計(jì)算機(jī) 導(dǎo)論課件

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課件3.0版制作宋斌計(jì)算機(jī)科學(xué)之美構(gòu)建計(jì)算機(jī):思想和技術(shù)之美強(qiáng)大而非萬(wàn)能:概念之美數(shù)字化:0、1世界之美讓世界變小變平:觀念之美目錄第2章計(jì)算機(jī)的組成第3章從機(jī)器語(yǔ)言到多媒體第4章信息系統(tǒng)第5章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章計(jì)算機(jī)科學(xué)第1章計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第1章計(jì)算機(jī)的發(fā)展史1.1計(jì)算機(jī)的起源

古人曰：“運(yùn)籌于帷幄之中，決勝于千里之外?！被I策又叫算籌,它是中國(guó)古代普遍采用的一種計(jì)算工具。公元前500年，中國(guó)南北朝時(shí)期的數(shù)學(xué)家祖沖之，借用算籌作為計(jì)算工具，成功地將圓周率計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后的第七位。

中國(guó)古代發(fā)明的珠算盤(pán)，直到今天，它仍然是許多人鐘愛(ài)的“計(jì)算機(jī)”。對(duì)世界數(shù)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。

17世紀(jì)初，計(jì)算工具在西方呈現(xiàn)出較快的發(fā)展，首先創(chuàng)立對(duì)數(shù)概念英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾（J.Napier），發(fā)明了一種工具，即后來(lái)被人們稱(chēng)為“納皮算籌”的器具。英國(guó)牧師奧卻德（W.Oughtred）發(fā)明了圓盤(pán)型對(duì)數(shù)計(jì)算尺，后改進(jìn)成兩根相互滑動(dòng)的直尺狀。在工程計(jì)算領(lǐng)域計(jì)算尺不僅能做加減乘除、乘方、開(kāi)方，甚至可以計(jì)算三角函數(shù)、指數(shù)和對(duì)數(shù)，它一直使用到袖珍計(jì)算器面世為止。

機(jī)械計(jì)算機(jī)由法國(guó)的帕斯卡（B.Pascal）發(fā)明出來(lái)。帕斯卡設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)是由一系列齒輪組成而用發(fā)條做為動(dòng)力的裝置，這種機(jī)器只能夠做6位加法和減法。然而，即使只做加法也有個(gè)“逢十進(jìn)一”的進(jìn)位問(wèn)題。

這稱(chēng)為“人類(lèi)有史以來(lái)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)”，后來(lái)人們?yōu)榱思o(jì)念它將一種計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言命名為“PASCAL”。巴貝奇的第一個(gè)目標(biāo)是制作一臺(tái)“差分機(jī)”?？焖倬幹撇煌瘮?shù)的數(shù)學(xué)用表。他整整用了10年的時(shí)間，于1822年完成了第一臺(tái)差分機(jī)，可以處理3個(gè)不同的5位數(shù)，計(jì)算精度達(dá)到6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出了好幾種函數(shù)表來(lái)。同時(shí)間接指出了計(jì)算機(jī)的五個(gè)部分，同時(shí)產(chǎn)生第一個(gè)程序員——愛(ài)達(dá)·奧古斯塔（AdaAugusta）1.2.1圖靈和圖靈機(jī)1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生現(xiàn)代計(jì)算機(jī)孕育于英國(guó)、誕生于美國(guó)、并成長(zhǎng)遍布于全世界。所謂“現(xiàn)代”是指利用先進(jìn)的電子技術(shù)代替機(jī)械或機(jī)電技術(shù)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了60多年的發(fā)展（從1945年至今），其中最重要的代表人物是英國(guó)科學(xué)家艾蘭·圖靈（A.M.Turing）和美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（VonNeumann），他們?yōu)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。圖靈對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要貢獻(xiàn)有兩個(gè)：（1）建立圖靈機(jī)（Turingmachine）理論模型；（2）提出定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試(Turingtest）。

1936年圖靈發(fā)表了一篇論文：《論可計(jì)算的數(shù)及其在密碼問(wèn)題的應(yīng)用》，首次提出邏輯機(jī)的通用模型?，F(xiàn)在人們就把這個(gè)模型機(jī)稱(chēng)為圖靈機(jī)，縮寫(xiě)為T(mén)M。TM由一個(gè)處理器P、一個(gè)讀寫(xiě)頭W/P和一條存儲(chǔ)帶M組成。P

W/P

B

11

1

1B1

B

M

……

其中，M是一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的帶，被分成一個(gè)個(gè)單元，從最左單元開(kāi)始，向右延伸直至無(wú)窮。P是一個(gè)有限狀態(tài)控制器，能使W/R左移或右移，并且能對(duì)M上的符號(hào)進(jìn)行修改或讀出。那么，圖靈機(jī)怎樣進(jìn)行運(yùn)算呢？例如做加法3+2=？開(kāi)始先把最左單元放上特殊的符號(hào)B，表示分割空格，它不屬于輸入符號(hào)集。然后寫(xiě)上3個(gè)“1”，用B分割后再寫(xiě)上2個(gè)1”，接著在再填一個(gè)B，相加時(shí)，只要把中間的B修改為“1”，而把最左邊的“1”修改為B，于是機(jī)器把兩個(gè)B之間的“1”讀出就得到3+2=5。由于計(jì)算過(guò)程的直觀概念可以看成是能用機(jī)器實(shí)現(xiàn)的有限指令序列，所以圖靈機(jī)已被認(rèn)為是過(guò)程的形式定義。1950年他發(fā)表了另一篇著名論文：《計(jì)算機(jī)器與智能》。指出如果一臺(tái)機(jī)器對(duì)于質(zhì)問(wèn)的響應(yīng)與人類(lèi)做出的響應(yīng)完全無(wú)法區(qū)別，那么這臺(tái)機(jī)器就具有智能。這一論斷稱(chēng)為圖靈測(cè)試，它奠定了人工智能理論的基礎(chǔ)。

必須強(qiáng)調(diào)指出，圖靈并不只是一位純粹抽象的數(shù)學(xué)家，他還是一位擅長(zhǎng)電子技術(shù)的工程專(zhuān)家，二次大戰(zhàn)期間，他是英國(guó)破譯密碼小組的主要成員。他設(shè)計(jì)制造的破譯機(jī)Bombe實(shí)質(zhì)就是一臺(tái)采用繼電器的高速計(jì)算裝置。圖靈以獨(dú)特的思想創(chuàng)造的破譯機(jī)，一次次成功地破譯了德國(guó)法西斯的密碼電文。為紀(jì)念圖靈的理論成就，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）專(zhuān)門(mén)設(shè)立了圖靈獎(jiǎng)。從1966年至今已有30多位各國(guó)第一流的計(jì)算機(jī)科學(xué)家獲得此項(xiàng)殊榮，成為計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界的最高成就獎(jiǎng)。1.2.2第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIACENIAC是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)（TheElectronicNumericalIntegratorandComputer）的編寫(xiě)。1943年，二次世界大戰(zhàn)關(guān)鍵時(shí)期，美國(guó)因新式火炮設(shè)計(jì)需要運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)，賓州大學(xué)莫爾學(xué)院莫奇萊教授和他的學(xué)生?？颂夭┦坑密姺教峁┑?8萬(wàn)美元設(shè)計(jì)完成.1.2.3馮·諾依曼

馮·諾依曼1903年出生，1921年至1925年他先后在柏林和蘇黎世學(xué)習(xí)化學(xué)，1926年獲得蘇黎世化學(xué)工程文憑和布達(dá)佩斯數(shù)學(xué)博士證書(shū)。1930年他以客座講師身份到美國(guó)普林斯頓大學(xué)講學(xué)，次年應(yīng)聘為普林斯頓大學(xué)教授。

馮·諾依曼介入ENIAC的工作是偶然的。馮·諾依曼到達(dá)莫爾學(xué)院計(jì)算機(jī)研究實(shí)驗(yàn)室看了研制中的計(jì)算機(jī)之后，提的第一個(gè)問(wèn)題就是這臺(tái)計(jì)算機(jī)的邏輯裝置和結(jié)構(gòu)，而這正是莫克利等人所謂判別真正的天才的標(biāo)志。馮·諾依曼對(duì)ENIAC機(jī)不足之處進(jìn)行認(rèn)真分析，并討論全新的存儲(chǔ)程序的通用計(jì)算機(jī)方案。當(dāng)軍方要求比ENIAC性能更好的計(jì)算機(jī)時(shí)，他便提出EDVAC（埃德瓦克）方案。1946年6月馮·諾依曼與戈德斯坦（H.Goldstine）等發(fā)表了《電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探》的論文，成為EDVAC的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。1952年完成了EDVAC機(jī)的建造工作，并投入運(yùn)行，用于核武器的理論計(jì)算。

EDVAC是電子離散變量計(jì)算機(jī)的縮寫(xiě)。它的主要改進(jìn)有兩點(diǎn)：一是為了充分發(fā)揮電子元件的高速性能而采用了二進(jìn)制；二是把指令和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)起來(lái)，讓機(jī)器能自動(dòng)地執(zhí)行程序。由于它利用水銀延時(shí)線(xiàn)作主存，用磁鼓作輔存，其運(yùn)算速度比ENIAC提高了240倍。1.2.4UNIVAC迎來(lái)計(jì)算機(jī)時(shí)代

為什么通常認(rèn)為計(jì)算機(jī)時(shí)代是從1951年6月開(kāi)始的?計(jì)算機(jī)時(shí)代的兩個(gè)主要標(biāo)志：（1）計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)，作為商品交付客戶(hù)使用；（2）計(jì)算機(jī)從單純軍事用途的計(jì)算進(jìn)入公眾領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理，引進(jìn)強(qiáng)烈的社會(huì)反響。

UNIVAC（尤尼瓦克）捷足先登，成了這一時(shí)代角色。UNIVAC是通用自動(dòng)計(jì)算機(jī)的縮寫(xiě)。它的設(shè)計(jì)師是ENIAC的主要研制者莫奇萊和?？颂亍?951年6月14日第一臺(tái)UNIVAC交付美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)局使用。它不僅為人口普查服務(wù)，還投入當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行的總統(tǒng)競(jìng)選的統(tǒng)計(jì)分析工作。在投票結(jié)束剛2小時(shí)，它分析了5%的選票后就預(yù)告了艾森豪威爾將當(dāng)選下屆總統(tǒng)。這條又快又準(zhǔn)的消息披露后，在西方引起轟動(dòng)。輿論普遍贊賞計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，新聞媒介則紛紛報(bào)導(dǎo)：“世界已經(jīng)進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代”。1.3現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生

一般說(shuō)來(lái)，計(jì)算機(jī)年代劃分的原則有：

⑴

按照計(jì)算機(jī)采用的電子器件來(lái)劃分通常分為：電子管、晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路（VLSI）或微處理器等四代。

⑵

結(jié)合具有里程碑意義的典型計(jì)算機(jī)來(lái)劃分根據(jù)它的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益來(lái)衡量。⑶考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面技術(shù)水平來(lái)劃分不只從使用的電子器件，或者只從硬件實(shí)現(xiàn)來(lái)考慮；還要從存儲(chǔ)設(shè)備、輸入輸出裝置，特別是軟件配置情況來(lái)評(píng)價(jià)。通過(guò)全面的考慮，我們才會(huì)從年代學(xué)的研究中找到對(duì)系統(tǒng)發(fā)展有積極意義的歷史借鑒。應(yīng)當(dāng)指出，計(jì)算機(jī)劃分的作法已經(jīng)擴(kuò)展到它的各個(gè)分支領(lǐng)域。例如微處理器可以分為幾代，存儲(chǔ)器也可以分為幾代，操作系統(tǒng)可以分為幾代，數(shù)據(jù)庫(kù)也可以分為幾代。1.3.1第一代計(jì)算機(jī)第一代計(jì)算機(jī)（1951—1958）的特點(diǎn)是：

⑴采用電子管代替機(jī)械齒輪或電磁繼電器作開(kāi)關(guān)元件，但它仍然笨重，而且產(chǎn)生很多熱量。既容易損壞。

⑵

采用二進(jìn)制代替十進(jìn)制，即所有指令與數(shù)據(jù)都用“1”與“0”表示，分別對(duì)應(yīng)于電子器件的“接通”與“關(guān)斷”。這就是機(jī)器可以理解的語(yǔ)言，

⑶程序可以存儲(chǔ)，這使通用計(jì)算機(jī)成為可能。但最初使用水銀延遲線(xiàn)或靜電存儲(chǔ)管，容量很小。后來(lái)使用了磁鼓、磁芯，有了很大改進(jìn)。

⑷輸入輸出裝置主要用穿孔卡，速度很慢。UNIVAC—I是第一代計(jì)算機(jī)的代表。在它前后一批著名機(jī)器成了開(kāi)創(chuàng)性的第一代計(jì)算機(jī)族。是：ABC；ENIAC；IAS；EDVAC；ACE；EDSAC；Whirlwind；IBM701，702，704，705，650等。

1952年IBM生產(chǎn)的第一臺(tái)用于科學(xué)計(jì)算的大型機(jī)IBM701問(wèn)世。它的字長(zhǎng)36位，使用了4000個(gè)電子管和12000個(gè)鍺晶體二極管，運(yùn)算速度為每秒2萬(wàn)次。采用靜電存儲(chǔ)管作主存，容量為2048字，并用磁鼓作輔存。第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓

50年代存儲(chǔ)技術(shù)的重大革新是磁芯存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，它產(chǎn)生在美國(guó)麻省理工學(xué)院。

磁芯是用鐵氧體磁性材料制成的小環(huán)，外徑小于1毫米，所以磁心尺寸只有小米粒大小。該材料有矩形磁滯回線(xiàn)當(dāng)激磁電流方向不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種剩磁狀態(tài)，因此一個(gè)磁芯可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)（1，0）,一個(gè)4K字存儲(chǔ)器每字為48位，那就需要4096×48=196608顆磁芯。它們被組裝在磁芯板上。

第二代計(jì)算機(jī)（1959—1964）的特點(diǎn)是：⑴用晶體管代替了電子管。晶體管有一系列優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕；發(fā)熱少、耗電??；速度快、功能強(qiáng)；價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。⑵普遍采用磁芯存儲(chǔ)器作主存，并且采用磁盤(pán)與磁帶作輔存。使存儲(chǔ)容量增大，可靠性提高，為系統(tǒng)軟件的發(fā)展創(chuàng)造了條件。⑶作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的許多意義深遠(yuǎn)的特性相繼出現(xiàn)，例如變址寄存器、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示、間接尋址、中斷、I/O處理機(jī)等。

⑷編程語(yǔ)言在發(fā)展。先是用匯編語(yǔ)言代替了機(jī)器語(yǔ)言。接著又發(fā)展了高級(jí)語(yǔ)言如:FORTRAN、COBOL。⑸應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。除了以批處理方式進(jìn)行科學(xué)計(jì)算外，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)時(shí)的過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理.1.3.2第二代計(jì)算機(jī)晶體管是1948年美國(guó)貝爾電話(huà)實(shí)驗(yàn)室的三位物理學(xué)家巴?。↗.Bardeen）、布拉坦（W.Brattain）、肖克萊（W.Shockley）發(fā)明的。由于這項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的發(fā)明，他們榮獲了1956年諾貝爾物理獎(jiǎng)。1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC，它使用了800個(gè)晶體管。1955年全晶體管計(jì)算機(jī)UNIVAC—Ⅱ問(wèn)世。但是，它們都沒(méi)有成為第二代計(jì)算機(jī)的主流產(chǎn)品。

第二代計(jì)算機(jī)主流產(chǎn)品是IBM7000系列。1958年IBM推出大型科學(xué)計(jì)算機(jī)7090，實(shí)現(xiàn)了晶體管化。采用了存取周期為2.18微秒的磁芯存儲(chǔ)器、每臺(tái)容量為1MB的磁鼓、每臺(tái)容量為28MB的固定磁盤(pán)，并配置了FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言。

美國(guó)50年代生產(chǎn)的IBM7041960年美國(guó)貝思勒荷姆鋼廠(chǎng)成為第一家利用計(jì)算機(jī)處理定貨、管理庫(kù)存、并進(jìn)行實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程控制的公司。1963年俄克拉荷馬日?qǐng)?bào)成為第一份利用計(jì)算機(jī)編輯排版的報(bào)紙。1964年美國(guó)航空公司建立了第一個(gè)實(shí)時(shí)訂票系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的革命正在開(kāi)始。1.3.3第三代計(jì)算機(jī)

第三代計(jì)算機(jī)（1965—1970）的特點(diǎn)是：⑴用集成電路（IntegratedCircuit，IC）取代了晶體管。最初是小規(guī)模集成電路（SSI），后來(lái)是大規(guī)模集成電路（LSI）。IC的體積更小，耗電更省，功能更強(qiáng)，壽命更長(zhǎng)。⑵用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器淘汰了磁芯存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)容量大幅度提高，為建立存儲(chǔ)體系與存儲(chǔ)管理創(chuàng)造了條件。

⑶

普遍采用了微程序設(shè)計(jì)技術(shù)，為確立富有繼承性的體系結(jié)構(gòu)發(fā)揮了重要作用。三代機(jī)為計(jì)算機(jī)走向系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化作出了貢獻(xiàn)。

⑷

系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件都有很大發(fā)展。由于用戶(hù)通過(guò)分時(shí)系統(tǒng)的交互作用方式來(lái)共享計(jì)算機(jī)資源，因此操作系統(tǒng)在規(guī)模和復(fù)雜性方面都有很快發(fā)展，為了提高軟件質(zhì)量，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)方法。

⑸為了滿(mǎn)足中小企業(yè)與機(jī)構(gòu)日益增多的計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在第三代計(jì)算機(jī)期間，出現(xiàn)了第一代小型計(jì)算機(jī)如DEC的PDP—8.

第三代計(jì)算機(jī)主流產(chǎn)品是IBM/360。1964年4月7日IBM公布了360系統(tǒng)，成為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。IBM公司為此投資50億美元，到1965年360系統(tǒng)的各種型號(hào)陸續(xù)投入市場(chǎng)，共售出33000臺(tái)，這促使大多數(shù)早先的商用計(jì)算機(jī)被廢棄，對(duì)計(jì)算機(jī)工業(yè)產(chǎn)生了相當(dāng)大的沖擊。IBM的成功與它的市場(chǎng)戰(zhàn)略正確有關(guān)。它從一開(kāi)始就面向商業(yè)、面向產(chǎn)品、面向服務(wù)。人們常稱(chēng)IBM為“BigBlue”，即“蘭色巨人”。一方面反映它實(shí)力雄厚，另一方面也是服務(wù)周到的寫(xiě)照，它的工作人員身穿蘭色西服為用戶(hù)“上門(mén)服務(wù)”。1.3.4第四代計(jì)算機(jī)

第四代計(jì)算機(jī)（1971至今）的特點(diǎn)是：⑴用微處理器或超大規(guī)模集成電路VISI（VeryLargeScaleIntegration）取代普通集成電路。⑵從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身來(lái)看，在這期間存儲(chǔ)容量進(jìn)一步擴(kuò)大；輸入采用了OCR與條形碼；輸出采用了激光打印機(jī)；光盤(pán)的引進(jìn)；新的編程語(yǔ)言Pascal、Ada的使用。所有這些還只是進(jìn)化性的發(fā)展，而不是革命性的變化。

⑶微型計(jì)算機(jī)（microcomputer）異軍突起，席卷全球，觸發(fā)了計(jì)算技術(shù)由集中化向分散化轉(zhuǎn)化的大變革.

⑷數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理有了很大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合正改變著世界的技術(shù)經(jīng)濟(jì)面貌。

⑸由于特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需求，在并行處理與多處理領(lǐng)域正積累著重要的經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)的技術(shù)突破創(chuàng)造著條件。

Intel（英特爾）公司于1968年成立。次年，以年青的霍夫（M.Hoff）博士為首，建立了為一家日本公司設(shè)計(jì)袖珍計(jì)算器芯片的小組。1971年第一代微處理器4位芯片Intel4004問(wèn)世，它在4.2×3.2mm2的硅片上集成了2250個(gè)晶體管組成的電路，其功能竟與ENIAC相仿。1972年推出第二代微處理器8位芯片Intel8008，1974年推出后繼產(chǎn)品8080。1975年Altair公司利用這種芯片制成了微型計(jì)算機(jī)。四代機(jī)的主流產(chǎn)品是1979年IBM推出的4300系列、3080系列以及1985年的3090系列。它功能得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，例如虛擬存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、圖像識(shí)別、語(yǔ)言處理等.1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

在第四代計(jì)算機(jī)中，微型計(jì)算機(jī)無(wú)疑發(fā)展最快的，普及最廣泛的。微型機(jī)使計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室、專(zhuān)門(mén)機(jī)房走到辦公室、家庭、公共場(chǎng)所。正是微型機(jī)的發(fā)展和相應(yīng)的圖形化軟件的發(fā)展，才使計(jì)算機(jī)從專(zhuān)業(yè)人員走向廣大用戶(hù)。

1.4.1第一個(gè)微處理芯片和第一臺(tái)微型機(jī)

1971年1月，以霍夫?yàn)槭椎难兄菩〗M，完成了世界上第一個(gè)微處理器芯片。在3×4mm面積上集成晶體管2250個(gè)，每秒運(yùn)算速度達(dá)6萬(wàn)次。它意味著電腦CPU已經(jīng)縮微成一塊集成電路，意味著“芯片上的電腦”誕生。第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成電路范疇。英特爾公司命名它為4004。

4004芯片

1972年4月，霍夫小組研制出另一型號(hào)的微處理器8008。在做了少許改進(jìn)后，1975年又推出有史以來(lái)最成功的8位微處理器8080。8080集成了約4800個(gè)晶體管，每秒執(zhí)行29萬(wàn)條指令。8080型微處理器正式投放市場(chǎng)是在1974年，這種芯片及其仿制品后來(lái)共賣(mài)掉數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，引發(fā)了洶涌澎湃的微電腦熱潮。在英特爾公司帶動(dòng)下，1975年，摩托羅拉公司也宣布推出8位微處理器6800。1976年，霍夫研制小組的費(fèi)根，在硅谷組建了Zilog公司，同時(shí)宣布研制成功8位微處理器Z-80。從此，可以放在指尖上的芯片電腦全方位地改變了世界。愛(ài)德華·羅伯茨開(kāi)了一家“微型儀器與自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)公司他以每塊75美元價(jià)格向英特爾購(gòu)到8080微處理器，組裝了一臺(tái)很小的機(jī)器,命名為“牛郎星”。這就是世界上第一臺(tái)用微處理器裝配的微型計(jì)算機(jī)。這種機(jī)器在金屬制成的小盒內(nèi)，裝進(jìn)兩塊集成電路，一塊8080芯片，另一塊存儲(chǔ)器，僅有256B。用手撥動(dòng)面板上8個(gè)開(kāi)關(guān)輸入程序；幾排燈泡的明暗表示計(jì)算結(jié)果。1.4.2車(chē)庫(kù)里的”蘋(píng)果”

1976年，美國(guó)硅谷“家釀電腦俱樂(lè)部”的兩位同名青年，史蒂夫·喬布斯（S.Jobs）和史蒂夫·沃茲奈克（S.Wozniak），在汽車(chē)庫(kù)里“釀造”出一家聞名全球的電腦公司，從而發(fā)動(dòng)了一場(chǎng)轟動(dòng)電腦業(yè)界的“車(chē)庫(kù)革命”。1975年，由于無(wú)錢(qián)購(gòu)買(mǎi)“牛郎星”電腦，沃茲奈克只得用較便宜的6502微處理器裝配了一部。這臺(tái)電腦嚴(yán)格地講只是裝在木箱里的一塊電路板，但有8K存儲(chǔ)器，能顯示高分辨率圖形。俱樂(lè)部成員紛紛提出要訂購(gòu)這種機(jī)器。喬布斯敏銳地看到了商機(jī)，他賣(mài)掉自己汽車(chē)，共湊了1300元?jiǎng)?chuàng)業(yè)資金。就在喬布斯家里的汽車(chē)庫(kù)里，為了紀(jì)念喬布斯當(dāng)年在蘋(píng)果園打工的歷史，公司取名蘋(píng)果（Apple），標(biāo)志是一個(gè)被咬了一口的蘋(píng)果，因?yàn)椤耙А保˙ite）與“字節(jié)”（Byte）同音。他們生產(chǎn)的第一款微型計(jì)算機(jī)也就命名為“蘋(píng)果I”（AppleI）。1978年初又增加了磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。這種電腦達(dá)到當(dāng)時(shí)微型電腦技術(shù)的最高水準(zhǔn)，喬布斯命名它為“蘋(píng)果Ⅱ”（AppleⅡ）。1977年4月，蘋(píng)果Ⅱ在舊金山計(jì)算機(jī)交易會(huì)第一次公開(kāi)露面，售價(jià)僅1298美元，造成意想不到的轟動(dòng)。從此，蘋(píng)果Ⅱ大量走進(jìn)了學(xué)校、機(jī)關(guān)、企業(yè)、商店和家庭，為領(lǐng)導(dǎo)時(shí)代潮流的個(gè)人計(jì)算機(jī)鋪平了道路。隨著蘋(píng)果計(jì)算機(jī)帶來(lái)的巨大收益，這家公司在短短5年時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造了神話(huà)般的奇跡。1976年，公司營(yíng)業(yè)額超過(guò)20萬(wàn)美元；5年之后，營(yíng)業(yè)額竟躍升至10億美元，跨進(jìn)美國(guó)最大500家公司的行列。喬布斯頭成為美國(guó)最年輕的百萬(wàn)富翁。1.4.3個(gè)人計(jì)算機(jī)新紀(jì)元

1981年IBM公司推出了它的個(gè)人計(jì)算機(jī)PC，人類(lèi)社會(huì)從此跨進(jìn)個(gè)人計(jì)算機(jī)新紀(jì)元。為了讓IBM擁有“蘋(píng)果計(jì)算機(jī)”，IBM公司下令在邁阿密建立一個(gè)“國(guó)際象棋”專(zhuān)案小組，一年內(nèi)開(kāi)發(fā)出自己的機(jī)器。IBM實(shí)行“開(kāi)放”政策。他們決定采用英特爾8088微處理器作為該計(jì)算機(jī)的中樞，同時(shí)委托獨(dú)立軟件公司為它配置各種軟件。經(jīng)反復(fù)斟酌，IBM公司決定把新機(jī)器命名為“個(gè)人計(jì)算機(jī)”，即IBMPC。1981年8月12日，IBM在宣布IBMPC個(gè)人計(jì)算機(jī)出世，它把過(guò)去一個(gè)大型電腦機(jī)房的全套裝置統(tǒng)統(tǒng)搬到個(gè)人的書(shū)桌上。就在1982年內(nèi)，IBMPC機(jī)賣(mài)出了25萬(wàn)臺(tái)。IBMPC誕生不僅掀起了個(gè)人計(jì)算機(jī)的大普及，而且導(dǎo)致了軟件工業(yè)的興旺。其中，受益最大的是微軟公司。早在1969年，美國(guó)西雅圖湖濱中學(xué)8年級(jí)學(xué)生比爾·蓋茨（B.Getes）和他高班同學(xué)保羅·艾倫

（P.Allen），在學(xué)校唯一臺(tái)PDP-10小型計(jì)算機(jī)終端上，設(shè)計(jì)出第一個(gè)軟件“三連棋”游戲。1974年12月，保羅·艾倫在報(bào)亭上偶爾發(fā)現(xiàn)《大眾電子》配發(fā)的“牛郎星”照片，立即找到已經(jīng)考入哈佛大學(xué)學(xué)法律的比爾·蓋茨，共同為“牛郎星”研制出配套的BASIC軟件。這種軟件后來(lái)竟賣(mài)出了100萬(wàn)套。

在BASIC軟件成功的鼓舞下，1975年7月，19歲的比爾·蓋茨走出人生中最關(guān)鍵的一步。他毅然放棄只差一年就到手的哈佛學(xué)位，與保羅·艾倫一起在阿爾伯克基市豎起“微軟公司”的旗幟?！拔④洝保∕icrosoft）取自于“微型”和“軟件”二字，專(zhuān)門(mén)從事微電腦軟件開(kāi)發(fā)。比爾·蓋茨為只有6名員工的小公司定下雄心勃勃的目標(biāo)：每個(gè)家庭每張桌上都有一部電腦運(yùn)行微軟的軟件。1980年，當(dāng)IBM“國(guó)際象棋”專(zhuān)案組需要為PC電腦配套操作系統(tǒng)軟件時(shí)，找到了微軟公司，比爾·蓋茨想起了西雅圖軟件天才帕特森（T.Paterson）曾編寫(xiě)過(guò)一個(gè)QDOS軟件，微軟公司購(gòu)買(mǎi)到QDOS版權(quán)，并且在帕特森幫助下，完成了這件影響深遠(yuǎn)的磁盤(pán)操作系統(tǒng)MS-DOS軟件。MS-DOS伴隨IBMPC電腦出征，由于所有PC個(gè)人電腦（包括其他廠(chǎng)商生產(chǎn)的兼容機(jī)）都需要安裝MS-DOS，其用戶(hù)后來(lái)竟超過(guò)3000萬(wàn)，歷史上從來(lái)沒(méi)有哪個(gè)軟件能夠達(dá)到如此龐大的用戶(hù)數(shù)。

1.4.4軟件與硬件交替發(fā)展

英特爾公司沒(méi)有停止前進(jìn)的步伐，386剛剛上市，便研制下一代芯片486芯片不僅要保持兼容性，而且必須創(chuàng)新，原定兩年半的時(shí)間被推遲了兩個(gè)月。1989年2月推出了486產(chǎn)品。該芯片集成了120萬(wàn)只晶體管，功能相當(dāng)于當(dāng)時(shí)的一臺(tái)大型主機(jī)，速度比4004快了50倍。1989年4月，英特爾公司在拉斯維加斯電腦大展上首度發(fā)表486，標(biāo)志著PC電腦從此進(jìn)入486時(shí)代。1987年在半導(dǎo)體行業(yè)僅排名第十的英特爾公司，由于堅(jiān)持在微處理器領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，終于在1992年超過(guò)日本NEC公司，攀上全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的首位。歷史進(jìn)入到九十年代初，微處理器再次加快升級(jí)換代的速度。為了防止商標(biāo)被人摹仿，從第五代（P5）開(kāi)始，英特爾公司將新研制的芯片更名為“奔騰”（Pentium）。

1993年5月，“奔騰”微處理器在一個(gè)小型記者招待會(huì)上首次發(fā)表，英特爾打出“送你一顆奔馳的芯”大幅廣告?！氨简v”芯片集成了310萬(wàn)枚晶體管，數(shù)目大大超過(guò)486芯片的120萬(wàn)枚，每個(gè)元件的寬度只有0.8微米，大約是一根頭發(fā)的百分之一，電腦業(yè)從此進(jìn)入“奔騰時(shí)代”。一年半后，英特爾公司推出“奔騰Ⅱ”處理器，實(shí)現(xiàn)了0.25微米新工藝，它內(nèi)置多媒體（MMX）功能，集數(shù)據(jù)、音頻、視頻、圖形、通信于一體。微處理器遵照“摩爾定律”，集成的元件數(shù)目以每18個(gè)月翻一番的進(jìn)程，默默走過(guò)了20余年。如果走進(jìn)英特爾公司博物館，人們可以清晰地觀看到它的生產(chǎn)過(guò)程和它的發(fā)展足跡。從第一代4004到第8代Pentium4，芯片的集成度增加了2400倍，速度提高了5000倍。至1995年，全世界用作電腦“心臟”的微處理器產(chǎn)量已達(dá)2億4千萬(wàn)個(gè)；用作電器控制的微處理器產(chǎn)量高達(dá)30億個(gè)。

英特爾微處理器的更新?lián)Q代，也給微軟公司視窗軟件升級(jí)帶來(lái)契機(jī)。從開(kāi)始的DOS1.0，到DOS6.22，從字符界面到圖形化界面，1990年在當(dāng)時(shí)的386上推出了Windows操作系統(tǒng)，1995年，世界范圍出現(xiàn)了迎接“視窗95”（Windows95）的熱潮。比爾·蓋茨在其好友、股票大王巴菲特（W.Buffett）建議下，不惜以1200萬(wàn)美元買(mǎi)到英國(guó)“滾石”搖滾樂(lè)團(tuán)“啟動(dòng)我”原創(chuàng)歌曲，于8月24日召召開(kāi)發(fā)布會(huì)。30多個(gè)國(guó)家500多位報(bào)刊記者和數(shù)十位電視臺(tái)的節(jié)目主持人，各軟件公司代表和電腦經(jīng)銷(xiāo)商近萬(wàn)人趕來(lái)參加視窗95的盛會(huì)。

實(shí)際上每當(dāng)英特爾推出一款新的微處理器，微軟公司也推出一款新的操作系統(tǒng)，包括Windows95、Windows98、WindowsMe、Windows2000、WindowsXP每一款在功能上都有一定的進(jìn)步，但對(duì)機(jī)器性能要求也高了，以刺激用戶(hù)的購(gòu)買(mǎi)欲，同時(shí)推動(dòng)個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展。據(jù)說(shuō)PC機(jī)市場(chǎng)的60%利潤(rùn)被Wintel聯(lián)盟獲得。由于視窗95的成功銷(xiāo)售，微軟公司已經(jīng)控制了個(gè)人電腦操作系統(tǒng)90%以上的市場(chǎng)，比爾·蓋茨第二次登上美國(guó)《財(cái)富》雜志全球富豪排行榜榜首。當(dāng)之無(wú)愧是知識(shí)經(jīng)濟(jì)開(kāi)始到來(lái)的標(biāo)志。1.4.5我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展

自從1946年世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生以來(lái)，與計(jì)算機(jī)最鄰近領(lǐng)域的數(shù)學(xué)和物理界的泰斗，世界數(shù)學(xué)大師華羅庚教授和中國(guó)原子能事業(yè)的奠基人錢(qián)三強(qiáng)教授，就十分關(guān)注這一新技術(shù)如何在國(guó)內(nèi)發(fā)展。從1951年起，積極推動(dòng)將發(fā)展計(jì)算機(jī)列入國(guó)家的12年發(fā)展規(guī)劃。1956年8月25日我國(guó)第一個(gè)計(jì)算技術(shù)研究機(jī)構(gòu)——中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)成立，華羅庚任主任。這就是我國(guó)計(jì)算技術(shù)研究機(jī)構(gòu)的搖籃。

1958年由七機(jī)部研制的中國(guó)第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)103機(jī)(定點(diǎn)32二進(jìn)制位，每秒2500次)交付使用.總參研制的中國(guó)第一臺(tái)大型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)104機(jī)(浮點(diǎn)40二進(jìn)制位，每秒1萬(wàn)次)在1959年也交付使用，在104機(jī)上中國(guó)第一個(gè)自行設(shè)計(jì)的編譯系統(tǒng)在1961年試驗(yàn)成功(Fortran型)。

1967年自行設(shè)計(jì)了專(zhuān)為“兩彈一星”服務(wù)的計(jì)算機(jī)——大型晶體管計(jì)算機(jī)109乙(浮點(diǎn)32二進(jìn)制位，每秒6萬(wàn)次)供核彈研究用和七機(jī)部供火箭研究用，它們的使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15年，被譽(yù)為“功勛計(jì)算機(jī)”，是中國(guó)第一臺(tái)具有分時(shí)、中斷系統(tǒng)和管理程序的計(jì)算機(jī)，同時(shí)中國(guó)第一個(gè)自行設(shè)計(jì)的管理程序（操作系統(tǒng)的前身）就是在它上面建立的。

1983年，國(guó)防科技大學(xué)研制成功運(yùn)算速度每秒上億次的“銀河-I”巨型機(jī)，這是我國(guó)高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程碑。

1983年，電子工業(yè)部計(jì)算機(jī)管理局研制成功與IBMPC機(jī)兼容的長(zhǎng)城0520CH微機(jī)。同時(shí)電子部六所開(kāi)發(fā)成功微機(jī)漢字軟件CCDOS，是我國(guó)第一套與IBMPC-DOS兼容的漢字磁盤(pán)操作系統(tǒng)。

1991年，新華社、科技日?qǐng)?bào)、經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)正式啟用漢字激光照排系統(tǒng)(中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家——王選所領(lǐng)導(dǎo)的科研集體研制出的漢字激光照排系統(tǒng))被譽(yù)為“漢字印刷術(shù)的第二次發(fā)明”。

1994年中關(guān)村地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)絡(luò)(NCFC)完成了與Internet的全功能IP連接，從此，中國(guó)正式被國(guó)際上承認(rèn)是接入Internet的國(guó)家。

1997年，國(guó)防科大研制成功“銀河-III”百億次并行巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到90年代中期國(guó)際先進(jìn)水平。

1989年7月金山公司的WPS軟件問(wèn)世，它填補(bǔ)了我國(guó)計(jì)算機(jī)字處理軟件的空白該軟件至今在國(guó)內(nèi)還有一定的影響。

2002年8月“龍芯1號(hào)”的問(wèn)世結(jié)束了我國(guó)不生產(chǎn)CPU的“空芯化”歷史。作為一款64位的通用芯片，2004年推出的“龍芯2號(hào)”樣機(jī)上能運(yùn)行完整的64位中文Linux操作系統(tǒng)。曙光公司推出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍騰”服務(wù)器，龍騰服務(wù)器采用了“龍芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院計(jì)算所聯(lián)合研發(fā)的服務(wù)器專(zhuān)用主板，采用曙光Linux操作系統(tǒng)，該服務(wù)器是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)自有產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在國(guó)防、安全等部門(mén)將發(fā)揮重大作用。

2005

年5月，聯(lián)想完成收購(gòu)IBM全球PC業(yè)務(wù)（包括IMB筆記本和臺(tái)式機(jī)業(yè)務(wù)合并后的新聯(lián)想將以130億美元的年銷(xiāo)售額一躍成為全球第三大PC制造商。使我國(guó)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2005年8月5日國(guó)內(nèi)最大搜索引擎百度公司股票在美國(guó)Nasdaq市場(chǎng)掛牌交易.

2005年8月11日、阿里巴巴收購(gòu)雅虎中國(guó)。這是中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)史上最大的一起并購(gòu)案。1.5計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展

計(jì)算機(jī)所以迅速發(fā)展，其生命力在于它的廣泛應(yīng)用。最早設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的目的是用于軍事方面的科學(xué)計(jì)算，而當(dāng)制造完成后，由于它的無(wú)比的優(yōu)越性，就開(kāi)始用于其它領(lǐng)域。第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)就被用于“圣經(jīng)”的文字處理。不久就在銀行用于信息處理。目前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍幾乎涉及人類(lèi)社會(huì)的所有領(lǐng)域：從國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)到個(gè)人家庭生活，從軍事部門(mén)到民服務(wù)部門(mén)，從科學(xué)教育到文化藝術(shù)，從生產(chǎn)領(lǐng)域到消費(fèi)娛樂(lè)，無(wú)一不是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的天下，對(duì)于這么多的應(yīng)用，這里不可能一一介紹，下面歸納成七個(gè)方面來(lái)敘述。1.5.1科學(xué)計(jì)算

科學(xué)研究和工程技術(shù)計(jì)算領(lǐng)域，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用得較早、較廣泛的領(lǐng)域。例如數(shù)學(xué)、化學(xué)、原子能、天文學(xué)、地球物理學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的研究，以及航天飛行、飛機(jī)設(shè)計(jì)、橋梁設(shè)計(jì)、水力發(fā)電、地質(zhì)找礦等方面的大量計(jì)算都要用到計(jì)算機(jī)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以節(jié)省大量時(shí)間、人力和物力。計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算和工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅減輕了大量繁瑣的計(jì)算工作量，更重要的是，使得一些以往無(wú)法解決、無(wú)法及時(shí)解決或無(wú)法精確解決的問(wèn)題得到圓滿(mǎn)的解決。1.5.2自動(dòng)控制

自動(dòng)控制是涉及面極廣的一門(mén)學(xué)科，應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、國(guó)防以至我們的日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。特別是有了體積小、價(jià)廉可靠的微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)后，自動(dòng)控制就有了強(qiáng)有力的工具，使自動(dòng)控制進(jìn)入以計(jì)算機(jī)為主要控制設(shè)備的新階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)外大約20%的微型機(jī)用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，應(yīng)用于冶金、化工、電力、交通、機(jī)械、軍事等部門(mén)。用計(jì)算機(jī)控制各種加工機(jī)床，不僅可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且生產(chǎn)效率高，加工精度高。

有人說(shuō)“計(jì)算機(jī)是提高生產(chǎn)力最簡(jiǎn)便的方法”，這是很有道理的。1.5.3CAD/CAM/CIMS

CAD技術(shù)，首先按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案比較，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外形尺寸、材料，進(jìn)行模擬組裝，再對(duì)模擬整機(jī)的各種性能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果不可對(duì)其進(jìn)行不斷修正，最后確定設(shè)計(jì)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后再將其分解為零件、分裝部件，并給出零件圖、分部裝配圖、總體裝配圖等。全部由計(jì)算機(jī)直接或間接地完成。

CAM一般指利用計(jì)算機(jī)參與從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中直接或間接的活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)設(shè)計(jì)、物料采購(gòu)計(jì)劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。CAM目前主要是指數(shù)控程序的編制。

CIMS即將企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)人、技術(shù)、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)管理及其信息流和物質(zhì)流等利用計(jì)算機(jī)手段有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行。1.5.4信息處理

信息:是我們?nèi)祟?lèi)賴(lài)以生存和交際的媒介。通過(guò)五官和皮膚，我們可以看到文字圖像，聽(tīng)到唱歌說(shuō)話(huà)，聞到香臭氣味，嘗到酸甜苦辣，感到冷熱變化。這些都有是信息。人本身就是一個(gè)非常高級(jí)的信息處理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，它僅僅用于數(shù)值計(jì)算。但是后來(lái)應(yīng)用范圍逐漸發(fā)展到非數(shù)值領(lǐng)域，可用來(lái)處理文字、表格、圖像、聲音等各類(lèi)問(wèn)題。因此，確切地講，計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)稱(chēng)為信息機(jī)，或叫信息處理機(jī)。信息處理的范圍相當(dāng)廣泛。總之，企業(yè)管理、物資管理、資料圖書(shū)管理、人事管理、業(yè)務(wù)管理等等，都是計(jì)算機(jī)能發(fā)揮作用的領(lǐng)域。下表中列出了國(guó)內(nèi)各部門(mén)研制的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)例。庫(kù)存管理倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，農(nóng)機(jī)站物資管理系統(tǒng)，小型倉(cāng)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，生產(chǎn)倉(cāng)庫(kù)財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)，汽車(chē)零件管理系統(tǒng)，立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，鋼材庫(kù)存管理系統(tǒng)企業(yè)管理進(jìn)口器材訂貨單據(jù)管理系統(tǒng)，科研計(jì)劃管理系統(tǒng)，地毯廠(chǎng)企業(yè)管理系統(tǒng)，材料生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)，計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)，旅館管理系統(tǒng)資料管理科研課題管理系統(tǒng)，科研檔案管理系統(tǒng)，圖書(shū)情報(bào)資料檢索系統(tǒng)，港口情報(bào)檢索系統(tǒng)，外文資料管理系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，建筑管理數(shù)據(jù)庫(kù)人事管理工資管理系統(tǒng)，從事檔案管理系統(tǒng)，科技人員文件管理系統(tǒng)，高校教師管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)例

表1.5.5教育和衛(wèi)生

創(chuàng)立學(xué)校、應(yīng)用書(shū)面語(yǔ)言、發(fā)明印刷術(shù)，被稱(chēng)為教育史上的三次革命。目前，計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于教育，被譽(yù)為“教育史上的第四次革命”。較多的應(yīng)用是“計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)”。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)既用于普通教育，又用于專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練方面。例如通過(guò)計(jì)算機(jī)管理的“飛行模擬器”來(lái)訓(xùn)練飛機(jī)駕駛員。目前我國(guó)正在進(jìn)行的“校校通”工程，當(dāng)它實(shí)現(xiàn)以后，在教學(xué)過(guò)程中將廣泛采用計(jì)算機(jī)教學(xué)法。計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，同樣為人類(lèi)健康長(zhǎng)壽帶來(lái)了福音。一方面，使用計(jì)算機(jī)的各種醫(yī)療設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，如CT圖像處理設(shè)備、身體診斷設(shè)備、心腦電圖分析儀、醫(yī)療車(chē)系統(tǒng)等。另一方面，集專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)之大成，利用計(jì)算機(jī)建成了各種各樣的專(zhuān)家系統(tǒng)，如中醫(yī)專(zhuān)家診療系統(tǒng)、肝病電腦診治系統(tǒng)、肺癌電腦診斷系統(tǒng)、黃疸病診療系統(tǒng)等等。1.5.6家用電器

計(jì)算機(jī)不僅在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)揮越來(lái)越大的作用，而且已滲入個(gè)人生活，特別是家用電器中。例如彩色電視機(jī)的調(diào)臺(tái)器，就是把微型機(jī)的鎖環(huán)頻率合成器結(jié)合起來(lái)構(gòu)成的。從而使電視機(jī)增加了數(shù)字選臺(tái)、自動(dòng)選臺(tái)、預(yù)約節(jié)目、遙控等多種功能。目前，不僅使用各種類(lèi)型的個(gè)人計(jì)算機(jī)，而且將單片機(jī)廣泛應(yīng)用于微波爐、磁帶錄音機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)、煤氣用定時(shí)器、家用空調(diào)設(shè)備控制器、電子式縫紉機(jī)、電子玩具、游戲機(jī)等?，F(xiàn)在就有全部由電腦和網(wǎng)絡(luò)控制的智能房子。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備將廣泛地應(yīng)用于辦公室、工廠(chǎng)和家庭。通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，可以傳遞多種多樣的有益信息，如新聞時(shí)事，商業(yè)行情、電子商務(wù)等等。1.5.7人工智能

“人工智能”又稱(chēng)“智能模擬”，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是要使計(jì)算機(jī)能夠模仿人的高級(jí)思維活動(dòng)。影片《未來(lái)世界》中所描繪的機(jī)器人，就是在人工智能研究成果基礎(chǔ)上所設(shè)想的未來(lái)世界的情景。

人工智能的研究課題是多種多樣的諸如計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)證明、景物分析、模擬人的思維過(guò)程、機(jī)器人等等，內(nèi)容很多。

直接利用自然形式的信息，這正是當(dāng)前模式識(shí)別研究的奮斗目標(biāo)。目前，在文字識(shí)別、圖形識(shí)別、景物分析以及語(yǔ)言理解等方面都有已取得了不少成就。例如在文字識(shí)別方面，對(duì)規(guī)范的印刷體和嚴(yán)格的手寫(xiě)體的識(shí)別，已經(jīng)達(dá)到了成熟實(shí)用的水平，而對(duì)任意的手寫(xiě)體的識(shí)別在通過(guò)幾次學(xué)習(xí)以后也能識(shí)別出來(lái)。第2章計(jì)算機(jī)的組成2.1數(shù)字表示和信息編碼

日常生活中是常用的是十進(jìn)制，但計(jì)算機(jī)中使用的是二進(jìn)制，為了書(shū)寫(xiě)和口讀方便，還采用了八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。在計(jì)算機(jī)中所有信息都必須以二進(jìn)制形式進(jìn)行編碼。2.1.1數(shù)字表示和信息編碼

1.各種進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其表示法

進(jìn)位計(jì)數(shù)制就是按進(jìn)位方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。日常生活中人們已習(xí)慣于“逢十進(jìn)一”的十進(jìn)制計(jì)數(shù)，它的特點(diǎn)是：

⑴用十個(gè)符號(hào)表示數(shù)。常用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9符號(hào)，這些符號(hào)叫做數(shù)碼。

⑵數(shù)4024中的兩個(gè)4表示不同的值，可寫(xiě)成多項(xiàng)式的形式：

4×103+0×102+2×101+4×100上式中的103,102,101,100分別是個(gè)位、十位、百位、千位。這“個(gè)、十、百、千……”在數(shù)學(xué)上稱(chēng)為“權(quán)”。

⑶十進(jìn)制有0到9共十個(gè)數(shù)碼，數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱(chēng)為基數(shù)。十進(jìn)制的基數(shù)是10。當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)每一位計(jì)到十往上進(jìn)一位，也就是“逢十進(jìn)一”。所以基數(shù)就是兩相鄰數(shù)碼中高位的權(quán)與低位權(quán)之比。

⑷任一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N可表示為：N=±[an-1×10n-1＋an-2×10n-2＋……+a0×100

＋a-1×10-1＋……+a-m×10-m]=±∑ai×10I

不難看出上式是一個(gè)多項(xiàng)式。式中的m、n是冪指數(shù)，均為正整數(shù)；ai稱(chēng)為系數(shù)，可以是0到9十個(gè)數(shù)碼符號(hào)的任一個(gè)，由具體的數(shù)決定；10是基數(shù)。對(duì)上面公式推廣之,對(duì)于任意進(jìn)位計(jì)數(shù)制,若基數(shù)用R表示，則任意數(shù)N可表示為：N=±[an-1×Rn-1＋an-2×Rn-2＋……+a0×R0＋a-1×R-1

＋……+a-m×R-m]=±∑ai×RI

式中m,n的意義同上，ai則為0,1…（R-1）中任一個(gè)，R是基數(shù)。

對(duì)于二進(jìn)制，數(shù)N可表示為：

N=±[an-1×2n-1＋an-2×2n-2＋……+a0×20＋a-1×2-1

＋……+a-m×2-m]=±∑ai×RI基數(shù)是2，而數(shù)碼符號(hào)只有0和1兩個(gè)，進(jìn)位為“逢二進(jìn)一”。

對(duì)于八進(jìn)制，數(shù)N可表示為：

N=±[an-1×8n-1＋an-2×8n-2＋……+a0×80＋a-1×8-1

＋……+a-m×8-m]=±∑ai×8I基數(shù)是8，可用8個(gè)數(shù)碼符號(hào)：0、1、2、3、4、5、6、7，進(jìn)位為“逢八進(jìn)一”。對(duì)于十六進(jìn)制，數(shù)N可表示為：

N=±[an-1×16n-1＋an-2×16n-2＋……+a0×160＋a-1×16-1

＋……+a-m×16-m]=±∑ai×16I基數(shù)是8，可用16個(gè)數(shù)碼符號(hào)：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F進(jìn)位為“逢十六進(jìn)一”。

2.二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)為什么要采用二進(jìn)制呢？

⑴二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩個(gè)狀態(tài)，易于實(shí)現(xiàn)。例如電位的高、低，脈沖的有、無(wú)，指示燈的亮、暗，磁性方向的正反等等，都可以表示1、0。這種對(duì)立的兩種狀態(tài)區(qū)別鮮明，容易識(shí)別。

⑵二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。對(duì)于每一位來(lái)說(shuō)每種運(yùn)算只有四種規(guī)則。

⑶

二進(jìn)制信息的存儲(chǔ)和傳輸可靠。兩個(gè)穩(wěn)態(tài)很容易識(shí)別和區(qū)分，所以工作可靠。⑷二進(jìn)制節(jié)省設(shè)備。從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)，采用R=e≈2.7進(jìn)位數(shù)制實(shí)現(xiàn)時(shí)最節(jié)省設(shè)備，據(jù)此，采用三進(jìn)制是最省設(shè)備的，其次是二進(jìn)制。

⑸二進(jìn)制可以用邏輯代數(shù)作為邏輯分析與設(shè)計(jì)的工具。邏輯代數(shù)是研究一個(gè)命題的真與假的數(shù)學(xué)工具，因此可以把二進(jìn)制“0”和“1”作為真和假來(lái)看待。當(dāng)然，二進(jìn)制數(shù)也有它的缺點(diǎn)。

第一個(gè)缺點(diǎn)是人們不熟悉、不易懂，人們熟悉的是十進(jìn)制。

第二個(gè)缺點(diǎn)是書(shū)寫(xiě)起來(lái)長(zhǎng)，讀起來(lái)不方便，為克服這個(gè)問(wèn)題，又提出了八進(jìn)制和十六進(jìn)制。

3.各種進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

當(dāng)兩個(gè)有理數(shù)相等時(shí)，其整數(shù)部分和小數(shù)部分一定分當(dāng)兩個(gè)有理數(shù)相等時(shí)，其整數(shù)部分和小數(shù)部分一定分別相等，這是不同進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換的依據(jù)。

1)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制整數(shù)，采用連續(xù)除2記錄余數(shù)的方法。設(shè)N為要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)，當(dāng)它已經(jīng)轉(zhuǎn)換成n位二進(jìn)制時(shí)。

N寫(xiě)出下列等式：

N=an-1×2n-1＋an-2×2n-2＋…+a1×21＋a0×20把等式兩邊都除以2，得到商和余數(shù)：N/2={an-1×2n-2＋an-2×2n-3＋……+a1×20}+a0顯然上式中括弧內(nèi)是商Q1，余數(shù)正是我們要求的二進(jìn)制數(shù)的最低位a0，然后把商Q1除以2，得到：

Q1/2={an-1×2n-3＋an-2×2n-4＋……+a2×20}+a1這次得到的余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的次低位a1。按此步驟，一直進(jìn)行到商數(shù)為0為止。53←÷2↓a01←÷2↓261363010←÷2↓1←÷2↓←÷2↓←÷2↓011a1a2a3a4a5例2-1把十進(jìn)制的53轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。1363153(53)10=(110101)2

2)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制小數(shù)

十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制小數(shù)采用連續(xù)乘2而記錄其乘積中整數(shù)的方法。設(shè)N是一個(gè)十進(jìn)制小數(shù)，它對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)共有m位，則

N=a-1×2-1＋a-2×2-2＋……+a–m+1×2–m+1＋a-m×2-m把等式兩邊都乘以2，得到整數(shù)部分和小數(shù)部分F1：

2N=a-1+{a-2×2-1＋……+a-m×2–m+1}顯然上式中括弧內(nèi)是小數(shù)部分F1，整數(shù)部分正是我們要求的二進(jìn)制數(shù)的最高位a-1依次類(lèi)推，就逐次得到a-1a-2a-3a-4a-5的值，這就是所求的二進(jìn)制數(shù)。0.6875a-10.37511→↓×201a-4a-3a-2(0.6875)10=(0.1011)2→↓×20.75→↓×20.5→↓×20.0例2-2把十進(jìn)制的0.6875轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

值得注意的是:在十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)時(shí)，整個(gè)計(jì)算過(guò)程可能無(wú)限制地進(jìn)行下去（即積的小數(shù)部分始終不為0），此時(shí)可根據(jù)需要取若干位作為近似值，必要時(shí)對(duì)舍去部分采用類(lèi)似十進(jìn)制四舍五入的零舍一入的規(guī)則。

3)十進(jìn)制混合小數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)混合小數(shù)由整數(shù)和純小數(shù)復(fù)合而成。轉(zhuǎn)換時(shí)將整數(shù)部分和純小數(shù)部分分別按上述進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再將它們組合起來(lái)即可。(53.6875)10

=(110101.1011)24)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)只要將被轉(zhuǎn)換的數(shù)按式展開(kāi)，并計(jì)算出結(jié)果即可。(111011.101)2=1×25+1×24+1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=(59.625)105)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換八進(jìn)制數(shù)三位二進(jìn)制數(shù)恰有八種組合(000、001、……111)?？梢孕?shù)點(diǎn)開(kāi)始向左和右分別把整數(shù)和小數(shù)部分每三位分成一組。然后用一個(gè)等值的八進(jìn)制數(shù)代換每一組的三位二進(jìn)制數(shù),不足補(bǔ)0?，F(xiàn)舉例說(shuō)明如下。設(shè)有一個(gè)二進(jìn)制數(shù)1101001.0100111，要轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。我們將它從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別向左和向右分為三位一組：001101001.010011100151

.234(151.234)8(1101001.0100111)2=6)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)四位二進(jìn)制數(shù)恰有十六種組合(0000、0001、……1111)?？梢孕?shù)點(diǎn)開(kāi)始向左和右分別把整數(shù)和小數(shù)部分每四位分成一組。然后用一個(gè)等值的十六進(jìn)制數(shù)代換每一組的四位二進(jìn)制數(shù),不足補(bǔ)0?，F(xiàn)舉例說(shuō)明如下。10010100101.11100111014A5.E74(4A5.E74)16(10010100101.1110011101)2=000(2F4B.D0C)16=0010111101001011.110100001100十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的過(guò)程正相反()27)任意制數(shù)間轉(zhuǎn)換如果一個(gè)R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可以利用（2.1）式計(jì)算。而一個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制還是要分成整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換，其方法是整數(shù)部分用“乘R取余”，而小數(shù)部分用“除R取整”來(lái)計(jì)算。

書(shū)寫(xiě)時(shí)為了區(qū)別數(shù)制:1)在數(shù)的右下角注明數(shù)制。如(1011)2、(32)8、(7B)16的下標(biāo)表示它們的進(jìn)制。2)在數(shù)字后面加字母來(lái)區(qū)別，

加字母B（Binary）表示為二進(jìn)制數(shù)；以字母O（Octal）表示為八進(jìn)制數(shù)；以字母D（Decimal）或不加字母表示為十進(jìn)制數(shù)；用字母H（Hexadecimal）表示為十六進(jìn)制數(shù)。如1011B表示是二進(jìn)制數(shù)，127H表示是十六進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F2.1.2數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示

在計(jì)算機(jī)中數(shù)的符號(hào)也用二進(jìn)制數(shù)碼表示，通常取正數(shù)的符號(hào)為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)為1。計(jì)算機(jī)中，涉及到小數(shù)點(diǎn)位置時(shí)，數(shù)有兩種表示方法，即定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示。

1)定點(diǎn)數(shù)表示

任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)總可以表示為純整數(shù)（或純小數(shù)）和一個(gè)2的整數(shù)次冪的乘積。例如，二進(jìn)制數(shù)N可寫(xiě)成：N=2P

×S其中，S稱(chēng)為N的尾數(shù)；P稱(chēng)為N的階碼；2稱(chēng)為階碼的底。尾數(shù)S表示了N的全部有效數(shù)字，階碼P指明了小數(shù)點(diǎn)的位置。此處P、S都是用二進(jìn)制表示的數(shù)。當(dāng)階碼為固定值時(shí)，稱(chēng)這種表示法為數(shù)的定點(diǎn)表示法。這樣的數(shù)稱(chēng)為定點(diǎn)數(shù)。如P=0，且尾數(shù)S為純整數(shù)，這時(shí)定點(diǎn)數(shù)只能表示整數(shù)，稱(chēng)為定點(diǎn)整數(shù)。如P=0，且尾數(shù)S為純小數(shù)，這時(shí)定點(diǎn)數(shù)只能表示小數(shù)，稱(chēng)為定點(diǎn)小數(shù)。定點(diǎn)數(shù)的這兩種表示法，在計(jì)算機(jī)中均有采用。究竟采用哪種方法，都是事先約定的。

在計(jì)算機(jī)中數(shù)的符號(hào)也用二進(jìn)制數(shù)碼表示，通常取正數(shù)的符號(hào)為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)為1，在機(jī)器內(nèi)定點(diǎn)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的規(guī)定:定點(diǎn)小數(shù)——約定小數(shù)點(diǎn)在符號(hào)位與最高數(shù)值位之間定點(diǎn)整數(shù)——約定小數(shù)點(diǎn)在最低有效位后面

當(dāng)定點(diǎn)數(shù)的位數(shù)確定以后，定點(diǎn)數(shù)表示的范圍也就確定了。如果一個(gè)數(shù)超過(guò)了這個(gè)范圍，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溢出。

2)浮點(diǎn)數(shù)表示如果階碼可以取不同的數(shù)值，并與尾數(shù)一并表示，稱(chēng)這種表示法為數(shù)的浮點(diǎn)表示法。這樣的數(shù)稱(chēng)為浮點(diǎn)數(shù)。這時(shí)：其中階碼P用整數(shù)表示，可為正數(shù)或負(fù)數(shù)。用一位二進(jìn)制數(shù)Pf表示階碼的符號(hào)位，當(dāng)Pf=0時(shí)，表示階碼為正數(shù)；當(dāng)Pf=1時(shí)，表示階碼為負(fù)數(shù)。而尾數(shù)S一般為純小數(shù)，用定點(diǎn)小數(shù)來(lái)表示，同樣用Sf表示尾數(shù)的符號(hào)，Sf=0表示尾數(shù)為正數(shù)（也就是N為正）；Sf=1表示尾數(shù)為負(fù)數(shù)?？梢?jiàn)，在機(jī)器中表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，要分為階碼和尾數(shù)兩個(gè)部分來(lái)表示。一般來(lái)說(shuō)，階碼部分的位數(shù)決定了數(shù)的表示范圍，而尾數(shù)部分的位數(shù)決定了數(shù)的精度。

階碼尾數(shù)階碼符號(hào)尾數(shù)符號(hào)↓↓↓↓2.1.3原碼、補(bǔ)碼、反碼

1)機(jī)器數(shù)與真值數(shù)的符號(hào)在機(jī)器中亦被“數(shù)碼化”。用“0”表示正數(shù)符號(hào)，用“1”表示負(fù)數(shù)符號(hào)。

設(shè)有N1=1001001；N2=1001001。則它們?cè)跈C(jī)器中表示為：N1：01001001N2：11001001

我們把“符號(hào)化”的數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)，而符號(hào)沒(méi)有數(shù)碼化的數(shù)稱(chēng)為數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)一般是固定長(zhǎng)度的，數(shù)的位不夠時(shí)應(yīng)當(dāng)補(bǔ)足。

2)原碼原碼是一種簡(jiǎn)單的機(jī)器數(shù)表示法。它規(guī)定正數(shù)的符號(hào)用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)用1表示，數(shù)值部分即為該數(shù)的本身。

例如：X=+100101，其原碼表示為[X]原=00100101。X=—100101，其原碼表示為[X]原=10100101。機(jī)器數(shù)用原碼表示簡(jiǎn)單易懂，易于真值轉(zhuǎn)換。但進(jìn)行加減運(yùn)算比較復(fù)雜。這是因?yàn)?，原碼實(shí)際上只是把數(shù)的符號(hào)“數(shù)碼化”了，其運(yùn)算方法與手算類(lèi)似。例如要作x+y的運(yùn)算，首先要判別符號(hào)，若x、y同號(hào)，則相加；若x、y異號(hào)，就要判別兩數(shù)絕對(duì)值的大小，然后將絕對(duì)值大的數(shù)減去絕對(duì)值小的數(shù)。顯然，這種運(yùn)算方法不僅增加運(yùn)算時(shí)間，而且使設(shè)備也復(fù)雜了。而機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼表示法可避免上述缺陷。

3)補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示法的指導(dǎo)思想：把負(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為正數(shù)，使減法變成加法，從而使正負(fù)數(shù)的加減運(yùn)算轉(zhuǎn)化單純的正數(shù)相加運(yùn)算。

求補(bǔ)碼比較復(fù)雜，這里介紹一種簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換方法：如果X≥0時(shí)其補(bǔ)碼與原碼相同；如果X＜0時(shí)其補(bǔ)碼符號(hào)位為1，其它各位求反碼，然后在最低位加1。所謂反碼就是將1變?yōu)?，0變?yōu)?。如：X＝－1010101[X]補(bǔ)=10101010＋1=10101011那么如何從[X]原轉(zhuǎn)換成[X]補(bǔ)呢？已知[X]原，則正數(shù)X的補(bǔ)碼為其本身；負(fù)數(shù)X的補(bǔ)碼等于它的原碼[X]原除符號(hào)位外“求反加1”。反之，若已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼[X]補(bǔ)，同樣可以通過(guò)對(duì)[X]補(bǔ)除符號(hào)位外“求反加1”得到它的原碼[X]原。4)反碼在補(bǔ)碼表示中已經(jīng)提到反碼，它也是一種機(jī)器數(shù)的表示法。在求反碼時(shí)，與求補(bǔ)碼相似，只是少加了一個(gè)1而以。X=1101010[X]反=01101010Y=1101010[Y]反=10010101數(shù)值原碼反碼補(bǔ)碼00000000000000000000000000100000001111111100000000＋1000000010000000100000001－1100000011111111011111111－15100011111111000011110001－127111111111000000010000001－128100000002.1.4算術(shù)運(yùn)算

1.補(bǔ)碼加法運(yùn)算

[例2-4]X=－1001010，Y=－101001，用補(bǔ)碼加法求X＋Y=?解：[X]補(bǔ)＝10110110[Y]補(bǔ)＝11010111。

用補(bǔ)碼運(yùn)算：

用真值運(yùn)算：[X]補(bǔ)10110110-1001010X＋[Y]補(bǔ)11010111＋-101001Y—————————————————丟掉←110001101＝[X＋Y]補(bǔ)

-1110011X＋Y

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)=10110110＋11010111=10001101由補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果可知：X＋Y=-1110011。這與真值運(yùn)算的結(jié)果一致。2.補(bǔ)碼減法運(yùn)算

[例2-5]X=＋1101010，Y=＋110100，用補(bǔ)碼加法求X－Y=?解：[X]補(bǔ)＝01101010，[Y]補(bǔ)＝00110100，[－Y]補(bǔ)＝11001100[X－Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ)=01101010＋11001100=00110110X－Y=＋110110。[例2-6]X=－1101011，Y=－110001，用補(bǔ)碼加法求[X－Y]補(bǔ)?解：[X]補(bǔ)＝10010101，[Y]補(bǔ)＝11001111，[－Y]補(bǔ)＝00110001[X－Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ)=10010101＋00110001=11000110

3.溢出檢查上面按照這種方法進(jìn)行運(yùn)算是正確的，但是否總是如此？再看兩個(gè)例子：

[例2-7]X=＋1001011，Y=＋1101001，用補(bǔ)碼加法求[X＋Y]補(bǔ)?解：[X]補(bǔ)＝01001011，[Y]補(bǔ)＝01101001[X＋Y]補(bǔ)=01001011＋01101001=10110100

（溢出）

兩個(gè)正數(shù)相加，結(jié)果是負(fù)數(shù)，顯然是錯(cuò)誤的。[例2-8]=－1110100，Y=－1101001，用補(bǔ)碼加法求[X＋Y]補(bǔ)?解：[X]補(bǔ)＝10001100，[Y]補(bǔ)＝10010111[X＋Y]補(bǔ)=10001100＋10010111=00100011（溢出）

兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，結(jié)果是正數(shù)，顯然是錯(cuò)誤的。產(chǎn)生上述錯(cuò)誤的原因，是因?yàn)樵诙c(diǎn)運(yùn)算中參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)的絕對(duì)值都是小于27，但在運(yùn)算過(guò)程中可能出現(xiàn)絕對(duì)值大于27的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“溢出”，只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)符號(hào)相同且做加法時(shí)，才有可能產(chǎn)生溢出。因此，判別溢出的方法就是：如果同號(hào)相加而結(jié)果為異號(hào)，則就產(chǎn)生了溢出。在此只需在結(jié)果后加注“溢出”即可。至于解決方法將在其它課程中講解。

4.乘法運(yùn)算在介紹乘除運(yùn)算前，我們先來(lái)看一下用手計(jì)算二進(jìn)制乘法的過(guò)程。1101被乘數(shù)×1011乘數(shù)————————110111010000＋）1101——————————

10001111乘積

從上述過(guò)程中可以看出二進(jìn)制的乘法實(shí)際只是被乘數(shù)的左移和加法，同理，除法可以通過(guò)移位和減法來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法將在計(jì)算機(jī)組成原理中講述。2.1.5邏輯運(yùn)算

常用的邏輯運(yùn)算有“與”運(yùn)算（邏輯乘）、“或”運(yùn)算（邏輯加）、“非”運(yùn)算（邏輯非）及“異或”運(yùn)算（邏輯異或）等，下面將介紹這些運(yùn)算的規(guī)則。

1.“與”（AND）運(yùn)算的規(guī)則如下：0∧0＝0

0∧1＝0

1∧0＝01∧1＝1式中，“∧”是“與”運(yùn)算符號(hào)，通常也可用“·”代替。由規(guī)則看出C=A∧B式中，只有當(dāng)A與B同時(shí)為“1”時(shí)，結(jié)果C才為“1”；否則，C總為0。例如，兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的“與”運(yùn)算結(jié)果如下:

10110110∧11010111=1001011010110110∧11010111—————————

10010110

2.“或”（OR）運(yùn)算的規(guī)則如下：0∨

0＝0

0∨1＝11∨0＝11∨1＝1式中，“∨”是“或”運(yùn)算符號(hào)，通常也可用“+”代替。由規(guī)則看出C=A∨B式中，只有當(dāng)A與B同時(shí)為“0”時(shí)，結(jié)果C才為“0”；否則，C總為0。如兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)“與”運(yùn)算結(jié)果如下:

10110010∨11010111=1001011010110010∨10010111—————————

10010110

3.“非”（NOT）運(yùn)算的規(guī)則如下：

0=11=0式中，“－”是“非”運(yùn)算符號(hào)?！胺恰边\(yùn)算的一般式為:

C=A該式表明，C為A的非。例如，對(duì)二進(jìn)制數(shù)的11001010進(jìn)行“非”運(yùn)算，則得其反碼00110101。

4.“異或”（EOR：ExclusiveOR）運(yùn)算的規(guī)則如下：0⊕0=00⊕1=11⊕0=11⊕1=0式中，“⊕”是“異或”運(yùn)算符號(hào)?！爱惢颉边\(yùn)算的一般式為

C=A⊕B

當(dāng)A與B值相異時(shí)，結(jié)果C才為“1”；否則，C為0。例如，兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的“異或”運(yùn)算結(jié)果如下：10100110⊕11010111=0111000110100110⊕11010111———————————01110001

計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算是按位計(jì)算的（沒(méi)有進(jìn)位問(wèn)題），它是一種比算術(shù)運(yùn)算更為簡(jiǎn)單的運(yùn)算。2.1.6計(jì)算機(jī)中的編碼

計(jì)算機(jī)只能識(shí)別1和0,因此在計(jì)算機(jī)內(nèi)表示的數(shù)字、字母、符號(hào)等都要以二進(jìn)制數(shù)碼的組合來(lái)代表，這就是二進(jìn)制編碼。根據(jù)不同的用途，有各種各樣的編碼方案，較常用的有ASCII碼、BDC碼、漢字編碼等。

1.ASCII碼

ASCII碼即美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，在計(jì)算機(jī)界得到了廣泛使用。由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）確定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)字符編碼。為了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，我國(guó)根據(jù)它制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB1988。ASCII碼采用七位二進(jìn)制位編碼，共可表示128個(gè)字符，它包括26個(gè)英文字母大小寫(xiě)符號(hào)、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、專(zhuān)用符號(hào)及控制符號(hào)（如回車(chē)、換行），計(jì)算機(jī)中常以8位二進(jìn)制即一個(gè)字節(jié)為單位表示，因此ASCII碼最高位取0。而擴(kuò)展ASCII碼最高位為1，又可表示128個(gè)符號(hào)是一些制表符。ASCII碼表見(jiàn)表2.4。高位低位0000010100111001011101110000NULDLESP0@Ｐ`ｐ0001SOHDC1!1ＡＱａｑ0010STXDC2“2ＢＲｂｒ0011EXTDC3#3ＣＳｃｓ0100EOTDC4$4ＤＴｄｔ0101ENQNAK%5ＥＵｅｕ0110ACKSYN&6ＦＶｆｖ0111BELETB‘7ＧＷｇｗ1000BSCAN(8ＨＸｈｘ1001HTEM)9ＩＹｉｙ1010LFSUB*:ＪＺｊｚ1011VTESC+;Ｋ[ｋ{1100FFFS,<Ｌ\ｌ|1101CRGS－=Ｍ]ｍ}1110SORS.>Ｎ^ｎ~1111SIUS/?Ｏ_ｏDEL

2.BCD碼由于人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖鞘M(jìn)制，而機(jī)器內(nèi)使用的是二進(jìn)制，所以，需要將十進(jìn)制表示成二進(jìn)制碼。BCD碼用十個(gè)不同的碼:

0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，表示0~~9的十進(jìn)制碼，但它的每位是用二進(jìn)制編碼來(lái)表示的，因此稱(chēng)為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制（BinaryCodedDecimal）。BCD碼十分直觀，可以很容易實(shí)現(xiàn)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。在商業(yè)上有它特殊的意義。例:

（0010100001011001.01110100）BCD=2859.74

3.漢字編碼漢字編碼是一門(mén)涉及語(yǔ)言文字、計(jì)算機(jī)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多學(xué)科的邊緣學(xué)科。優(yōu)秀的編碼應(yīng)該建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，即符合漢字結(jié)構(gòu)規(guī)律，適應(yīng)人們的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，又以國(guó)民知識(shí)為背景，具有友好的人機(jī)界面，便于使用，易于普及。

常見(jiàn)的漢字編碼有：國(guó)標(biāo)碼，大五碼，Unicode,UTF-8等

1)國(guó)標(biāo)碼

漢字是世界上是龐大的字符集。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2312－80提供了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼，簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)標(biāo)碼。該字符集的內(nèi)容由三部分組成：第一部分是各類(lèi)符號(hào)、各類(lèi)數(shù)字以及各種字母、包括英文、俄文、羅馬字母、日文平假名與片