第1章 计算机基础（第一次）

大学计算机基础教师：朱正国电话学与计算机学院第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识

1.1计算机概述

1.1.1计算机的产生和发展（了解）

1.1.2计算机的分类（掌握）

1.1.3计算机的特点（了解）

1.1.4计算机的应用（了解）

1.2数据在计算机中的表示

1.2.1数制（掌握）

1.2.2各进制数间的转换（掌握）

第一章计算机基础知识

本次课重点：数制本次课难点：各进制数间的转换

教学引入

现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你了解计算机的发展史吗？计算机中是如何编码的呢？还有计算机的构成呢？

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计算机概述计算机与一般计算工具的差别存储器的大小运算能力定义电子计算机是一种能按预先存储的程序，对以数字形式出现的信息进行处理的电子装置。上一页

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计算机的产生和发展1.1.1计算机的产生和发展1.计算机的产生世界上第一台电子计算机ENIAC1.1.1计算机的产生和发展5000次加法/秒重30吨占地170m218000只电子管1500个继电器功率150KW价值40万美元2.计算机的发展 冯诺伊曼理论体系：

(1)计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；

(2)采用二进制形式表示计算机的指令和数据；

(3)将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序——这就是“存储程序”思想的基本定义。1.1.1计算机的产生和发展按硬件划分计算机年代(四代——电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路)1.1.1计算机的产生和发展第一代（1946~1958）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1959~1964）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~至今）集成电路几百万~几亿（次/秒）3.计算机的发展趋势１、巨型化：超级计算机1.1.1计算机的产生和发展1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”中国早期的超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。1.1.1计算机的产生和发展2014年6月，比较全球超级计算机性能的专家机构“TOP500组织”发布计算速度的最新排行榜，中国国防科学技术大学研发的“天河2号”实现三连冠。IBM蓝色基因日本“京”计算机3.计算机的发展趋势2、微型化

随着微电子技术的进一步发展，微型计算机将发展得更加迅速，其中笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。

智能手机就是计算机微型化的典型代表。1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势3、多媒体化多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联网和信息资源共享，因此被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。1.1.1计算机的产生和发展

3.计算机的发展趋势4、智能化计算机智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险环境的劳动，运算速度为每秒约十亿次的“深蓝”计算机在1997年战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。1.1.1计算机的产生和发展DeepblueGarryKasparov

3.计算机的发展趋势5、网络化网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，按照一定的网络协议相互通信，以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。1.1.1计算机的产生和发展按处理数据的方式分类：模拟计算机和数字计算机；按应用范围分类：专用计算机和通用计算机；按规模分类：

根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类：1．巨型计算机2.大型计算机3.中型计算机4.小型计算机1.1.2计算机的分类5．工作站 工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。

6．微型计算机 微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。1.1.2计算机的分类1.1.3计算机的特点1、运算速度快2、计算精度高3、记忆能力强

计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。4、逻辑判断能力计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能5、自动控制能力计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。1.1.3计算机的特点1.1.4计算机的应用1、科学计算科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。2、数据处理数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。1.1.4计算机的应用

3、过程控制

过程控制也称为实时控制，主要是指计算机在工业和军事方面的应用。计算机能及时采集检测数据并按最优方案实现自动控制，如炼钢过程的计算机控制、导弹自动瞄准系统、飞行控制调动等。4、计算机辅助系统计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)计算机辅助教学(ComputerAidedInstruction，CAI)计算机辅助工程(ComputerAidedEngineering，CAE)1.1.4计算机的应用

机器人。主要分为“工业机器人”和“智能机器人”两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业(如海底、井下、高空作业等)；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和回答问题。

专家系统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开出药方和假条。

模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器，识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。5、人工智能二进制1.2.2计算机的数据编码1.2数据在计算机中的表示一、进位计数制

把一组特定的符号按先后顺序排列起来，由低位向高位进位计数的方法，称为“进位计数制”。

相关概念：

【数位】数码在一个数中的位置，如十进制数中的个位、十位……

【基数】在某种进制数中允许使用的基本符号的个数，一般r进制数其基数就是r。

【权】和数位有关的概念，即每一个数位上的数码所表示的数值的大小，一般等于该数码本身乘以一个常数，该常数即权。任何一个进制数都可按权展开成为多项式，各位的权是以基数为底的幂，如十进制数555.55可表示为：

555.55=5×102+5×101+5×100+5×10-1+5×10-2(其中划线部分即为权)1.2.1计算机中的数制R进制数可用

r个基本符号（例如0，1，2，…，r-1）表示。基数权:以基数为底的幂数码678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2二、计算机编码1.十进制（Decimalnotation,用D表示）

基数为10，数符为0~9的计数系统，称为“十进制”。

十进制计数规则

基数:10

数符:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

运算规则:逢十进一

位权:10i

十进制数整数部分的位权从最低位开始依次是100、101、102、103、104…

十进制数小数部分的位权从最高位开始依次是10-1、10-2、10-3、10-4…

十进制数表示方法：从位权角度看，任意一个十进制数可以展开成数字与其位权乘积的多项式之和。A=±(an-1×10n-1＋…a1×101＋a0×100＋a-1×10-1＋a-2×10-2＋…a-m×10-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)为0~9中任何一个数字符号。【例】十进制数3450.02可以写成如下加权展开多项式：

3450.02=3×10³＋4×10²＋5×10¹＋0×100

＋0×10-1＋2×10-2【提示】系统默认对十进制数不加下标。2．二进制数（Binarynotation,用B表示）基数为2,数符为0、1的计数系统,称为“二进制”。

二进制计数规则：

基数:2

数符:0、1

运算规则:逢二进一

位权：2i

二进制各数位的权是以2为底数的幂。

二进制数整数部分的位权

从最低位开始依次是20、21、22、23、24…

二进制小数部分的位权

从最高位开始依次是2-1、2-2、2-3、2-4…

二进制数表示方法：从位权角度看，任意一个二进制数同样可以用多项式之和来表示。

A2=±(an-1×2n-1＋…a1×21＋a0×20＋a-1×2-1＋a-2×22＋…a-m×2-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)为0~1中任何一个数字符号。【例】二进制数(1011.01)2可以写成如下多项式：

(1011.01)2=1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2【提示】二进制数必须加下标如(1011.01)2,或加数制符如1011.01B来表示。3．八进制（Octalnotation,用O表示）

基数为8，数符为0~7的计数系统，称为“八进制”。

八进制计数规则：

基数：

8

数符：0、1、2、3、4、5、6、7

运算规则：逢八进一

位权：

8i

八进制各数位的权是以8为底数的幂。

八进制数整数部分的位权

从最低位开始依次是80、81、82、83、84…

八进制小数部分的位权

从最高位开始依次是8-1、8-2、8-3、8-4…

八进制数表示方法

从位权角度看,任意一个八进制数同样可以用多项式之和来表示。

A8=±(an-1×8n-1＋…a1×81＋a0×80＋a-1×8-1＋a-2×82＋…a-m×8-m)

其中：ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)为0~7中任何一个数字符号。

【例】八进制数(4537.71)8,按位权相加展开式为：

(4537.71)8=4×8³＋5×8²＋3×8¹＋7×80＋7×8-1＋1×8-2

【提示】八进制数必须加下标如(4537.71)8,或加数制符如4537.71O

来表示。4．十六进制（Hexadecinal，用H表示）

基数为16,数符为0~9以及A~F的计数系统,称为“十六进制”。

十六进制计数规则：

基数:

16

数符:0~9、A~F或a~f

运算规则:逢十六进一

位权:

16i

十六进制各数位的权是以16为底数的幂。

十六进制数整数部分的位权从最低位开始依次是160、161、162、163、164…

十六进制小数部分的位权从最高位开始依次是16-1、16-2、16-3、16-4…

十六进制数位权与十进制数值的对应关系

A、B、C、D、E、F表示的数值与十进制数对应关系如表1-3所示。

表1-3十六进制数位权与十进制数值的对应关系十六进制数ABCDEF十进制数101112131415二进制101010111100110111101111

十六进制数表示方法从位权角度看,任意一个十六进制数同样可以用多项式之和来表示。

A16=±(an-1×16n-1＋…a1×161＋a0×160＋a-1×16-1＋a-2×162＋…a-m×16-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)为0~9

以及A~F中任何一个数字符号。【例】十六进制数(34AF.4)16，按位权展开式为：

(34AF.4)16=3×16³＋4×16²＋10×16¹＋15×160＋4×16-1【提示】十六进制数必须加下标如(34AF.4)16，或加数制符如34AF.4H来表示。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=2r=8r=10r=16数符0,10,1,…,70,1,…,90,1,…9,A,B,…,F权2i8i10i16i形式表示BODH5.计算机中常用的几种进位计数制归纳如下三、在计算机内部采用二进制1．易于用器件实现

二进制只有0和1两个状态，电子元件就可以用对立的两个状态来表示，可用自然界存在的两种对立的物理状态表示。2．二进制数运算简便

二进制数的运算法则比其他进制简单

加法

0＋0＝0

乘法

0×0＝0

0＋1＝1＋0＝1

0×1＝1×0＝0

1＋1＝10

1×1＝1

2(2+1)/2个和2(2+1)/2个积3．易于实现逻辑运算

采用二进制可以进行逻辑运算，使逻辑代数和逻辑电路成为计算机电路设计的数学基础。1.非十进制(二、八、十六进制)与十进制的相互转换(1)非十进制十进制一个非十进制数的加权系数和就是该非十进制数所对应的十进制数，也称“按权展开相加法”。

例：

(10101)B=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20=21(101.11)B=1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=5.75(101)O=1×82+0×81+1×80=65(71)O=7×81+1×80=57(101A)H=1×163+0×16