第1章信息與計算機

第1章信息與計算機本章主要內(nèi)容：電子計算機的發(fā)展及應(yīng)用數(shù)值化信息編碼與數(shù)據(jù)表示計算機系統(tǒng)的組成上篇計算機基礎(chǔ)知識1電子計算機是什么？

計算機是一種能夠存儲數(shù)據(jù)并可完成一定功能的電子設(shè)備，它由一系列物理元件

組成。

1.1概述2

1.1.1

計算機的分類按工作原理分：數(shù)字計算機模擬計算機

按規(guī)模分：巨型機大型機中型機小型機微型機按應(yīng)用分：通用計算機專用計算機31.1.2

計算機的主要特征運算速度快計算精度高具有邏輯記憶和判斷功能自動化程度高，具有連續(xù)運行的能力4世界上的第一臺電子計算機1.1.3

電子計算機的發(fā)展與應(yīng)用

1946年1月，世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學問世。 它的出現(xiàn)，開創(chuàng)了一個計算機時代，引發(fā)了一場由工業(yè)化社會發(fā)展到信息化社會的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命浪潮，從此揭開了人類歷史發(fā)展的新紀元。5ENIAC檔案世界上的一臺電子計算機ENIAC體積龐大重達30噸啟動電力150000瓦含18000個電子管僅能保存80個字節(jié)使用期：1946～19576第一代（1946～1957）電子管5千~4萬（次/秒）第二代（1958～1964）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）電子計算機的發(fā)展簡史－－以采用的邏輯元件作為劃分標準7計算機未來的主要發(fā)展方向：多極化網(wǎng)絡(luò)化多媒體智能化8

關(guān)于微型計算機(PersonalComputer)微型計算機是20世紀70年代出現(xiàn)的新機種，其核心是微處理器（MicroProcessingUnit,簡稱MPU）或中央處理器(CentralProcessingUnit，簡稱CPU)，它把運算器和控制器集成在一個芯片上。9計算機的應(yīng)用1、數(shù)值計算2、信息處理3、過程控制4、計算機輔助系統(tǒng)5、人工智能10計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計

CAD（Computer-AidedDesign）計算機輔助制造CAM

（Computer-AidedManufacturing）計算機輔助教育CBE（Computer-BasedEducation）計算機輔助教學CAI(Computer-AidedInstruction)、計算機輔助測試CAT(Computer-AidedTest)計算機管理教學CMI (Computer-ManagementInstruction)。11人工智能人工智能即用計算機模擬人的某些智能活動具體應(yīng)用：模式識別（圖形識別、語音識別）專家系統(tǒng)（自然語言處理、機器翻譯）機器人（工業(yè)機器人、智能機器人）智能檢索121.2

數(shù)據(jù)化信息編碼與數(shù)據(jù)表示

計算機最主要的功能是處理各種各樣的信息，比如：數(shù)值、文字、聲音、圖形和圖象等。在計算機內(nèi)部，各種信息都必須經(jīng)過數(shù)字化編碼后才能被傳送、存儲和處理。因此，掌握信息編碼的概念與處理技術(shù)是至關(guān)重要的。計算機信息編碼和數(shù)據(jù)表示13數(shù)的基本概念數(shù)：表示事物的量。數(shù)制：用一組固定數(shù)字（元素）和一套規(guī)則來表示數(shù)值的方法。基數(shù)：在一種數(shù)制中，一組固定的不重復數(shù)字的個數(shù)稱為基數(shù)，用R表示。如十進制數(shù)基R=10，數(shù)字有｛０,1,2…,9｝；二進制數(shù)基R=2，數(shù)字有｛０,１｝。數(shù)制的規(guī)則：進位制，逢R進一，即計數(shù)達到基數(shù)時向高位進一。如十進制，逢十進一；二進制逢二進一。位權(quán)：某個位置上的數(shù)代表的實際大?。?quán)重）。如二進制數(shù)碼各位的權(quán)是以２為底的冪。由于不同位置的權(quán)值不同，因此同一數(shù)碼在不同的位置上，其表示的值也不同。每個數(shù)位上的值等于該位置上的數(shù)字與位權(quán)的乘積。如2×10表示20；2×100表示20014常用數(shù)值簡介（1）十進制數(shù)(Decimal)元素：十進制有O,1,2,3,4,5,6,7,8,9共10個元素?；鶖?shù)：十進制的基數(shù)為10，即R=10。進位規(guī)則：逢十進一(向高位進一)。位權(quán)：Rn-1=10n-1。十進制數(shù)的寫法：(168)10或168D，D是Decimal的縮寫。（2）二進制數(shù)(Binary)。元素：二進制數(shù)只有0和1兩個元素?；鶖?shù)：二進制的基數(shù)為2，即R=2。進位規(guī)則：逢二進一(向高位進一)。位權(quán)：Rn-1=2n-1。二進制數(shù)的寫法：(1001)2

或1001B，B是Binary的縮寫。15（3）八進制數(shù)(Octal)。元素：八進制有O,1,2,3,4,5,6,7共8個元素。

注意：八進制數(shù)中沒有8,9這兩個數(shù)。基數(shù)：八進制的基數(shù)為8，即R=8。進位規(guī)則：逢八進一(向高位進一)。位權(quán)：Rn-1=8n-1。八進制數(shù)的寫法：(1667)8或1667Q，八進制Octal的縮寫是字母O，但容易與數(shù)字0混淆，所以一般用Q表示八進制的縮寫。16（4）十六進制數(shù)(Hexadecimal)。元素：十六進制有O,1,2,3,4,5,6,7,9,A,B,C,D,E,F共16個元素。

注意：英文字母大小寫一樣。基數(shù)：十六進制的基數(shù)為16，即R=16。進位規(guī)則：逢十六進一(向高位進一)。位權(quán)：Rn-1=16n-1。十六進制數(shù)的寫法：(3A8F)16或3A8FH，H是Hexadecimal的縮寫。17看下面的數(shù)值案例：(321)10=1×100+2×101+3×102(101)2=1×(10)20+0×(10)201+1×(10)210(735)8=5×(10)80+3×(10)81+7×(10)82(2A)16=A×(10)160+2×(10)161

1018

對任何一種進位計數(shù)制表示的數(shù)都可以寫出按其權(quán)展開的多項式之和，其通式如下：

(N)R=An*Rn+A

n-1*Rn-1+``````+A1*R1+A0*R0結(jié)論:19進位制二進制八進制十進制十六進制規(guī)則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一基數(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下標表示BODH表1計算機中常用進制數(shù)的表示201、r進制→十進制:

按權(quán)展開相加

只要把R進制中出現(xiàn)的每一位上的數(shù)符乘以基數(shù)對應(yīng)位的位權(quán)相加即可。例如：(101)B=1×20+0×21+1×22=4+0+1=(5)D(101)O=1×80

+0×81+1×82=64+0+1=(65)D(101)H=1×160

+0×161+1×162=256+0+1=(257)D不同進位制之間的轉(zhuǎn)換21例如：(100)D＝()B

余數(shù)

2|1000(最低位)2|5002|2512|1202|602|312|11(最高位) 0結(jié)論：(100)D＝(1100100)B2、十進制→

r進制1）整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換

除r取余,從末位取起

即：把一個十進制的整數(shù)不斷除以所需要的基數(shù)r，取其余數(shù)（除r取余法），就能夠轉(zhuǎn)換成以r為基數(shù)的數(shù)。22進制轉(zhuǎn)換練習題：1.(25)D＝()B2.(25)D=()O3.(19)H=()D

4.(11001)B=()H23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：將一個十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成r進制小數(shù)時，將十進制小數(shù)不斷地乘以r，并取整，這稱為乘r取整法。24混小數(shù)的轉(zhuǎn)換如果十進制數(shù)包含整數(shù)和小數(shù)兩部分，則必須將十進制小數(shù)點兩邊的整數(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進制整數(shù)和小數(shù)部分組合在一起。十進制

R進制轉(zhuǎn)換的總結(jié)整數(shù)部分：除r取余,從末位取起小數(shù)部分：乘r取整，順序取起練習：

(25.125)D=()B253非十進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換常規(guī)轉(zhuǎn)換方法（橋梁式轉(zhuǎn)換）： 先將要轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進制數(shù)，然后再將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為其它進制數(shù)。例如：(19)H=(25)D=(11001)B(11001)B=(25)D=(31)O特別轉(zhuǎn)換方法（直接轉(zhuǎn)換）：利用二進制、八進制和十六進制之間的特殊關(guān)系直接轉(zhuǎn)換。26表2二進制、八進制和十六進制之間的關(guān)系二進制八進制二進制十六進制二進制十六進制

000 0 0000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F27八和十六進制之間的特別轉(zhuǎn)換方法二進制轉(zhuǎn)換到八進制，只要將二進制數(shù)從小數(shù)點開始，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位補零），根據(jù)表2完成轉(zhuǎn)換。例1： (110

110.001

100)B＝(66.14)O (12.34)O=(001010.011100)B

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

0000

1010

0001)B (101

0111)B=(57)H28

數(shù)據(jù)的單位最小單位：位(Bit)基本單位：字節(jié)(Byte)，也是常用單位常用單位：字（Word），有若干個字節(jié)組成的1.2.2計算機中的編碼d0d1d2d3d4d5d6d7位字節(jié)29

千字節(jié)(KB) 1KB=1024B兆字節(jié)(MB) 1MB=210KB=220B吉字節(jié)(GB) 1GB=210MB其它單位及其轉(zhuǎn)化301.3

數(shù)據(jù)的表示計算機中處理的數(shù)據(jù)都是以二進制形式表示的，以字節(jié)形式存放的。

字節(jié)

符號位數(shù)值位d7d6d5d4d3d2d1d031原碼、反碼、補碼原碼：將整數(shù)化為二進制數(shù)，符號位置0（正數(shù)）或1（負數(shù)）反碼：負數(shù)的反碼：符號位為1，絕對值部分與原碼相反。負數(shù)的補碼表示：符號位也是“1”，其余為反碼的最低位加“1”。32二進制數(shù)的算術(shù)運算加法進位規(guī)則：逢二進一。加法運算法則：

0＋0＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝10(進位)例：二進制數(shù)1101＋1010＝？

1101

＋1010

10111練習：求二進制數(shù)之和。

10001111+01100001=？答案：1111000033二進制數(shù)的減法運算當計算機處理減法運算時，把減號連同后面的數(shù)一起作為負數(shù)，用補碼“做加法”運算。例如：十進制運算6+（-2）

00000110

+1111111010000010034關(guān)于編碼編碼的定義： 采用少量的基本符號，選用一定的組合原則，表示大量復雜多樣的信息。即把一些常用的字母、符號、數(shù)字和文字等非數(shù)值信息用規(guī)定的代碼表示，這一過程稱為計算機信息編碼，使用二進制表示的文字和符號稱為二進制編碼。35字符的編碼字符的編碼

ASCII碼（美國國家標準信息交換碼）漢字編碼輸入碼交換碼(國標碼)內(nèi)部碼字型碼(輸出碼)36字符代碼化（輸入）機內(nèi)碼交換碼（外部碼

內(nèi)部碼）機內(nèi)碼向字形碼轉(zhuǎn)換機顯示輸出打印輸出漢字編碼371.4計算機系統(tǒng)的組成本節(jié)概要計算機存儲程序工作原理計算機的硬件系統(tǒng)

計算機的軟件系統(tǒng)38計算機系統(tǒng)硬件軟件cpu內(nèi)存外存運算器控制器寄存器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件存儲器外部設(shè)備(I/O)39計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

計算機性能是由體系結(jié)構(gòu)、所用器件、配置外設(shè)以及軟件資源等多方面因素決定的。決定計算機性能的因素包括CPU的性能，存儲器的容量和速度，以及外設(shè)的配置、軟件配置等綜合因素，主要的性能指標包括以下幾個方面:401．字長

字長是指計算機數(shù)據(jù)總線的寬度，是CPU一次能夠直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長越長，表明計算機運算能力越強，運算精度越高，速度相應(yīng)也越快。2．主頻

主頻是時鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的時鐘信號頻率，用于同步CPU運算的各種操作，它用于協(xié)調(diào)計算機操作的節(jié)拍，同時也決定了計算機處理信息的速度，主頻越高，速度越快。3．存儲容量

存儲容量是指計算機系統(tǒng)配備的內(nèi)存總字節(jié)(Byte)數(shù)。它決定計算機能否運行較大程序，并直接影響運行速度，內(nèi)存越大，能同時運行的軟件越大、越多，信息處理能力越強，運算速度也會越快。計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標414．運算速度

運算速度可用每秒所能執(zhí)行指令的條數(shù)表示，也常用MIPS(MillionofInstructionPerSecond)表示，即每秒執(zhí)行百萬條指令。5．存取周期(存取速度)

存取周期是指連續(xù)進行兩次獨立的存取操作之間所需的最短時間。這個時間越短，說明存儲器的存取速度越快。6．軟件配置

選擇先進的軟件可以充分發(fā)揮計算機硬件功能，因此，軟件配置也是決定計算機指標的重要因素。7．外設(shè)配置

由于總線技術(shù)、計算機體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，外部設(shè)備的配置也成為衡量微機系統(tǒng)性能的重要指標。計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標42計算機存儲程序工作原理

馮

諾依曼

(Johnvoneumann)美籍匈牙利科學家，現(xiàn)代計算機之父，率先奠定了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)。43馮

諾依曼結(jié)構(gòu)的特點：計算機硬件系統(tǒng)由五大部件組成使用單一的處理部件進行各項工作可存儲程序使用低級機器語言編寫指令程序控制：自動取指令并加以執(zhí)行44總線總線的概念

總線是一組為系統(tǒng)部件之間各種數(shù)據(jù)信號傳送的公共通道。按信號類型分為三總線結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)

地址總線AB(AddressBus)

控制總線CB(ControlBus)45計算機的工作原理 工作原理：

不斷的取指令和執(zhí)行指令，最后將計算的結(jié)果放入指令指定的存儲器地址中。46

計算機指令指令是對計算機進行程序控制的最小單位。所有的指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。機器指令格式操作碼操作數(shù)機器執(zhí)行什么操作執(zhí)行對象（具體數(shù)、存放位置）47計算機硬件系統(tǒng)運算器控制器存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備48中央處理器(CPU)CPU(CentralProcessingUnit)組成： 控制器 運算器

寄存器CPU是計算機系統(tǒng)的核心。微型計算機的CPU稱為微處理器。不是單獨的元件，存在于控制器和運算器中！49控制器--------計算機的神經(jīng)中樞控制器對輸入的指令進行分析，并統(tǒng)一控制計算機的各個部件以完成一定的任務(wù)。它是指揮整個計算機有條不紊地自動執(zhí)行程序的元件。50運算器運算器又稱算術(shù)邏輯單元ALU

其主要任務(wù)是執(zhí)行各種算術(shù)運算和邏輯運算運算器算術(shù)邏輯單元累加器狀態(tài)寄存器通用寄存器運算暫存操作數(shù)和運算結(jié)果存放算術(shù)邏輯單元在工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)地址51存儲器內(nèi)部存儲器訪問速度快暫時性價高存儲器是計算機的記憶裝置。外部存儲器訪問速度慢永久性價低52存儲器的組成內(nèi)存儲器RAM(RandomAccessMemory)

隨機存取存儲器：可讀寫，斷電后內(nèi)容消失。ROM(ReadOnly)

只讀存儲器：只讀不寫，內(nèi)容永久保存。高速緩沖存儲器Cache

是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題。

53存儲器的組成外存儲器軟磁盤(3.5英寸的軟盤)硬磁盤光盤移動存儲器（U盤、可移動硬盤）54計算機輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備： 鍵盤 鼠標 掃描儀 手寫輸入筆 數(shù)碼相機輸出設(shè)備： 顯示器 打印機 繪圖儀55微機的主要部件與指標主板CPU芯片組內(nèi)存光盤驅(qū)動器和光盤磁盤驅(qū)動器和磁盤鍵盤鼠標顯示器顯示卡音箱掃描儀打印機機箱調(diào)制解調(diào)器數(shù)碼相機561.5計算機軟件系統(tǒng)軟件的概念： 軟件是指在計算機上運行的程序及其使用和維護文檔的總和軟件系統(tǒng)的分類：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件57軟件系統(tǒng)的分類 系統(tǒng)軟件： 是計算機系統(tǒng)中供給用戶使用的操作系統(tǒng)環(huán)境和控制計算機系統(tǒng)按照操作系統(tǒng)要求運行