第01章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識(修改)

《計算機(jī)導(dǎo)論》力求突出為后續(xù)計算機(jī)專業(yè)課程構(gòu)建一個基本知識框架的指導(dǎo)思想，使計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生一進(jìn)入大學(xué)就能夠?qū)ψ约航窈笠獙W(xué)習(xí)的主要知識、專業(yè)方向有一個基本了解。第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識

1.1概述

1.2計算機(jī)中的信息表示1.1概述1.1.0什么是計算機(jī)1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展歷史1.1.2計算機(jī)的誕生1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展1.1.4計算機(jī)的特點和分類1.1.5計算機(jī)的應(yīng)用1.1.6計算機(jī)領(lǐng)域的著名科學(xué)家1.1.7計算機(jī)科學(xué)的典型問題簡介1.1.8計算機(jī)科學(xué)的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢1.1.9計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的形成與發(fā)展1.1.10計算科學(xué)概述1.1.11計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科定義1.1.12計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題和研究范疇1.1.13微型計算機(jī)的發(fā)展要求：通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解計算機(jī)的誕生、發(fā)展、特點、應(yīng)用，及計算機(jī)學(xué)科的形成和發(fā)展、研究范疇等，明確今后學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容。

認(rèn)識一些人、了解一些事、熱愛我們的專業(yè)吧！1.1.0什么是計算機(jī)計算機(jī)：是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)。計算機(jī)系統(tǒng)：硬件：包括運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。其中運算器和控制器合稱為CPU中央處理器。

軟件：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件。計算機(jī)的基本操作：輸入：接受由輸入設(shè)備提供的數(shù)據(jù)。處理：對各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，并按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)由輸出設(shè)備進(jìn)行輸出。存儲：計算機(jī)可以存儲程序和數(shù)據(jù)。IPOS循環(huán):即輸入（Input）、處理（Processing）、輸出（Output）和存儲（Storage）,它反映了計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本步驟。1.1概述1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分機(jī)1833分析機(jī)MARKI電子計算機(jī)時代1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展計算機(jī)的發(fā)明是以計算為基本原則，早先則是被定位為工業(yè)用產(chǎn)品。早在19世紀(jì)初葉，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家、機(jī)械設(shè)計專家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和哲學(xué)家查爾斯?巴貝基（CharlesBabbage，1791-1871）發(fā)明了差分機(jī)（DifferenceEngine）即可計算等式間的差距。而之后的分析機(jī)（AnalyticalEngine）則嘗試用來執(zhí)行多種類的運算，盡管這臺機(jī)器在他有生之年并未完成，但其概念其實已經(jīng)具備了現(xiàn)代電腦的特征，所以稱巴貝基為計算機(jī)之父。查爾斯?巴貝基1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展差分機(jī)分析機(jī)英國著名詩人拜倫的女兒阿達(dá)?拉芙拉斯伯爵夫人（AdaAugustaLovelace，1815-1852）協(xié)助巴貝基完善了分析機(jī)的設(shè)計，指出它可以像提花機(jī)那樣編程。她發(fā)現(xiàn)了編程的基本要素，還編寫了伯努利數(shù)的程序，因此，被譽(yù)為世界上第一位程序員。

1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展

巴貝基生于1791年的英國，當(dāng)他在劍橋大學(xué)攻讀博士時，即為了解決計算等式間的差異數(shù)，于1812年首先設(shè)計出了一臺名為差分機(jī)（DifferenceEngine）的機(jī)器，并于1822年制成了差分機(jī)樣機(jī)。這是一臺利用蒸汽為動力，以齒輪為基礎(chǔ)所構(gòu)成的機(jī)器，由于齒輪的數(shù)量過于龐大（約四千），以至于差分機(jī)所計算的成果并不精確。經(jīng)歷十年失敗的嘗試，1834年巴貝基在研制差分機(jī)的工作中，看到了制造一種新的、在性能上大大超過差分機(jī)的計算機(jī)的可能性，從而放棄了差分機(jī)轉(zhuǎn)而構(gòu)想出了名為分析機(jī)的自動運算機(jī)器，由于這臺機(jī)器具備有“輸入”、“運算”、“輸出”及“儲存”的四大現(xiàn)代計算機(jī)特征，最后因英國政府停止資助使這項計劃，直到巴貝基逝世，亦未能最終實現(xiàn)他所設(shè)計的計算機(jī)。

1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展

美國哈佛大學(xué)的霍華德?艾肯（HowardAiken，1900-1973）博士在圖書館里發(fā)現(xiàn)了巴貝基的論文，提出了用機(jī)電方式，而不是用純機(jī)械方法來構(gòu)造新的分析機(jī)?；羧A德·艾肯在IBM公司的資助下，于1944年研制成功了被稱為計算機(jī)“史前史”里最后一臺著名的MarkⅠ計算機(jī)，將巴貝基的夢想變?yōu)榱爽F(xiàn)實。這也正是IBM走上計算機(jī)產(chǎn)業(yè)之路的開始。后來霍華德·艾肯繼續(xù)主持了MarkⅡ和MarkⅢ計算機(jī)的研制工作，但它們已經(jīng)屬于電子計算機(jī)的范疇。1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展

英國數(shù)學(xué)家艾蘭?圖靈（AlanMathisonTuring，l912-1954）是世界上公認(rèn)的計算機(jī)科學(xué)奠基人。他的主要貢獻(xiàn)有兩個：一是建立圖靈機(jī)（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可計算理論的基礎(chǔ)；二是提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能的概念。但在他生活的時代，卻完全沒有這些贊譽(yù)。他不過是一位古怪的數(shù)學(xué)家、超前的哲學(xué)家、神秘的密碼破譯專家而已，沒有人會想到他的思維能燃起信息時代的烈焰。為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)科學(xué)的貢獻(xiàn)，美國計算機(jī)學(xué)會ACM在1966年創(chuàng)立了“圖靈獎”，每年頒發(fā)給在計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先研究人員，號稱計算機(jī)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的諾貝爾獎。

圖靈圖靈、圖靈機(jī)與圖靈測試：為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)的貢獻(xiàn)，美國計算機(jī)博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎”計算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機(jī)是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。圖靈測試：希爾勒的中文屋子希爾勒的中文屋子問題：通過了圖靈測試就具有了智能嗎？羅杰?施安克的故事理解程序（舉例）機(jī)器是否真的理解了呢？故事理解程序舉例“一個人進(jìn)入餐館并訂了一份漢堡包。當(dāng)漢堡包端來時發(fā)現(xiàn)被烘脆了，此人暴怒地離開餐館，沒有付帳或留下小費?！薄耙粋€人進(jìn)入餐館并訂了一份漢堡包。當(dāng)漢堡包端來后他非常喜歡它，而且在離開餐館付帳之前，給了女服務(wù)員很多小費?！弊鳛閷Α袄斫狻惫适碌臋z驗，可以向計算機(jī)詢問，在每一種情況下，此人是否吃了漢堡包。1.1概述1.1.1近代計算機(jī)的發(fā)展

另一個也被稱為計算機(jī)之父的是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼（VonNeumann），他和他的同事們研制了世界上第二臺電子計算機(jī)EDVAC，對后來的計算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)和工作原理上具有重大影響。在EDVAC中采用了“存儲程序”的概念，以此概念為基礎(chǔ)的各類計算機(jī)統(tǒng)稱為馮?諾依曼機(jī)。50多年來，雖然計算機(jī)系統(tǒng)從性能指標(biāo)、運算速度、工作方式、應(yīng)用領(lǐng)域等方面與當(dāng)時的計算機(jī)有很大差別，但基本結(jié)構(gòu)沒有變，都屬于馮?諾依曼計算機(jī)。但是，馮?諾依曼自己也承認(rèn)，他的關(guān)于計算機(jī)“存儲程序”的想法都來自圖靈。

馮諾依曼馮·諾依曼計算機(jī)JohnvonNeumann馮諾依曼(53歲)存儲程序工作原理計算機(jī)的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機(jī)是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。超越馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：

并行計算、向量計算機(jī)、生物計算機(jī)、神經(jīng)計算機(jī)、量子計算機(jī)。1.1概述1.1.2計算機(jī)的誕生

1939年保加利亞裔美國人、依阿華大學(xué)教授阿塔諾索夫（JohnVincentAtanasoff，1903-1995）因進(jìn)行數(shù)學(xué)物理研究需要大量計算，而當(dāng)時使用的模擬計算機(jī)速度慢、精度低，從而決心設(shè)計電子管數(shù)字計算機(jī)。在研究生克里福特·伯瑞（CliffordE.Berry，1918-1963）的協(xié)助下，于1941年制作了一臺雛形計算機(jī)ABC（Atanasoff-BerryComputer），被譽(yù)為世界上第一臺電子計算機(jī)。

1.1概述1.1.2計算機(jī)的誕生

美國賓州大學(xué)的物理學(xué)教授約翰·莫奇萊（JohnMauchly，1907-1980），曾經(jīng)觀摩過ABC計算機(jī)，1942年他寫了一份備忘錄，建議制造電子計算機(jī)來完成彈道表的計算。1943年4月美國陸軍阿伯丁彈道實驗室與賓州大學(xué)摩爾學(xué)院簽訂合同，開始研制ENIAC。在埃克特（J.PreperEckert，l919-1995）、戈德斯坦（HermanH.GoldStine，l913-）等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公諸于世。

ENIAC18800個電子管，1500多個繼電器，耗電150千瓦，占地170平方米，重達(dá)30噸.1.1概述1.1.2計算機(jī)的誕生ENIAC機(jī)的誕生曾使莫爾學(xué)院一下子成為全世界關(guān)注的焦點。可惜，1945年底，莫爾學(xué)院計算機(jī)研究小組在ENIAC誕生后，設(shè)計專家們因發(fā)明權(quán)爭得不可開交，小組陷于分裂，最終自行解體，致使研究工作一度中斷。在這種情況下，馮.諾依曼與戈德斯坦等人離開了莫爾學(xué)院，來到普林斯頓大學(xué)研究院繼續(xù)計算機(jī)的研制工作，并在軍方的支持下使用普林斯頓研究院代替莫爾學(xué)院成為全美計算機(jī)研究中心之一。他們于1952年完成了EDVAC“離散變量自動電子計算機(jī)”(ElectronicDiscreteVariableAutomaticCalculator)的建造工作。EDVAC機(jī)投入使用之后。用于核武器的理論計算。1.1概述1.1.2計算機(jī)的誕生

1947年莫奇萊和埃克特離開賓州大學(xué)，創(chuàng)立了自己的計算機(jī)公司，生產(chǎn)UNIVAC計算機(jī)。1951年6月14日UNIVAC交付美國人口統(tǒng)計局使用。輿論界通常認(rèn)為這標(biāo)志著人類進(jìn)人了計算機(jī)時代。原因有二：一是UNIVAC首次作為商品出售，它先后生產(chǎn)了近50臺，而ENIAC只有一臺自用；二是UNIVAC用于公眾領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理，不像ENIAC只用于軍事目的。特別是UNIVAC曾在大選中，預(yù)告艾森豪威爾當(dāng)選，這使西方輿論大為轟動。因此，人們認(rèn)為1951年UNIVAC迎來計算機(jī)時代，而與其說莫奇萊和埃克特發(fā)明了電子計算機(jī)，不如說他們奠定了計算機(jī)工業(yè)的基礎(chǔ)。

UNIVAC計算機(jī)發(fā)展的幾個階段第一代（1946~1956）電子管5千~4萬（次/秒）第二代（1957~1964）晶體管幾十萬~百萬（次/秒）第三代（1965~1970）集成電路百萬~幾百萬（次/秒）第四代（1971~90年代）大規(guī)模集成電路幾百萬~幾億（次/秒）1964年911機(jī)1966年112機(jī)1.1概述1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展

年代特征項目第一代46-57第二代57-64第三代64-72第四代72-邏輯元件電子管晶體管中小規(guī)模集成電路(超）大規(guī)模集成電路存儲器延遲線、磁鼓、磁芯磁芯、磁帶、磁盤磁芯、磁盤、磁帶半導(dǎo)體、磁盤、光盤典型機(jī)器IBM-701IBM-650IBM-7090IBM-7094IBM-370：大IBM-360：中PDP-11：小ILLIAC-IV：巨IBM-3033：大VAX-11：小80486：微8098：單片機(jī)軟件機(jī)器語言、匯編語言高級語言、管理程序結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計、操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、軟件工程、程序設(shè)計自動化應(yīng)用科學(xué)計算數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制系統(tǒng)模擬與設(shè)計、大型科學(xué)計算、科技工程事務(wù)處理、智能模擬、社會生活應(yīng)用1.1概述1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展1．第一代（1946年~1958年）：電子管階段

基本特征采用電子管作為計算機(jī)的邏輯元器件，每秒運算速度僅為幾千次，內(nèi)存容量僅數(shù)KB。其數(shù)據(jù)表示主要是定點數(shù)，使用機(jī)器語言或匯編語言編寫程序。第一代電子計算機(jī)體積龐大，造價昂貴，用于軍事和科學(xué)研究工作。其代表機(jī)型有IBM650（小型機(jī)）、IBM709（大型機(jī)）。電子管1.1概述1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展2．第二代（1959年~1964年）：晶體管階段

基本特征是采用晶體管作為計算機(jī)的邏輯元器件，由于電子技術(shù)的發(fā)展，運算速度達(dá)每秒幾十萬次，內(nèi)存容量增至幾十KB。與此同時，計算機(jī)軟件技術(shù)也有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。與第一代計算機(jī)相比，晶體管電子計算機(jī)體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性大大提高。除了科學(xué)計算外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理。其代表機(jī)型有IBM7094、CDC7600。

晶體管1.1概述1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展3．第三代（1965年~1970年）：集成電路階段基本特征是采用小規(guī)模集成電路作為計算機(jī)的邏輯元器件，隨著固體物理技術(shù)的發(fā)展，集成電路工藝己可以在幾平方毫米的單晶硅集成電路片上集成由十幾個甚至上百個電子元器件組成的邏輯電路。它的運算速度每秒可達(dá)幾十萬次到幾百萬次，體積越來越小，價格越來越低，軟件越來越完善，在監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上發(fā)展形成了操作系統(tǒng)。其代表機(jī)型有IBM360。集成電路1.1概述1.1.3計算機(jī)硬件的發(fā)展4．第四代（1971年~現(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段

基本特征是采用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路作為計算機(jī)的邏輯元器件，20世紀(jì)70年代以來，集成電路制作工藝取得了迅猛的發(fā)展，在硅半導(dǎo)體上可集成更多的電子元器件，半導(dǎo)體存儲器代替了磁芯存儲器，目前，計算機(jī)的速度最高可以達(dá)到每秒幾百萬億次浮點運算。操作系統(tǒng)不斷完善，高級程序設(shè)計語言功能更加完善，人們的生活與計算機(jī)應(yīng)用息息相關(guān)。超大規(guī)模集成電路計算機(jī)的商用化計算機(jī)的第一個商業(yè)顧客——烤面包賣茶點的利昂（lyons）ENIACEDSAC改進(jìn)lyons參與部分投資進(jìn)入社會，開啟辦公自動化理念Lyons復(fù)制EDSACLEO(LyonsElectronicOffice)LEO充當(dāng)會計師Altair8800

計算機(jī)發(fā)展趨勢——微型化計算機(jī)不再是單一的計算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個人的信息機(jī)器。CRAY-Ⅱ

計算機(jī)發(fā)展趨勢——巨型化運算速度可達(dá)每秒幾百億次運算的超級計算機(jī)1975年世界上第一臺超級計算機(jī)“Cray-I”超級計算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計算的高科技領(lǐng)域。中國超級計算機(jī)：國防科技大學(xué)研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機(jī)中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”銀河Ⅱ

計算機(jī)發(fā)展趨勢——網(wǎng)絡(luò)化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力：使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。

計算機(jī)發(fā)展趨勢——智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機(jī)械’來”。 ——笛卡爾（1637）人類第一個“工業(yè)機(jī)器人”：

一頭在紡織機(jī)上挑紗的“驢”（1742年）第一代機(jī)器人

機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）第二代機(jī)器人

具有“感覺”的機(jī)器人第三代機(jī)器人

裝有啟發(fā)式計算機(jī)的“智能機(jī)器人”

計算機(jī)世界中的中國：1952年在清華大學(xué)成立中國第一個計算機(jī)三人研究小組組長閔大可 電機(jī)系教授1954年小組經(jīng)擴(kuò)充和調(diào)整，并入中科院近代物理研究所負(fù)責(zé)人 錢三強(qiáng)1956年中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所籌備委員會成立主任華羅庚1958年完成第一臺電子計算機(jī)1031959年完成大型電子計算機(jī)1041959年中國自行研究的107計算機(jī)問世1965年中國開始研制第三代計算機(jī)（集成電路）1974年清華大學(xué)研制成功DJS-130小型計算機(jī)

（集成電路）1977年研制成功中國第一臺微機(jī)DJS0501983年國防科技大學(xué)研制成功“銀河-I”巨型機(jī)1984年研制成功與IBMPC兼容的長城0520CH微型計算機(jī)同時開發(fā)成功微型計算機(jī)漢字軟件CCDOS1991年正式啟用漢字激光照排系統(tǒng)王選1993年研制成功“曙光一號”并行計算機(jī)（超大規(guī)模集成電路）1994年完成了與Internet的全功能IP連接1997年研制成功“銀河-III”百億次并行巨型計算機(jī)系統(tǒng)1989年金山公司的WPS軟件問世2002年“龍芯1號”的問世結(jié)束了我國不能生產(chǎn)CPU的“空芯化”歷史2003年超級服務(wù)器曙光4000L通過國家驗收2005年聯(lián)想公司完成收購IBM全球PC業(yè)務(wù)楊元慶，柳傳志2005年國內(nèi)最大搜索引擎公司的股票在美國掛牌交易2005年阿里巴巴公司打造中國最強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)搜索平臺

阿里巴巴創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官馬云被著名的"世界經(jīng)濟(jì)論壇"選為"未來領(lǐng)袖"、被美國亞洲商業(yè)協(xié)會選為"商業(yè)領(lǐng)袖"，是50年來第一位成為《福布斯》封面人物的中國企業(yè)家，并曾多次應(yīng)邀為全球著名高等學(xué)府麻省理工學(xué)院、沃頓商學(xué)院、哈佛大學(xué)講學(xué)。

計算機(jī)世界中的日本：輝煌：打敗Intel的芯片巨人，迫使Intel于1985年另辟

戰(zhàn)場（微處理器）筆記本電腦的領(lǐng)軍人物失誤：第五代計算機(jī)（智能計算機(jī)）的開發(fā)者高清晰度模擬電視

計算機(jī)世界中的印度：世界軟件產(chǎn)業(yè)王國1985年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為1000萬美元1994年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為10億美元2000年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為50億美元在軟件出口規(guī)模和質(zhì)量與總產(chǎn)值的比例上，印度居世界第一。

計算機(jī)文化與道德：計算機(jī)是一種“可以傳授給人知識的工具”，也是一種“無比有力的知識工具”。真正對人類生活帶來直接沖擊的，不是計算機(jī)硬件本身，而是來自軟件這種人類知識的產(chǎn)物。1.1概述1.1.4計算機(jī)的特點和分類1．計算機(jī)的特點（1）運算速度快。（2）計算精度高。（3）具有記憶和邏輯判斷功能。（4）能自動運行且支持人機(jī)交互。1.1概述1.1.4計算機(jī)的特點和分類

2．計算機(jī)的分類

按規(guī)模分類：

巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型計算機(jī)、工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)

。

按用途分類：通用計算機(jī)和專用計算機(jī)。數(shù)按處理對象分類：數(shù)字計算機(jī)（DigitalComputer）、模擬計算機(jī)（AnalogComputer）、數(shù)字模擬混合計算機(jī)（HybridComputer）。

分類標(biāo)準(zhǔn)不是一成不變的，只能適應(yīng)某一個時期。

1.1概述1.1.5計算機(jī)的應(yīng)用1．科學(xué)計算

2．事務(wù)處理3．過程控制4．輔助工程5．人工智能6．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用四色定理的證明四色定理從1852年發(fā)現(xiàn)四色問題，世界上很多著名的科學(xué)家試圖證明，當(dāng)一直未能完成。1976年6月，哈肯在美國伊利諾斯大學(xué)的兩臺不同的電子計算機(jī)上，用了1200個小時，作了100億次判斷，終于完成了四色定理的證明，從而解決了一個歷時100多年的問題，轟動了世界。定理證明的“吳方法”2000年我國最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者吳文俊教授，提出了“數(shù)學(xué)機(jī)器化”。1977年，吳文俊關(guān)于平面幾何定理的機(jī)械化證明首次取得成功。創(chuàng)立了定理機(jī)器證明的“吳方法”。海灣戰(zhàn)爭中的專家系統(tǒng)在1991年的海灣危機(jī)中，美國軍隊使用專家系統(tǒng)用于自動的后勤規(guī)劃和運輸日程安排。這項工作同時涉及到50000個車輛、貨物和人，而且必須考慮到起點、目的地、路徑以及解決所有參數(shù)之間的沖突。AI規(guī)劃技術(shù)使得一個計劃可以在幾小時內(nèi)產(chǎn)生，而用舊的方法需要花費幾個星期。IBM的“深藍(lán)”

北京時間1997年5月12日凌晨4點50分，美國紐約公平大廈，當(dāng)IBM公司的“深藍(lán)”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫?qū)Α吧钏{(lán)”的人機(jī)大戰(zhàn)落下帷幕，“深藍(lán)”以3.5：2.5的總比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫。1.1概述1.1.6計算機(jī)領(lǐng)域的著名科學(xué)家1．圖靈

2．馮·諾依曼3．查爾斯·巴貝奇

4．格蕾斯·莫瑞·霍普

5．吳文俊

6．王選

1.1概述1.1.7計算機(jī)科學(xué)的典型問題簡介

1．哲學(xué)家共餐問題

2．生產(chǎn)者與消費者問題

3．八皇后問題

4．九宮排定問題

1.1概述1.1.8計算機(jī)科學(xué)的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢

1．計算機(jī)科學(xué)的特點

2．馮·諾依曼計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展規(guī)律3．計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢

1.1概述1.1.8計算機(jī)科學(xué)的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢

1．計算機(jī)科學(xué)的特點

(1)IT技術(shù)發(fā)展迅速，知識更新快。

摩爾定律:微處理器的處理能力每18個月到24個月將增加一倍。(2)學(xué)科知識量大，內(nèi)容豐富。(3)交叉學(xué)科多，應(yīng)用廣泛。(4)學(xué)科的前沿性和知識的普及性并重。(5)基礎(chǔ)理論與實踐動手并重。

1.1概述1.1.8計算機(jī)科學(xué)的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢

2．計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展規(guī)律

理論和技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)兩個互為依托的側(cè)面。計算機(jī)科學(xué)的理論大多屬于技術(shù)理論的范疇。數(shù)學(xué)是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的主要基礎(chǔ)，以離散數(shù)學(xué)為代表的應(yīng)用數(shù)學(xué)是描述學(xué)科理論、方法和技術(shù)的主要工具，而微電子技術(shù)和程序技術(shù)則是反映學(xué)科產(chǎn)品的主要技術(shù)形式。在學(xué)科中，無論是理論研究還是技術(shù)研究的成果，最終目標(biāo)要體現(xiàn)在計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)上。由于計算模型的非連續(xù)性特點，使得以嚴(yán)密、精確著稱的數(shù)學(xué)尤其是離散數(shù)學(xué)被首選為描述該學(xué)科的主要工具。在這一學(xué)科中，數(shù)學(xué)與電子技術(shù)的結(jié)合是理論與技術(shù)完美結(jié)合的一個成功范例。

同時，學(xué)科的基本問題和本質(zhì)屬性決定了學(xué)科理論、技術(shù)與工程相互之間的界限十分模糊。從理論探索、技術(shù)開發(fā)到工程開發(fā)應(yīng)用和生產(chǎn)的周期很短，許多實驗室產(chǎn)品和最終投向市場的產(chǎn)品之間幾乎沒有太大的差別。雖然，目前整體上理論研究滯后于技術(shù)開發(fā)，但隨著學(xué)科研究和應(yīng)用的不斷深化，理論的重要性將愈來愈突出，而技術(shù)則漸漸退居為次要的位置。1.1概述1.1.8計算機(jī)科學(xué)的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢

3．計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢（研究重點）新一代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：如神經(jīng)元計算、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等；并行與分布式軟件開發(fā)方法研究：如高級語言與程序設(shè)計理論、系統(tǒng)軟件設(shè)計等；人工智能理論及其應(yīng)用：如數(shù)理邏輯、知識工程等；計算機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)：如計算幾何、自然語言處理與機(jī)器翻譯、模式識別與圖像處理等。

1.1概述1.1.9計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的形成與發(fā)展

計算科學(xué)是在數(shù)學(xué)和電子科學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，它是關(guān)于計算和計算機(jī)器的數(shù)學(xué)理論。19世紀(jì)中期至20世紀(jì)中期誕生的布爾邏輯代數(shù)、圖靈機(jī)模型、存儲程序思想構(gòu)成了現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。布爾與布爾代數(shù)布爾代數(shù)是英國科學(xué)家喬治·布爾（GeorgeBoole,1815-1864)創(chuàng)立的。布爾代數(shù)作為一種形式邏輯數(shù)學(xué)化的方法，提出是和計算機(jī)無關(guān)的，但它的理論和方法為數(shù)字電子學(xué)和計算機(jī)設(shè)計提供了重要的理論基礎(chǔ)。香農(nóng)對布爾代數(shù)的實驗研究到了20世紀(jì)，人們利用布爾代數(shù)成功地解決了一些技術(shù)問題。30年代后期，MIT的克勞德·香農(nóng)（ClaudeE.Shannon,1916-2001年）開始系統(tǒng)地研究用布爾代數(shù)計算電網(wǎng)的問題。1938年，香農(nóng)發(fā)表了題為《繼電器開關(guān)電路的分析》的論文，建立起布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間的聯(lián)系，將布爾代數(shù)引入計算科學(xué)領(lǐng)域。他用實驗證實，完全可以采用繼電器元件制造出能夠?qū)崿F(xiàn)布爾代數(shù)運算功能的計算機(jī)。1948年，香農(nóng)又發(fā)表了另一篇至今還在閃爍光芒的論文----《通信的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》，從而給自己贏來“信息論之父”的桂冠。此外他率先把人工智能運用于電腦下棋方面，而且發(fā)明了一個能自動穿越迷宮的電子老鼠，以此證明人工智能的可行性。圖靈與圖靈機(jī)模型

1936年，阿蘭.圖靈發(fā)表了論文《論可計算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用》，首次闡明了現(xiàn)代電腦原理，從理論上證明了現(xiàn)代通用計算機(jī)存在的可能性。圖靈提出的計算抽象模型被后人稱為“圖靈機(jī)”（TuringMachine）。實踐證明，如果是圖靈機(jī)不能解決的計算問題，那么實際計算機(jī)也不能解決；只有圖靈機(jī)能夠解決的計算問題，實際計算機(jī)才有可能解決，但必須注意，有些問題是圖靈機(jī)可以計算而實際計算機(jī)還不能實現(xiàn)。馮.諾依曼體系計算機(jī)在參與ENIAC的改進(jìn)過程中，馮.諾依曼在圖靈等人的工作的影響下，于1945年完成了EDVAC研究報告，具體介紹了制造電子計算機(jī)和程序設(shè)計的新思想，提出了由控制器、運算器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五類部件組成的存儲程序式計算機(jī)（馮.諾依曼體系計算機(jī)）的組織結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法。這一思想為電子計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，已成為計算機(jī)設(shè)計的基本原則。迄今為止，大多數(shù)計算機(jī)采用的仍然是馮.諾依曼型計算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)，只是作了一些改進(jìn)而已。在計算科學(xué)發(fā)展的歷程中，隨著學(xué)科的興起，陸續(xù)產(chǎn)生了一些學(xué)術(shù)團(tuán)體。國際知名的計算科學(xué)學(xué)術(shù)團(tuán)體主要有美國計算機(jī)學(xué)會(ACM),國際電氣、電子、工程師學(xué)會計算機(jī)學(xué)會(IEEE/CS：InstituteofElectricalandElectronicsEngineers-ComputerSociety),國際信息處理聯(lián)合會(IFIP),美國人工智能學(xué)會(AAAI),以及由一些國家人工智能學(xué)會和協(xié)會組織的國際人工智能聯(lián)合會議（IJCAI）等。在中國計算機(jī)科學(xué)界，中國計算機(jī)學(xué)會是目前最有影響的全國性一級學(xué)會。影響較大而又比較重要的國際學(xué)術(shù)會議有世界計算機(jī)大會（四年召開一次），IJCAI年會（兩年一次），ACM學(xué)會（一年一次），AAAI年會（一年一次），歐洲理論計算機(jī)科學(xué)年會（一年一次，每年會議主題常不同）等。中國計算機(jī)學(xué)會最重要的學(xué)術(shù)期刊有三種，它們是：

計算機(jī)學(xué)報(科學(xué)出版社出版)；J.ofComputerScienceandTechnology(計算機(jī)學(xué)報（英文般），科學(xué)出版社出版)；

軟件學(xué)報（中國科學(xué)院軟件研究所出版）；AdvancedSoftwareResearch(軟件學(xué)報（英文版），AllertonPress出版，已停刊)；

計算機(jī)研究與發(fā)展（科學(xué)出版社出版）。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，國外陸續(xù)創(chuàng)刊了一批新的計算機(jī)科學(xué)學(xué)術(shù)刊物，主要設(shè)計并行計算、人工智能、神經(jīng)元計算、網(wǎng)絡(luò)與通信、軟件工程、計算幾何、計算可視化等較新的學(xué)科方向。雖然從根本上說，學(xué)術(shù)論文的水平和影響是由學(xué)術(shù)刊物的內(nèi)容決定的，而不是由學(xué)術(shù)刊物的級別決定的，但是，學(xué)術(shù)刊物在水平上存在著明顯的等級是一種客觀存在，因為高水平的學(xué)術(shù)刊物的論文水平是由一大批在本學(xué)科與該刊物辦刊領(lǐng)域一致的方向上工作的科學(xué)家的學(xué)術(shù)水平保證的。作為一個嚴(yán)肅的學(xué)者，應(yīng)該努力爭取將自己可以公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文在權(quán)威刊物發(fā)表，而不是以各種理由強(qiáng)調(diào)或誤以為高水平雜志僅發(fā)表理論性的文章。事實上，國內(nèi)外許多雜志都發(fā)表工程技術(shù)研究論文，世界上非軍事院校中任何一所高水平研究型大學(xué)的大量創(chuàng)新科學(xué)研究成果主要以學(xué)術(shù)論文的形式在各類高水平學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。如果排除了各種非學(xué)術(shù)性因素后，高水平的雜志之所以學(xué)術(shù)水平高，是因為這些雜志發(fā)表的大多數(shù)學(xué)術(shù)論文在研究成果的科學(xué)意義、創(chuàng)造性、完整性（或正確性）、學(xué)術(shù)深度四個方面，可能還有行文質(zhì)量等方面綜合來看達(dá)到了較高的水準(zhǔn)。ACM和IEEE-CS發(fā)布了“計算學(xué)科2001教程(ComputingCurricula2001：CC2001)”，在研究CC2001教程后，發(fā)布了《中國計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002》(ChinaComputingCurricula2002：CCC2002)。計算科學(xué)教學(xué)計劃CC2001（ComputingCurricula2001），是國際上最系統(tǒng)、最有影響的計算機(jī)專業(yè)教學(xué)計劃。它是在CC1991基礎(chǔ)上，針對近10年和以后10年計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展而制定的教學(xué)計劃。為了適應(yīng)目前技術(shù)和應(yīng)用的需要，CC2001和CCC2002教程提出把原來的計算學(xué)科劃分成計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)工程、軟件工程、信息系統(tǒng)等四個方向，并準(zhǔn)備分別制訂各自的教學(xué)計劃綱要。CC2001和CCC2002教程鼓勵計算機(jī)科學(xué)和工程中教學(xué)計劃的多樣性，并要求有公共內(nèi)核，該內(nèi)核定義成一系列知識單元，可用這些知識單元組合課程。CC2001和CCC2002教程中把學(xué)科所包含的教學(xué)內(nèi)容歸結(jié)為14個知識體，提煉出了更精簡的核心知識單元。計算機(jī)科學(xué)課程體系的14個核心內(nèi)容：（1）離散結(jié)構(gòu)（DS）（2）程序設(shè)計基礎(chǔ)（PF）（3）算法與復(fù)雜性（AL）（4）體系結(jié)構(gòu)（AR）（5）操作系統(tǒng)（OS）（6）網(wǎng)絡(luò)計算（NC）（7）程序設(shè)計語言（PL）（8）人機(jī)交互（HC）（9）圖形學(xué)和可視化計算（GV）（10）智能系統(tǒng)（IS）（11）信息管理（IM）（12）軟件工程（SE）（13）科學(xué)計算（CN）（14）社會和職業(yè)問題（SP）1.1概述1.1.10計算學(xué)科概述1、計算學(xué)科的定義

計算學(xué)科是對描述和變換信息的算法過程，包括對理論分析、設(shè)計、效率、實現(xiàn)和應(yīng)用等進(jìn)行的系統(tǒng)研究。它來源于對算法理論、數(shù)理邏輯、計算模型、自動計算機(jī)器的研究，并與存儲式電子計算機(jī)的發(fā)明一起形成于20世紀(jì)40年代初期。計算學(xué)科的研究包括了從算法與可計算性的研究到根據(jù)可計算硬件和軟件的實際實現(xiàn)問題的研究。這樣，計算學(xué)科不但包括從總體上對算法和信息處理過程進(jìn)行研究的內(nèi)容，也包括滿足給定規(guī)格要求的有效而可靠的軟硬件設(shè)計—它包括所有科目的理論研究實驗方法和工程設(shè)計。2計算學(xué)科的本質(zhì)計算學(xué)科的根本問題是“什么能被有效地自動進(jìn)行？”。計算學(xué)科的根本問題討論的是能行性的有關(guān)內(nèi)容，而凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對象的。因為非離散對象(連續(xù)對象)是很難進(jìn)行能行處理的，因此能行性這個計算學(xué)科的根本問題決定了計算機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和它處理的對象都是離散型的，許多連續(xù)型的問題也必須在轉(zhuǎn)化為離散型問題以后，才能被計算機(jī)處理。例如計算定積分就是把它變成離散量，再用分段求和的方法來處理的。美國計算機(jī)協(xié)會(ACM)和美國電氣和電子工程學(xué)會計算機(jī)分會(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers-ComputerSociety：IEEE-CS)發(fā)布了“計算學(xué)科2001教程(ComputingCurricula2001：CC2001)”，中國計算機(jī)學(xué)會和阿全國高等學(xué)校計算機(jī)教育研究會在學(xué)習(xí)和研究了CC2001教程后，發(fā)布了《中國計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002》(ChinaComputingCurricula2002：CCC2002)，提取了計算學(xué)科中具有方法論性質(zhì)的12個核心概念，即綁定(Binding)、大問題的復(fù)雜性(ComplexityofLargeProblems)、概念和形式模型(ConceptualandFormatModels)、一致性(Consistency)和完備性(Completeness)、效率(Efficiency)、演化(Evolution)、抽象層次(LevelsofAbstraction)、按空間排序(OrderinginSpace)、按時間排序(OrderinginTime)、重用(Reuse)、安全性(Security)、折衷(Tradeoff)和結(jié)論(Consequences)。3計算學(xué)科的三個過程計算學(xué)科的實質(zhì)是學(xué)科方法論的思想，其關(guān)鍵問題是抽象、理論和設(shè)計三個過程相互作用的問題。（1）理論（2）抽象（3）設(shè)計(1)理論理論是數(shù)學(xué)科學(xué)的根本。應(yīng)用數(shù)學(xué)家們都認(rèn)為，科學(xué)的進(jìn)展都是基于純數(shù)學(xué)的。應(yīng)用數(shù)學(xué)用數(shù)學(xué)的方法推動經(jīng)驗科學(xué)和工程學(xué)的發(fā)展，同時又不斷刺激對新數(shù)學(xué)的需要，為純理論數(shù)學(xué)提出新的問題。(2)抽象抽象(模型化)是自然科學(xué)的根本?？茖W(xué)家們相信，科學(xué)進(jìn)展的過程基本上都是形成假設(shè)，然后用模型化過程去求證。(3)設(shè)計設(shè)計是工程的根本。工程師們認(rèn)為，工程進(jìn)展基本上都是提出問題，然后通過設(shè)計去構(gòu)造系統(tǒng)，以解決問題。1.1概述1.1.11計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科定義

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是研究計算機(jī)的設(shè)計與制造和利用計算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的科學(xué)，包括科學(xué)與技術(shù)兩方面?？茖W(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律；技術(shù)側(cè)重于研制計算機(jī)和研究使用計算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段?？茖W(xué)是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)；技術(shù)得益于科學(xué)，它又向科學(xué)提出新的課題。

科學(xué)與技術(shù)相輔相成、互為作用，二者高度融合是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科突出的特點。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)除了具有較強(qiáng)的科學(xué)性外，還具有較強(qiáng)的工程性。因此，它是一門科學(xué)性與工程性并重的科學(xué)，表現(xiàn)為理論性和實踐性的緊密結(jié)合的特征。

本專業(yè)主要學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本原理和方法及實際應(yīng)用的基本技能。培養(yǎng)具有堅實的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)知識和實際工作能力的、富有創(chuàng)新意識的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的高級專門人才。主要專業(yè)課程有：數(shù)學(xué)分析、線性代數(shù)、模擬電路、計算機(jī)導(dǎo)論、常微分方程、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理、離散數(shù)學(xué)、高級語言程序設(shè)計、匯編語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、概率統(tǒng)計、計算方法（數(shù)值分析）、編譯原理、數(shù)據(jù)庫原理、微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)、人工智能、通信原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。課程體系包括基礎(chǔ)課程、主干課程、特色課程?；A(chǔ)課程在一、二年級開設(shè)，主干課程在二、三年級開設(shè)，特色課程則在高年級開設(shè)?；A(chǔ)課程和主干課程覆蓋了知識體系中的全部核心內(nèi)容，也包括了一些選修課程。特色課程旨在鼓勵發(fā)揮各學(xué)校的特長，培養(yǎng)出學(xué)生的個性。1.1概述1.1.12計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題和研究范疇計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題是什么能被有效地自動化。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇包括計算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，也可以劃分為基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個層面。計算機(jī)理論研究的內(nèi)容：

離散數(shù)學(xué)、算法分析理論、形式語言與自動機(jī)理論、程序設(shè)計語言理論、程序設(shè)計方法學(xué)。計算機(jī)硬件研究的內(nèi)容：

元器件與存儲介質(zhì)、微電子技術(shù)、計算機(jī)組成原理、微型計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。計算機(jī)軟件研究的內(nèi)容：程序設(shè)計語言的設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、算法設(shè)計與分析、軟件工程學(xué)、可視化技術(shù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的內(nèi)容：

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的用戶提供方便的服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全。計算機(jī)應(yīng)用的研究內(nèi)容:軟件開發(fā)工具、完善既有的應(yīng)用系統(tǒng)、開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域、人－機(jī)工程。1.1概述1.1.13微型計算機(jī)的發(fā)展1．車庫里的蘋果2．微軟創(chuàng)立3．IBM—PC的誕生各種公司縮寫簡介:1.HP美國惠普公司,世界著名的電器生產(chǎn)廠家2.SUN美國Sun公司，主要生產(chǎn)SUN系列工作站和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,是JAVA語言的創(chuàng)始者3.IBMInternationalBusinessMachinesCorporation美國國際商用機(jī)器公司4.DECDataEquipmentCompany美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司5.ORACLE美國ORACLE公司，主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品6.Intel美國英特爾公司，以生產(chǎn)CPU芯片著稱7.Microsoft全球最大規(guī)模的電腦軟件公司和最有價值的企業(yè)，微軟涉足操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件，開發(fā)工具，多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等許多領(lǐng)域1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.2.3計算機(jī)常用的編碼1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換

計算機(jī)中不同計數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、進(jìn)位關(guān)系和表示方法計數(shù)制 基數(shù) 數(shù)碼進(jìn)位關(guān)系 表示方法二進(jìn)制 2 0、1 逢二進(jìn)一 1010B或（1010）2八進(jìn)制 8 0---7 逢八進(jìn)一 247Q或（247）8十進(jìn)制 10 0---9 逢十進(jìn)一 598D或（598）10十六進(jìn)160--9、A--F 逢十六進(jìn)一 7C2FH或（7C2F）161.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.1】將十進(jìn)制整數(shù)（103）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：2︳103

2︳51 余數(shù)為12︳25 余數(shù)為12︳12 余數(shù)為12︳6 余數(shù)為02︳3 余數(shù)為02︳1 余數(shù)為10 余數(shù)為1所以，（103）10＝（1100111）21.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.2】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：0.8125×2＝1.625 取整數(shù)位10.625×2＝1.25 取整數(shù)位10.25×2＝0.5 取整數(shù)位00.5×2＝1.0 取整數(shù)位1所以，（0.8125）10＝（0.1101）2若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.3】將十進(jìn)制整數(shù)（1685）10轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除8倒取余”的方法，過程如下：8︳1685

8︳210 余數(shù)為58︳26 余數(shù)為28︳3 余數(shù)為20 余數(shù)為3所以，（1685）10＝（3225）81.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.4】將十進(jìn)制整數(shù)（2347）10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除16倒取余”的方法，過程如下：16︳2347

16︳146 余數(shù)為11（十六進(jìn)制數(shù)為B）16︳9 余數(shù)為20 余數(shù)為9所以，（2347）10＝（92B）161.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.5】將十進(jìn)制小數(shù)（0.7125）10轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘8順取整”的方法，過程如下：0.7125×8＝5.7 取整數(shù)位50.7×8＝5.6 取整數(shù)位50.6×8＝4.8 取整數(shù)位40.8×8＝6.4 取整數(shù)位6若數(shù)據(jù)的計算精度取小數(shù)點后4位數(shù)，則其后的數(shù)可以不再計算。所以，（0.7125）10＝（0.5546）81.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.6】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8129）10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘16順取整”的方法，過程如下：0.8129×16＝13.0064 取整數(shù)位13（十六進(jìn)制數(shù)為D）0.0064×16＝0.1024 取整數(shù)位00.1024×16＝1.6384 取整數(shù)位10.6384×16＝10.2144 取整數(shù)位10（十六進(jìn)制數(shù)為A）取數(shù)據(jù)的計算精度為小數(shù)點后4位數(shù)。所以,（0.8129）10＝（0.D01A）161.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.7】將二進(jìn)制數(shù)（1011001.101）2轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：（1011001.101）2 ＝1×26＋1×24＋1×23＋1×20＋1×2－1＋1×2－3 ＝64＋16＋8＋1＋0.5＋0.125 ＝（89.625）10【例1.8】將八進(jìn)制數(shù)（1476.52）8轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，過程如下：（1476.52）8 ＝1×83＋4×82＋7×81＋6×80＋5×8－1＋2×8－2 ＝512＋256＋56＋6＋0.625＋0.03125 ＝（830.65625）101.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.9】將十六進(jìn)制數(shù)（2D7.A）16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，過程如下：（2D7.A）16 ＝2×162＋13×161＋7×160＋10×16－1 ＝512＋208＋7＋0.625 ＝（727.625）10【例1.10】將八進(jìn)制數(shù)（3157.462）8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，采用“一分為三”的方法。3157．462

011001101111．100 110010所以，（3157.462）8＝（11001101111.100110010）21.2計算機(jī)中的信息表示1.2.1計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.11】將二進(jìn)制數(shù)（10011010110.10101011）2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)，采用“三合一”的方法。010011010110．101010110

2326．526所以，（10011010110.10101011）2＝（2326.526）8【例1.12】將十六進(jìn)制數(shù)（72A3.C69）16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，每位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示，過程如下：72 A 3．C6 9

0111001010010011．110001101001所以，（72A3.C69）16＝（111001010010011.110001101001）2返回本節(jié)目錄1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1．基本概念在計算機(jī)內(nèi)部表示二進(jìn)制數(shù)的方法通常稱為數(shù)值編碼，把一個數(shù)及其符號在機(jī)器中的表示加以數(shù)值化，這樣的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)稱為該機(jī)器數(shù)的真值。要完整地表示一個機(jī)器數(shù)，應(yīng)考慮三個因素：機(jī)器數(shù)的范圍；機(jī)器數(shù)的符號；機(jī)器數(shù)中小數(shù)點的位置。（1）機(jī)器數(shù)的范圍：由計算機(jī)的CPU字長來決定。當(dāng)使用8位寄存器時，字長為8位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（11111111）B=（255）D，此時機(jī)器數(shù)的范圍是0~255。當(dāng)使用16位寄存器時，字長為16位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此時機(jī)器數(shù)的范圍是0~65535。1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

（2）機(jī)器數(shù)的符號：在算術(shù)運算中，數(shù)據(jù)是有正有負(fù)的，稱之為帶符號數(shù)。為了在計算機(jī)中正確地表示帶符號數(shù)，通常規(guī)定每個字長的最高位為符號位，并用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負(fù)數(shù)。例如：字長為8位二進(jìn)制時，D7為符號位，其余D6~D0為數(shù)值位；字長為16位二進(jìn)制數(shù)時，D15為符號位，其余D14~D0為數(shù)值位。（3）機(jī)器數(shù)中小數(shù)點的位置：在機(jī)器中，小數(shù)點的位置通常有兩種約定，一種規(guī)定小數(shù)點的位置固定不變，這時的機(jī)器數(shù)稱為“定點數(shù)”；另一種規(guī)定小數(shù)點的位置可以浮動，這時的機(jī)器數(shù)稱為“浮點數(shù)”。

定點小數(shù)定點整數(shù)浮點數(shù):科學(xué)計數(shù)法

1209460000=1.20946*109,

記為：

1.20946E91.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2．帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示（1）原碼：規(guī)定正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1，其它位按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。用這樣的表示方法得到的就是數(shù)的原碼。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時：X＝＋1011011 [X]原碼＝01011011Y＝－1011011 [Y]原碼＝11011011原碼表示的整數(shù)范圍是－(2n-1－1)~＋(2n-1－1)，其中n為機(jī)器字長。通常：8位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是－127~＋127，16位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是－32767~＋32767。

1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（2）反碼：對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時：X＝＋1011011[X]原碼＝01011011[X]反碼＝01011011Y＝－1011011[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼通常用作求補(bǔ)碼過程中的中間形式。反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（3）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼在最低位加1。例如：X＝＋1011011[X]原碼＝01011011 [X]補(bǔ)碼＝01011011Y＝－1011011[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[Y]補(bǔ)碼＝10100101補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n為機(jī)器字長。則：8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－128~＋127，16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－32768~＋32767。（4）補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換：給定機(jī)器數(shù)的真值可以通過補(bǔ)碼的定義來完成真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換，若已知某數(shù)的補(bǔ)碼求其真值，計算方法如下：正數(shù)補(bǔ)碼的真值等于補(bǔ)碼的本身；負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為其真值時，將補(bǔ)碼按位求反末位加1，即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對應(yīng)的真值。1.2計算機(jī)中的信息表示1.2.2計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示【例1.14】給定[X]補(bǔ)碼＝01011001B，求真值X；給定[X]補(bǔ)碼＝11011010B，求真值X。（1）由于[X]補(bǔ)碼代表的數(shù)是正數(shù)，則其真值：X＝＋1011001B＝＋（1×26＋1×24＋1×23＋1×20）＝＋（64＋16＋8＋1）＝＋（89）D（2）由于[X]補(bǔ)碼代表的數(shù)是負(fù)數(shù)，則其真值：X＝－（[1011010]求反＋1）B＝－（0100101＋1）B＝－（0100110）B＝－（1×25＋1×22＋1×21）＝－（32＋4＋2）＝－（38）D返回本節(jié)目錄

引入補(bǔ)碼的主要目的在于簡化減法運算，可以把減法運算用補(bǔ)碼加法來實現(xiàn)。計算機(jī)中就只有加法計算。

補(bǔ)碼運算定律：(x+y)補(bǔ)＝(x)補(bǔ)+(y)補(bǔ)例如：正數(shù)x和負(fù)數(shù)y相加，|x|>|y|。x=3DH，y=-21H

(x)補(bǔ)+(y)補(bǔ)=(00111101)補(bǔ)+(10100001)補(bǔ)

=00111101+11011111=00011100(x+y)補(bǔ)=(00111101-00100001)補(bǔ)

=(00011100)補(bǔ)

=00011100

所以：(x+y)補(bǔ)＝(x)補(bǔ)+(y)補(bǔ)計算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位:計算機(jī)中數(shù)據(jù)的常用單位有

位bit字節(jié)byte字word1．位（bit）位是計算機(jī)中數(shù)據(jù)的最小單位，是指一位二進(jìn)制數(shù)。計算機(jī)只識別二進(jìn)制數(shù)。