計(jì)算機(jī)第一章

第一章

計(jì)算機(jī)概論2023/11/2511.1信息與信息技術(shù)

1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)概述1.3計(jì)算機(jī)中信息的表示1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第一章計(jì)算機(jī)概論21.1.1信息與數(shù)據(jù)1.1.2信息技術(shù)1.1.3信息社會(huì)

1.1信息與信息技術(shù)1.1.4計(jì)算機(jī)文化

3

信息是在自然界、人類社會(huì)和人類思維活動(dòng)中普遍存在的一切物質(zhì)和事物的屬性。

數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)所表示的含義。1.1.1信息與數(shù)據(jù)41.1.2信息技術(shù)信息技術(shù)（InformationTechnology,IT）是指利用電子計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信手段實(shí)現(xiàn)信息的獲取、存儲(chǔ)、處理、傳遞、顯示、分配等的相關(guān)技術(shù)。信息技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：51.感測(cè)與識(shí)別技術(shù)2.信息傳遞技術(shù)3.信息處理與再生技術(shù)

4.信息施用技術(shù)1.1.2信息技術(shù)6信息社會(huì)是經(jīng)過(guò)工業(yè)化社會(huì)以后，信息起主要作用的社會(huì)。1.1.3信息社會(huì)71.1.4計(jì)算機(jī)文化計(jì)算機(jī)文化是指以計(jì)算機(jī)為核心，集網(wǎng)絡(luò)文化、信息文化、多媒體文化于一體，并對(duì)社會(huì)生活和人類行為產(chǎn)生廣泛、深遠(yuǎn)影響的新型文化。81.2.1計(jì)算機(jī)的起源與發(fā)展

1.2.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

1.2.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

1.2.5

計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)概述

1.2.3計(jì)算機(jī)的分類

9

計(jì)算機(jī)（Computer）是一種能夠接收和存儲(chǔ)信息，并按照存儲(chǔ)在其內(nèi)部的程序（這些程序是人們意志的體現(xiàn)）對(duì)輸入的信息進(jìn)行加工、處理，得到人們所期望的結(jié)果，然后把處理結(jié)果輸出的高度自動(dòng)化的電子設(shè)備。下一頁(yè)1.2.1計(jì)算機(jī)的起源與發(fā)展10計(jì)算工具發(fā)展:算籌→算盤→機(jī)械式計(jì)算機(jī)→電子計(jì)算機(jī)猿人使用石塊、貝殼與動(dòng)物計(jì)數(shù)中國(guó)人在唐朝發(fā)明的算盤17世紀(jì)英國(guó)發(fā)明計(jì)算尺手搖和電動(dòng)計(jì)算機(jī)1946美國(guó)發(fā)明電子計(jì)算機(jī)ENIAC11年代名稱元件語(yǔ)言應(yīng)用第一代1946年～1957電子管計(jì)算機(jī)電子管

機(jī)器語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言

科學(xué)計(jì)算

第二代1958～1964晶體管計(jì)算機(jī)

晶體管

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

數(shù)據(jù)處理

第三代1965～1970集成電路計(jì)算機(jī)

中小規(guī)模集成電路

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域

第四代

1971年～1991

集成電路計(jì)算機(jī)

大規(guī)模集成電路

面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)時(shí)代

第五代

1992年～現(xiàn)在集成電路計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)時(shí)代

計(jì)算機(jī)的發(fā)展12計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

運(yùn)算速度快計(jì)算精度高具有記憶和邏輯判斷能力可靠性高，通用性強(qiáng)1.2.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)13計(jì)算機(jī)的分類巨型機(jī)小巨型機(jī)主機(jī)小型機(jī)工作站個(gè)人計(jì)算機(jī)下一頁(yè)1.2.3

計(jì)算機(jī)的分類14科學(xué)計(jì)算

2.數(shù)據(jù)處理3.過(guò)程控制4.計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)：CAD,CAM5.人工智能下一頁(yè)1.2.4計(jì)算機(jī)應(yīng)用

15多極化2.網(wǎng)絡(luò)化

3.多媒體化

4.智能化1.2.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

161.3.1數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

1.3.2信息的編碼1.3計(jì)算機(jī)中信息的表示171.常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制

2.數(shù)制的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則1.3.1數(shù)制及其轉(zhuǎn)換18常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制數(shù)碼：一組用來(lái)表示某種數(shù)制的符號(hào)。如：1、2、3、4、A、B、C、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等?；鶖?shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)稱為“基數(shù)”或“基”，常用“R”表示，稱R進(jìn)制。如二進(jìn)制的數(shù)碼是：0、1，基為2。位權(quán)：指數(shù)碼在不同位置上的權(quán)值。在進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，處于不同數(shù)位的數(shù)碼，代表的數(shù)值不同。19數(shù)制基權(quán)表示數(shù)碼特點(diǎn)10o，101，102，…十進(jìn)制數(shù)0~910逢十進(jìn)一二進(jìn)制數(shù)0~122o，21，22，…逢二進(jìn)一八進(jìn)制數(shù)0~788o，81，82，…逢八進(jìn)一十六進(jìn)制數(shù)0~9,A~F,a~f1616o，161，162，…逢十六進(jìn)一十進(jìn)制：4956=4103+9102+5101+610o二進(jìn)制：1011=123+022+121+12o十六進(jìn)制：81AE=8163+1162+10161+1416o八進(jìn)制：4275=483+282+781+58o2023/11/2520十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制0123456780110111001011101111000012345671001234567891011121314151617100110101011110011011110111110000100011112131415161720219ABCDEF101121各種進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制方法：按權(quán)相加<>語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第二章數(shù)據(jù)描述C22十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制原理：方法：整數(shù)部分連續(xù)除以基數(shù)，從低到高記錄余數(shù)，直至商為0，余數(shù)倒排。例把十進(jìn)制數(shù)59轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)5922921427232120(59)10=(111011)2110111111011余余余余余余例把十進(jìn)制數(shù)159轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)1598198280(159)10=(237)8237余7余3余2例把十進(jìn)制數(shù)459轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)4591628161160(459)10=(1CB)161CB余11余12余123十進(jìn)制小數(shù)部分轉(zhuǎn)化為二、八、十六進(jìn)制數(shù)

小數(shù)部分采用乘R取整法，即逐次乘以R，從每次乘積的整數(shù)部分得到R進(jìn)制數(shù)各位的數(shù)碼，直至整數(shù)部分為0。0.125(D)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制(B)：0.1252=0.250…….00.252=0.5…….00.52=1.0…….10.125D=0.001B0.125(D)轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制(O)：0.1258=1.0…….10.125D=0.1O0.125(D)轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制(H)：0.125

16=2.0…….20.125D=0.2H24二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制：從右向左，每3位一組（不足3位左補(bǔ)0），轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：用3位二進(jìn)制數(shù)代替每一位八進(jìn)制數(shù)例(1101001)2=(001,101,001)2=(151)8例(246)8=(010,100,110)2=(10100110)2000~0001~1010~2011~3100~4101~5110~6111~7<>語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第二章數(shù)據(jù)描述C二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換25二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制：從右向左，每4位一組（不足4位左補(bǔ)0），轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制。十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：用4位二進(jìn)制數(shù)代替每一位十六進(jìn)制數(shù)。例(11010101111101)2=(0011,0101,0111,1101)2=(357D)16例(4B9E)16=(0100,1011,1001,1110)2=(100101110011110)20000~00001~10010~20011~30100~40101~50110~60111~71000~81001~91010~A1011~B1100~C1101~D1110~E1111~F<>二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換26二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則算術(shù)運(yùn)算規(guī)則：加法規(guī)則：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位有進(jìn)位）減法規(guī)則：0-0=0；10-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0乘法規(guī)則：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1除法規(guī)則：0/1=0；1/1=1271.計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位2.計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示3.字符在計(jì)算機(jī)中的表示

1.3.2信息的編碼281）位（bit）

2）字節(jié)（Byte）

3）字（Word）

1.

計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位29位（bit）、字節(jié)（Byte）、字（word）位，簡(jiǎn)記為b，也稱為比特，是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。一個(gè)二進(jìn)制位只能表示一個(gè)0或1。字節(jié)是存儲(chǔ)信息的基本單位。8個(gè)位構(gòu)成一個(gè)字節(jié)。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)稱為字，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，稱為字長(zhǎng)。301）符號(hào)位的表示

2.計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示2）原碼

3）反碼

4）補(bǔ)碼

311）符號(hào)位的表示數(shù)的正負(fù)號(hào)也用“0”和“1”表示。通常規(guī)定一個(gè)數(shù)的最高位作為符號(hào)位，“0”表示正，“1”表示負(fù)。把在機(jī)器內(nèi)存放的正負(fù)號(hào)數(shù)碼化后的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)；把在機(jī)器外存放的由正負(fù)號(hào)表示的數(shù)稱作真值。322）原碼表示形式：符號(hào)位用0表示正，用1表示負(fù)；數(shù)值部分與該數(shù)二進(jìn)制真值的數(shù)值部分相同。例如：+8的原碼是00001000B-8的原碼是10001000B注意：0的原碼有兩種形式+0的原碼是00000000B-0的原碼是

10000000B333）反碼表示形式：正數(shù)的反碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼，符號(hào)位為1，數(shù)值位為原碼的數(shù)值位按位取反。例如：+8的原碼、反碼都是00001000B-8的原碼是10001000B-8的反碼是

11110111B注意：0的反碼也有兩種形式+0的反碼與原碼都是00000000B-0的原碼是

10000000B-0的反碼是

11111111B344）補(bǔ)碼表示形式：正數(shù)與0的補(bǔ)碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為反碼的末位加1。例如：+8的原碼、反碼、補(bǔ)碼都是00001000B-8的原碼是10001000B-8的反碼是

11110111B-8的補(bǔ)碼是

11111000B注意：0的補(bǔ)碼只有一種形式0的補(bǔ)碼、原碼都是00000000B351）字符編碼

2）漢字編碼

3.字符在計(jì)算機(jī)中的表示361）字符編碼ASCII碼，是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的縮寫（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼。ASCII碼是一種西文機(jī)內(nèi)碼，有7位ASCII碼和8位ASCII碼兩種，7位ASCII碼稱為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼，8位ASCII碼稱為擴(kuò)展ASCII碼。7位標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用一個(gè)字節(jié)（8位）表示一個(gè)字符，并規(guī)定其最高位為0，實(shí)際只用到7位，因此可表示128個(gè)不同字符。同一個(gè)字母的ASCII碼值小寫字母比大寫字母大32。372）漢字編碼輸入碼

交換碼

內(nèi)碼字形碼38漢字機(jī)內(nèi)碼輸入編碼顯示碼打印碼16點(diǎn)陣字模24點(diǎn)陣字模漢字國(guó)標(biāo)碼自動(dòng)轉(zhuǎn)換輸出39漢字交換碼是指具有漢字處理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間在交換漢字信息時(shí)所使用的代碼標(biāo)準(zhǔn)。由于漢字?jǐn)?shù)量極多，一般用連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)（16個(gè)二進(jìn)制位）來(lái)表示一個(gè)漢字。1980年，我國(guó)頒布了第一個(gè)漢字編碼字符集標(biāo)準(zhǔn)，即GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，該標(biāo)準(zhǔn)編碼簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼，是我國(guó)大陸地區(qū)及新加坡等海外華語(yǔ)區(qū)通用的漢字交換碼。GB2312-80收錄了6763個(gè)漢字，以及682個(gè)符號(hào)，共7445個(gè)字符，奠定了中文信息處理的基礎(chǔ)。40漢字機(jī)內(nèi)碼國(guó)標(biāo)碼GB2312不能直接在計(jì)算機(jī)中使用，以為它沒有考慮與基本的信息交換代碼ASCII碼的沖突。為了能區(qū)分漢字與ASCII碼，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示漢字時(shí)把交換碼（國(guó)標(biāo)碼）兩個(gè)字節(jié)最高位改為1，稱為“機(jī)內(nèi)碼”。這樣，當(dāng)某字節(jié)的最高位是1時(shí)，必須和下一個(gè)最高位同樣為1的字節(jié)合起來(lái)，代表一個(gè)漢字。41漢字字形碼所謂漢字字形碼實(shí)際上就是用來(lái)將漢字顯示到屏幕上或打印到紙上所需要的圖形數(shù)據(jù)。漢字字形碼記錄漢字的外形，是漢字的輸出形式。記錄漢字字形通常有兩種方法：點(diǎn)陣法和矢量法，分別對(duì)應(yīng)兩種字形編碼：點(diǎn)陣碼和矢量碼。所有的不同字體、字號(hào)的漢字字形構(gòu)成漢字庫(kù)。點(diǎn)陣碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，它把漢字按字形排列成點(diǎn)陣，一個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字要占用32個(gè)字節(jié)。42■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■43漢字輸入碼

將漢字通過(guò)鍵盤輸入到計(jì)算機(jī)采用的代碼稱為漢字輸入碼，也稱為漢字外部碼（外碼）。漢字輸入碼的編碼原則應(yīng)該易于接受、學(xué)習(xí)、記憶和掌握，碼長(zhǎng)盡可能短。目前我國(guó)的漢字輸入碼編碼方案已有上千種，但是在計(jì)算機(jī)上常用的有幾種，根據(jù)編碼規(guī)則，這些漢字輸入碼可分為流水碼、音碼、形碼和音形結(jié)合碼四種。

44漢字處理過(guò)程中各種編碼之間的關(guān)系，如下圖所示：自動(dòng)轉(zhuǎn)換字節(jié)最高位置“1”轉(zhuǎn)換（調(diào)用漢字字庫(kù)）451.4.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.4.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)46計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用

系

統(tǒng)戶應(yīng)

其操

裸機(jī)

統(tǒng)

件

件用軟他作

系軟471.輸入設(shè)備

2.運(yùn)算器

3.控制器

4.存儲(chǔ)器

5.輸出設(shè)備

1.4.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)48硬件硬件指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件等組成的各種計(jì)算機(jī)部件和計(jì)算機(jī)設(shè)備。這些部件和設(shè)備依據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，稱為計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。未配置任何軟件的計(jì)算機(jī)叫裸機(jī)，它是計(jì)算機(jī)完成工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。

49輸入設(shè)備輸入設(shè)備的主要功能是把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制代碼，通過(guò)輸入接口輸入到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，供CPU調(diào)用和處理。常用的輸入設(shè)備有：鼠標(biāo)器、鍵盤、掃描儀、數(shù)字化儀、數(shù)碼攝像機(jī)、條形碼閱讀器、數(shù)碼相機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器等50運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的器件。運(yùn)算器負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行加工和運(yùn)算，它的速度決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。運(yùn)算器的功能是對(duì)二進(jìn)制編碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算（與、或、非、移位等）。參加運(yùn)算的數(shù)（稱為操作數(shù)）由控制器指示從存儲(chǔ)器或寄存器中取出到運(yùn)算器。51控制器控制器由指令寄存器、指令譯碼器、指令計(jì)數(shù)器、時(shí)序電路和控制電路組成?？刂破魇怯?jì)算機(jī)的核心部件，它的功能是指示程序的執(zhí)行過(guò)程，即決定在什么時(shí)間根據(jù)什么條件進(jìn)行什么操作?？刂破髋c運(yùn)算器合在一起稱為中央處理器（CPU）52存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用于存放程序和數(shù)據(jù)的部件。存儲(chǔ)器分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存和外存。內(nèi)存儲(chǔ)器又稱為主存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器又稱為輔助存儲(chǔ)器。53輸出設(shè)備輸出設(shè)備是指從計(jì)算機(jī)中輸出信息的設(shè)備。它的功能是將計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等內(nèi)部信息，轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣接受的信息形式（如字符、圖形、聲音等），然后將其輸出。最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)，還有繪圖儀、各種數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等。從信息的輸入輸出角度來(lái)說(shuō)，磁盤驅(qū)動(dòng)器和磁帶機(jī)既可以看作輸入設(shè)備，又可以看作輸出設(shè)備。54計(jì)算機(jī)是如何工作的？讀取指令輸入設(shè)備控制器運(yùn)算器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備數(shù)據(jù)流控制流馮·諾依曼存儲(chǔ)程序工作原理1.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示2.自動(dòng)執(zhí)行事先編寫并存儲(chǔ)在內(nèi)存中的程序。551.4.2