《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》1-計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)

第一章計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（Windows7+WPSOffice2019）（微課版）COMPUTER1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（Windows7+WPSOffice2019）（微課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.1.1早期的計(jì)算工具按時(shí)間的先后順序來講，早期的計(jì)算工具有4種。1234小石頭算籌算盤計(jì)算尺1.1.2機(jī)械計(jì)算機(jī)和電機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展機(jī)械計(jì)算機(jī)就是由一些機(jī)械部件，如齒輪、桿、軸等來構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。機(jī)械計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程中有5位代表人物，達(dá)芬奇、什卡爾、帕斯卡、萊布尼茲、巴貝奇。達(dá)芬奇曾經(jīng)設(shè)計(jì)了加法器，但最終未能實(shí)現(xiàn)。德國人什卡爾1623年發(fā)明了計(jì)算器，但遺憾的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)快研制成功的時(shí)候毀于大火。帕斯卡1642年發(fā)明了加法器，利用一個(gè)有10個(gè)齒的齒輪表示1位數(shù)字，幾個(gè)齒輪并排起來表示一個(gè)數(shù)，通過齒輪與齒輪之間的關(guān)系來表示數(shù)的進(jìn)位，這是世界上第一個(gè)研制成功的加法器。萊布尼茲是德國著名的數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家，在1674年發(fā)明了能直接進(jìn)行乘法運(yùn)算的乘法器。以前數(shù)學(xué)用表是人工手動(dòng)計(jì)算的，巴貝奇想使用機(jī)器計(jì)算而避免人工計(jì)算錯(cuò)誤。1.1.3電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展——探索奠基期探索奠基期主要的事件。技術(shù)基礎(chǔ)的建立理論基礎(chǔ)的建立ABC計(jì)算機(jī)Colossus計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)、EDVAC方案1.1.4電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展——蓬勃發(fā)展期階段劃分年代采用的元器件運(yùn)算速度（每秒指令數(shù)）主要特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域第一代計(jì)算機(jī)1946～1957年電子管幾千條主存儲器采用磁鼓，體積龐大、耗電量大、運(yùn)行速度低、可靠性較差、內(nèi)存容量小國防及科學(xué)研究工作第二代計(jì)算機(jī)1958～1964年晶體管幾萬至幾十萬條主存儲器采用磁芯，開始使用高級程序及操作系統(tǒng)，運(yùn)算速度提高、體積減小工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理第三代計(jì)算機(jī)1965～1970年中小規(guī)模集成電路幾十萬至幾百萬條主存儲器采用半導(dǎo)體存儲器，集成度高、功能增強(qiáng)、價(jià)格下降工業(yè)控制、數(shù)據(jù)處理第四代計(jì)算機(jī)1971年至今大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路上千萬至萬億條計(jì)算機(jī)走向微型化，性能大幅度提高，軟件也越來越豐富，為網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)造了條件。同時(shí)計(jì)算機(jī)逐漸走向人工智能化，并采用了多媒體技術(shù)，具有聽、說、讀、寫等功能工業(yè)、生活等各個(gè)方面1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展展望1．計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展展望2．研制中的新型計(jì)算機(jī)010203DNA生物計(jì)算機(jī)光計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（Windows7+WPSOffice2019）（微課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.2.1計(jì)算機(jī)的定義和特點(diǎn)廣義地講：計(jì)算機(jī)是能夠輔助或自動(dòng)計(jì)算的工具。早期的計(jì)算工具屬于輔助計(jì)算的工具，機(jī)械計(jì)算機(jī)、機(jī)電計(jì)算機(jī)和電子計(jì)算機(jī)屬于自動(dòng)計(jì)算的工具。狹義地講：計(jì)算機(jī)是指現(xiàn)代電子數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)，即基本部件由電子器件構(gòu)成、內(nèi)部能存儲二進(jìn)制信息，處理過程由內(nèi)部存儲的程序自動(dòng)控制的計(jì)算工具。1．計(jì)算機(jī)的定義1.2.1計(jì)算機(jī)的定義和特點(diǎn)2．計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)自動(dòng)化程度高強(qiáng)大的存儲能力準(zhǔn)確的邏輯判斷能力具有網(wǎng)絡(luò)與通信功能計(jì)算精度高運(yùn)算速度快1.2.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)和分類1．計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)2．計(jì)算機(jī)的分類字長速度存儲容量外部設(shè)備的配置軟件的配置巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)1.2.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和工作模式1．計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域2．計(jì)算機(jī)的工作模式科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理和信息管理過程控制人工智能計(jì)算機(jī)輔助網(wǎng)絡(luò)通信多媒體技術(shù)單機(jī)模式網(wǎng)絡(luò)模式1.2.4計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1．計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)2．計(jì)算機(jī)的工作原理以運(yùn)算器為核心的結(jié)構(gòu)以存儲器為核心的結(jié)構(gòu)以總線為核心的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理是“存儲程序”原理，馮·諾依曼在EDVAC方案中提出。計(jì)算機(jī)的工作原理包括兩方面：①將編寫好的程序和原始的數(shù)據(jù)存儲在計(jì)算機(jī)的存儲器中，即“存儲程序”；②計(jì)算機(jī)按照存儲的程序逐條取出指令加以分析，并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作，即“程序控制”。1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（Windows7+WPSOffice2019）（微課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.3.1實(shí)證思維自洽性：思維結(jié)論在邏輯上不能自相矛盾。合理性：思維結(jié)論既能合理解釋以往出現(xiàn)的現(xiàn)象，又能合理解釋未來發(fā)生的現(xiàn)象。檢驗(yàn)性：思維結(jié)論能經(jīng)得起不同人的重復(fù)檢驗(yàn)。1.3.2邏輯思維同一律：在同一個(gè)思維過程中，一個(gè)對象必須始終保持同一個(gè)含義，不能隨便改變。矛盾律：在同一個(gè)思維過程中，一個(gè)結(jié)論必須始終保持一致，不能自相矛盾。排中律：在同一個(gè)思維過程中，兩個(gè)相互矛盾的結(jié)論只能一真一假，不能都真，也不能都假。1.3.3計(jì)算思維計(jì)算思維的發(fā)展和以下幾位人物有關(guān)。笛卡爾：笛卡爾發(fā)明了解析幾何，他曾設(shè)想把現(xiàn)實(shí)問題化為數(shù)學(xué)問題，把數(shù)學(xué)問題化為代數(shù)問題，把代數(shù)問題化為代數(shù)方程求解問題，這些都體現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。萊布尼茨：萊布尼茨提出了數(shù)理邏輯的思想，希望構(gòu)造一種邏輯演算，使得邏輯判斷能夠用計(jì)算來解決。這也體現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。希爾伯特：著名數(shù)學(xué)家希爾伯特在《幾何基礎(chǔ)》一書中，提出了從公理化走向機(jī)械化的思想。戴克斯特拉：戴克斯特拉曾提出：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響我們的思維能力?！斌w現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。周以真：周以發(fā)表了《計(jì)算思維》的論文，給出了計(jì)算思維的定義、論述了計(jì)算思維的特性，確立了計(jì)算思維的概念。1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（Windows7+WPSOffice2019）（微課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.4.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示定點(diǎn)數(shù)常用的編碼方案有4種。1234原碼反碼補(bǔ)碼移碼1.4.2計(jì)算機(jī)中非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示信息一般表示為數(shù)據(jù)、圖形、聲音、文本和圖像，在計(jì)算機(jī)中只能識別二進(jìn)制，因此需要對其進(jìn)行編碼。字母和常用符號的編碼漢字編碼1.4.3進(jìn)位計(jì)數(shù)制數(shù)制是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。其中，按照進(jìn)位方式計(jì)數(shù)的數(shù)制稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。在日常生活中，人們習(xí)慣用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制是十進(jìn)制，而計(jì)算機(jī)則使用二進(jìn)制，除此以外，還包括八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。二進(jìn)制顧名思義，就是逢二進(jìn)一的數(shù)字表示方法；依此類推，十進(jìn)制就是逢十進(jìn)一，八進(jìn)制就是逢八進(jìn)一等。1.4.4

不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換將二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需用該數(shù)制的各位數(shù)乘以各自位權(quán)數(shù)，然后將乘積相加，用按權(quán)展開的方法即可得到對應(yīng)的結(jié)果。1．非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例】將二進(jìn)制數(shù)10110轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。先將二進(jìn)制數(shù)10110按位權(quán)展開，再對其乘積相加，轉(zhuǎn)換過程如下所示。（10110）2=（1×24+0×23+1×22+1×21+0×20）10=（16+4+2）10=（22）101.4.4

不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，可將數(shù)字分成整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換，然后再拼接起來?！纠繉⑹M(jìn)制數(shù)225.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。用除2取余法進(jìn)行整數(shù)部分轉(zhuǎn)換，再用乘2取整法進(jìn)行小數(shù)部分轉(zhuǎn)換。（225.625）10=（11100001.101）22．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制數(shù)1.4.4

不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)所采用的轉(zhuǎn)換原則是“3位分一組”，即以小數(shù)點(diǎn)為界。整數(shù)部分：從右向左每3位為一組，若最后一組不足3位，則在最高位前面添0補(bǔ)足3位，然后將每組中的二進(jìn)制數(shù)按權(quán)相加得到對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。小數(shù)部分：從左向右每3位分為一組，最后一組不足3位時(shí)，尾部用0補(bǔ)足3位，然后按照順序?qū)懗雒拷M二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)即可。3．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)1.4.4

不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換【例】將二進(jìn)制數(shù)1101001.101轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換過程如下所示。二進(jìn)制數(shù)001101001.101八進(jìn)制數(shù)151.5得到的結(jié)果為：(1101001.101)2=(151.5)8二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)所采用的轉(zhuǎn)換原則與上面的類似，為“4位分一組”，即以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)部分從右向左、小數(shù)部分從左向右每4位一組，不足4位用0補(bǔ)齊即可。1.4.4

不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“一分為三”，即從八進(jìn)制數(shù)的低位開始，將每一位上的八進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的3位二進(jìn)制數(shù)即可。如有小數(shù)部分，則從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左右兩邊按上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可。4．八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)【例】將八進(jìn)制數(shù)162.4轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換過程如下所示。八進(jìn)制數(shù)162.4二進(jìn)制數(shù)001110010.100得到的結(jié)果為：(162.4)8=(001110010.100)2十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“一分為四”，即把每一位上的十六進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)即可。1.4.5

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算也就是通常所說的四則運(yùn)算，包括加、減、乘、除，運(yùn)算比較簡單，其具體運(yùn)算規(guī)則如下。加法運(yùn)算：按“逢二進(jìn)一”法，向高位進(jìn)位，運(yùn)算規(guī)則為：0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=10。例如，(10011.01)2+(100011.11)2=(110111.00)2。減法運(yùn)算：減法實(shí)質(zhì)上是加上一個(gè)負(fù)數(shù)，主要應(yīng)用于補(bǔ)碼運(yùn)算，運(yùn)算規(guī)則為：0-0=0、1-0=1、0-1=1（向高位借位，結(jié)果本位為1）、1-1=0。例如，(110011)2-(001101)2=(100110)2。1．二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算1.4.5

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算乘法運(yùn)算與我們常見的十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的運(yùn)算規(guī)則類似，規(guī)則為：0×0=0、1×0=0、0×1=0、1×1=1。例如，(1110)2×(1101)2=(10110110)2。除法運(yùn)算也與十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的運(yùn)算規(guī)則類似，規(guī)則為：0÷1=0、1÷1=1，而0÷0和1÷0是無意義的。例如，(1101.1)2÷(110)2=(10.01)2。乘法運(yùn)算除法運(yùn)算1.4.5

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算計(jì)算機(jī)所采用的二進(jìn)制數(shù)1和0可以代表邏輯運(yùn)算中的“真”與“假”、“是”與“否”和“有”與“無”。二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算包括“與”“或”“非”“異或”4種，具體介紹如下?！芭c”運(yùn)算：“與”運(yùn)算又稱為邏輯乘，通常用符號“×”“∧”“·”來表示。其運(yùn)算法則為：0∧0=0、0∧1=0、1∧0=0、1∧1=1?！盎颉边\(yùn)算：“或”運(yùn)算又稱為邏輯加，通常用符號“+”或“∨”來表示。其運(yùn)算法則為：0∨0=0、0∨1=0、1∨0=1、1∨1=1。2．二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算1.4.5

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算“非”運(yùn)算：“非”運(yùn)算又稱為邏輯否運(yùn)算，通常是在邏輯變量上加上劃線來表示，如變量為A，則其非運(yùn)算結(jié)果用

表示?！爱惢颉边\(yùn)算：“異或”運(yùn)算通常用符號“

”表示，其運(yùn)算法則為：0

0=0、

0

1=1、1

0=1、1

1=0。該法規(guī)表明，當(dāng)邏輯運(yùn)算中變量的值不同時(shí)，結(jié)果為1，而變量的值相同時(shí)，結(jié)果為0。課后練習(xí)●選擇題選擇題課后練習(xí)（1）1946年誕生的世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)是（）。A．UNIVAC-I B．EDVAC C．ENIAC D．IBM（2）第二代計(jì)算機(jī)的劃分年代是（）。A．1946～1957年 B．1958～1964年 C．1965～1970年 D．1971年至今（3）在關(guān)于數(shù)制的轉(zhuǎn)換中，下列敘述正確的是（）。A．采用不同的數(shù)制表示同一個(gè)數(shù)時(shí)，基數(shù)（R）越大，則使用的位數(shù)越少B．采用不同的數(shù)制表示同一個(gè)數(shù)時(shí)，基數(shù)（R）越大，則使用的位數(shù)越多C．不同數(shù)制采用的數(shù)碼是各不相同的，沒有一個(gè)數(shù)碼是一樣的D．進(jìn)位計(jì)數(shù)制中每個(gè)數(shù)碼的數(shù)值不僅取決于數(shù)碼