計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)數(shù)值運(yùn)算課件

1、什么是計(jì)算機(jī)？1-11.1 計(jì)算機(jī)概述一、什么是計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)是一種能對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和高速處理的工具或電子機(jī)器。 對(duì)上述定義要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)不僅是一個(gè)計(jì)算工具，而且還是一個(gè)信息處理機(jī)。 計(jì)算機(jī)不同于其它任何機(jī)器，它能存儲(chǔ)程序，并按程序的引導(dǎo)自動(dòng)存取和處理數(shù)據(jù)，輸出人們所期望的信息。1-21.1 計(jì)算機(jī)概述二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展史 1.電子計(jì)算機(jī)的誕生 1946年2月,美國賓夕法尼亞大學(xué)物理學(xué)家莫克利和工程師埃克特為首的數(shù)十人共同開發(fā)了世界上第一臺(tái)通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)。1-31.1 計(jì)算機(jī)概述 Electronic Numerical Integrator And Calculat

2、or 簡稱ENIAC，譯為電子數(shù)字積分機(jī)和計(jì)算機(jī)1-4電子管:18000只電阻:70000個(gè)電容:10000只繼電器:1500個(gè)耗電:140kW/h占地:170m2重量:30噸速度:5000次/秒1.1 計(jì)算機(jī)概述1-5 ENIAC的主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。 當(dāng)ENIAC公開展出時(shí)，一條炮彈的軌道用20s就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。 1949：EDSAC(英國劍橋大學(xué))1951：EDVAC(美國賓夕法尼亞大學(xué))1.1 計(jì)算機(jī)概述 2.計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段代別第一代1946-1958第二代1959-1964第三代1965-1970第四代1971-現(xiàn)在電子器件電子管晶體管集成電路大規(guī)模和超大

3、規(guī)模集成電路存儲(chǔ)器水銀延遲線磁鼓、磁芯磁芯、磁鼓磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁盤、光盤運(yùn)算速度5000-幾萬幾十萬-百萬百萬-幾百萬幾百萬-幾億處理方式機(jī)器語言匯編語言算法語言操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理分時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)控制各行各業(yè)典型機(jī)種ENIACEDVACIBM 7090CDC 6600IBM 360PDP-IIVAX-IIIBM PC/Apple1-61.1 計(jì)算機(jī)概述第五代計(jì)算機(jī)(新一代計(jì)算機(jī))創(chuàng)新：基本元器件生物計(jì)算機(jī)采用生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子制成生物芯片，其運(yùn)算過程是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。量子計(jì)算機(jī)采用一種鏈狀分子聚合

4、物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。光計(jì)算機(jī)采用光學(xué)技術(shù)，由光器件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。在光器件方面研制的基本部件有：用于進(jìn)行圖像處理的快速傅立葉變換部件，用于進(jìn)行信息處理的光乘法、加法運(yùn)算器。1-71.1 計(jì)算機(jī)概述 2.按處理對(duì)象分類 數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)：處理非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時(shí)間上是離散的。 其基本運(yùn)算部件是數(shù)字邏輯電路。 模擬式電子計(jì)算機(jī)：處理連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時(shí)間上是連續(xù)的。 其基本運(yùn)算部件是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的微分器、積分器和通用函數(shù)運(yùn)算器等組成。 混合式電子計(jì)算機(jī)：可處理數(shù)字量和模擬量1-101.1 計(jì)算機(jī)概述 3.

5、按規(guī)模和處理能力分類(IEEE) 巨型機(jī)：超級(jí)計(jì)算機(jī),功能最強(qiáng),價(jià)格最貴。 小巨型機(jī)：與巨型機(jī)相比，價(jià)格大幅降低。 大型機(jī)：主機(jī)，具有很強(qiáng)的管理和處理數(shù)據(jù)的能力，在大企業(yè)、銀行等單位使用。 小型機(jī)：中小企業(yè)，VAX-II, DJS-2000。 工作站：高檔微機(jī)，具有很強(qiáng)的圖形處理能力，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Sun工作站。 個(gè)人計(jì)算機(jī)：IBM PC，Apple1-111.1 計(jì)算機(jī)概述四、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 1.運(yùn)算速度快：每秒數(shù)萬億次，氣象預(yù)報(bào) 2.計(jì)算精度高：理論上不受限制，圓周率 3.存儲(chǔ)能力強(qiáng)：中等規(guī)模圖書館 4.具有邏輯判斷能力：算術(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 判斷或比較 5.具有自動(dòng)執(zhí)行能力：無需人工

6、干預(yù)1-121.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1.什么是數(shù)制 數(shù)制是用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。 非進(jìn)位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關(guān)。典型的非進(jìn)位記數(shù)制是羅馬數(shù)字，例如羅馬數(shù)字中:, 進(jìn)位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關(guān)。例如，十進(jìn)制數(shù) 123.451-161.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的要素：數(shù)位：是指數(shù)碼在一個(gè)數(shù)中所處的位置?；鶖?shù)：指各種進(jìn)位記數(shù)制中允許選用基本數(shù)碼的個(gè)數(shù)。例如十進(jìn)制的數(shù)碼有： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9基數(shù)是10位權(quán)：每個(gè)數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個(gè)與數(shù)碼所在位置相關(guān)的常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做權(quán)值

7、。例如： 123.41102+2101+3100 +410-11-171.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 2.幾種進(jìn)位記數(shù)制1-18幾種進(jìn)位計(jì)數(shù)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1-19幾種進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 一位拆三位：將每一位八進(jìn)制數(shù)寫成對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。 例如

8、： (123.67)8=(?)2 1 2 3 . 6 7 (八進(jìn)制) 001,010,011.110111 (二進(jìn)制) (123.67)8=(1010011.110111)21-231.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互換 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 四位并一位：以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每四位一組，不足四位添0補(bǔ)足,然后把每組的四位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加，得到相應(yīng)的一位十六進(jìn)制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。 例如：(1011110.00011)2=(?)16 (0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16 5 E . 1 81

9、-241.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 一位拆四位：把一位十六進(jìn)制數(shù)寫成對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。 例如：(123.EF)16=(?)2 1 2 3 . E F (十六進(jìn)制) 0001,0010,0011.1110,1111 (二進(jìn)制) (123.EF)16=(100100011.11101111) 十進(jìn)制數(shù):512D或512 二進(jìn)制數(shù):1011B 八進(jìn)制數(shù):127Q 十六進(jìn)制數(shù):A8H1-251.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 4.計(jì)算機(jī)為什么采用二進(jìn)制 電路簡單：計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個(gè)狀態(tài)。 可靠性高：兩個(gè)狀態(tài)表示的二進(jìn)制兩個(gè)數(shù)碼，數(shù)字傳輸和處理不容

10、易出錯(cuò)。 運(yùn)算簡單：二進(jìn)制運(yùn)算法則簡單。 邏輯性強(qiáng)：計(jì)算機(jī)工作原理是建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)。1-26計(jì)算機(jī)二進(jìn)制數(shù)可以表示連續(xù)的數(shù)嗎？1-271.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)二、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位 1.位(bit，b) 位是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位，一個(gè)二進(jìn)制位只能表示兩種狀態(tài)，如0、1。 2.字節(jié)(Byte，B) 字節(jié)是數(shù)據(jù)處理的基本單位，一個(gè)字節(jié)是由八位二進(jìn)制數(shù)組成。1Byte=8bit01000001 存儲(chǔ)器容量大小的單位：KB、MB、GB。1-281.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 1KB2101024B 1MB210210102410241048576B 1GB210210210

11、102410241024 1073741824B 3.字(Word) 字是CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送數(shù)據(jù)的長度。一個(gè)字通常由一個(gè)或若干個(gè)字節(jié)組成。字長越長，計(jì)算機(jī)性能越強(qiáng)。 常用的字長：8位、16位、32位、64位等。1-291.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)三、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示 1.機(jī)器數(shù)與真值 數(shù)值型數(shù)據(jù)(符號(hào)數(shù)字)數(shù)碼化 規(guī)定：0，1 例如：(+68)10(01000100)2 (-68)10(11000100)2 機(jī)器數(shù)：將符號(hào)和數(shù)字組合的二進(jìn)制數(shù) 真值：由機(jī)器數(shù)所表示的實(shí)際值大小1-301.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 2.原碼、反碼和補(bǔ)碼 原碼 規(guī)定：用符號(hào)位和數(shù)值位表示一個(gè)帶符號(hào)數(shù) 正數(shù)符

12、號(hào)0，負(fù)數(shù)符號(hào)1 例如：求二進(jìn)制數(shù)+10011，-10011的原碼。 +10011原00010011 -10011原10010011 又如：求十進(jìn)制數(shù)+65，-66的原碼。1-311.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 補(bǔ)碼 規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是對(duì)該數(shù)的原碼除符號(hào)位外各位取反，末位加1. 例如：求二進(jìn)制數(shù)+10011，-10011的補(bǔ)碼。 +10011補(bǔ)00010011 -10011補(bǔ)11101101 零的補(bǔ)碼形式有兩種： +0補(bǔ)00000000 -0補(bǔ)000000001-34任意數(shù)的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼即是原碼本身-128的原碼是10000000。 反碼是11111111 補(bǔ)碼是反碼+1：依然是1

13、0000000。（因?yàn)榧?進(jìn)位了，但是只有8位，所以進(jìn)位無法顯示）。1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍： 8位：-128+127 16位：-32768+32767 引入補(bǔ)碼后，減法運(yùn)算可轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。 X+Y補(bǔ)X補(bǔ)+Y補(bǔ) X-Y補(bǔ)X+(-Y)補(bǔ)X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 例如：用補(bǔ)碼計(jì)算十進(jìn)制數(shù) 35-65? 目前計(jì)算機(jī)中加減法基本采用補(bǔ)碼運(yùn)算。1-36（35）原=（35）補(bǔ)=00100011（65）原=01000001（-65）原=11000001（-65）補(bǔ)=10111111（35-65）補(bǔ)= （35）補(bǔ)+ （-65）補(bǔ)=1110001035-65=（11100010）補(bǔ)=10011110無溢出

14、例1-2 ，1-31-38假設(shè)字長為8，求十進(jìn)制數(shù)+78和-78的補(bǔ)碼利用補(bǔ)碼計(jì)算十進(jìn)制數(shù)33與65之差，即33-65=？1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 總結(jié) 一個(gè)正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼的表示形式相同，符號(hào)位置0，其它位是數(shù)的真值。負(fù)數(shù)的原碼符號(hào)位1其余位是該數(shù)的絕對(duì)值負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位1其余各位逐位取反負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼符號(hào)位1其余各位逐位取反，末位加1 +0原0.000 -0原1.000不唯一 +0反0.000 -0反1.111不唯一 +0補(bǔ)000 -0補(bǔ)000唯一1-39 真值零的表示：1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 3.定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)數(shù)是小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)。 根據(jù)小數(shù)點(diǎn)隱含固定位置不同，可分為：

15、定點(diǎn)小數(shù)： 定點(diǎn)整數(shù)： 例如：-1011011的補(bǔ)碼表示為1-4010100101符號(hào)位數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置符號(hào)位數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 浮點(diǎn)數(shù)（補(bǔ)碼表示法） 浮點(diǎn)數(shù)是小數(shù)點(diǎn)位置不固定，根據(jù)需要而浮動(dòng)的數(shù)。它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。1-41階碼：補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)，表示該數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置尾數(shù)：補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)，表示數(shù)據(jù)的有效位數(shù)（2）浮點(diǎn)數(shù)（原碼表示法）（1）對(duì)任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N，總可以表示成：N=2iS其中：i稱為N的階碼，S稱為N的尾數(shù)。i可以為正數(shù)也可以為負(fù)數(shù)。階碼大小決定了小數(shù)點(diǎn)的位置。尾數(shù)S位純小數(shù)。2為基。（2）在計(jì)算機(jī)中，浮點(diǎn)數(shù)用以下格式表示：階碼符號(hào)階碼數(shù)符尾數(shù)若用16位二

16、進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，其中階碼部分為6位；尾數(shù)部分為10位，包括數(shù)的符號(hào)位。例：用浮點(diǎn)數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)-28.3125.N=(-28.3125)10=(-11100.0101)2=25（-0.111000101）2階碼：i=5=(+00101)2尾數(shù)：S=（-0.111000101)2 在計(jì)算機(jī)中表示為：0001011111000101階碼符號(hào)（+）階碼數(shù)符（-）尾數(shù)（表示數(shù)的有效值反映了數(shù)據(jù)的精度）1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)四、計(jì)算機(jī)中信息編碼 1.ASCII碼 American Standard Code for Information Interchange (ASCII，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)

17、。 國際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(ISO 646)。 ASCII碼是對(duì)數(shù)字、字母、通用符號(hào)和控制符號(hào)等字符進(jìn)行編碼。 ASCII碼：7位128種000000011111111-431-44ASCII碼表(7位)高三位b6b5b4低四位b3b2b1b01.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1-45例將China五個(gè)字符的ASCII碼查出并存放在內(nèi)存中。 ASCII碼的字符集： 10個(gè)數(shù)字：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 52個(gè)大、小寫字母 34個(gè)特殊字符 比較大小：09AZadebug zz.txt-d100L2 0B0D:0100 A8 88-Q1-521.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 漢字

18、字形碼 字形碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，它主要用于漢字輸出(打印、顯示等)時(shí)產(chǎn)生的漢字字形。 點(diǎn)陣大小類型：1616、2424 3232、4848以上 漢字庫：一個(gè)漢字系統(tǒng)所允許使用的全部漢字的漢字字形編碼的集合。1-531.2 計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 例如：把一個(gè)方塊橫向和縱向都分為16格。若用1表示黑點(diǎn)，用0表示白點(diǎn)，則1616的點(diǎn)陣漢字可用256位二進(jìn)制數(shù)來表示，占用32B。 漢字“寶”的1616點(diǎn)陣數(shù)字化信息：1-5402H 00H 01H 04H 7FH FEH40H 04H 80H 08H 00H 00H3FH F8H 01H 00H 01H 00H1FH F0H 01H 00H 0

19、1H 40H01H 20H 01H 20H 7FH FCH00H 00H2 計(jì)算機(jī)安全常識(shí)一、計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)1、開機(jī)： 計(jì)算機(jī)的開機(jī)也稱為冷啟動(dòng)。正確的開機(jī)順序是：先打開顯示器和打印機(jī)的電源，再打開主機(jī)的電源。冷啟動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)先進(jìn)行系統(tǒng)自檢。 系統(tǒng)的再啟動(dòng)稱為熱啟動(dòng)，一般在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)死機(jī)或造成失誤時(shí)才進(jìn)行，熱啟動(dòng)時(shí)計(jì)算機(jī)不進(jìn)行系統(tǒng)自檢查。 熱啟動(dòng)的方法： Ctrl+Alt+Del若熱啟動(dòng)不起作用，使用復(fù)位鍵2、關(guān)機(jī) 關(guān)機(jī)順序與開機(jī)順序相反，先關(guān)主機(jī)電源，再關(guān)顯示器和打印機(jī)電源。注意：（1）開關(guān)機(jī)順序正確，否則系統(tǒng)加電或斷電的瞬間產(chǎn)生較大的電流沖擊。（2）關(guān)機(jī)后再打開計(jì)算機(jī)電源時(shí)間間隔至少1分鐘。

20、（3）禁止帶電插拔任何設(shè)備電源。（4）在開關(guān)電源時(shí)，應(yīng)將軟盤取出，避免信息丟失。（5）長期不用的機(jī)器，為了避免受潮，常給機(jī)器通電。二、計(jì)算機(jī)的病毒防范 1、計(jì)算機(jī)病毒隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用滲透到各個(gè)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，伴隨著出現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)的“污染”計(jì)算機(jī)病毒。1999年4月26日 CIH病毒發(fā)作，摧毀了百萬臺(tái)計(jì)算機(jī)。 在中華人民共和國計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)條理中明確定義：計(jì)算機(jī)病毒是指編制或者在計(jì)算機(jī)程序中插入的破壞計(jì)算機(jī)功能或毀壞數(shù)據(jù)，影響計(jì)算機(jī)使用，并能自我復(fù)制的一組計(jì)算機(jī)指令或程序代碼。計(jì)算機(jī)病毒的說法在某種意義上借用了生物學(xué)病毒的概念。2、計(jì)算機(jī)病毒的特點(diǎn)（1）破壞性 （2）傳染性 （3）隱蔽性 （4）潛伏性3、計(jì)算機(jī)病毒的分類計(jì)算機(jī)病毒按寄生方式可分為三類：（1）引導(dǎo)