大學(xué)計算機基礎(chǔ)教案

1、 第 1 次課教學(xué)課型：理論課 實驗課 習題課 實踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容（注明：* 重點 # 難點 ）：第一章：信息技術(shù)與計算機基礎(chǔ)知識1.1 信息與信息時代 信息和信息技術(shù)的概念，信息和信息時代的特征。1.2 信息技術(shù) 信息技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及對人類社會的影響。1.3信信息化建設(shè) 信息化與信息化社會，信息高速公路的概念及我國信息化的基本情況。1.4計算機技術(shù)概述*計算機起源與發(fā)展、分類，計算機的應(yīng)用領(lǐng)域；計算機系統(tǒng)、硬件、軟件以及他們各自的發(fā)展，計算機軟件的分類及各自特點；*存儲程序工作原理、計算機的五個基本組成；*程序設(shè)計語言及語言處理程序的基本概念；*字、字節(jié)、位的概念等教學(xué)目的要

2、求：學(xué)生應(yīng)具備計算機科學(xué)和信息技術(shù)的最基本理論和基本常識；要求學(xué)生掌握： 計算機起源與發(fā)展、分類，計算機的應(yīng)用領(lǐng)域；存儲程序工作原理、計算機的五個基本組成；程序設(shè)計語言及語言處理程序的基本概念；字、字節(jié)、位的概念等。教學(xué)方法和教學(xué)手段： 多媒體教學(xué)。討論、思考題、作業(yè)：1電子計算機的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段（或稱幾代）？2什么是信息？什么是數(shù)據(jù)？兩者有何不同？參考資料：大學(xué)計算機基礎(chǔ)中國鐵道出版社大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)中國鐵道出版社第一章 計算機基礎(chǔ)知識 1.1 電子計算機的發(fā)展及其特點 電子計算機是一種能夠自動、高速地進行算術(shù)和邏輯運算的電子設(shè)備。它是二十世紀科學(xué)技術(shù)發(fā)展最偉大的發(fā)明創(chuàng)造之一，是

3、第三次工業(yè)革命中出現(xiàn)的最輝煌成就。目前，電子計算機已被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生活等各個領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和科學(xué)文化事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。今天，計算機的應(yīng)用水平已成為各行各業(yè)步入現(xiàn)代化的重要標志之一，計算機應(yīng)用能力也成為現(xiàn)代人才基本素質(zhì)之一。 1.1.1 計算機的發(fā)展 第一臺電子計算機“ ENIAC ”（ Electronic Numerical Integrator and Calculator 電子數(shù)字積分機和計算器）于 1946 年在美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。它是當時數(shù)學(xué)、物理等理論研究成果和電子管等電子器件產(chǎn)生相結(jié)合的結(jié)果。這臺電子計算機由

4、 18000 多個電子管， 1500 多個繼電器， 10000 多只電容器和 7000 多只電阻構(gòu)成，占地 170 多平方米，功耗為 150 千瓦，重量約 30 噸，采用電子管作為計算機的邏輯元件，存儲容量為 17000 多個單元，每秒能進行 5000 次加法運算。這臺計算機的功能雖然無法與今天的計算機相比，但它的誕生卻是科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一次意義重大的事件，展示了新技術(shù)革命的曙光。 計算機代 起迄年份 物理器件 主存儲器 軟 件 應(yīng)用范圍 第一代 1946 1957 電子管 磁芯、磁鼓 匯編語言 科學(xué)計算 第二代 1958 1964 晶體管 磁芯、磁帶 程序設(shè)計語言 管理程序 科學(xué)計算 數(shù)據(jù)

5、處理 第三代 1965 1970 中、小規(guī)模 集成電路 磁芯、磁盤 操作系統(tǒng) 高級語言 逐步廣泛 應(yīng)用 第四代 1971 超大、大規(guī)模 集成電路 半導(dǎo)體、磁盤 數(shù)據(jù)庫 網(wǎng)絡(luò)軟件 普及到社會 生活各方面 根據(jù)電子計算機所采用的物理器件，一般將電子計算機的發(fā)展分成四個階段，也稱為四代。表 1-1-1 是電子計算機發(fā)展過程簡表。 表 1-1-1 電子計算機發(fā)展過程簡表 50 多年來，隨著技術(shù)的更新和應(yīng)用的推動，計算機有了飛速的發(fā)展。今天，集處理文字、圖形、圖像、聲音為一體的多媒體計算機方興未艾，計算機也進入到了以計算機網(wǎng)絡(luò)為特征的時代。 電子計算機的發(fā)展趨勢，可以概括為“巨”、“微”、“網(wǎng)”、“智”

6、四個字。 “ 巨 ”，指速度快、容量大、計算處理功能強的巨型計算機系統(tǒng)。主要用于像宇宙飛行、衛(wèi)星圖像及軍事項目等有特殊需要的領(lǐng)域。 “ 微 ”，指價格低、體積小、可靠性高、使用靈活方便、用途廣泛的微型計算機系統(tǒng)。計算機的微型化是當前研究計算機最明顯、最廣泛的發(fā)展趨向，目前便攜式計算機、筆記本計算機都已逐步普及。 “ 網(wǎng) ”，指把多個分布在不同地點的計算機通過通信線路連接起來，使用戶共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資源的計算機網(wǎng)絡(luò)。目前全球范圍的電子郵件傳遞和電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)都已形成。 “ 智 ”，指具有“聽覺”、“視覺”、“嗅覺”和“觸覺”，甚至具有“情感”等感知能力和推理、聯(lián)想、學(xué)習等思維功能的計算機

7、系統(tǒng)。 目前，正處于超大規(guī)模集成電路全面發(fā)展和計算機廣泛應(yīng)用階段。據(jù)專家預(yù)計，新一代的計算機應(yīng)是“智能”計算機，它應(yīng)當具有像人一樣的能看、能聽、能思考能力。 1.1.2 計算機的特點 電子計算機是一種能存貯程序，能自動連續(xù)地對各種數(shù)字化信息進行算術(shù)、邏輯運算地電子設(shè)備。基于數(shù)字化的信息表示方式與存貯程序工作方式，這樣的計算機具有許多突出的特點。概括起來，電子計算機主要有以下幾個顯著特點： 自動化程度高 由于采用存貯程序的工作方法，一旦輸入所編制好的程序，只要給定運行程序的條件，計算機從開始工作，直到得到計算處理結(jié)果，整個工作過程都可以在程序控制下自動進行，一般在運算處理過程中不需要人的直接干預(yù)

8、。對工作過程中出現(xiàn)的故障，計算機還可以自動進行“診斷”、“隔離”等處理。這是電子計算機的一個基本特點，也是它和其他計算工具最本質(zhì)的區(qū)別所在。 運算速度快 計算機的運算速度通常是指每秒鐘所執(zhí)行的指令條數(shù)。一般，計算機的運算速度可以達到上百萬次，目前最快的已達到十萬億次以上。計算機的高速運算能力，為完成那些計算量大，時間性要求強的工作提供了保證。例如天氣預(yù)報、大地測量的高階線性代數(shù)方程的求解，導(dǎo)彈或其它發(fā)射裝置運行參數(shù)的計算，情報、人口普查等超大量數(shù)據(jù)的檢索處理等。 數(shù)據(jù)存儲容量大 計算機能夠儲存大量數(shù)據(jù)和資料，而且可以長期保留，還能根據(jù)需要隨時存取、刪除和修改其中的數(shù)據(jù)。計算機的大容量存儲使得情

9、報檢索、事務(wù)處理、衛(wèi)星圖像處理等需要進行大量數(shù)據(jù)處理的工作可以通過計算機來實現(xiàn)。現(xiàn)在，一塊存貯芯片可以存貯幾百頁英文書籍的內(nèi)容等。 通用性強 由于計算機采用數(shù)字化信息來表示數(shù)值與其它各種類型的信息（如文字、圖形、聲音等），采用邏輯代數(shù)作為硬件設(shè)計的基本數(shù)學(xué)工具。因此，計算機不僅可以用于數(shù)值計算，而且還被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、自動控制、輔助設(shè)計、邏輯關(guān)系加工與人工智能等非數(shù)值計算性質(zhì)的處理。一般來說，凡是能將信息用數(shù)字化形式表示，就能歸結(jié)為算術(shù)運算或邏輯運算的計算，并能夠嚴格規(guī)則化的工作，都可由計算機來處理。因此計算機具有極強的通用性，能應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，并滲透到社會生活的各個方面。 正是

10、由于以上特點，使計算機能夠模仿人的運算、判斷、記憶等某些思維能力，代替人的一部分腦力勞動，按照人們的意愿自動地工作，因此計算機也被稱為“電腦”。但計算機本身又是人類智慧所創(chuàng)造的，計算機的一切活動又要受到人的控制，它只是人腦的補充和延伸，利用計算機可以輔助和提高人的思維能力。 1.1.3 計算機的應(yīng)用 計算機的應(yīng)用十分廣泛，目前已滲透到人類活動的各個領(lǐng)域，國防、科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運輸、文化教育、政府部門、服務(wù)行業(yè)等各行各業(yè)都在廣泛地應(yīng)用計算機解決各種實際問題。歸納起來，目前計算機主要應(yīng)用在以下幾個方面： 數(shù)值計算（科學(xué)計算） 科學(xué)研究、工程技術(shù)的計算是計算機應(yīng)用的一個基本方面，也是計算

11、機最早應(yīng)用的領(lǐng)域?？茖W(xué)計算所解決的大都是一些十分復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。數(shù)值計算的特點是計算公式復(fù)雜，計算量大和數(shù)值變化范圍大，原始數(shù)據(jù)相應(yīng)較少。這類問題只有具有高速運算和信息存儲能力，以及高精度的計算機系統(tǒng)才能完成。例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的研究以及航天飛船、飛機設(shè)計、船舶設(shè)計、建筑設(shè)計、水利發(fā)電、天氣預(yù)報、地質(zhì)探礦等方面的大量計算都可以使用計算機來完成。 數(shù)據(jù)處理（信息處理） 數(shù)據(jù)處理是對數(shù)值、文字、圖表等信息數(shù)據(jù)及時地加以記錄、整理、檢索、分類、統(tǒng)計、綜合和傳遞，得出人們所要求的有關(guān)信息。它是目前計算機最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)據(jù)處理的特點是原始數(shù)據(jù)多，時間性強，計算公式相

12、應(yīng)比較簡單。例如財貿(mào)、交通運輸、石油勘探、電報電話、醫(yī)療衛(wèi)生等方面的計劃統(tǒng)計、財務(wù)管理、物資管理、人事管理、行政管理、項目管理、購銷管理、情況分析、市場預(yù)測等工作。目前，在數(shù)據(jù)處理方面已進一步形成事務(wù)處理系統(tǒng)（ TPS ）、辦公自動化系統(tǒng)（ OAS ）、電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（ EDI ）、管理信息系統(tǒng)（ MIS ）、決策支持系統(tǒng)（ DSS ）等應(yīng)用系統(tǒng)。 過程控制（實時控制） 過程控制是指利用計算機進行生產(chǎn)過程、實時過程的控制，它要求很快的反應(yīng)速度和很高的可靠性，以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，節(jié)約原料消耗，降低成本，達到過程的最優(yōu)控制。例如，計算機廣泛應(yīng)用于石油化工、水電、冶金、機械

13、加工、交通運輸及其它國民經(jīng)濟部門中生產(chǎn)過程的控制以及導(dǎo)彈、火箭和航天飛船等的自動控制。 計算機輔助設(shè)計 （ CAD Computer Aided Design ） 利用計算機進行輔助設(shè)計，可以提高設(shè)計質(zhì)量和自動化程度，大大縮短設(shè)計周期、降低生產(chǎn)成本、節(jié)省人力物力。由于計算機有快速數(shù)值計算、較強的數(shù)據(jù)處理以及模擬的能力，目前， CAD 已被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模集成電路、計算機、建筑、船舶、飛機、機床、機械，甚至服裝的設(shè)計上。除計算機輔助設(shè)計（ CAD ）外，還有計算機輔助制造（ CAM ）、計算機輔助測試（ CAT ）、計算機輔助教學(xué)（ CAI ）等。 人工智能 （ AI Artificial In

14、telligence ） 人工智能是使計算機能模擬人類的感知、推理、學(xué)習和理解等某些智能行為，實現(xiàn)自然語言理解與生成、定理機器證明、自動程序設(shè)計、自動翻譯、圖像識別、聲音識別、疾病診斷，并能用于各種專家系統(tǒng)和機器人構(gòu)造等。近年來人工智能的研究開始走向?qū)嵱没?。人工智能是計算機應(yīng)用研究的前沿學(xué)科。 計算機網(wǎng)絡(luò) 計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)連接起來所形成的“網(wǎng)”。利用計算機網(wǎng)絡(luò)，可以使一個地區(qū)、一個國家，甚至在世界范圍內(nèi)計算機與計算機之間實現(xiàn)軟件、硬件和信息資源共享，這樣可以大大促進地區(qū)間、國際間的通信與各種數(shù)據(jù)的傳遞與處理，同時也改變了人們的時空概念。計

15、算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已滲透到社會生活的各個方面。目前， Internet 已成為全球性的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 多媒體技術(shù) 這里的媒體是指表示和傳播信息的載體，例如文字、聲音、圖像等。隨著 80 年代以來數(shù)字化音頻和視頻技術(shù)的發(fā)展，逐步形成了集聲、文、圖、像一體化的多媒體計算機系統(tǒng)。它不僅使計算機應(yīng)用更接近人類習慣的信息交流方式，而且將開拓許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。 1.1.4 計算機的分類 按照信息、元件、規(guī)模和用途的不同，電子計算機也相應(yīng)有不同的分類。 按數(shù)據(jù)類型分類 電子計算機可以分為數(shù)字計算機、模擬計算機和混合計算機三種。在數(shù)字計算機中，所處理的數(shù)據(jù)都是以“ 0 ”與“ 1 ”數(shù)字代碼的數(shù)據(jù)形式表示，這些數(shù)據(jù)在

16、時間上是離散的，稱為數(shù)字量，經(jīng)過算術(shù)與邏輯運算后仍以數(shù)字量的形式輸出；在模擬計算機中，要處理的數(shù)據(jù)都是以電壓或電流量等的大小來表示，這些數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的，稱為模擬量，處理后仍以連續(xù)的數(shù)據(jù)（圖形或圖表形式）輸出；在混合計算機中，要處理的數(shù)據(jù)用數(shù)字與模擬兩種數(shù)據(jù)形式混合表示，它既能處理數(shù)字量，又能處理模擬量，并具有數(shù)字量和模擬量之間相互轉(zhuǎn)換的能力。目前的電子計算機絕大多數(shù)都是數(shù)字計算機。 按元件分類 電子計算機可以分為電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規(guī)模集成電路計算機等。隨著計算機的發(fā)展，電子元件也在不斷更新，將來的計算機將發(fā)展成為利用超導(dǎo)電子元件的超導(dǎo)計算機，利用光學(xué)器件及光路

17、代替電子器件電路的光學(xué)計算機，利用某些有機化合物作為元件的生物計算機等。 按規(guī)模分類 電子計算機可以分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機等?！耙?guī)?！敝饕侵赣嬎銠C所配置的設(shè)備數(shù)量、輸入輸出量、存儲量和處理速度等多方面的綜合規(guī)模能力。 按用途分類 電子計算機可以分為通用計算機和專用計算機兩種。通用計算機的用途廣泛，可以完成不同的應(yīng)用任務(wù)；專用計算機是為完成某些特定的任務(wù)而專門設(shè)計研制的計算機，用途單純，結(jié)構(gòu)較簡單，工作效率也較高?，F(xiàn)在使用的大多是通用計算機，四通打字機、銀行取款機等都是專用計算機。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院第 2 次課教學(xué)課型：理論課 實驗課 習題課 實踐課 技能課 其它主要教

18、學(xué)內(nèi)容（注明：* 重點 # 難點 ）：1.5計算機中信息的編碼表示*不同進制數(shù)的表示，不同進制整數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換，定點數(shù)與浮點數(shù)的概念；ASCII碼，漢字編碼的基本常識；1.6計算機系統(tǒng)微型計算機的基本概念。1.7微型計算機硬件配置介紹微機的硬件組成：*CPU、內(nèi)存、RAM、ROM、Cache、適配器、總線的含義；磁盤驅(qū)動器與磁盤；常見輸入、輸出設(shè)備； *微型計算機的主要技術(shù)指標。教學(xué)目的要求： 要求學(xué)生掌握不同進制數(shù)的表示方法以及不同進制整數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換； 掌握微型計算機的硬件的組成及有關(guān)名詞的含義； 掌握微型計算機的主要技術(shù)指標。 教學(xué)方法和教學(xué)手段： 多媒體教學(xué)。討論、思考題、作業(yè)： 1

19、為什么計算機中要采用二進制？ 2計算機的主要性能指標與計算機性能有怎樣的關(guān)系？參考資料：大學(xué)計算機基礎(chǔ)中國鐵道出版社大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)中國鐵道出版社1.2 信息在計算機中的表示 計算機要處理各種信息，首先要將信息表示成具體的數(shù)據(jù)形式，計算機內(nèi)的信息都是以二進制數(shù)的形式表示。這是因為二進制數(shù)具有在電路上容易實現(xiàn)，可靠性高，運算規(guī)則簡單，可直接用作邏輯運算等優(yōu)點。但我們習慣的畢竟是十進制數(shù)。此外，為了簡化二進制的表示，又引入了八進制和十六進制。二進制數(shù)與其它進制之間具有一定的聯(lián)系，相互之間也能進行轉(zhuǎn)換。 1.2.1 進位計數(shù)制 十進制數(shù)（ Decimal ） 十進制數(shù)是人們十分熟悉的計數(shù)體制。

20、它用 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 十個數(shù)字符號，按照一定規(guī)律排列起來表示數(shù)值的大小。 任意一個十進制數(shù)，如 527 可表示為（ 527 ） 10 、 527 10 或 527D 。有時表示十進制數(shù)后的下標 10 或 D 也可以省略。 【例 1.2.1 】四位數(shù) 6486 ，可以寫成： 6486 6 10 3 4 10 2 8 10 1 6 10 0 從這個十進制數(shù)的表達式中，可以得到十進制數(shù)的特點： 每一個位置（數(shù)位）只能出現(xiàn)十個數(shù)字符號 0 9 中的其中一個。通常把這些符號的個數(shù)稱為基數(shù)，十進制數(shù)的基數(shù)為 10 ； 同一個數(shù)字符號在不同的位置代

21、表的數(shù)值是不同的。上例中左右兩邊的數(shù)字都是 6 ，但右邊第一位數(shù)的數(shù)值為 6 ，而左邊第一位數(shù)的數(shù)值為 6000 ； 十進制的基本運算規(guī)則是“逢十進一”的。上例中右邊第一位為個位，記作 10 0 ；第二位為十位，記作 10 1 ；第三、四位為百位和千位，記作 10 2 和 10 3 。通常把 10 0 、 10 1 、 10 2 、 10 3 等稱為是對應(yīng)數(shù)位的權(quán)，各數(shù)位的權(quán)都是基數(shù)的冪。每個數(shù)位對應(yīng)的數(shù)字符號稱為系數(shù)。顯然，某數(shù)位的數(shù)值等于該位的系數(shù)和權(quán)的乘積。 一般地說， n 位十進制正整數(shù) X 10 =a n-1 a n-2 a 1 a 0 可表達為以下形式： X 10 a n-1 10

22、 n-1 a n-2 10 n-2 a 1 10 1 a 0 10 0 式中 a 0 、 a 1 、 a n-1 為各數(shù)位的系數(shù)（ a i 是第 i 位的系數(shù)），它可以取 0 9 十個數(shù)字符號中任意一個； 10 0 、 10 1 、 10 n-1 為各數(shù)位的權(quán)； X 10 中下標 10 表示 X 是十進制數(shù)，十進制數(shù)的括號也經(jīng)常被省略。 二進制數(shù) （ Binary ） 與十進制類似，二進制的基數(shù)為 2 ，即二進制中只有兩個數(shù)字符號（ 0 和 1 ）。二進制的基本運算規(guī)則是“逢二進一”，各位的權(quán)為 2 的冪。 任意一個二進制數(shù)，如 110 可表示為（ 110 ） 2 、 110 2 或 110B

23、 。 一般地說， n 位二進制正整數(shù) X 2 表達式可以寫成： X 2 = a n-1 2 n-1 a n-2 2 n-2 a 1 2 1 a 0 2 0 式中 a 0 、 a 1 、 a n-1 為系數(shù)，可取 0 或 1 兩種值； 2 0 、 2 1 、 2 n-1 為各數(shù)位的權(quán)。表 1-1 列出了十進制和八位二進制正整數(shù)的各數(shù)位權(quán)的對照表。 表 1-2-1 十進制與二進制對照表 從右數(shù)的位數(shù) 7 6 5 4 3 2 1 0 十進制的權(quán) 10000000 1000000 100000 10000 1000 100 10 1 二進制的權(quán) 128 64 32 16 8 4 2 1 【例 1.2.

24、2 】八位二進制數(shù) X 2 00101001 ，寫出各位權(quán)的表達式，及對應(yīng)十進制數(shù)值。 解： X 2 00101001 2 0 2 7 0 2 6 1 2 5 0 2 4 1 2 3 0 2 2 0 2 1 1 2 0 10 0 128 0 64 1 32 0 16 1 8 0 4 0 2 1 1 10 41 10 所以， 00101001 2 41 10 從以上例題可以看出，二進制數(shù)進行算術(shù)運算簡單。但也可以看到，兩位十進制數(shù) 41 ，就用了六位二進制數(shù)表示。如果數(shù)值再大，位數(shù)會更多，既難記憶，又不便讀寫，還容易出錯。為此，在計算機的應(yīng)用中，又經(jīng)常使用八進制和十六進制數(shù)表示。 八進制數(shù) （

25、Octal ） 在八進制中，基數(shù)為 8 ，它有 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 八個數(shù)字符號，八進制的基本運算規(guī)則是“逢八進一”，各數(shù)位的權(quán)是 8 的冪。 任意一個八進制數(shù)，如 425 可表示為 425 8 、（ 425 ） 8 或 425Q （注：為了區(qū)分 O 與 0 ，把 O 用 Q 來表示）。 n 位八進制正整數(shù)的表達式可寫成： X 8 a n-1 8 n-1 a n-2 8 n-2 a 1 8 1 a 0 8 0 【例 1.2.3 】求三位八進制數(shù) X 8 212 8 所對應(yīng)的十進制數(shù)的值。 X 8 212 8 2 8 2 1 8 1 2 8 0 10 12

26、8 8 2 10 138 10 所以， 212 8 138 10 十六進制數(shù) （ Hexadecimal ） 在十六進制中，基數(shù)為 16 。它有 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 十六個數(shù)字符號。十六進制的基本運算規(guī)則是“逢十六進一”，各數(shù)位的權(quán)為 16 的冪。 任意一個十六進制數(shù)，如 7B5 可表示為（ 7B5 ） 16 ，或 7B5 16 ，或者為 7B5H 。 n 位十六進制正整數(shù)的一般表達式為： X 16 a n-1 16 n-1 a n-2 16 n-2 a 1 16 1 a 0 16 0 【例

27、 1.2.4 】求十六進制正整數(shù) 2BF 16 所對應(yīng)的十進制數(shù)的值。 2BF 16 2 16 2 11 16 1 15 16 0 10 703 10 1.2.2 不同進制間的轉(zhuǎn)換 二進制、八進制和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù) 由二進制數(shù)的一般表達式可知，只要將其按加權(quán)系數(shù)法展開，即可得到對應(yīng)的十進制數(shù)。 例如： 10110111 2 1 2 7 0 2 6 1 2 5 1 2 4 0 2 3 1 2 2 1 2 1 1 2 0 10 128+32+16+4+2+1 10 183 10 其它進制數(shù)同樣按權(quán)展開相加即得對應(yīng)的十進制數(shù)。 【例 1.2.5 】 336 8 3 8 2 3 8 1 6 8

28、 0 10 222 10 2AD 16 2 16 2 10 16 1 13 16 0 10 685 10 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換 除取余法 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用“除取余法”。即用多次除被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，直至商為，每次相除所得余數(shù)，按照第一次除所得余數(shù)是二進制數(shù)的最低位，最后一次相除所得余數(shù)是最高位，排列起來，便是對應(yīng)的二進制數(shù)。 【例 1.2.6 】將十進制數(shù) 13 10 轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。 解： 用“除 2 取余的方法”可將 13 轉(zhuǎn)換成二進制形式： 13 10 1101 2 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換乘取整法 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用 “ 乘取整法 ” 。即用多次乘被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)的小數(shù)部分，每

29、次相乘后，所得乘積的整數(shù)部分變?yōu)閷?yīng)的二進制數(shù)。第一次乘積所得整數(shù)部分就是二進制數(shù)小數(shù)部分的最高位，其次為次高位，最后一次是最低位。 【例 1.2.7 】將十進制純小數(shù) 0.562 轉(zhuǎn)換成保留六位小數(shù)的二進制小數(shù)。 解： 可用“乘 2 取整法”求取相應(yīng)二進制小數(shù)： 取整 0.562 2 1.124 1 （ a -1 ） 0.124 2 0.248 0 （ a -2 ） 0.248 2 0.496 0 （ a -3 ） 0.496 2 0.992 0 （ a -4 ） 0.992 2 1.984 1 （ a -5 ） 由于最后所余小數(shù) 0.9840.5 ，則根據(jù)“四舍五入”的原則，可得 a -6

30、 =1 。 所以： 0.562 10 0.100011 2 。 任何十進制數(shù)都可以將其整數(shù)部分和純小數(shù)部分分開，分別用“除 2 取余法”和“乘 2 取整法”化成二進制數(shù)形式，然后將二進制形式的整數(shù)和純小數(shù)合并即成十進制數(shù)所對應(yīng)的二進制數(shù)。 【例 1.2.8 】將十進制數(shù) 13.562 10 轉(zhuǎn)換成保留六位小數(shù)的二進制數(shù)。 解：可先將整數(shù)部分由“除 2 取余法”化成二進制數(shù)： 13 10 1101 2 再由“乘 2 取整法”將純小數(shù)部分化成二進制數(shù)： 0.562 10 0.100011 2 然后將所得結(jié)果合并成相應(yīng)的二進制數(shù)： 13.562 10 1101.100011 2 二進制數(shù)與八進制數(shù)之

31、間相互轉(zhuǎn)換 因為三位二進制數(shù)正好表示 0 7 八個數(shù)字，所以一個二進制數(shù)要轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)時，以小數(shù)點為界分別向左向右開始，每三位分為一組，一組一組地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的八進制數(shù)字。若最后不足三位時，整數(shù)部分在最高位前面加 0 補足三位再轉(zhuǎn)換；小數(shù)部分在最低位之后加 0 補足三位再轉(zhuǎn)換。然后按原來的順序排列就得到八進制數(shù)了。 表 1-2-2 八進制與二進制對照表 八進制 0 1 2 3 4 5 6 7 二進制 000 001 010 011 100 101 110 111 【例 1.2.9 】將二進制數(shù) 1111010010.01101 2 轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)。 解： 001 ， 111 ， 010 ， 0

32、10 011 ， 010 1 7 2 2 3 2 所以， 1111010010.01101 2 1722.32 8 相反，如果由八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)時，只要將每位八進制數(shù)字寫成對應(yīng)的三位二進制數(shù)，再按原來的順序排列起來就可以了。 【例 1.2.10 】八進制 473.52 8 轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制數(shù)。 解： 4 7 3 5 2 100 111 011 101 010 即： 473.52 8 100111011.10101 2 二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間相互轉(zhuǎn)換 因為四位二進制數(shù)正好可以表示十六進制的十六個數(shù)字符號，所以一個二進制數(shù)要轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)時，以小數(shù)點為界分別向左向右開始，每四位分為一組

33、，一組一組地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的十六進制數(shù)。若最后不足四位時，整數(shù)部分在最高位前面加 0 補足四位再轉(zhuǎn)換；小數(shù)部分在最低位之后加 0 補足四位再轉(zhuǎn)換。然后按原來的順序排列就得到十六進制數(shù)了。 表 1-2-3 十六進制與二進制對照表 十六進制 0 1 2 3 4 5 6 7 二進制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 十六進制 8 9 A B C D E F 二進制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 【例 1.2.11 】 1101111001.0101101101 2 轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)。 解： 0011 ， 01

34、11 ， 1001 0101 ， 1011 ， 0100 3 7 9 5 B 4 所以， 1101111001.0101101101 2 379.5B4 16 相反，如果由十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)時，只要將每位十六進制數(shù)字寫成對應(yīng)的四位二進制數(shù)，再按原來的順序排列起來就可以了。 【例 1.2.12 】 3ED.72 16 轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時 解： 3 E D 7 2 0011 1110 1101 0111 0010 所以， 3ED.72 16 1111101101.0111001 2 八進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換都可借助于二進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換。十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制或十六進制，也可借助于二進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換

35、。 1.2.3 二進制編碼 ASCII 碼 由于計算機只能直接接受、存儲和處理二進制數(shù)。對于數(shù)值信息可以采用二進制數(shù)碼表示，對于非數(shù)值信息可以采用二進制代碼編碼表示。編碼是指用少量基本符號根據(jù)一定規(guī)則組合起來以表示大量復(fù)雜多樣的信息。一般所來，需要用二進制代碼表示哪些文字、符號取決于我們要求計算機能夠“識別”哪些文字、符號。為了能將文字、符號也存儲在計算機里，必須將文字、符號按照規(guī)定的編碼轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)代碼。目前，計算機中一般都采用國際標準化組織規(guī)定的 ASCII 碼（美國標準信息交換碼）來表示英文字母和符號。 基本 ASCII 碼的最高位為 0 ，其范圍用二進制表示為 00000000 01

36、111111 ，用十進制表示為 0 127 ，共 128 種?；?ASCII 字符表如表 1-2-4 所示。 表 1-2-4 中可以看出字符 ASCII 碼大小規(guī)律一般是：由于基本 ASCII 字符表按代碼值的大小排列，數(shù)字的代碼小于字母；在數(shù)字的代碼中， 0 的代碼最小， 9 的代碼最大；大寫字母的代碼比小寫字母??；在字母中，代碼的大小按字母順序遞增； A 的代碼最小， z 的代碼最大。其中， 0 的代碼為 48 ， A 的代碼為 65 ， a 的代碼為 97 ，其他數(shù)字和字母的代碼可以依次推算出來。 擴充 ASCII 碼的最高位為 1 ，其范圍用二進制表示為 10000000 11111

37、111 ，用十進制表示為 128 255 ，也共有 128 種。 ASCII 碼目前以為國際標準化組織 ISO 和國際電報電話咨詢委員會 CCITT 采納而為一種國際通用的信息交換標準代碼。 漢字編碼 對于英文，大小寫字母總計只有 52 個，加上數(shù)字、標點符號和其他常用符號， 128 個編碼基本夠用，所以 ASCII 碼基本上滿足了英語信息處理的需要。我國使用漢字不是拼音文字，而是象形文字，由于常用的漢字也有 6000 多個，因此使用 7 位二進制編碼是不夠的，必須使用更多的二進制位。 1981 年我國國家標準局頒布的信息交換用漢字編碼字符集基本集，收錄了 6763 個漢字和 619 個圖形符

38、號。在 GB2312-80 中規(guī)定用 2 個連續(xù)字節(jié)，即 16 位二進制代碼表示一個漢字。由于每個字節(jié)的高位規(guī)定為 1 ，這樣就可以表示 128 128=16384 個漢字。在 GB2312-80 中，根據(jù)漢字使用頻率分為兩級，第一級有 3755 個，按漢語拼音字母的順序排列，第二級有 3008 個，按部首排列。 表 1-2-4 基本 ASCII 字符表 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 0000 NUL DLE SP 0 P p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 “ 2 B R b r 0011 ETX

39、DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * ： J Z j z 1011 VT ESC + ； K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o DEL 英文是拼音文字，基本符號比較少，編碼比較容易，而且在計算機系統(tǒng)中，輸入、內(nèi)部處理、存儲和輸出都可以使用同一

40、代碼。漢字種類繁多，編碼比西文要困難多，而且在一個漢字處理系統(tǒng)中，輸入、內(nèi)部處理、輸出對漢字代碼要求不盡相同，所以用的代碼也不盡相同。漢字信息處理系統(tǒng)在處理漢字和詞語時，要進行一系列的漢字代碼轉(zhuǎn)換。下面介紹主要的漢字代碼。 漢字輸入碼（外碼） 漢字的字數(shù)繁多，字形復(fù)雜，字音多變，常用漢字就有 6000 多個。在計算機系統(tǒng)中使用漢字，首先遇到的問題就是如何把漢字輸入到計算機內(nèi)。為了能直接使用西文標準鍵盤進行輸入，必須為漢字設(shè)計相應(yīng)的編碼方法。漢字編碼方法主要有：拼音輸入、數(shù)字輸入、字形輸入、音形輸入等方法。 漢字內(nèi)部碼（內(nèi)碼） 漢字內(nèi)部碼是漢字在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達形式，是在設(shè)備和

41、信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存貯、處理和傳輸漢字用的代碼。目前，世界各大計算機公司一般均以 ASCII 碼為內(nèi)部碼來設(shè)計計算機系統(tǒng)。漢字數(shù)量多，用一個字節(jié)無法區(qū)分，一般用兩個字節(jié)來存放漢字的內(nèi)碼，兩個字節(jié)共有 16 位，可以表示 65536 個可區(qū)別的碼，如果兩個字節(jié)各用 7 位，則可表示 16384 個可區(qū)別的碼，這已經(jīng)夠用了。另外，漢字字符必須和英文字符能相互區(qū)別開，以免造成混淆。英文字符的機內(nèi)代碼是 7 位 ASCII 碼，最高位為“ 0 ”，漢字機內(nèi)代碼中兩個字節(jié)的最高位均為“ 1 ”。不同的計算機系統(tǒng)所采用的漢字內(nèi)部碼有可能不同。 漢字字形碼（輸出碼） 漢字字形碼是漢字字庫中存儲的漢字字形的數(shù)字

42、化信息，用于漢字的顯示和打印。字形碼也稱字模碼，是用點陣表示的漢字字形代碼，它是漢字的輸出形式，根據(jù)輸出漢字的要求不同，點陣的多少也不同。簡易型漢字為 16 16 點陣，提高型漢字為 24 24 點陣、 32 32 點陣、 48 48 點陣等等。 字模點陣的信息量是很大的，所占存貯空間也很大，以 16 16 點陣為例，每個漢字就要占用 32 個字節(jié)，兩級漢字大約占用 256KB 。 一個完整的漢字信息處理都離不開從輸入碼到機內(nèi)碼，由機內(nèi)碼到字形碼的轉(zhuǎn)換。雖然漢字輸入碼、機內(nèi)碼、字形碼目前并不統(tǒng)一，但是只要在信息交換時，使用統(tǒng)一的國家標準，就可以達到信息交換的目的。 我國國家標準局于 2000

43、年 3 月頒布的國家標準 GB8030-2000 信息技術(shù)和信息交換用漢字編碼字符集基本集的擴充，收錄了 2.7 萬多個漢字。它徹底解決郵政、戶政、金融、地理信息系統(tǒng)等迫切需要人名、地名所用漢字，也為漢字研究、古籍整理等領(lǐng)域提供了統(tǒng)一的信息平臺基礎(chǔ)。 圖形、圖像、聲音編碼的概念 對于文字可以使用二進制代碼編碼，對于圖形、圖像和聲音也可以使用二進制代碼編碼。例如，一幅圖像是由像素陣列構(gòu)成的。每個像素點的顏色值可以用二進制代碼表示：二進制的 1 位可以表示黑白二色， 2 位可以表示四種顏色， 24 位可以表示真色彩（即 2 24 1600 萬種顏色）。聲音信號是一種連續(xù)變化的波形，可以將它分割成離

44、散的數(shù)字信號，將其幅值劃分為 2 8 =256 個等級值或 2 16 =65536 個等級值加以表示。 雖然這樣得到的代碼數(shù)量是非常大的。例如一幅具有中等分辨率（ 640 480 ）彩色（ 24bit/ 像素）數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)量約 737 萬 bit/ 幀，一個 1 億 Byte 的硬盤只能存放約 100 幀靜止圖像畫面。如果是運動圖像，以每秒 30 幀或 25 幀的速度播放，如果存放在 6 億 Byte 光盤中，只能播放 20 秒。對于音頻信號，采樣頻率 44.1kHz ，每個采樣點量化為 16bit ，二通道立體聲， 1 億 Byte 的硬盤也只能存貯 10 分鐘的錄音。因此圖像和聲音編

45、碼總是同數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)密切聯(lián)系在一起的。目前公認的壓縮編碼的國際標準有 JPEG ， MPEG ， CCITT H.261 等。 1.2.4 計算機中的邏輯運算 非數(shù)值數(shù)據(jù)包括字符數(shù)據(jù)和邏輯數(shù)據(jù)兩種。所謂邏輯數(shù)據(jù)，是指不帶符號位的若干位二進制數(shù)，位與位之間沒有權(quán)的內(nèi)在聯(lián)系，每一位只具有兩種可能的值：“ 0 ”或“ 1 ”，代表的是兩種成對出現(xiàn)的邏輯概念，例如“真”與“假”、“是”與“否”、“有”與“無”、電位的“高”與“低”、開關(guān)的“通”與“斷”等等，而不是數(shù)值的概念。其中，電子計算機中“ 1 ”表示“真”、“是”、“有”、“高”和“通”，“ 0 ”表示“假”、“否”、“無”、“低”和“斷”。

46、邏輯運算是對邏輯數(shù)據(jù)進行的運算，用來表示事物的邏輯關(guān)系，其運算規(guī)則的特點是運算是按位進行的，每位之間相互獨立，沒有算術(shù)運算的進位和借位。 邏輯運算主要包括“邏輯非”、“邏輯加”、“邏輯乘”和“邏輯異或”四種。 邏輯非運算 邏輯非運算又稱為“求反”運算，常用數(shù)據(jù)上面加一橫線表示。對某數(shù)進行邏輯非運算，就是對它的各位按位求反，即 0 變?yōu)?1 ， 1 變?yōu)?0 。 “非”的運算規(guī)則是： 1 = 0 ， 0 = 1 。 設(shè)數(shù) X X n 1 X 1 X 0 ，則 X = X n 1 X 1 X 0 。 【例 1.2.13 】 X = 01001011 ，則 X 0 1 0 0 1 0 1 1 101

47、10100 邏輯加運算 邏輯加運算又稱為“邏輯或”運算，用、 U 和 OR 等運算符號表示。對兩個數(shù)進行邏輯加，就是按位求它們的“或”。 “或”的運算規(guī)則是： 0 U 0 0 ， 0 U 1 1 U 0=1 ， 1 U 1 1 。 設(shè)有兩數(shù)： X X n1 X 1 X 0 ， Y n1 Y 1 Y 0 。若 Z X U Y Z n1 Z 1 Z 0 則有 Z i X i U Y i （ i 0 ， 1 ， n-1 ） 【例 1.2.14 】 X 10100001 ， Y 10011011 ，求 X U Y ？ 解： 10100001 ） 10011011 10111011 所以： X U Y

48、10111011 邏輯乘運算 邏輯乘運算又稱為“邏輯與”運算，用 、和 AND 等運算符號表示。對兩數(shù)進行邏輯乘，就是按位求它們的“與”。 “與”的運算規(guī)則是： 0 0 0 ， 0 1 1 0 0 ， 1 1 1 。 設(shè)有兩數(shù)： X X n1 X 1 X 0 ， Y Y n1 Y 1 Y 0 。若 Z X Y Z n1 Z 1 Z 0 則 Z i X i Y i （ i 0 ， 1 ， n-1 ） 【例 1.2.15 】 X 10111001 ， Y 11110011 ，求 X Y ？ 解： 10111001 ） 11110011 10110001 所以， X Y=10110001 邏輯異或運

49、算 邏輯異或運算又稱“按位加”、“半加和”、“模 2 和”，常用運算符號“”和 NOR 來表示。對兩數(shù)進行邏輯異或，就是按位求它們的模 2 和（不考慮進位）。 運算規(guī)則為： 0 0 0 ， 0 1 1 0 1 ， 1 1 0 。 設(shè)有兩數(shù)： X X n1 X 1 X 0 ， Y Y n1 Y 1 Y 0 若 Z X Y Z n1 Z 1 Z 0 則 Z i X i Y i （ i = 0 ， 1 ， n-1 ） 【例 1.2.16 】 X 10101011 ， Y 11001100 ， 求 X Y ？ 解： 10101011 11001100 01100111 所以， X Y 01100111

50、 1.3 計算機的組成和工作原理 一個計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖 1-3-1 所示。 圖 1-3-1 計算機系統(tǒng)示意圖 1.3.1 計算機的硬件系統(tǒng) 計算機硬件系統(tǒng)是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械、磁性和光電元件組成的各種計算機部件和設(shè)備，雖然目前計算機的種類很多，但從功能上都可以劃分為五大基本組成部分，它們是運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。它們之間的關(guān)系如圖 1-3-2 所示。 其中細線箭頭表示由控制器發(fā)出的控制信息流向，粗線箭頭為數(shù)據(jù)信息流向。 圖 1-3-2 計算機硬件組成 計算機五大硬件部件的基本功能為： 運算器 運算器是執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算的

51、功能部件，算術(shù)、邏輯運算包括加、減、乘、除四則運算及與、或、非等邏輯運算以及數(shù)據(jù)的傳送、移位等操作。 控制器 控制器是整個計算機系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機各部分協(xié)調(diào)地工作，保證計算機按照預(yù)先規(guī)定的目標和步驟有條不紊地進行操作及處理。 控制器從內(nèi)存中逐條取出指令，分析每條指令規(guī)定的是什么操作（操作碼），以及進行該操作的數(shù)據(jù)在存儲器中的位置（地址碼）。然后，根據(jù)分析結(jié)果，向計算機其他部分發(fā)出控制信號。控制過程為：根據(jù)地址碼從存儲器中取出數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行操作碼規(guī)定的操作。根據(jù)操作的結(jié)果，運算器及其他部件要向控制器回報信息，以便控制器決定下一步的工作。 因此，計算機執(zhí)行由人編制的程序，就是執(zhí)行一

52、系列有序的指令。計算機自動工作的過程，實質(zhì)上是自動執(zhí)行程序的過程。 存儲器 存儲器的主要功能是用來存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息，并能在計算機運行中高速自動完成指令和數(shù)據(jù)的存取。 存儲器是具有“記憶”功能的設(shè)備。它用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存放數(shù)據(jù)，這些器件也被稱為記憶元件。 存儲器按其在計算機中的作用可分為主存儲器（ Main Memory ，簡稱主存）、輔助存儲器（ Auxiliary Memory ， Secondary Memory ，簡稱輔存）和高速緩沖存儲器（ Cache ，簡稱快存）。中央處理器能直接訪問的存儲器稱為內(nèi)存儲器（ Internal Memory ，簡稱內(nèi)存、主存），它包

53、括高速緩沖存儲器和主存儲器。中央處理器不能直接訪問外存儲器，外存儲器的信息必須調(diào)入內(nèi)存儲器后才能為中央處理器進行處理。所以，內(nèi)存存取速度比外存快。相對于輔存而言，內(nèi)存的存取速度快，但容量較小，且價格較高。輔存的特點是存儲容量大，價格低，但存取速度較慢，由于輔存設(shè)置在主機外部，故又稱為外存儲器（ External Memory ，簡稱外存）。 高速緩沖存儲器簡稱快存，是為了解決 CPU 和主存之間速度匹配問題而設(shè)置的。如圖 1-3-3 所示，它是介于 CPU 與 M 2 之間的小容量存儲器，但存取速度比主存快。有了快存，就能高速地向 CPU 提供指令和數(shù)據(jù)，從而加快了程序執(zhí)行的速度。由于能夠提供廉價的半導(dǎo)體存儲器，所以快存不僅在大型計算機中使用，而且也進入微型計算機的存儲系統(tǒng)。