址码组成。

·通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。

·机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。

·数据以二进制表示。2023/4/18154现在是154页\一共有191页\编辑于星期四

（2）五大模块（冯•诺伊曼原理）

控制器:发出控制命令，控制整个计算机各部件有条不紊地工作

运算器：算术运算和逻辑运算。

控制器+运算器=处理器（机）

内存：（主存储器）

1.有关术语：地址：每个存储单元的编号。

字节8位（Bit）一个字节2.容量单位:

8位（bit）称为1个字节(

byte）1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB

内存+处理器=主机

（注：主机以外的设备称为外围设备）

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪……

输出设备：打印机……2023/4/18155现在是155页\一共有191页\编辑于星期四3、微型计算机

CAB（AddressBus地址总线）

PDB（DataBus数据总线）

U

CB（ControlBus控制总线）

接口接口

只读存储器随机存储器

ROMRAM输入设备

输出设备

微型计算机典型结构2023/4/18156现在是156页\一共有191页\编辑于星期四微型计算机的微处理器中央处理器（CPU），由大规模和超大规模集成电路构成，做在一个芯片上。这样的CPU称为微处理器。

4位微处理器 Intel4004 8位微处理器 Intel8080 16位微处理器 Intel8086、Intel80286 32位微处理器 Intel80386、Intel80486、Pentium、PentiumII、PentiumIII、Pentium4

主频：微机运算速度的指标，单位是MHz2023/4/18157现在是157页\一共有191页\编辑于星期四存储器存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器也称主存，它直接与CPU相连接，存储容量小，但速度快，用来存放当前运行的程序的指令和数据，并直接与CPU交换信息。内存能进行快速的存数和取数操作。外存储器又称为辅助存储器，是内存的扩充外存容量要比内存大得多，但它存取信息的速度比内存慢。通常外存不和计算机内其它装置交换数据，只和内存交换数据常用的外存储器有磁带、磁盘和光盘等。外存用来永久存放“暂时不用”的程序和数据。2023/4/18158现在是158页\一共有191页\编辑于星期四内存储器（RAM）和（ROM）内存大部分是可存可取的（可读可写），称为随机存储器，简称RAM。计算机在工作时，RAM能够准确地保存数据，但这种保存功能需要电源的支持，一旦切断电源，其