第一章 计算机基础知识

第一章计算机基础知识第1页，课件共46页，创作于2023年2月第1章电子计算机基础知识1.1电子计算机的概念1.4数制基础1.3电子计算机的分类及应用1.2电子计算机的产生与发展1.5计算机中数据与信息的表示方法

第2页，课件共46页，创作于2023年2月1.1计算机概念计算机是什么？

计算机（Computer）是一种能够存储程序，并能按照程序自动，高速，精确的进行大量计算和信息处理的电子机器，又称电脑。第3页，课件共46页，创作于2023年2月世界上第1台电子计算机1.2电子计算机的产生和发展

世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分计算机(TheElectronicNumbericalIntergratorandComputer)的缩写。

1.2电子计算机的产生和发展第4页，课件共46页，创作于2023年2月ENIAC档案世界上的一台电子计算机ENIAC该机重约30吨耗电量140-150千瓦含18000个电子管仅能保存80个字节第5页，课件共46页，创作于2023年2月冯.诺依曼型计算机1.以二进制为运算基础采用二进制的优点为：1.二进制码在物理上最容易实现。

2.二进制码用来表示的二进制数及其编码、计数、加减运算规则简单。

3.二进制码的两个符号“1”和¨0”正好与逻辑命题的两个值“是”和“否”相对应。4.与电子部件的二态性相对应。第6页，课件共46页，创作于2023年2月冯.诺依曼型计算机2.是计算机应采用"存储程序"方式工作，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。控制器运算器输出设备存储器输入设备指令流控制流数据流第7页，课件共46页，创作于2023年2月第一代（1946～1956）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1957～1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965～1970）小规模集成电路百万~几百万（次/秒）第四、五代（1971～?）超大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）电子计算机的发展阶段及特点－－以采用的逻辑元件作为划分标准第8页，课件共46页，创作于2023年2月1.3电子计算机分类及应用1、通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。

2、专用机

：用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。

一、按用途划分

第9页，课件共46页，创作于2023年2月1.3电子计算机分类及应用二.按规模划分

1、巨型机：其运算速度达到每秒每秒几十万亿次。2、小巨型机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。4、小型机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，运算速度在几百万次左右。3、大型机：其性能与巨型机接近，但体积大大减小，费用仅为巨型机的1/10.第10页，课件共46页，创作于2023年2月1.3电子计算机分类及应用1.3电子计算机分类及应用6、工作站：以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机。5、微型计算机：又称PC机，中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，具有体积小，功耗低、可靠性高、价格低，对使用环境要求不高等特点。7、服务器：

在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备

。第11页，课件共46页，创作于2023年2月1.3电子计算机分类及应用三.按处理对象划分

1、数字计算机

：算机处理时输入和输出的数值都是数字量。时间上是连续的。

2、模拟计算机：3、数字模拟混合计算机：输入输出既可是数字也可是模拟数据

处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。这些数据在时间上是离散的。第12页，课件共46页，创作于2023年2月计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有：计算机的特点1、处理速度快2、计算精度高3、记忆能力强4、可靠的逻辑判断能力5、可靠性高，通用性强第13页，课件共46页，创作于2023年2月计算机的性能指标

1、主频（时钟频率）2、字长3、内存容量4、存取周期5、运算速度6、其它指标第14页，课件共46页，创作于2023年2月计算机的应用1、科学计算2、信息处理3、过程控制4、计算机辅助系统5、多媒体技术6、计算机通信7、人工智能第15页，课件共46页，创作于2023年2月4、计算机辅助系统计算机辅助系统包含：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教学（CAI）、计算机集成制造（CIMS）等系统第16页，课件共46页，创作于2023年2月1.4数制基础1.4.1数制的概念数制是用一组固定的数字符号和一套统一的规则来表示数目的方法。如果用R个基本符号来表示数目，则称其为R进制，R称为该数制的基数。第17页，课件共46页，创作于2023年2月进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r=2 r=8r=10r=16数符0，10,1,…,70,1,…,9

0,1,…,9,A,B,C,D,E,F位权2i8i10i16i下标BODH表：计算机中常用进制数的表示第18页，课件共46页，创作于2023年2月1.4.2各种数制的转化进位计数制的三个相关概念：1、数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为“数码”。如在R进制中，数码为0，1，2，…R－1共R个。2、基数：数制所使用的数码个数称为“基数”。如在R进制中，基数为R。第19页，课件共46页，创作于2023年2月3、位权：某种数制的每一位所具有的固定系数称为“位权”。如在R进制中，第i位数的位权为Ri-1例：(824)10=8×102+2×101+4×100

(110)2=1×22+1×21+0×20第20页，课件共46页，创作于2023年2月常用进位计数制的特点

十进制数（Decimai）

一个十进制数具有以下三个特征：·有十个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7、8、9；·基数为10,计数规律为“逢十进位,借一当十”；·位权关系为（其中:m，m-1，…1，0.-1，-2…-k）。第21页，课件共46页，创作于2023年2月2．二进制数（Binary）

一个二进制数具有以下三个特征：

·有两个不同的数码，即0和1；·基数为2,计数规律为“逢二进位,借一当二”；

·位权关系为（其中:m，m-1，…1，0.-1，-2…-k）

第22页，课件共46页，创作于2023年2月3．八进制数（Octal）一个八进制数具有以下三个特征：

·有八个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7；·基数为8,计数规律为“逢八进位,借一当八”；

·位权关系为（其中:m，m-1，…1，0.-1，-2…-k）。

第23页，课件共46页，创作于2023年2月4．十六进制（Hexadecimal）

一个十六进制数具有以下三个特征：

·有十六个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；·基数为16,计数规律为“逢十六进位,借一当十六”；

·位权关系为（其中:m，m-1，…1，0.-1，-2…-k）。

第24页，课件共46页，创作于2023年2月1.其它数制（R数制）转换为十进制：按权展开相加即只要把二进制中出现1的位数权相加即可。【例】：将(110101.101)2转换为十进制。(110101.101)2=1×＋1×＋0×＋1×＋0×＋1×＋1×＋0×＋1×=32＋16＋0＋4＋0＋1＋0.5＋0.125=(53.625)10第25页，课件共46页，创作于2023年2月例如：(156)10＝()B余数

2|156

0(最低位)2|7802|3912|1912|912|402|20 2|11(最高位)

0

结论：(217)10＝(10011100)B2、十进制→R进制1）整数部分的转换

除r取余,从末位取起

即：除以R取余数，直到商为0，得到的余数即为二进数各位的数码，余数从下到上排列。第26页，课件共46页，创作于2023年2月例如：(0.625)D=()B

乘2取整：

整数部分

0.625

×2

1.2501

×2

0.5000

×2

1.0001结论：(0.625)D=(0.101)B2）小数部分转换乘r取整，顺序取起即：乘以R取整数，得到的整数即为二进数各位的数码，整数从上到下排列。

第27页，课件共46页，创作于2023年2月混小数的转换对于既有整数部分又有小数部分的十进制数的转换，可以将两部分的转换分开进行，最后再将结果合并在一起即可。【例】：十进数156.625转换成二进制数为10011100.101B

第28页，课件共46页，创作于2023年2月3、二进制、十六进制的相互转换二进制数转换成十六进制数的方法是：“四位合一位”法：以小数点为界，整数向左，小数向右，四位一格，不足补零，格内变为十进制【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。

01110101．

1100↓↓↓75.C

转换结果为1110101.11B=75.CH第29页，课件共46页，创作于2023年2月3、二进制、十六进制的相互转换十六进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成十六进制数的方法相逆，即“一位扩展四位”法：一位变四位，不足前补零，最后截去首尾空零。将每位十六进制数化成4位二进制数书写，便可得到转换结果。【例】：将3A6.C5H转换成二进制数。

3A6.C5↓↓↓↓↓001110100110.11000101转换结果为3A6.C5H=1110100110.11000101B。第30页，课件共46页，创作于2023年2月4、二进制、八进制的相互转换二进制数转换成八进制数的方法是：“三位合一位”法:以小数点为界，整数向左，小数向右，三位一格，不足补零，格内变为十进制。【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。

001110101．110↓↓↓↓165.6

转换结果为1110101.01B=165.6O。第31页，课件共46页，创作于2023年2月4、二进制、八进制的相互转换八进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成八进制数的方法相逆，即“一位扩展三位”法：一位变三位，不足前补零，最后截去首尾空零。每位八进制数化成3位二进制数书写，便可得到转换结果【例】：将145.6O转换成二进制数。

145.6↓↓↓↓001100101.110转换结果为145.6O=1100101.11B。

第32页，课件共46页，创作于2023年2月二进制八进制二进制十六进制二进制十六进制000 0 0000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F表：二进制、八进制和十六进制之间的关系第33页，课件共46页，创作于2023年2月1.4.3二进制的运算规则（1）二进制的算术运算规则加法进位规则：逢二进一。加法运算法则：

0+0=00+1=1+0=11+1=0（向高位进位）

例：二进制数1101＋1010＝？

1101

＋101010111答案：11110000第34页，课件共46页，创作于2023年2月（2）减法运算法则：

0-0=1-1=01-0=10-1=1（向高位借位）例：二进制数1101＋1010＝？

１1101

-101010011答案：10011第35页，课件共46页，创作于2023年2月（3）乘法运算法则：

0

0＝0 0

1＝0 1

0＝0 1

1＝1（4）除法运算法则：

0÷0＝（无意义）

0÷1＝0

1÷0＝（无意义）

1÷1＝1第36页，课件共46页，创作于2023年2月2、二进制的逻辑运算逻辑变量之间的运算称为逻辑运算对二进制数的1和0赋予逻辑含义，它们可以表示“真”与“假”、“是”与“否”、“有”与“无”逻辑运算的基本运算：逻辑加法(“或”运算∨)：0∨0=00∨1=1∨0=1∨1=1逻辑乘法(“与”运算∧)：0∧0=0∧1=1∧0=01∧1=1逻辑否定(“非”运算)：0=11=0异或⊕：0⊕0=1⊕1=00⊕1=1⊕0=1第37页，课件共46页，创作于2023年2月1.5计算机中数据与信息的表示方法计算机中的信息单位1、位（bit)：位是计算机中最小的信息单位，一个位表示一位二进制数，单位符号为b。它能表示两种状态2、字节（byte)：字节是基本信息单位，单位符号为B，它表示8位二进制数的长度，它能表示256种状态。千字节（KB）兆字节（MB）和吉字节（GB）1MB＝1024KB＝220次方1GB＝1024MB＝230次方3、字长：它是计算机作为一个整体进行数据存储、传输和处理的单位。如8位、16位、32位等。1.5.1数据与信息的概念第38页，课件共46页，创作于2023年2月1、正负数的表示方法平时我们用“＋”表示正，“－”表示负，在计算机中数的符号通常用二进制数的最高位的一位数来表示符号：“0”表示正数，“1”表示负数。例：十进制数＋37在字长为八位计算机中表示为：0

0

1

0

0

1

0

1

符号位数值部分1.5.2计算机中数的表示方法第39页，课件共46页，创作于2023年2月例：十进制数－37在字长为八位计算机中表示为：１0

1

0

0

1

0

1

符号位数值部分1.5.2计算机中数的表示方法这种符号位用0、1表示的二进制数，称为机器数。而实际数值（如＋37，－37）称为机器数的真值。第40页，课件共46页，创作于2023年2月2、定点数与浮点数的表示方法见教材3、原码、反码与补码：见教材第41页，课件共46页，创作于2023年2月1.5.3计算机中信息编码ASCII码是美国信息交换标准代码。(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)包括0~9十个数字，大小写英文字母及33个标点符号和33个控制。Computer0100001101101111011011010111000001110101

01110100011001010