机械书 第一章 计算机基础知识

计算就基磁应用数程

计算机应用基碉

aI

计算机基础

应用教程

第一幸计算机基砒和鹤

□计算机概论

□计算机常用的数制及其转换

□计算机常用信息编码与数据处理方法

□计算机系统的组成

□计算机产业及主要产品介绍

1.1计算机椭卷

□计算机的发展概况

口计算机的特点

□计算机的应用

口计算机的分类

□计算机的发展趋势

Oi.i.i计算机的发展椭次

□最早的计算工具

中国唐代发明的算盘

聂A*1.1.1计算机的发展槌次

□计算尺

可执行加、减、乘、除、指数、三角函数等运算

O1.1.1计算机的发展规祗

□机械式计算机

基于齿轮技术构造的计算装置，被人们称作机械式计算机

1.1.1必算机的或展辘况

□近代计算机

1812年差分机查尔斯.巴贝奇1834年设计的分析机

却，LL1计算机的发展椭次

□第一台电子计算机

ENIAC：ElectronicNumericalIntegrator

AndCalculator（电子数字积分器和计算器）

A1946年4月，美陆军阿伯丁弹道实验室，占地

170m2,重30吨,18800个电子管,1500个继

电器，7000个电阻，耗电150千瓦，5000次/

秒

»主要用于计算弹道和氢弹的研制

工A*1.L1计算机的发展槌次

□第一台电子计算机

却，LL1计算机的发展椭次

口第一台通用电子计算机

EDVAC-一ElectricDiscreteVariableAutomatic

Computer（电子离散变量自动计算机）

»采用二进制并能存储程序和数据

»为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了

基础

»冯•诺依曼计算机，其运算速度是ENIAC的240

倍。

LL1计耳机的或展椭就

口电子计算机时代的主要

科学家

A阿兰•图林

•建立图灵机模型，奠定了

可计算理论的基础

•提出了图灵测试的论断，

奠定了人工智能的理论基

础

1.1.1计算机的发展椭施

口电子计算机时代的主要

科学家

＞冯•诺依曼

•冯•诺依曼明确规定出计算

机的五大部件：运算器

CA、逻辑控制器CC、

存储器M、输入装置I和输

出装置O,并描述了五大

部件的功能和相互关系。

却*计算机发展的四个时代

第一代计算机：电子管计算机时代(1946〜1958)

器件：电子管软件：机器语言、汇编语言应用：科学计算

第二代计算机：晶体管计算机时代(1959〜1964)

器件：晶体管软件：高级语言应用：数据处理、工业控制

第三代计算机：集成电路计算机时代(1965〜1970)

器件：集成电路软件：操作系统应用：文字处理、图形处理

第四代计算机：大规模、超大规模集成电路计算机

时代(1971至今)

器件：大规模集成电路软件：数据库、网络等应用：社会各领域

%%L1.2计算机的特意

电子计算机（简称计算机，又称电脑、信息

处理机）是一种能够高速、自动地进行信

息处理的电子设备。它具有如下特点：

口运算速度快

口计算精确度高

口具有记忆和逻辑判断能力

□具有自动控制能力

□科学计算（数值计算）

口数据处理（信息处理）

口自动控制

□计算机辅助设计和辅助教学

□人工智能方面的研究和应用

□多媒体技术应用

□虚拟现实

LL4计算机的台类

按计算机的功能分：专用计算机和通用计算机

巨型机：速度最快、处理能力最强

例如：曙光4000A644GB内存，浮点运算达每秒8万亿

次

大型、通用、较快、较强

大型机：作“客户机/服务器”的服务器

作“终端/主机”的主机

小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短

按综合性能工艺先进、使用维护简单

指标分类

微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜

中央处理器：一个芯片

工作站：介于PC与小型机之间

高分辨率、大容量内外存，图形功能较强

网络计算机：基于Java技术的瘦客户机系统

O1.1.5计算机的发展卷势

口微型化

Altair8800

1.1.5计算机的发展也势

口巨型化

运算速度可达每秒万亿次运算的超级计算机

1975年世界上第一台超级计算机“Cray』”

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CRAT-II

算的高科技领域。

中国的超级计算机：

国防科技大学研制的

“银河1号”、“银河2号”和“银河3

号”

银河n

国家智能计算机中心推出的

“曙光1000”,“曙光2000”“曙光4000A”

0—今

溺全球最快10台超级计算机系统排(2004.9)

1、NEC公司研制的“地球模拟器”。35.86万亿/次

2、加利福尼亚数字公司为劳伦斯-利弗莫尔国家实验室研

制的Thunder。

3、惠普公司为洛斯-阿拉莫斯国家实验室研制的ASCIQ。

4、IBM研制的“蓝色基因/LDD1”原型系统。

5、戴尔公司为美国超级计算应用中心研制的Tungsten。

6、IBM公司为欧洲中期天气预报中心研制的二台基于

Power4芯片的系统。

7、富士通公司研制的“超级组合机群系统”。

8、IBM研制的“蓝色基因/LDD2”原型系统。

9、惠普公司为美国西北太平洋国家实验室研制的基于安

腾芯片的机群系统。

10、中国曙光计算机公司为上海超级计算机中心研制的

“曙光4000A"。8万亿/次

今

工A*L1.5计算机的发展抽势

□智能化

03年11月16日，现年40岁的国际象棋

1997年5月11日“深蓝”战胜卡斯帕罗排行第一的选手卡斯帕罗夫与电脑

夫“X3D-FRITZ”进行了第三回合的较量,

经过4个多小时的激战，他终于取得了

首次胜利，为人类挣回了一点面子。

1.1.6京来计算机展矍

计算机网络：

计算机技术与通信技术结合

的产物。

计算机网络的发展动力：

使用远程资源，共享程序、

数据和信息资源，网络用户

的通讯和合作。

泉束的计算机

口量子计算机

口光子计算机

□生物计算机

受3必算机

□量子计算机是一类遵循量子力学规律进行

高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信

息的物理装置。当某个装置处理和计算的

是量子信息，运行的是量子算法时，它就

是量子计算机。

口量子计算机研究中最突出的特点是物理学

的原理和计算机科学的交融和相互促进。

二《光8新算机

□推动着因特网发展的更多数据和更快速度

的需求，迫使人们采用速度更快的路由器,

而采用常规电子设计的路由器是远远无法

达到所需速度的。

□光子优于电子的另外一个方面是，如果两

束光子的路线相交叉，它们不会相互影响。

只是在两束光子照射到同一个探测器上时,

才会有影响。电路板设计要求电路分离，

以避免短路，而光束则能够在计算机里的

二维空间或者三维空间中穿行。

安场必算机

口生物计算机的主要原材料，是生物工程技术生产的

蛋白质分子，并以此作为生物芯片。在这种芯片中,

信息以波的形式传播。当波沿着蛋白质分子链传播

时，引起蛋白质分子链中单键和双键结构顺序的变

化。因此，当波传播到分子链的某个部位时，它们

就象芯片中的载波子那样传递信息。

,%1.2计算机存用的裁制及共存换

□二进制数

□二进制与其它数制

□不同进制数之间的转换

1.2.12还制敕

••…按进位的方法进行计数。

特点表示数值大小的数码与它在数中的位置有关。

三要素数位数码在一个数中所处的位置。

基数每个数位上所能使用的数码的个数。

位权多位数中处在某一位上的“1”所表示

的数值的大小，称为该位的位权。

十进制：基数是十

二进制：基数是二

1.2.1二进刷数

二进制数每一位的位权

2726252423222120212~22~3

11111111.111

12864321684210.0.250.125

1.2.1二还刷救

口例：

678・34=6义10/7义⑩+8X10°+3X@)HX1Q-2

□任意N进制数表示为:

N-a_XNn-1+a_XNn-2+...+aXN°+a_XN-1+...+a_XN-m

n11—n2O01m

O

1.2.1二%制裁

口常用计数制：二进制、八进制、十六进制

口不同进制数的基本特点：

>组成：01(234567(89(ABCDEF)))

A进位基数：N(是几进制就是几)

A加减运算规则：逢N进一，借一当N

口两种表示方法：

A脚标:(100.11)2(11.37)8(4F.B6)16(45.1)10

A字母：100.11B11.3704F.B6H45.1D

D可省略

1-2.1二还刷破

为什么在计算机中使用二进制数您

1、技术操作可行

2、运算规则简单

3、机器可靠性高

4、易于逻辑运算

二进制数的运算规则

加法运算法则减法运算法则除法运算法则

0+1=1+0=11-0=10Xl=lX0=00^1=0

1+1=00-1=11X1=11^1=1

少之1.2.1二%制裁

□二进制数□十进制数

A组成：01A组成：0-9

A进位基数：2A进位基数：10

»加减运算规则»加减运算规则

•逢2进1,借1当2•逢10进1,借1当10

A例A例

1999(1101)2

=1X1000+9X100+9X10+9X1=1X23+1X22+OX2^1X2°

=1X103+9X102+9X101+9X10°=8+4+0+1=13

表示数值大小的数码与它在数中的位置有关

1.2.2二进制易其它照制

十进制二进制八进制十六进制

0000

1111

21022

31133

410044

510155

611066

711177

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15111117F

16100002010

01.2.3不同城制皴之间的存换

1.非十进制数转换为十进制数

方法：把各个非十进制数按权展开求和

例：

23

(101.101)2=1X22+0X21+1义2°+lX2-1+0X2-+lX2

=5.625

2x1

(101.1)8=1X8+0X8+1X8°+1X8=72.125

(1O1.1)1O=1Xl()2+ox10耳1X1O°+1XIO」

(IOLDIG-IX162+0X16耳1X160+1X16T=272.0625

1.2.3不同进刷救之同输转换

2.十进制数转换为非十进制数

»整数部分转换采用“除N取余法”，且除到

商为0为止；小数部分转换采用“乘N取整

法”，乘不尽时，到满足精度为止.

»在书写结果时整数的余数是反序写下来，小

数的整数是正序写下来的

例：(123.45)10=(7)2

-

2123I-0.45

-------低

X2

2611

0.90

2300

X2

2151

1.80

271X2

1.60

231

X2

2F11高

1.20

(123.45)10=(1111011.0111)2

例：(123.45)10=(?8

81233—0.45

-----低

X8

8157

3.60

811

X8

高

04.8

(123.45)10=(1111011.0111)2

(123.45)10=(173.34)8

例：(123.45)1。=(?)

160.45

123B-X―26

------低270

77

045

0高7.20

(123.45)10=(1111011.0111)2

(123.45)10=(173.34)8

(123.45)1O=(7B.7)16

1.2.3系同城制皴之间的籍换

□二进制数与八进制数之间的转换

A八进制数一二进制数

•每一位八进制数展成三位二进制数，不足三位者补0。

•例：(423.45)8=(?)2100010011.100101

＞二进制数一八进制数

•以小数点为界，二进制数分别向左向右每三位二进制

数合成一位八进制数。

•例：(1000001101.001111)2=(?)81015.17

1.2.3系同城制皴之间的籍换

□二进制数与十六进制数之间的转换

»以小数点为界，二进制数分别向左向右每四

位二进制数合成一位十六进制数，或每一位

十六进制数展成四位二进制数，不足四位者

补0。

・例：(ABCD・EF)16=(?)2

•1010101111001101.11101111

口八进制数与十六进制数的转换

»借助于二进制数来完成

4飞1.3计算机布用信息编描

Jit__________®皴♦处.理方二

口编码与信息数字化基础

□计算机常用信息编码

口数据的常用处理方法

□WindowsXP操作系统中的信息表示

f1.3计算机库用信息编鸠

*二________名五据处理方汰____

输入设备输出设备

i数值十/二进制转换内存二/十进制转换

—»数值

；西文ASCH码工西文字形码

—»西文

!汉字输入码/机内码转换.汉字字形码

—＞汉字

；声音、图像模/数转换.数/模转换

-------------->声音、图像

।__________________________________________

偶鸠鸟传息救室也基砒

□计算机中信息表示单位

》最小单位：Bit一个二进制位常用b表示

A基本单位：Byte=8Bit一个字节常用B表示

»其它单位

•21OB=1O24B=1KB

•22°B=1024xl024B=1024KB=lMB

•230B=1024xl024xl024B=1024MB=lGB

•24°B=1024xl024xl024xl024B=1024GB=lTB

%131编鸠易信息敕生也基砒

□计算机编码的概念与常用形式

□信息媒体与信息数字化

姓名：文字

年龄：数值

照片：图像信息

属性

综合成绩：数值

二进制

问候视频：视频编码

问候语音：声音

学生第一步：学生信息属性第二步：信息数字化

工A%1.3.2计算机库用信息编鸠

□数值编码

□语言文字编码

□图像编码

□声音编码

动画与视频编码

1、熬伍编鸠

1）整数编码

2）定点数与浮点数

3）小数编码

二

二进制数码无符号整数进

00000000

0制

1

00000001数

000000102在

■■■■■■计

01111110126算

01111111

127机

128

10000000中

10000001129的

■■■■■■编

11111110254码

11111111

255表

示

一々二进制码有符号整数

,原码原码反码__反码__补码补码

00000000+000000000+000000000+0

00000001+100000001+100000001+1

00000010+200000010+200000010+2

■■■■■■••••••■■■■■■

01111110+12601111110+12601111110+126

01111111+12701111111+12701111111+127

10000000-011111111-12710000000-128

10000001-111111110-12611111111-127

10000010-211111101-12511111110-126

■■■■■■••••••■■■■■■

11111110-12610000001-110000010-2

11111111-12710000000-010000001-1

表k个有符号整数，具」的宜范韦为-128~+127

1）卷撤编稿

□原码补码

000——+0000——0

001——+1001------+1

010——+2010—+2

011——+3011------+3

100-------0100-------4

101--------1101--------1

110-------2110-------2

111-------3111-------3

1）卷照编鸠

10=1010-10=-1010

0000101010001010

定点整数位数与表示范围对照表

存储量（B）表示位数（b）无符号数范围带符号数范围

180-255-128—+127

2160-65535-32768—32767

n8xn0~2n—1—(2I,-1+l)~+2n4

却*2）定直照易淳京照

□定点数

A整数定点数

A纯小数定点数（整数部分为0的小数）

口浮点数

»小数点位置随着数值的变化而浮动

3；小撤编稿

□小数采用浮点数表示

»六尾数x基数阶码（指数）

口浮点数的规格化f二丰xXbe

AS:数符，占一位J

Ae=127+实际阶码

AX:尾数规格化表示为1.tt…tt的格式

阶符阶码数符尾数

3；小数编稿

»单精度浮点数：32位

»双精度浮点数：64位

阶符阶码数符尾数

数符阶码已（8b）

S尾数X(23bit)

人

、「

3130292827262524232221201918171615141312111098765430

10.25=0100,0001,0010,0100,0000,0000,0000,0000

-10.25=1100,0001,0010,0100,0000,0000,0000,0000

3；小数编稿

步骤：

1）将10.25转化为二进制

10.25=（1010.01）2

2）规格化表示

l.OlOOl^b3

3）计算阶码e

e=127+3=130转化为二进制10000010

4）采用IEEE单精度32位浮点数的格式为:

10.25=0100,0001,0010,0100,0000,0000,0000,0000

3）小熬编鸠

□思考题

1）将十进制数178.125表示成微机中的单精

度浮点数。

2）下面的单精度浮点数表示成十进制真值

是多少？

0011,1111,0101,1000,0000,0000,0000,0000

#第2、语言攵生编鸠

_________________________________________________________________________________

□在信息表示中使用最多的符号有：十进制

数字0〜9,大小写英文字母（A〜Z,aZ),

通用的算术运算符及各种标点符号等大约

128种,可以用7位二进制数来编码表示128

个不同的符号.

国际上通用的是ASCII（American

StandardCodeforInformation

Interchange）!^.通常使用一个字节（8位二

进制数）表示一个ASCII码字符,规定最高

位总是0.

r£拿

________ASCII电

L1-10—0—v001X

0000NUL

0001

00：

0100

01017位二进制

0110

0111110000

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

J'

ASCII稿

口字符a的ASCII编码为1100001,对应的10

进制数为97

口空格20H32

□0-930H-39H48-57

□A-Z41H-5AH65-90

□a-z61H-7AH97-122

汉生编鸣

出

音码类

全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等

形码类

五笔字型法、郑码输入法等。

汉生编鸣

2国标码(GB23

每个汉字占两个字节。

一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。---------------------

汉字分区，每个区94个汉字。区码位码

区位码不同于国标码。---------------------

在区号和位号之上各加上32(20H)后得到的二进制代码，就是该字

符的国标码。

汉字存储码。

汉字采用两个字节的编码，其中两个字节的最高位均为L

汉字国标码汉字内码

中

8680(0101011001010000)B(1101011011010000)B

华

5942(0011101100101010)B(1011101110101010)B

汉生编鸣

每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址

地址码和机内码要有简明的对应转换关系

0123456789101112131415十六进制码

点阵：汉字字形点阵的代码00300

1□□0300

16x16、24x24、32x32、48x482•■0300

3•••0304

优点：编码、存储方式简单、4□□□□□□□□□□□□□□□■FFFE

：§­■■0300

6•■0300

无需转换直接输出1••0300

8•■0300

缺点：放大后产生的效果差9■■•0380

10■•■0640

矢量：存储的是描述汉字字形的11•■■0C20

12••••1830

轮廓特征13•■■1018

14••■200C

15•••■•C007

其他编鸠

•GB2312

•简体中文字符集，由6763个常用汉字和682个全角的非汉字组成

•BIG5编码

•台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个

符号，一级汉字5401个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。

•GBK码

2字节表示一个汉字

第一字节从81H~FEH,最高位为1；

第二字节从40H~FEH,第二字节的最高位不一定是1。

•Unicode码

采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。

3、图修编鸠

□电子射线扫描计算机屏幕形成像素

点.

□位图图像是一种对视觉信号直接量

化的媒体形式

栅格图形BMP格式

llllOIll

Storingaoriginalpicture111111111100X1Thecomputer

I1lOOOlI

monochrome1IlOOOl1examineseachcell

IIQOOOl1

bitmap11lOOOOOl111I&OOOQ11inthemaitrix.Ifthe

graphic1AIOItool1illlll&OOOOllll帅

liioiioooicellisite,itis

iiioiiilooti0000000111111

1111OOII1Iooooooooooooo1minicodedasa1.If

1111OO1111OOOOOOOOOOOOO1I1111BXthecellisblack,it

sitooomuooooooooooooiiimii

tooooiainiooooooooooooooot1111iscodedasa0.

OOOOO&l11lOOOOOOOOOOOOOOOOOl111

OOOOOl111lOOOOOOOOOOOOOOOOOOlI1ThispatternofOs

OOOOOt1IIOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO1

OOOOOOSOOQOOOOOOOOOOOQOQQOOOOQOisstoredon

dis^orepresent

the“phic

Thecomputerdividesthe

pictureintoamaitrixooooooooooooooooooocx>o100900011

OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOIOOOOQOIa

equivalenttotheresolu­OOOOOOOOOOOOOOOOOOl11tlot11IOI1

tionofthescreen.Here0000000000000001111AlAIOImoil