计算机基本概念

第1章计算机基础知识

01・］计算机基本概念

2计算机系统的组成

。1.3信息编码

OL4微型计算机的硬件组成

1.1计算机基本概念

CQ1.1.1计算机的发展

Ml.1.2计算机的分类

Ml.1.3计算机的主要特点

CQ1.1.4计算机的主要用途

电子计算机是一种能够按照人们的意愿，自动、高速、

精确地处理信息的电子设备。

早期计算机：只用来进行数值计算。

现代计算机：除了用来进行一般的数值计算之外，还可以进

行数据的处理，如对图形、文字、数据、声、

光、电等各种信息进行计算和逻辑判断，除此

之外，它还具有记忆和自动控制能力，能完成

人脑的一部分工作，因此，也有人称其为“电

脑”。

•什么是计算机?

计算机是一种以电子器件为基础的，不需要人的直接干预，能

够对各种数字化信息讲行算术和逻辑运算的快谏工具。

一、电子计算机的诞生

,1946年2月史美国宾夕法尼亚大学正式推出世界上第一台电子女喜

机----ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator,电子数

字积分计算机）。

特点：ENIAC是一个庞然大物，它有18000个电子管，6000个继电

r器，耗电150千瓦/小时，运算速度5000次/每秒，占地170平方米，重

30吨，造价约1千万美元。

与现代计算机相比，ENIAC运算速度慢，可靠性差，体积大，价格昂贵。

最初用途:为军事服务。

根据电子计算机所采用的物理器件，到目前为止

共划分为以下几个时代：

(1)电子管时代；(2)晶体管时代；

⑶中小集成电路时代;(4)大规模集成电路时代。

(5)(未来)：人工智能时代。

计算机的发展方向：巨型化、微型化、网络化、

多媒体化。

计算机发展的五个阶段

代次时间电子元件软件运算速度应用领域

第一代1946〜电子管汇编语言、5千〜3万次国防及高

1957代码程序/秒科技

第二代1958〜晶体管高级语言数十万〜几工程设计、

1964多道程序设计十万次/秒数据处理

第三代1965〜中小规模操作系统、会数百万〜几工业控制、

1970集成电路话式语言千万次/秒数据处理

第四代1971〜大、超大面向对象语言上亿次/秒工业、生

人

规模集成网络软件活等各各

电路方面

数据库软件

第五代未来人工智能

三、电子计算机的分类

1、根据处理数据的方式分类：

可将计算机分为电子数字计算机、电子模拟计算

机和数模混合计算机三类。

2、根据计算机使用范围分类：

可将计算机分为通用计算机和专用计算机两类。

3、根据计算机的规模和处理能力分类：

计算机的规模和处理能力主要是指其体积、字长、

运算速度、存储容量、输入输出能力等主要技术

指标。

可将计算机分为巨型机、大中型机、小型机、微

型机、工作站和服务器等。

四、计算机的主要特点:

1.自动控制能力

计算机内部的操作运算，都是自动控制进行的，用户

只需要将运算式子或程序输入计算机，计算机就会在程序的

控制下自动运行，完成计算，输出结果。

2.高速运算的能力

3.具有存储记忆能力

能够借助存储器存储大量的数据。

4.高精确度和可靠度

精确度可达十几位，甚至几十位有效数字。

5.具有逻辑判断能力

计算机能够进行逻辑判断，从而完成分类、合并、比

较、排序、检索等数据处理工作。如判断5>4是否成立，成

立为真(T),不成立为假(F)o

6.通用性强

可编程性强，原因之一

五、计算机的主要用途

1、科学计算（数值计算）

2、数据处理（信息处理）

数据处理是指：计算机对大量的数据、资料、情报等信

息进行合并、分类、排序、分析、检索等加工处理。

3、自动控制（工业自动化）

自动控制是指：计算机在工业生产中于其它仪器、机械

部件组成的对生产过程或试验过程进行实时控制和自动检

测的系统。

4、计算机辅助系统

计算机辅助系统是指：以人为主、计算机为辅

共同完成某项作业的人机系统，有以下几个方面

组成：

•计算机辅助设计（CAD）

•计算机辅助制造（CAM）

•计算机辅助教学（CAD

•计算机辅助工程（CAE）

•计算机集成制造系统（CIMS）

5、人工智能

人工智能是指：利用计算机模拟人的某些智力

活动，进行思维、推断、推理。

6、计算机网络

计算机网络是利用计算机技术和通信技

术把分布在不同地理位置的计算机系统用数

据通信线路互联而成的系统，实现网络中计

算机软件、硬件、数据资源的共享，更加有

效的提高计算机的使用效率。

7、多媒体计算机系统

多媒体技术是将声音、图像、图形、动

画、视频等多媒体信息集计算机、通信、人

机对话等技术于一体。

信息的基本概念

信息经过转化而成为计算机能够处理的

数据。

信息实际上是指经过处理后的数据。

1.2计算机系统的基本组成

计算机由硬件系统及软件系统组成：

•硬件系统：是构成计算机的物理装置，或有形的

物理实体，又称硬件或硬设备。

•软件系统：是指挥和使用计算机，使计算机硬件

系统进行工作的各种程序、数据组成

的指令集合，又称软件或软设备。

关系：硬件系统和软件系统相辅相成缺一不可,

硬件是躯体，软件是灵魂和头脑。

控制器

微处理器（CPU）

器

CI,-I总线系统

机

内存储器（内存）

硬

件只读存储器（ROM）

系软盘

统■外存储器（外存）

一

光盘

键盘

外

|输入设备（Input）鼠标

设

扫描仪

显示器、投影机

打印机

I绘图仪］

软用户程序

1.2.1计算机的基本结构

1.冯•诺依曼型计算机的基本结构

1945年美籍匈牙利科学家冯•诺依曼(VonNeumann)提

出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个

要点：

⑴采用二进制数的形式表示数据和指令。

⑵将指令和数据存放在存储器中。

⑶计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输

出设备5大部分组成。

其工作原理的核心是“程序存储”和“程序控制”，

就是通常所说的“顺序存储程序”概念。我们把按照这一

原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。

冯•诺依曼型计算机的基本结构

2.微处理器CPU

运算器和控制器合称为中央处理器，即CPU。

是计算机中最关键的部件，它由控制器、运算器、寄存器

组和辅助部件组成。

运算器：用来进行算术运算和逻辑运算的元件。

控制器：从存储器中取出指令、分析指令、确定指令

类型并对指令进行译码，负责向其他各部件发出控制信号。

寄存器：用来存放当前运算所需的各种操作数、地址

信息、中间结果等内容。

3.存储器：是存放程序、原始数据、中间结果、最终结果

的装置。分狮南踹H圃8W露的种。

注：

•内存储器又叫主存储器，分为ROM和RAM两种。

ROM：只读存储器，只能读出不能写入，断电后信息

不丢失。

RAM:随机存储器，既能读出也能写入，断电后信息丢

失。

存储器

存储器是存放程序、原始数据、中间结果、最终结果的

装置。计算机的记忆部件。

存储器Y主存储器（内存）

1辅助存储器（外存）

随机存储器RAM

内存Y

只读存储器ROM

ROM存放固定不变的程序、数据和系统软件；其

中的信息只能读出不能写入；断电后信息不会丢失。

RAM是一种读写存储器，其内容可以随时根据需

要读出或写入；断电后信息丢失。

关于存储的几个重要

舸今

位：是计算机中存储数据的最小单位。指二进制数中

的一个位数,其值为“0”或T,其英文名为“bit”。

字节：是计算机存储容量的基本单位，计算机存储容

量的大小是用字节的多少来衡量的。其英文名为

“byte”，通常用“B”表示。

字节经常使用的单位还有KB（千字节）、MB（兆

字节）和GB（千兆字节）等，它们与字节的关系是：

1B=8bit

1KB=21OB=1024B

1MB=210X1KB=210X210B=1024KB

1GB=210X1MB=210X210X210B=1024MB

是计算机内部作为一个整体参与运算、处理和

传送的一串二进制数，其英文名为“Word”。

字长：是计算机CPU一次处理数据的实际位数，是

衡量计算机性能的一个重要指标。

字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算

能力就越强，计算精度就越高。

122软件系统

软件系统又可分为系统软件和应用软

件两大类。

一、系统软件

系统软件是管理、监控、维护计算机

资源(包括硬件与软件)的软件。包括：

⑴操作系统

⑵程序设计语言

⑶各种程序设计语言的处理程序

(4)工具软件

二、应用软件

应用软件是用户为了解决实际问题

而编制的各种程序。如各种工程计算、模

拟过程、辅助设计和管理程序、文字处理

和各种图形处理软件等等。

三、计算机语言

计算机语言：计算机能识别并执行的信息符号代码的指令集

合，根据其发展，可分为机器语言、汇编语

言、高级语言三类：

1、机器语言：用二进制代码直接表达的指令的语言，如加

法的指令代码为0101011。用机器语言编写

的程序称为目标程序，可让计算机直接识别

并执行。

优点：计算机可以直接识别，执行速度最快。

缺点：每条指令都由0、1代码表示，不好记忆，易出错。

2、汇编语言：用一些指令助计符（指令功能的英文缩写，

如加法指令ADD,减法指令SUB）来表示机器语言每条指令的

语言。

盛：比机器语言易于记忆，不易出错。

缺点：没有从根本上减少指令，仍然繁琐，不易移植，不

能直接被计算机执行，必须经过翻译转换成机器语

言。

3、高级语言：比较接近人类自然语言和数学描述的语言。

高级语言的一条指令的功能可以代替几条、

几十条汇编语言的指令功能。

优点：简便、易学、易记忆、通用性强，兼容性好，便于

移植（好学易用）。

缺点：不能直接被计算机识别，需要翻译成机器语言，执行

速度慢。

常见的高级语言：basic,pascal,c,c++,vc++等。

＞高级语言的翻译方式：

•解释程序：边翻译边运行。

•翻译程序：翻译完后再运行。

每种高级语言都由一套与之相对应的翻译程序。

---------解释程序--------

源程序----------------------'目标程序

编译程序---------

源程序的两种翻译方式

1.3信息编码

1、数值在计算机中的表示

•什么是二进制？

二进制就是由0、1组成的编码，其中0代表

非或否，1代表是或真。

由于计算机中的电子元器件一般只有两种

状态：导通或未导通，电压高或低等等，所

以采用二进制。

数据的表示

1.数制常识

»计算机中常用的数制（数的进位制）：二进制（0、1

代码）、八进制、十进制十六进制;

A计算机中的数据信息是以二进制的形式表示的；

＞进位计数制

进位计数制的两个基本因素：进位的基数，位的权数。

■

■

问■

•基数:在某种进位制中、用到的数码

个数。

■十进制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,

基数为10

基数为2

7基数为8

）、7、8、9、

基数为16

X

位的权数

•权数：在某种进制中，每一位由该位上的基数表示，该位的

大小是该位的基数乘上一个有规律的数，这个有规律的数，

即是这一位的权数。

权数=Xa(X为进制数，a为指数)

■十进制数123.4应该表示成：

123.4=1X102+2X10^3X10°+4X10-1

■二进制数(1001.1)2应该表示为：

(1001.1)2=1X23+0X22+0X21+1X2°+1X2」

・十六进制数(5A.8)16应该表示为：

(5A.8)i6=5X161+AX16O+8X16-1

■分析(11011,101)2=???

常用数制间转换的对照表

十进制二进制八进制十六进制

0000000

1000111

2001022

3001133

4010044

5010155

6011066

7011177

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15111117F

16100002010

2、常用数制间的转换

(1)十进制转换成各种进制数

a、十进制二进制

I丁世用J奴麻华圣姒郁刀也句＜1、奴郁刀，

转换为二进制数时，将两部分分别转换，再用小数

点将两部分连接起来。

整数部分的转换除2取余法

除2取余法：将十进制数连续除2,记下每次所得

的余数，直至商为3所得的余数倒叙排列即可。

例：将十进制数358转化成二进制数。

第五节计算机中信息表示

余数

2358

2179_0

2B91

2441

2220

2110

251

221

24------0

1

(358)=(101100110)2

小数部分的转换——乘2取整法

乘2取整法:将十进制的小数部分连续乘以2直至小数部分为0,将每次

积的整数部分记下，正庄排列即为二进制的小数部分。若乘不尽，则按

要求保留位数。

例:将0.43转化为二进制数。(保留三位小数)

0.43积的整数

X2

0?860

X2

1/721(0.43)=(0.011)2

0.72

X2

(358.43>(101100110.011)2

1.441

0.44

X2

(TK80

b、十进制与八进制、十六进制的转换(法一)

将十进制转换成八(十六)进制，整数部分采用除8(16)取

余法，小数部分采用乘8(16)取整法。

⑵二、八、十六进制数转换成十进制数按权展开法

•按权展开法二、八、十六进制数转换成十进制数是将每

种进制数各位商的数乘以权数后相加，即得

十进制数。

例1：将(111.02)2转化成十进制数

111.02=1X22+1X21+1X2°+0X2“2X2々=7.25

例2：将(25.34)8转化成十进制数

25.34=2X81+5X80+3X8-1+4X8?=21.4375

例3：将(5D.7)i6转化成十进制数

5D.7=5X16M3X16°+7X16、=93.4375

(3)二进制与八进制、十六进制间的转换

a、二进制转换成八进制、十六进制

二进制八进制

从小数点向两边每三位二进制数转换为一位八进制数,

将转换的数连起来即可。(小数点左边不够3位的，前边补

0;小数点右边不够3位的，后边补0。)

例：(110101.101)2

010.1W

■V

65.525.6

(110101.101)2=(65.5)8(10101.11)2=(25.6)8

从小数点向两边每四位二进制数转换为一位十六进制

数，将转换的数连起来即可。

例:(1011011.011)2

0中1011.000

5B.6

(1011011.011)2=(5B.6)16

★十进制转换为八进制、十六进制数的方法(法二)：

先将十进制数转化为二进制数，再转化成八进制、十六

r进制数。

b、八进制、十六进制转换成二进制

八进制进制将每一位八进制数转换成相应的3位

二进制数。

例:(37.5)8

37.5

*▼•

011111.101(37.5)8=(11111.101)2

・十六进制进制将每一位十六进制数转换成相应的

4位二进制数。

例:(2AE.D)i6

2AE.D

"T丁丁(2AE.D)16=(1010101110.1101)20010

10101110.1101

字符编码

・计算机只能识别二进制数码信息，因此，一切非二进制

数码的信息，如各种字母、符号都需要用特定的二进制编码

进行交换。

L字符编码通常采用ASCII码（美国标准信

息交换代码），是一种“用七位二进制数为一个字符”的编

码

方案。它可以表示128个字符，其中包括数码0〜9,大写英

文字母A〜Z,小写英文字母a〜z,运算符号和一些控制功能

符号等。

在计算机中为了表示方便，在最高位加一位“0”凑足一个

字节，用8位二进制数即一个字节表示一个字符。

2.汉字编码汉字在计算机中的表示形式。

1.4微型计算机的硬件组成

1.CPU、内存、接口和总线

接口：计算机主机与外部设备之间的桥梁,

实现计算机与外部设备之间交换信息的

重要工作。

按数据传输方式，分为串行接口和并行接

口。

主板是固定在计算机主机箱箱体上的一

块电路板。

CMOS

主板电池

控制芯片