第一章計(jì)算機(jī)概論

第一章計(jì)算機(jī)概論

在人類發(fā)展史上，蒸氣機(jī)的發(fā)明催生了第一次工業(yè)革命。而20世紀(jì)最偉大、最神奇的產(chǎn)物－－電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，則把人類帶入了一個(gè)更高層次、史無(wú)前例的嶄新領(lǐng)域。本章要點(diǎn)通過(guò)學(xué)習(xí)，要求掌握1、計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程2、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)3、計(jì)算機(jī)數(shù)制與編碼4、計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用領(lǐng)域難點(diǎn)是計(jì)算機(jī)數(shù)制間的轉(zhuǎn)換。1.1計(jì)算機(jī)的誕生人類“計(jì)算”史遠(yuǎn)古時(shí)代古代算盤17世紀(jì)帕斯卡機(jī)加法器17世紀(jì)萊布尼茲乘法器19世紀(jì)巴貝齊差分機(jī)1946年的ENIAC世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)5000次加法/秒體重30噸占地170m218800只電子管1500個(gè)繼電器功率140KW1.1計(jì)算機(jī)的誕生什么是計(jì)算機(jī)?計(jì)算機(jī)就是一種信息處理機(jī)，即對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、傳輸、檢測(cè)等操作的機(jī)器。什么是信息？反映客觀情況的資料（有狹義與廣義之分）計(jì)算機(jī)能處理什么樣的信息？數(shù)字化信息——僅由0和1組成的代碼串任何信息交由計(jì)算機(jī)處理必須經(jīng)過(guò)數(shù)字化輸入計(jì)算機(jī)的信息分為兩大類：數(shù)據(jù)（Data） 程序（Program）計(jì)算機(jī)處理信息的過(guò)程？信息加工即對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、傳輸、檢測(cè)等操作。計(jì)算機(jī)數(shù)字化文字?jǐn)?shù)值圖形圖像聲音視頻外設(shè)01代碼串加工處理結(jié)果數(shù)據(jù)信息處理過(guò)程1.1計(jì)算機(jī)的誕生第二代（1958－1964）晶體管時(shí)代代表:IBM1403機(jī)幾十萬(wàn)－百萬(wàn)（次/秒）第三代（1965－1971）集成電路時(shí)代代表：IBM360機(jī)百萬(wàn)－幾百萬(wàn)（次/秒）第四代（1972－至今）大或超大規(guī)模集成電路代表：IBM370系列幾百萬(wàn)－幾億（次/秒）1.2計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)況第一代（1946－1957）電子管時(shí)代代表：ENIAC5千－4萬(wàn)（次/秒）計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)之一：微型化

計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種個(gè)人的信息機(jī)器。體積小，重量輕，可靠性高，使用方便靈巧。計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)之二：巨型化運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)量大、功能強(qiáng)、可靠性好。主要用于:天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。CRAY-Ⅱ1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)Cray-I，運(yùn)算速度為：1億萬(wàn)次

走鵑目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度為:1000萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)之二：巨型化中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)：銀河Ⅱ國(guó)防科技大學(xué)研制的“銀河1號(hào)”、“銀河2號(hào)”和“銀河3號(hào)”1983年，最初速度：1億次/秒國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”1995年，最初速度：10億次/秒曙光1000目前中國(guó)最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度：11萬(wàn)億次/秒曙光4000Ａ1.3電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快每秒幾百億次幾千億次計(jì)算精度高可使用足夠多的二進(jìn)制位數(shù)來(lái)獲得所要求的數(shù)據(jù)精度具有邏輯判斷能力這是區(qū)別于其它任何機(jī)器的一個(gè)特點(diǎn)存儲(chǔ)容量大，具有“記憶”功能提供大容量的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)自動(dòng)化程度高可按照人們事先編制好的程序自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行各種操作1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼計(jì)算機(jī)為什么要采用二進(jìn)制受至于元器件晶體管具有兩個(gè)完全不一樣的狀態(tài)（截至或?qū)ǎ顟B(tài)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換快晶體管體積小，便于集成功耗小，價(jià)格便宜二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單物理上容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)便于邏輯判斷思考：二進(jìn)制是如何表示的？1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼重新認(rèn)識(shí)十進(jìn)制使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十個(gè)數(shù)碼表示數(shù)進(jìn)位規(guī)則：逢十進(jìn)一基數(shù)：10示例(85.12)10

=8×101

+5×100+1×10－1+2×10－2

其中，101

,100,

10－1,

10－2分別稱為權(quán)值，它是以基數(shù)為底、位號(hào)為冪所構(gòu)成的指數(shù)。1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼二進(jìn)位計(jì)數(shù)制使用0,1兩個(gè)數(shù)碼表示數(shù)進(jìn)位規(guī)則：逢二進(jìn)一基數(shù)：2示例(101.01)2

=1×22+0×21+1×20+

0×2-1+1×2-2=(5.25)10二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制：按權(quán)值相加十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制：整數(shù)部分除2取余逆排列，小數(shù)部分乘2取整。1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制例如，(205.345)10=(???)22205余數(shù)

2102……1251……0225……1212……126……023……021……10……1逆排列整數(shù)部分：110011010.345×2

整數(shù)

0.690……0×2

1.380……1×2

0.760……0×2

1.520……1×2

1.040……1順排列小數(shù)部分：01011八進(jìn)制與十六進(jìn)制呢？1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼整數(shù)、實(shí)數(shù)的表示方法數(shù)的長(zhǎng)度在計(jì)算機(jī)中，數(shù)的長(zhǎng)度按比特(bit,二進(jìn)制位)來(lái)計(jì)算。但因存儲(chǔ)容量常以“字節(jié)”為計(jì)算單位，所以數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也常以字節(jié)為單位計(jì)算。1字節(jié)(Byte)=8比特(bit)。數(shù)的符號(hào)數(shù)的最高位(左邊第一位)來(lái)表示數(shù)的正負(fù)號(hào)，約定“0”表示正，“1”表示負(fù)。小數(shù)點(diǎn)的表示數(shù)為實(shí)數(shù)時(shí)才涉及到小數(shù)點(diǎn)，一般在特定位置默認(rèn)有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，但總是隱含的。1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼定點(diǎn)數(shù)的表示方法定點(diǎn)整數(shù)：小數(shù)點(diǎn)約定在數(shù)值最低位之后。定點(diǎn)純小數(shù)：小數(shù)點(diǎn)約定介于符號(hào)位與數(shù)值的最高位之間。思考：d0……….dn-2dn-1dn符號(hào)位數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置d0……….dn-2dn-1dn符號(hào)位數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)任意一個(gè)二進(jìn)制實(shí)數(shù)N（既有小數(shù)部分，又有整數(shù)部分的數(shù)）該如何在計(jì)算機(jī)中表示呢？1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼

浮點(diǎn)數(shù)的表示方法

N=t×2e

其中，t稱為N的尾數(shù)，是一個(gè)二進(jìn)制純小數(shù)，e稱為N的階碼，是一個(gè)二進(jìn)制整數(shù)。例如:(110.011)2=0.110011×2＋11在計(jì)算機(jī)內(nèi)浮點(diǎn)數(shù)使用階碼和尾數(shù)兩部分表示：d0……….dn-2dn-1dn數(shù)符尾數(shù)(d)小數(shù)點(diǎn)位置e0……….em-2em-1em階符階碼(e)1……000數(shù)符尾數(shù)(23位)小數(shù)點(diǎn)0000階符階碼(7位)11000011(110.011)2256.5如何表示？1.4計(jì)算機(jī)的數(shù)制與編碼原碼、反碼與補(bǔ)碼及其意義

與機(jī)器的位數(shù)有關(guān)，8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等。原碼：符號(hào)位用0或1表示，數(shù)值部分用該整數(shù)的絕對(duì)值的二進(jìn)制表示。例如：[-39]原＝10100111[+17]原＝00010001反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同、負(fù)數(shù)的反碼是把其原碼除符號(hào)位以外的各位取反(0、1互變)。例如：[-39]反＝11011000[+17]反＝00010001補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同、負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的最低位加1。例如：[-39]補(bǔ)＝11011001[+17]補(bǔ)＝00010001

補(bǔ)碼的作用：將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算。1.4.5符號(hào)編碼符號(hào)編碼：因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)部是不可能直接存儲(chǔ)英文字符、漢字、特殊符號(hào)等，因此就必須按照一定的方式用統(tǒng)一的二進(jìn)制代碼來(lái)對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行編碼。ASCII碼：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，用7位代碼串來(lái)編碼（占用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間，字節(jié)最高位為0），主要用于處理英文字符。標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼能表示128個(gè)字符。字符的ASCII值=(0列行)2

例如：字符A的ASCII值=(01000001)2ASCII碼表包含：英文大小寫字母、數(shù)字字符、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、特殊符號(hào)和控制符，是計(jì)算機(jī)中最基本的編碼表。對(duì)字符的排序：根據(jù)ASCII碼比較其大小。1.4.5符號(hào)編碼漢字國(guó)標(biāo)碼：1981年我國(guó)頒布了《信息交換用漢字編碼字符集—基本集》（簡(jiǎn)稱：GB2312-80），其中收錄了6763個(gè)漢字和682個(gè)非漢字字符。一級(jí)常用漢字3755個(gè)，按漢語(yǔ)拼音排列二級(jí)常用漢字3008個(gè)，按偏旁部首排列在漢字編碼表里，把7447個(gè)漢字放置在一個(gè)94＊94的陣列里，每一行稱為漢字的“區(qū)”，每一列稱為漢字的“位”，組成區(qū)位碼。每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。國(guó)標(biāo)碼值＝區(qū)位碼的16進(jìn)制表示＋2020H

“我”的國(guó)標(biāo)碼＝2E32H＋2020H＝4E52H1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)代管理計(jì)算機(jī)化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、輔助制造(CAM)與輔助教學(xué)(CAI)日常生活計(jì)算機(jī)化自然語(yǔ)言處理警用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出版業(yè)數(shù)字化軍用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)智能機(jī)器人1.6新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)光計(jì)算機(jī)高速、節(jié)能與環(huán)保計(jì)算機(jī)－無(wú)噪聲無(wú)輻射生物計(jì)算機(jī)可以自我修復(fù)的計(jì)算機(jī)智能計(jì)算