计算机导论 课件 第1、2章 计算机概述、数据表示与编码

计算机导论教师：第1章计算机概述01目录CONTENTS1计算机的诞生与发展2计算机的分类3计算机的特征4计算机的应用5计算机的发展趋势6计算机思维本章学习目标 了解计算机的发展历史 掌握计算机的分类、特点及应用 理解计算思维的定义、基本特征及应用 了解计算机学科体系结构本章学习目标计算机的诞生与发展计算思维计算机发展趋势计算机的应用与发展计算机的分类与特点

计算机概述计算机的诞生20世纪上半叶，随着艾伦·图灵提出图灵机模型，第一台通用电子计算机问世，以及冯·诺依曼体系结构的提出，为现代电子计算机的发展奠定了基础。图灵机ENIAC冯·诺依曼体系结构

计算机的诞生图灵机

计算机的诞生基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，图灵机虽然简单，但极其强大，它能模拟计算机的所有计算行为，现代电子计算机都是基于图灵机思想设计的，图灵机的出现为计算机的诞生奠定了理论基础。艾伦·麦席森·图灵ENIAC

计算机的诞生世界上第一台通用计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，电子数字积分计算机）于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生，发明者是美国人莫克利和艾克特。当时正处于第二次世界大战期间，美国国防部用它来进行弹道计算，冯·诺依曼体系结构

计算机的诞生

冯·诺依曼型计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。冯·诺依曼第一代电子管计算机第二代晶体管计算机

计算机的发展第三代集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机第五代新一代计算机

计算机的发展巨型机1234大型机小型机

微型机巨型机、大型机、小型机、微型机和嵌入式计算机计算机的分类根据计算机的规模、性能、用途等因素分类

嵌入式计算机5中国超级计算机神威太湖之光

（每秒12.5亿亿次浮点运算)2019年排名第3的超级计算机IBM大型计算机Dell微型机

运算速度快计算精确度高具有记忆和逻辑判断能力自动化程度高计算机的特点随着计算机技术的发展，现代计算机主要具有以下特点。。5可靠性高电子商务多媒体应用过程控制科学计算数据处理计算机辅助应用计算机的应用网络应用人工智能单主机计算模式浏览器/服务器计算模式客户/服务器计算模式云计算模式计算模式的发展计算机的发展趋势巨型化微型化网络化智能化专用化多媒体化未来新型计算机超导计算机量子计算机DNA（脱氧核糖核酸）计算机光计算机纳米计算机神经网络计算机生物计算机计算思维是由美国卡内基·梅隆大学的周以真（JeannetteM.Wing）教授于2006年首次提出的。她认为，计算思维是指运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动。计算思维是一种建立在计算机科学概念基础上的思维方式，它不局限于计算机。说到底计算机只是一种工具，这种工具的伟大之处在于它促使人们借此发展了思考问题的方式。计算思维的定义计算思维的基本特征

计算思维是概念化的，而不是程序化的

计算思维是根本技能，不是刻板技能。

计算思维是人的思维方式，不是计算机的思维方式。计算思维是数学思维和工程思维的互补与融合。计算思维是一种思维方式，而不仅仅是人造物。扩展阅读世界上第一位女程序员大家知道，世界上第一位女程序员是谁吗？她就是19世纪英国一位成就卓著的数学家，浪漫派诗人拜伦勋爵的女儿——艾达·洛夫莱斯（AdaLovelace）查尔斯的分析机艾达的算法图表手稿谢谢聆听THANKS计算机导论教师：第2章数据表示与编码02目录CONTENTS1数制2数据的存储3数值在计算机中的表示4信息编码本章学习目标掌握各种进制之间的转换方法掌握数值型数据在计算机中的表示方法了解非数值型数据在计算机中的表示方法本章学习目标数制所谓数制，也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。常用的数制是十进制，即用0～9这10个数字表示数值。此外，七进制（7天为1个星期）、十二进制（12个月为1年，12个为一打）、二十四进制（24小时为1天，1年有二十四节气）、六十进制（60分钟为1小时，60秒为1分钟）等进制也经常被使用。任何数制都包含数码、基数和位权3个要素

。

数制

数制要素数码在数制中，表示基本数值大小的不同数字符号称为数码。例如，二进制有2个数码：0、1；十进制有10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。基数在一种数制中，每个数位上可用数码的个数称为该数制的基数。例如，十进制数的基数是10，每个数位可使用的数字是0～9，即逢十进一；二进制数的基数是2，使用0和1两个数字，即逢二进一。位权每个数码所代表的真正数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数就叫作位权。位权的大小是以基数为底、数码所在位置的序号为指数的整数次幂二进制在计算机内部，所有信息都是用二进制数来表示的，即采用0和1组成的序列，二进制数的基数为2，进位规则是逢二进一，借位规则是借一当二。因此，对于一个二进制数来说，各位的位权是以2为底的整数次幂。十六进制十六进制数的基数为16，包括0,1,2,…,9,A,B,C,D,E,F共16个数码，进位规则是逢十六进一，借位规则是借一当十六。十进制点击输入文字内容，根据具体情况灵活应用语言简洁概括，提炼主要关键词做到合乎逻辑，层次分明，语言简练。八进制八进制数的基数为8，包括0,1,2,…，7共8个数码，进位规则是逢八进一，借位规则是借一当八。常用数制常用数制进制数基数数码符号规则位权进制标识举例二进制数20，1进位：逢二进一借位：借一当二2iB(101)2或101B八进制数80～7进位：逢八进一借位：借一当八8iO或Q(217)8或217O十进制数100～9进位：逢十进一借位：借一当十10iD(123)10或123D十六进制数160～9，A～F进位：逢十六进一借位：借一当十六16iH(1AD)16或1ADH把以上进制扩展到一般形式R进制，得到其进制数的基数为R，包含0，1，…，R-1共R个数码。进位规则是逢R进1，借位规则是借一当R，各位的位权是以R为底的整数次幂。因此，任何一种进制数都可以写出按其位权展开的多项式之和，任意一个R进制数D按位权展开可表示为如下式子：

式中，D有m位整数，n位小数；Ki为D中对应位上的数码。进制之间的转换常用进制数的对应关系表十进制数二进制数八进制数十六进制数十进制数二进制数八进制数十六进制数0000810001081111910011192102210101012A3113311101113B41004412110014C51015513110115D61106614111016E71117716

111117F进制之间的转换1．R进制数转换为十进制数将R进制数转换为十进制数比较简单，只需要将该进制数按位权展开并逐项相加即可。例2-1将二进制数1101.101转换成对应的十进制数。(1101.101)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3例2-2将八进制数245.73转换成对应的十进制数。(245.73)8=2×82+4×81+5×80+7×8-1+3×8-2例2-3将十六进制数D27.5F转换成对应的十进制数。(D27.5F)16=13×162+2×161+7×160+5×16-1+15×16-2进制之间的转换2．十进制数转换为R进制数将十进制数转换为R进制数，需要对整数部分和小数部分分别进行转换。（1）整数部分的转换规则是“除R取余法”，即用基数R多次整除该十进制数的整数部分取余数，直到商为0为止，每次整除所得到的余数按倒序排列即

转换后R进制数的整数部分，也就是最后得到的余数为最高位，最先得到的余数为最低位。（2）小数部分的转换规则是“乘R取整法”，即用基数R多次乘以该十进制数的小数部分取整数，直到小数为0或达到有效精度为止，每次相乘所得乘积的整数部分按正序排列即为转换后R进制数的小数部分，也就是最先得到的整数为最高位，最后得到的整数为最低位。（3）将转换得到的整数部分和小数部分组合在一起，就得到最后的进制转换结果。进制之间的转换2．十进制数转换为R进制数例2-4将十进制数(35.125)10转换为二进制数。转换过程如图2.1所示，得到转换结果：(35.125)10=(100011.001)2进制之间的转换2．十进制数转换为R进制数例2-5将十进制数(58.425)10转换为八进制数，精确到小数点后两位。转换过程如图2.2所示，得到转换结果：(58.425)10=(72.33)8进制之间的转换2．十进制数转换为R进制数例2-6将十进制数(4780.65)10转换为十六进制数，精确到小数点后两位。转换过程如图2.3所示，得到转换结果：(4780.65)10=(12AC.A6)16进制之间的转换3．二进制数、八进制数和十六进制数之间的转换1）二进制数与八进制数的转换将二进制数转换为八进制数的基本法则是取三合一法，即整数部分以小数点为界从右往左，每三位一组进行转换，小数部分从小数点开始从左往右，每三位一组进行转换。整数部分不足三位一组者，左边补0，小数部分不足三位一组者，右边补0。若将八进制数转换为二进制数，则只需要把八进制数的每一位数码用相应的三位二进制数码表示出来即可。例2-7将二进制数(110100101.0101)2转换成八进制数。110

100

101.010

100645.24则(110100101.0101)2=(645.24)8进制之间的转换3．二进制数、八进制数和十六进制数之间的转换1）二进制数与八进制数的转换例2-8将八进制数(347.25)8转换成二进制数。347.25011

100

111.010

101则(347.25)8=(011100111.010101)2进制之间的转换3．二进制数、八进制数和十六进制数之间的转换2）二进制数与十六进制数的转换二进制数转换为十六进制数的法则是取四合一法，和二进制数与八进制数之间的转换法则类似，区别是每四位一组进行转换。十六进制数转换成二进制数，则是把十六进制数的每一位数码用四位二进制数码表示出来。例2-9将二进制数(110100101.011)2转换成十六进制数。0001

1010

0101.01101

A5.6则(110100101.011)2=(1A5.6)16例2-10将十六进制数(E57.6B)16转换成二进制数。E

57

.6

B1110

0101

0111.0110

1011则(E57.6B)16=(111001010111.01101011)2数据的存储计算机中的信息是以二进制形式组织和存储的，信息存储的基本单位

有位、字节和字。位（bit）表示一个二进制位，简写为b，是计算机中信息存储的最小单位，用0或1表示。由于位单位较小，用它表示比较大的数不太方便，因此引入了字节这个单位，字节（Byte），简写为B，是信息存储的基本单位，1字节等于8个二进制位，即1Byte=8bit。此外，计算机中常用的存储单位还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）、拍字节（PB）、艾字节（EB）、泽它字节（ZB）、尧它字节（YB）等，换算关系如下。1KB=1024B=210B1MB=1024KB=210KB1GB=1024MB=210MB1TB=1024GB=210GB1PB=1024TB=210TB1EB=1024PB=210PB1ZB=1024EB=210EB1YB=1024ZB=210ZB对于不同类型的数据需要采用不同的编码形式，也因此制定了相应的规则和标准。例如，数值型数据有大小、正负之分，因此在计算机中引入原码、反码和补码的概念。为解决数据表示的范围问题，对于数值型数据引入定点表示和浮点表示。下面来了解数值型数据的相关概念。1．真值数与机器数（1）真值数即带有正负号的数值，如120、-15等。（2）机器数是指将符号“数字化”，是数据在计算机中的二进制表示形式。机器数有两个特点：一个是符号数字化，另一个是其数的大小受机器字长的限制。机器数分为无符号数和带符号数，无符号数是指整个机器字长的全部二进制位均表示数值位，相当于数的绝对值。带符号数的最高位表示符号位，而不再表示数值位，最高位分别用0、1来表示正负号。例如，真值数+9和-9用8位带符号数表示，分别为00001001和10001001。数值在计算机中的表示定点表示法浮点表示法数据的定点表示和浮点表示数据的定点表示和浮点表示。原码在表示数的时候，其最高位是符号位，符号位0表示正，1表示负，其余位表示数值的大小。反码有两种情况：正数的反码与原码相同；负数的反码是将原码除符号位之外的其他各位按位取反。原码、反码和补码原码、反码和补码。补码有两种情况：正数的补码和原码相同；负数的补码是反码加1。取反。算术运算逻辑运算二进制数的基本运算二进制数的算术运算与十进制数的算术运算一样，包括加法、减法、乘法、除法四则运算，

而且运算更简单，进位规则是逢二进一，借位规则是借一当二。二进制算术运算规则如表2.4所示。

这句话改成“与十进制数的算术运算一样，二进制也可以进行加、减、乘、除四则运算，

”加法减法乘法除法0+0=00+1=11+0=11+1=0（向高位进一）0-0=01-1=01-0=10-1=1（向高位借一当二）0×0=00×1=01×0=01×1=10÷1=01÷1=10÷0、1÷0（无意义）

逻辑运算二进制数的基本运算（1）逻辑与运算也称逻辑乘运算，通常用“∧”、“×”、“·”或“and”符号表示两个逻辑变量间的与关系，当A、B两个条件同时满足时，结果才为真，只要有一个条件为假，结果即为假。（2）逻辑或运算也称逻辑加运算，通常用“∨”、“+”或“or”符号表示两个逻辑变量间的或关系，当A、B两个条件中只要有一个条件满足时，结果就为真，只有两个条件都为假时，结果才为假。（3）逻辑非运算通常用“¯”、“¬”或“not”符号表示同原条件相反，如

A。（4）异或运算通常用“⊕”“xor”

表示两个逻辑变量间的异或关系，当A、B两个逻辑值不相同时，异或结果为真；当A、B两个逻辑值相同时，异或结果为假。

这句缺少1个顿号，这句改成“⊕”、“xor”

ABA∧BA∨B

AA⊕B000010010111100101111100西文字符编码汉字编码Unicode编码字符编码西文字符编码字符编码西文字符包括字母、数字、标点符号、

控制符号等字符。计算机中对字符的编码，通常采用ASCII码（AmericanNational

StandardCodeforInformaticaInterchange，美国标准信息交换码），此编码被国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）定为国际标准，为世界所通用。ASCII码有7位ASCII码版本和8位ASCII码版本。国际上通用的是7位ASCII码版本，即用7位二进制数表示字符，其中最高位是0，可表示128（27）个字符，包括26个大写英文字母、26个小写英文字母、0～9共10个数字字符、33个控制字符，其余为专用字符。其中大写字母A的ASCII码为65；小写字母a的ASCII码为97，数字0的ASCII码为48，由此可推出其余大、小写字母及数字的ASCII码。ASCII码为8、9、10和13分别对应退格、制表、换行和回车字符。ASCII码表如表2.6所示。ASCII码d3d2d1d0位

（低四位）0d6d5d4位（高四位）0000010100111001011101110000NULDELSP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2"2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB’7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC＋﹕K[k{1100F