第1章 電子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院第1章電子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1電子計(jì)算機(jī)的概念和特點(diǎn)1.4數(shù)制基礎(chǔ)1.3電子計(jì)算機(jī)的分類及應(yīng)用1.2電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)與信息的表示方法

1.1電子計(jì)算機(jī)概念和特點(diǎn)電子計(jì)算機(jī)是什么？

計(jì)算機(jī)是一種能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并可自動(dòng)、高速地處理信息的電子設(shè)備，它由一系列物理電子元件

組成。電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.1電子計(jì)算機(jī)概念和特點(diǎn)運(yùn)行高度自動(dòng)化有記憶特性運(yùn)算速度快運(yùn)算精度高可靠性高世界上第1臺(tái)電子計(jì)算機(jī)1.2電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展

1946年2月，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問世。 它的出現(xiàn)，開創(chuàng)了一個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代，引發(fā)了一場(chǎng)由工業(yè)化社會(huì)發(fā)展到信息化社會(huì)的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命浪潮，從此揭開了人類歷史發(fā)展的新紀(jì)元。1.2電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展ENIAC檔案世界上的一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC體積龐大重達(dá)30噸啟動(dòng)電力150000瓦含18000個(gè)電子管僅能保存80個(gè)字節(jié)服役期：1946.2～1955.10馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)1.采用二進(jìn)制來表示各種指令和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)為：容易表示在物理上最容易實(shí)現(xiàn)，可以使用任何具有兩個(gè)不同穩(wěn)定狀態(tài)的元件來表示。如:晶體管的導(dǎo)通與截止、電流的有無、電平的高低運(yùn)算簡(jiǎn)單編碼及運(yùn)算規(guī)則都比較簡(jiǎn)單?！?”和“0”與“真”和“假”對(duì)應(yīng)，易于邏輯判斷。傳輸和處理時(shí)不容易出錯(cuò)，可保障計(jì)算機(jī)的高可靠性。馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)2.采用存儲(chǔ)程序的工作原理使計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行3.計(jì)算機(jī)的組成：計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入、輸出設(shè)備五個(gè)部分組成第一代（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）小規(guī)模集成電路百萬~幾百萬（次/秒）第四、五代（1971～?）超大規(guī)模集成電路幾百萬~幾億（次/秒）電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段及特點(diǎn)－－以采用的邏輯元件作為劃分標(biāo)準(zhǔn)其余數(shù)據(jù)見表1－11.3電子計(jì)算機(jī)分類及應(yīng)用國(guó)際上根據(jù)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)和應(yīng)用對(duì)象將計(jì)算機(jī)分為六大類1、巨型機(jī)：其運(yùn)算速度達(dá)到每秒10億次上、價(jià)格在200萬至2000萬美元之間。2、小巨型機(jī)：運(yùn)算速度在幾千萬次左右。4、小型機(jī)：運(yùn)算速度在幾百萬次左右。5、個(gè)人計(jì)算機(jī)：又稱PC機(jī)，具有體積小，功耗低、可靠性高價(jià)格低，對(duì)使用環(huán)境要求不高等特點(diǎn)。3、大型機(jī)：其性能與巨型機(jī)接近，但體積大大減小，費(fèi)用僅為巨型機(jī)的1/10.6、工作站：：工作站是一種功能強(qiáng)大的的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，常用于圖形圖形處理或局域網(wǎng)服務(wù)器計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1、科學(xué)計(jì)算如：天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星軌道計(jì)算2、數(shù)據(jù)處理如：企業(yè)管理、庫存管理帳目管理3、實(shí)時(shí)控制4、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)5、智能模擬與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)6、在人類生活中的應(yīng)用4、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

CAD（Computer-AidedDesign）計(jì)算機(jī)輔助制造CAM（Computer-AidedManufacturing）計(jì)算機(jī)輔助教育CBE（Computer-BasedEducation）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI(Computer-AidedInstruction)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試CAT(Computer-AidedTest)計(jì)算機(jī)管理教學(xué)CMI(Computer-ManagementInstruction)。5、人工智能人工智能即用計(jì)算機(jī)模擬人的思維。具體應(yīng)用：機(jī)器人（工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人）定理證明模式識(shí)別（圖形識(shí)別、語音識(shí)別）專家系統(tǒng)（自然語言處理、機(jī)器翻譯、智能檢索）6、在人類生活中的應(yīng)用在教育領(lǐng)域在商業(yè)領(lǐng)域在藝術(shù)領(lǐng)域如：電腦繪畫、音樂合成數(shù)碼影象合成在交通及軍事領(lǐng)域如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)和交通導(dǎo)航系統(tǒng)1.4進(jìn)位計(jì)數(shù)制基礎(chǔ)1.4.1數(shù)制的概念數(shù)制是用一組固定的數(shù)字符號(hào)和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。如果用R個(gè)基本符號(hào)來表示數(shù)目，則稱其為R進(jìn)制，R稱為該數(shù)制的基數(shù)。進(jìn)位制二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制規(guī)則逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)r=2 r=8r=10r=16數(shù)符0，10,1,…,70,1,…,9

0,1,…,9,A,B,C,D,E,F位權(quán)2i8i10i16i下標(biāo)BODH

表：計(jì)算機(jī)中常用進(jìn)制數(shù)的表示1.4.2各種數(shù)制的轉(zhuǎn)化進(jìn)位計(jì)數(shù)制的兩個(gè)相關(guān)概念：1、基數(shù)：所使用的不同基本符號(hào)的個(gè)數(shù)。2、位權(quán)：處于該位的數(shù)字所代表的值的大小。例：(321)10=3×102+2×101+1×100

(101)2=1×22+0×21+1×201.其它數(shù)制（R數(shù)制）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：按權(quán)展開相加即只要把R進(jìn)制中出現(xiàn)非0的位數(shù)權(quán)相加即可。例如：(101)B=1×22+0×21+1×20

=4+0+1=(5)D(501)O=5×82+0×81+1×80

=64+0+1=(328)D(32CF.4)H=3×163+2×162+12×161

+15

×

160

+4×

16-1=(13007.25)D例如：(217)10＝()B余數(shù)

2|217

1(最低位)2|10802|5402|2712|1312|602|31 2|11(最高位)

0

結(jié)論：(217)10＝(11011001)B2、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制1）整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換

除r取余,從末位取起

即：把一個(gè)十進(jìn)制的整數(shù)不斷除以所需要的基數(shù)r，取其余數(shù)（除r取余法），直到商為0,就能夠轉(zhuǎn)換成以r為基數(shù)的數(shù)。例如：(0.625)D=()B

乘2取整：

整數(shù)部分

0.625

×2

1.2501

×2

0.5000

×2

1.0001結(jié)論：(0.625)D=(0.101)B2）小數(shù)部分轉(zhuǎn)換乘r取整，順序取起即：將一個(gè)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成r進(jìn)制小數(shù)時(shí)，將十進(jìn)制小數(shù)不斷地乘以r，并取整，直到小數(shù)部分為0或達(dá)到所求的精度為止.這稱為乘r取整法?；煨?shù)的轉(zhuǎn)換如果十進(jìn)制數(shù)包含整數(shù)和小數(shù)兩部分，則必須將十進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)兩邊的整數(shù)和小數(shù)部分分開，分別完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，然后，再把r進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)部分組合在一起。練習(xí)：

(25.125)D=()B3、二進(jìn)制、八進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)換到八進(jìn)制，只要將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開始，整數(shù)部分從右向左3位一組，小數(shù)部分從左向右3位一組（不足3位補(bǔ)零），根據(jù)表完成轉(zhuǎn)換。例1：例1： (110

110.001

100)B＝(66.14)O (12.34)O=(001010.011100)B把八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)只是上述方法的逆過程特別轉(zhuǎn)換方法：利用二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制之間的特殊關(guān)系直接轉(zhuǎn)換。見表

二進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制000 0 0000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F表：二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制之間的關(guān)系4、二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換方法

二進(jìn)制同十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換就如同八進(jìn)制同二進(jìn)制之間一樣，只是4位一組。例2： (10A1)H=(0001

0000

1010

0001)B (101

0111)B=(57)H1.4.3二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則（1）二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算規(guī)則加法進(jìn)位規(guī)則：逢二進(jìn)一。加法運(yùn)算法則：

0＋0＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝10(進(jìn)位)例：二進(jìn)制數(shù)1101＋1010＝？

1101

＋1010

10111練習(xí)：求二進(jìn)制數(shù)之和。

10001111+01100001=？減法同理。答案：11110000（3）乘法運(yùn)算法則：

0

0＝0 0

1＝0 1

0＝0 1

1＝1（4）除法運(yùn)算法則：

0÷0＝0

0÷1＝0

1÷0＝（無意義）

1÷1＝12、二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算邏輯變量之間的運(yùn)算稱為邏輯運(yùn)算,邏輯運(yùn)算是按位進(jìn)行的,位于位之間不像加減運(yùn)算那樣有進(jìn)位或錯(cuò)位的關(guān)系。對(duì)二進(jìn)制數(shù)的1和0賦予邏輯含義，它們可以表示“真”與“假”、“是”與“否”、“有”與“無”邏輯運(yùn)算包含三種基本運(yùn)算：邏輯加法：又稱邏輯“或”邏輯乘法：又稱邏輯“與”邏輯否定：又稱邏輯“否”1.5計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)與信息的表示方法計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和信息的常用單位有：1、位（bit)：位是計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位，一個(gè)位表示一位二進(jìn)制數(shù)，單位符號(hào)為bit。它能表示“0”和“1”兩種狀態(tài)2、字節(jié)（Byte)：字節(jié)是表示存儲(chǔ)空間基本的容量單位，單位符號(hào)為B它表示8位二進(jìn)制數(shù)的長(zhǎng)度，它能表示256種狀態(tài)。千字節(jié)（KB）兆字節(jié)（MB）和吉字節(jié)（GB）1MB＝1024KB＝220次方1GB＝1024MB＝230次方3、字長(zhǎng)：字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、傳送、處理數(shù)據(jù)的信息單位。用計(jì)算機(jī)一次操作的二進(jìn)制們最大長(zhǎng)度來描述。如8位、16位、32位等。例:對(duì)32位微機(jī)可動(dòng)態(tài)管理的內(nèi)存為232=4GB1.5.1數(shù)據(jù)與信息的概念1、機(jī)器數(shù)表示正負(fù)數(shù)計(jì)算機(jī)中的數(shù)通常用一個(gè)數(shù)的最高位來表示，稱為符號(hào)位。一般規(guī)定符號(hào)位用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負(fù)數(shù)。符號(hào)位用0、1表示的二進(jìn)制數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。例：十進(jìn)制數(shù)＋56對(duì)應(yīng)的真值數(shù)(+111000)在字長(zhǎng)為八位計(jì)算機(jī)中表示為：0

0

1

1

1

0

0

0

符號(hào)位數(shù)值部分1.5.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法

2、數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示

定點(diǎn)小數(shù)S符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)|N|<=1-2-m

定點(diǎn)整數(shù)

S小數(shù)點(diǎn)符號(hào)位無符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)|N|<=2n-10<=N<=2n+1-1m+1位n+1位

浮點(diǎn)數(shù)

用浮點(diǎn)數(shù)表示計(jì)算機(jī)處理的實(shí)數(shù)，即帶有小數(shù)部分的數(shù)。任意二進(jìn)制規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)形式是：110.011(B)=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11

為了便于計(jì)算機(jī)中小數(shù)點(diǎn)的位置，規(guī)定將浮點(diǎn)數(shù)寫成規(guī)格化的形式，即尾數(shù)的絕對(duì)值大于等于0.1并且小于1,從而唯一地規(guī)定了小數(shù)點(diǎn)的位置。階碼數(shù)符階符尾數(shù)尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度。階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍。1101100110例如：計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位，設(shè)尾數(shù)為8，階碼為6位；寫出二進(jìn)制數(shù)N=-1101.011的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)表示以及在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式。 3.原碼、反碼、補(bǔ)碼

對(duì)于帶符號(hào)數(shù)，正數(shù)的反碼、補(bǔ)碼與原碼一樣；而負(fù)數(shù)的反碼相對(duì)于原碼的符號(hào)位不變，其余各位取反，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在反碼值上加1。0X1|X|0<=XX<=00X1|X|0<=XX<=00X1|X|+10<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

－7：10000111－0：10000000+7：00000111+0：00000000－7：11111000－0：11111111+7：00000111+0：00000000－7：11111001－0：00000000(2)反碼(3)補(bǔ)碼[X]原=[X]反=[X]反=1.5.3計(jì)算機(jī)中信息編碼ASCII碼是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。(AmericanStandardCodef