第1章 电子计算机基础

计算机应用基础四川化工职业技术学院第1章电子计算机基础知识1.1电子计算机的概念和特点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

1.1电子计算机概念和特点电子计算机是什么？

计算机是一种能够存储数据并可自动、高速地处理信息的电子设备，它由一系列物理电子元件

组成。电子计算机的特点1.1电子计算机概念和特点运行高度自动化有记忆特性运算速度快运算精度高可靠性高世界上第1台电子计算机1.2电子计算机的产生和发展

1946年2月，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世。 它的出现，开创了一个计算机时代，引发了一场由工业化社会发展到信息化社会的新技术产业革命浪潮，从此揭开了人类历史发展的新纪元。1.2电子计算机的产生和发展ENIAC档案世界上的一台电子计算机ENIAC体积庞大重达30吨启动电力150000瓦含18000个电子管仅能保存80个字节服役期：1946.2～1955.10冯.诺依曼型计算机1.采用二进制来表示各种指令和数据采用二进制的优点为：容易表示在物理上最容易实现，可以使用任何具有两个不同稳定状态的元件来表示。如:晶体管的导通与截止、电流的有无、电平的高低运算简单编码及运算规则都比较简单。“1”和“0”与“真”和“假”对应，易于逻辑判断。传输和处理时不容易出错，可保障计算机的高可靠性。冯.诺依曼型计算机2.采用存储程序的工作原理使计算机自动运行3.计算机的组成：计算机由控制器、运算器、存储器、输入、输出设备五个部分组成第一代（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其余数据见表1－11.3电子计算机分类及应用国际上根据计算机的性能指标和应用对象将计算机分为六大类1、巨型机：其运算速度达到每秒10亿次上、价格在200万至2000万美元之间。2、小巨型机：运算速度在几千万次左右。4、小型机：运算速度在几百万次左右。5、个人计算机：又称PC机，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。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1/10.6、工作站：：工作站是一种功能强大的的台式计算机，常用于图形图形处理或局域网服务器计算机的应用1、科学计算如：天气预报、卫星轨道计算2、数据处理如：企业管理、库存管理帐目管理3、实时控制4、计算机辅助系统5、智能模拟与神经网络计算机技术6、在人类生活中的应用4、计算机辅助系统计算机辅助设计

CAD（Computer-AidedDesign）计算机辅助制造CAM（Computer-AidedManufacturing）计算机辅助教育CBE（Computer-BasedEducation）计算机辅助教学CAI(Computer-AidedInstruction)、计算机辅助测试CAT(Computer-AidedTest)计算机管理教学CMI(Computer-ManagementInstruction)。5、人工智能人工智能即用计算机模拟人的思维。具体应用：机器人（工业机器人、智能机器人）定理证明模式识别（图形识别、语音识别）专家系统（自然语言处理、机器翻译、智能检索）6、在人类生活中的应用在教育领域在商业领域在艺术领域如：电脑绘画、音乐合成数码影象合成在交通及军事领域如：卫星定位系统和交通导航系统1.4进位计数制基础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。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1.4.2各种数制的转化进位计数制的两个相关概念：1、基数：所使用的不同基本符号的个数。2、位权：处于该位的数字所代表的值的大小。例：(321)10=3×102+2×101+1×100

(101)2=1×22+0×21+1×201.其它数制（R数制）转换为十进制：按权展开相加即只要把R进制中出现非0的位数权相加即可。例如：(101)B=1×22+0×21+1×20

=4+0+1=(5)D(501)O=5×82+0×81+1×80

=64+0+1=(328)D(32CF.4)H=3×163+2×162+12×161

+15

×

160

+4×

16-1=(13007.25)D例如：(217)10＝()B余数

2|217

1(最低位)2|10802|5402|2712|1312|602|31 2|11(最高位)

0

结论：(217)10＝(11011001)B2、十进制转换成R进制1）整数部分的转换

除r取余,从末位取起

即：把一个十进制的整数不断除以所需要的基数r，取其余数（除r取余法），直到商为0,就能够转换成以r为基数的数。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：将一个十进制小数转换成r进制小数时，将十进制小数不断地乘以r，并取整，直到小数部分为0或达到所求的精度为止.这称为乘r取整法。混小数的转换如果十进制数包含整数和小数两部分，则必须将十进制小数点两边的整数和小数部分分开，分别完成相应的转换，然后，再把r进制整数和小数部分组合在一起。练习：

(25.125)D=()B3、二进制、八进制的相互转换二进制转换到八进制，只要将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右3位一组（不足3位补零），根据表完成转换。例1：例1： (110

110.001

100)B＝(66.14)O (12.34)O=(001010.011100)B把八进制数转换成二进制数只是上述方法的逆过程特别转换方法：利用二进制、八进制和十六进制之间的特殊关系直接转换。见表

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4、二进制、十六进制之间的相互转换方法

二进制同十六进制之间的转换就如同八进制同二进制之间一样，只是4位一组。例2： (10A1)H=(0001

0000

1010

0001)B (101

0111)B=(57)H1.4.3二进制的运算规则（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＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝10(进位)例：二进制数1101＋1010＝？

1101

＋1010

10111练习：求二进制数之和。

10001111+01100001=？减法同理。答案：11110000（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＝0

0÷1＝0

1÷0＝（无意义）

1÷1＝12、二进制的逻辑运算逻辑变量之间的运算称为逻辑运算,逻辑运算是按位进行的,位于位之间不像加减运算那样有进位或错位的关系。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”逻辑运算包含三种基本运算：逻辑加法：又称逻辑“或”逻辑乘法：又称逻辑“与”逻辑否定：又称逻辑“否”1.5计算机中数据与信息的表示方法计算机中的数据和信息的常用单位有：1、位（bit)：位是计算机中最小的数据单位，一个位表示一位二进制数，单位符号为bit。它能表示“0”和“1”两种状态2、字节（Byte)：字节是表示存储空间基本的容量单位，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：字长是计算机存储、传送、处理数据的信息单位。用计算机一次操作的二进制们最大长度来描述。如8位、16位、32位等。例:对32位微机可动态管理的内存为232=4GB1.5.1数据与信息的概念1、机器数表示正负数计算机中的数通常用一个数的最高位来表示，称为符号位。一般规定符号位用“0”表示正数，用“1”表示负数。符号位用0、1表示的二进制数，称为机器数。例：十进制数＋56对应的真值数(+111000)在字长为八位计算机中表示为：0

0

1

1

1

0

0

0

符号位数值部分1.5.2计算机中数的表示方法

2、数的定点和浮点表示

定点小数S符号位小数点|N|<=1-2-m

定点整数

S小数点符号位无符号位小数点|N|<=2n-10<=N<=2n+1-1m+1位n+1位

浮点数

用浮点数表示计算机处理的实数，即带有小数部分的数。任意二进制规格化浮点数在计算机内的存储形式是：110.011(B)=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11

为了便于计算机中小数点的位置，规定将浮点数写成规格化的形式，即尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1,从而唯一地规定了小数点的位置。阶码数符阶符尾数尾数的位数决定数的精度。阶码的位数决定数的范围。1101100110例如：计算机字长为16位，设尾数为8，阶码为6位；写出二进制数N=-1101.011的规格化浮点数表示以及在计算机内存中的存储形式。 3.原码、反码、补码

对于带符号数，正数的反码、补码与原码一样；而负数的反码相对于原码的符号位不变，其余各位取反，负数的补码是在反码值上加1。0X1|X|0<=XX<=00X1|X|0<=XX<=00X1|X|+10<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

－7：10000111－0：10000000+7：00000111+0：00000000－7：11111000－0：11111111+7：00000111+0：00000000－7：11111001－0：00000000(2)反码(3)补码[X]原=[X]反=[X]反=1.5.3计算机中信息编码ASCII码是美国信息交换标准代码。(AmericanStandardCodef