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文档简介
第一章
计算机基础知识
1.1计算机概述
■什么是计算机?
计算机是一种高效的信息处理工具,它具有快速运算、逻辑判
断能力和强大的记忆功能,是一种按照指令对数据和信息进行
自动处理的电子设备。
掌上电脑笔记本电脑台式电脑
图灵:英国数学家,最
早提出计算机概念。
1936年,24岁的英国数学家图灵通过数学
证明得出:理论上存在通用数字计算机。
•图灵把人在计算时所做的工作分成五步:
1、存储器;2、一种语言;3、扫描;4、计算
意向;5、执行下一步计算
•这样人的计算过程机械化了。
冯・诺依曼:美籍匈牙利科学家,
计算机之父,最早定义计算机五
大部件并描述功能的人。
1、运算器(CA)
2、逻辑控制器(CC)
3、存储器(M)
4、输入装置(I)
5、输出装置(0)
1.1.1计算机的发展史
一、早期的计算装置
二、电子计算机的四个发展阶段
、早期的计算装置
中国古代算筹
中国古代使用的算筹多用竹子或木头制成,
据古书记载,算筹一般长为13~14cm,直径
0.2-0.3cm,约二百七十枚为一束,放在布袋
里随身携带。纵式和横式两种不同的摆法来表
示任意自然数。从而进行加、减、乘、除、开
方以及其它的代数计算。负数出现后,算筹分
红黑两种,红筹表示正数,黑筹表示负数。这
种运算工具和运算方法,在当时世界上是独一
无二的。我国古代著名的数学家祖冲之,就是
借助算筹计算出圆周率的值介于3.1415926和
3.1415927之间;
算盘
随着计算技术的发展,在求解一些更复
杂的数学问题时,算筹显得越来越不方
便了。于是在大约六、七百年前(公元
1350年左右),中国人发明了算盘,它结
合了十进制计数法和一整套计算口诀,
一直沿用至今,被许多人看作是最早的
数字计算机。
手摇计算机
■手摇计算机是1878年由一位在俄国工作的瑞
典发明家奥涅尔制造的,这是一种齿数可变的
齿轮计算机。在20世纪最初的二三十年间,手
摇计算机已成为人类主要的一种计算工具。
■手摇计算机一般只能做四则运算,平方数,立
方数、开平方,开立方,如果需要输入三角函
数和对数,都需要查表。使用中的正摇几圈,
反摇几圈,还要用纸笔记录。曾被用于我国第
一颗原子弹的研制。
计算器
中国的“两弹一星”
■“两弹一星”是指原子弹、导弹和人造卫星。
“两弹”中的一弹是原子弹,后来演变为原子
弹和氢弹的合称;另一弹是指导弹;“一星”
则是人造地球卫星。1964年10月16日我国第
一颗原子弹爆炸成功,1967年6月17日我国第
一颗氢弹空爆试验成功,1970年4月24日我国
第一颗人造卫星发射成功。中国的“两弹一
星”,是20世纪下半世纪中华民族创建的辉煌
伟业。
(2)冈特计算尺
英国人冈特生于1581年,在牛津大学获得
硕士学位,后来在格雷沙姆学院任教授。
1621年,冈特在一根木尺上标上对数刻
度,制造出世界上第一把对数刻度尺,人们
把它称为冈特尺。利用两脚规,就可以在冈
特尺上进行对数的加减,免去查对数表的手
续,从而给数的乘除带来了方便。冈特的对
数刻度尺开创了“模拟计算”的先例,是世
界上最早的模拟计算工具。
(3)机械式计算工具
达,分奇
欧洲文艺复兴时期的画家达・芬奇是一位旷世
奇才,他在科学方面的造诣丝毫不亚于其艺术
成就,他很早就提出过计算工具的设想。后人
在达・芬奇的手稿中,发现了关于机械式计算
工具设计方案的记录。
后人根据达芬奇的手稿仿制出了机械式
计算器。
/机械式
?oor计算器
希克尔德的创意
德国科学家希克尔德被许
多人认为是世界上真正的第一
台计算机的发明人,后人在他
的手稿中发现了他对计算机的
设计草图和详尽的文字描述,
并在1960年根据其方案成功
仿制了一台机械式计算机。
帕斯卡加法机
刀快
1642BlaisePascal
1642年,法国数学家、物理学
家和思想家帕斯卡发明加法机,这
是人类历史上第一台机械式计算机,
其原理对后来的计算机械产生了持
久的影响。
从帕斯卡加法机中得出结论
人的某些思维过程与机械过程没有差
别,因此可以设想用机械模拟人的思维活
动。
1971年瑞士人沃斯把自己发明的高级
语言命名为Pascal,以表达对帕斯卡的敬
O
(4)莱布尼兹乘法机
1673年,德国数学家莱布尼兹发
明乘法机,这是第一台可以运行完整的
四则运算的计算机。莱布尼兹同时还提
出了“可以用机械代替人进行繁琐重复
的计算工作”的伟大思想,这一思想至
今鼓舞着人们探求新的计算机。
莱布尼兹因独立发明微积分而与
牛顿齐名,并被《不列颠百科全书》
列为“西方文明最伟大的人之一”O
据记载,莱布尼兹曾把自己的乘
法机复制品送给康熙皇帝。
莱布尼兹认为,中国
的八卦是最早的二进制
计数法。在八卦图的启
迪下,莱布尼兹系统地
提出了二进制运算法则。
八卦
(5)巴贝奇分析机
1822年,英国数学家巴贝奇发明分析机,
专门用于航海和天文计算。这是最早采用寄存
器来存储数据的计算机,体现了早期程序设计
思想的萌芽。
心心第一台分析机从设计到制造完成,花费了
整整十年。它可以处理3个5位数,计算精度达
到6位小数。
巴贝奇分析机特点:
采用了三个具有现代意义的装置:
»保存数据的寄存器(齿轮式装置);
»从寄存器取出数据进行运算的装置,并且机器
的乘法以累计加法来实现;
»控制操作顺序、选择所需处理的数据以及输出
结果的装置。
(6)赫尔曼•霍勒斯博士
1884年,赫
尔曼・霍勒斯博
士发明穿孔卡
片,这是电脑
软件的雏形。
赫尔曼•霍勒斯制表机
1888年,赫尔曼・霍勒斯又发明了制
表机,它采用穿孔卡片进行数据处
理,并用电气控制技术取代了纯机
械装置。
F
E
S
U
U
a
*
s
1890年,美国人口普
查全部采用了霍勒斯
制表机。在1900年
美国人口普查中,由
于采用了制表机,全
部统计处理工作只用
了1年零7个月时间。
计算效率大大提高。
霍勒斯于1896年创立了制表机公司,1911年
该公司并入CTR(计算制表记录)公司,这就
是著名的旧M公司的前身。1924年,托马
斯・沃森一世把CTR更名为旧M。
制表机公司CTR-IBM
(7)二极管
1904年,英国人弗莱明发明真空电子二极管。
电子管的诞生,是人类电子文明的起点。
弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发
现的“爱迪生效应”。
mlua
才
二
「
2-妻字-^-
(8)三极管
德弗雷斯特
1906年,美国人德弗雷斯特发明电子
三极管,并在研究中发现,三极管可以
通过级联使放大倍数大增,这使得三极
管的实用价值大大提高,从而促成了无
线电通信技术的迅速发展。德弗雷斯特
因发明三极管而被称为“无线电之父”。
(9)朱斯的Z系列计算机
1938年,德国科学家朱斯制
造出Z」计算机,这是第一台采
用二进制的计算机。在接下来的
四年中,朱斯先后研制出采用继
电器的Z・2、Z・3和Z・4。
Z-3使用了2600个继电器,
它在1944年美军对柏林进行的
空袭中被炸毁。
(10)“巨人”计算机
1943年,英国科学家研制成功第一台“巨人”
计算机,专门用于破译德军密码。“巨人”算
不上真正的数字电子计算机,但在继电器计算
机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用。
第一台“巨人”有1500个电子管,5个处理
器并行工作,每个处理器每秒处理5000个字
母。二战期间共有10台“巨人”在英军服役,
平均每小时破译11份德军情报
(11)艾肯的MARK—I
1944年,美国科学家艾肯在旧M的支持下,
研制成功机电式计算机MARK』。这是世界上
最早的通用型自动机电式计算机之一,它取消
了齿轮传动装置,以穿孔纸带传送指令。
MARK」外壳用钢和玻璃制成,长15米,高
2.4米,自重31.5吨,使用了15万个元件和800
公里电线,每分钟进行200次运算。
(2)ENIAC诞生
1946年2月15日,世界上第一台通用数字
电子计算机ENIAC的问世,宣告了人类从此进
入电子计算机时代。
二电子计算机的四个发展阶段
■1.电子管时代
■2.晶体管时代
■3.中小规模集成电路时代
■4.大规模集成电路时代
1.电子管时代(约1946〜1957年)
1946年2月15日,在美国宾夕法尼亚大学诞
生世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研
制成功,承担开发任务的“莫尔小组”由埃克
特(总工程师,当时年仅24岁)、莫克利、
戈尔斯坦(数学家)、博克斯(逻辑学家)组
成。
ENIAC:
它使用18000个电子管,70000个电阻,10000个电
容,1500个继电器,6000多个开关,每秒执行5000
次加法或400次乘法,是继电器计算机的1000倍、手
工计算的20万倍。长30.48米,占地面积170平方米,
30个操作台,约相当于10间普通房间的大小,重达
30吨,耗电量140千瓦,造价48万美元
缺点:配线、存储量太小
特点:计算机语言是机器语言和汇编语言。
主要应用:科学计算
ENIAC编程,从事计算的科学家看上去更像在干体力活
2.晶体管时代(约1959T964)
这一代计算机采用了晶体管代替了电子管,晶体管体积
小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低,电子线路的结
构大大改观,运算速度则大幅度提高。
特点:速度每秒百万次,使用磁心存储器为主存储器,
磁盘为辅助存储器,存储容量大。
计算机语言:高级程序设计语言。
主要应用:数据、事务处理,工业控制。
3.中小规模集成电路时代(约1964-1970)F
■1964年4月7日,IBM推出IBM360系列机,采用大规模集成电路
取代磁芯进行存储,以中小规模集成电路作为逻辑元件,被称
为第三代计算机。这代计算机的主要标志是逻辑电路采用集成
电路。
■集成电路:把几十个或几百个分开的电子组件集中做在一块几
个平方毫米(mm2)的单晶体硅片上。集成电路不仅体积小,
耗电更省,而且寿命大大延长。
特点:使用集成电路的半导体代替了原来磁心存储器,有磁盘和磁带
的外存储器,有了操作系统。
计算机语言:标准化程序设计语言和会话的BASIC语言。
主要应用:企业管理,自动控制,辅助设计,辅助制造。
4.大规模集成电路时代
(1971~至今或1988)
■进入20世纪60号代后,微电子技术发展迅猛,
先后出现了大规模集成电路和超大规模集成电
路。集成电路能集成十万到百万个晶体管。
■1975年旧M公司推出了个人计算机PC。
■笔记本电脑是第四代计算机的新贵。
特点:计算机体积更小,运算速度更快,存储容量更高,
大大减少了制造成本,这为计算机走入百姓家创造了不
可缺少的条件。
5.智能计算机时代(今~未来)
•1986年开始研制,最初由日本人提出,1988
年在日本召开了第五代计算机国际会议。
•智能计算机是一种有知识,会学习,能推理
的计算机。具有能理解自然语言,声音,文字
和图像的能力。
•例如:机器人,会下棋的“深蓝”等。
计算机基于构成物理器件的变化
1946-1957电子管计算机
1958-1964晶体管计算机
1964-1970中小规模集成电路计算机
1971-1990大/超大规模集成电路计算机
1990■未来智能计算机时代
1.1.2计算机的特点
1.运算速度快
2.计算精度高
3.记忆能力强
4.具有逻辑能力
5.可靠性高
6.通用性强
1.1.3计算机的分类
■按照处理数据形态分类:模拟计算机和数字计
算机。
■按照用途分类:专用计算机和通用计算机。
■按照性能分类:巨型机、大型机、中型机、小
型机、微型机
■按照工作模式:服务器、工作站
1.1.4计算机的应用
i.数值计算:
2.信息处理:
3.数据库应用:
4.自动控制:
5.辅助设计与制造:(CAD,CAM,CAT,CIMS)
6.人工智能(智能模拟):
7.网络应用:
8.多媒体技术:计算机进入家庭
1.2数制与计算机中的信息表示
1.2.1计算机中的数制
两个概念:
基数:所谓基数(Radix)是指表示一个进位计数制
所需的不同符号的个数。
位权:一个数的每一个固定位置对应的单位值称
为位权,简称权。
计算机常用的进位计数制
十进制[D]R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
二进制[B]R=2,可使用0,1
八进制[0]R=8,可使用0,1,2,3,4,5,6,7
十六进制[H]R=16,可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F
“逢R进一,借一当R”
1.2.2二进制数据运算
1.算术运算:
■加法
0+0=00+1=11+0=11+1=0(进位)
■减法
0-0=01-0=11-1=00-1=1(借位)
■乘法
0x0=01x0=00x1=01x1=1
■除法
0+0=(无)1+0=(无)0+1=01^1=1
2.逻辑运算
♦逻辑加(逻辑“或”运算)
0+0=00+1=11+0=11+1=1
♦逻辑乘(逻辑“与”运算)
0x0=00x1=01x0=01x1=1
♦逻辑“非”运算(取反)
Not0=1Not1=0
123不同进制间的转换
1,二进制转换十进制(2—10)
■规则:
二进制转十进制时,将其按权的塞展开,并
求多项式的和(进行乘法和加法运算,得出结
果即可。)
例子:
1101.1B=13.5D
2.十进制转换二进制(10-2)
■规则:
十进制转换二进制时,需要整数部
分和小数部分分别进行转换。
■整数部分的转换规则:除2取余数方法
■小数部分的转换规则:乘2取整方法
整数部分的转换规则:除2取余数方法
①用2除,取其余数,作为转换后的二进制数的最低位,
即紧靠小数点左侧的整数位中的第一位。
②再用2去除所得的商,取其余数,作为转换后二制数
的高一位。
③重复②的步骤,直到商为0,结束转换过程。
④先余为低位,后余为高位,从高位到低位依次排列。
十进制化成二进制举例(整数)
小数部分的转换规则:乘2取整方法
①用2去乘给出的十进制数的小数部分,取乘积的整数
部分,作为转换后的二进制数的最高位,即紧靠小数点
右侧的小数位中的第一位。
②再用2去乘上一步乘积的小数部分,再取新乘积的整数
部分,作为二进制数中的低一位数字。
③重复②的步骤,直到乘积为。或已得到满足精度要求
的倍数,结束转换过程。
④先整为高位,后整为低位,从高位到低位依次排列。
X°K吩整数
十进制化成二进制入乙
举例(小数)1.6250...1
0.6250
(0.8125)10=(?)2X2
1.2500...1
0.2500
X2
0.5000…0
0.5000
(0.8125)I。=X2
(0.1101),1.0000...1V
3.其它进制之间的转换
(1)八进制转换十进制:
210
(710)=7x8+1x8+0x8=448+8+0=(456)
81in0
(2)十进制转换八进制:
十进制转换八进制时,需要整数部分和小数
部分分别进行转换。
■整数部分的转换规则:除8取余数方法
■小数部分的转换规则:乘8取整方法
■(A)十六进制转换十进制:
十六进制转十进制时,将其按权的哥展开,并求
多项式的和(进行乘法和加法运算,得出结果即
可。)
■(B)十进制转换十六进制:
■十进制转换十六进制时,需要整数部分和小数部分
分别进行转换。
■整数部分的转换规则:除16取余数方法
■小数部分的转换规则:乘16取整方法
(3)二进制数转化为八进制数
23=8,二进制数转换成八进制数,概括为
“三位合一”、即:
以小数点为基准,整数部分从右至左,小数部
分从左至右,每三位一组,不足三位时,整数
部分在高端补齐,小数部分在低端补齐。然后,
把每一组二进制数用一位相应的八进制数表示,
小数点位置不变,即得到八进制数.
举例:2进制到8进制
(001011010101110)2
13256为八进制的13256
(OilOil111.011100)2
337.34为八进制的337.34
(4)八进制数转化为二进制数
■规则:
■八进制数转换成二进制数,概括为“一位拆三
位”,即把一位八进制数写成对应的三位二进
制数,然后按权连接,再去掉首尾的零即可。
例如:
(163.64)8
001110011.110100
(5)二进制数与十六进制数互换
□2-16
・24=16,二进制数转换成十六进制数,概括为
“四位合一”、即:
■以小数点为基准,整数部分从右至左,小数
部分从左至右,每四位一组,不足四位时,整
数部分在高端补齐,小数部分在低端补齐。然
后,把每一组二进制数用一位相应的十六进制
数表示,小数点位置不变,即得到十六进制数。
举例:
(0001011010101110)2
16AE为十六进制的16AE
(onolooimi.oinlooo)2
69F.78为十六进制的69E78
□16―2
■十六进制数转换成二进制数,概括为“一位拆
四位”,即把一位十六进制数写成对应的四位
二进制数,然后按权连接,再去掉首尾的零即
可。
例如:
(C2.A8)16
11000010.10011000
1.2.4数据的存储单位
■位:一个二进制位称为1位或1个比特(bit);
■字节:8个连续的二进制位(bit)组成1字节(byte;B),
1Byte=8Bit,通常把字节作为最小的存取单位;
10
1KB=2B=1024B
1MB=1024KB=1048576B
1GB=1024MB=1048576KB=1073741824B
1TB=1024GB=1048576MB=1073741824KB
■字:字是位的组合,记WORD或W,计算机字长是CPU一
次能处理的最大位数,、字越太、,计算机的能力越强。例
茹:8位、16位、32位、64位计算痂。
1.3汉字的计算机编码
1.西方字符编码
•字符:字符包括大小写26个英文字母,数
字,各种符号。
•目前普遍采用的编码是美国标准信息交换
码-ASCII码。ASCII码就是解决了一个以
数字形式表示文本的问题。
•ASCII规定:八个二进制位的最高位为零,
余下的位可进行编码。所以ASCII码是7位
0b6b5b4b3b2b1bO
ASCIIControlASCIIASCIIASCII
valueCharactercharactervalueCharactervalueCharactervalueCharacter
000(null)NUL032(space)064@096
001oSOH033I065A097a
002❸STX034066B098b
003VETX035#067C099c
004EOT036$068D100d
005呆ENQ037%069E101e
006AACK038&070F102f
t
007(beep)BEL039071G103g
008OBS040(072H104h
009(tab)HT041)073I105i
010(linefeed)LF042074I106j
on(home)VT043+075K107k
012(formfeed)FF044076L1081
013(carriagereturn)CR045•077M109m
014SO046.078N110n
015aSI047/079O111o
016DLE0480080P112P
017VDC10491081Q113q
018IDC20502082R114r
019nDC30513083S115s
020ITDC40524084T116t
021§NAK0535085U117u
022MOBSYN0546086V!18V
0231ETB0557087W119w
024tCAN0568088X120X
025EM0579089Y121y
026—►SUB058•090Z122z
ESC059t091[123{
027*
028(cursorright)FS060<0921241
029(cursorleft)GS061=093]125)
030(cursorup)RS062>094A126〜
031(cursordown)US063?095—127
Copyrighl1998.JimPricc.ComCopyrighl1952,LendingEdgeCompvlcrProduct,.Inc
2汉字编码
•(1)汉字国标码:
•⑵汉字内码:
•(3)汉字外码:
•(4)汉字字形码:
汉字国标码
■1980年国家标准总局颁布了GB2312-1980《中华人
民共和国国家标准信息交换汉字编码》,通称国标码
(或标准码或交换码)o
■在此标准中,收录了7445个汉字和符号,其中汉字
6763个(一级汉字3755个,二级汉字3008个),图形
符号682个。并且规定一个汉字编码占2字节(Byte)
■所有汉字字符共分为94个区(01-94区),每个区分
为94个位(01-94位),汉字所在的区号和位号
共同组合成该汉字的区位码,即国标码(或称交换
码)。
系统代码交换流程
各种汉字输入码(外码)
交换码(国标码)
内码
字形码
显示汉字打印汉字
蒙文输入法
>北大方正蒙文输入法
>蒙科立蒙文输入法
>赛音蒙文输入法
>明安图蒙文输入法等
1.4计算机系统的组成
■完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
计算机使用
II主板
f运算器
U
P
C
主机《中央处理器()〈
[控制器
计硬件系统<
f内存储器
1
存储器《
算[[外存储器
1
机「输入设备:键盘,鼠标,扫描仪
I外部设备<
系[[输I出设备:显示器,打印机,绘图仪
1
f操作系统
1
统1
1
1语言处理系统
1
系统软件
1
1
1数据库管理系统
1
1
1
[系统服务系统
1
1
11
1
「文字处理软件
1
1软件系统
1
1表格处理软件
1
1
11
1图形软件
1
1应用软件
11辅助设计软件
1
1
B
11
A
L
T
A
M
1数学软件
11
[
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