计算机导论.

2019年10月22日星期二1计算机导论2019年10月22日星期二2第一章：信息技术与计算机概述学习目标：了解信息、信息技术、信息处理的含义，了解信息化社会的特征；了解计算机的分类、发展历程及发展趋势；了解进位计数制的表示方法及计算机中常用的数制；了解不同数制间的转换规则；了解二进制数的算术运算和逻辑运算；了解数据在计算机中的编码形式；2019年10月22日星期二31.1信息所谓信息，通常是指对人有用的消息。世间一切事物都在运动，都具有一定的运动状态，这些运动状态都按某种运动方式发生变化，因而都产生信息。哪里有运动的事物，哪里就存在信息。2019年10月22日星期二4信息是事物运动的状态及状态变换的方式信息是认识主体所感知或表述的事物运动及其变化的形式、内容和效用信息是指现实世界事物的存在方式或运动状态的反应2019年10月22日星期二51.2信息技术InformationTechnology，缩写是IT以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑；以信息的采集、存储、加工、传输和应用等处理技术为主要研究方向的技术系统的总称用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一类技术。2019年10月22日星期二6信息技术的发展：远古人的结绳记事古人的狼烟、飞鸽传书1837年，美国人Morse，电磁式电报机1878年，英国人Bell，长途电话1888年，德国人Hertz，证实了电磁波1928年，美国西屋电器发明光电显像管1935年，美国帝国大厦建了电视台20世纪40年代，电子计算机出现和通信技术发展20世纪80年代，多媒体计算机发展20世纪90年代，Internet的普及2019年10月22日星期二71.3信息处理对大量信息进行存储、加工、分类、统计、查询、及报表等，通常用于办公自动化、管理、情报等领域。信息处理是信息技术的一个方面，也是很重要的一个方面2019年10月22日星期二8信息处理系统通讯／存储信息加工通讯／存储感测与识别控制与显示输入输出银行ATM银行ATM银行中央处理系统刷卡、存钱刷卡、吃饭2019年10月22日星期二91.4信息化社会信息化可以全面提高经济运行效率、劳动生产率、企业核心竞争力和人民生活质量。信息化社会特征：信息化、网络化、全球化、虚拟化2019年10月22日星期二101.4计算机什么是计算机？通常，计算机指电子计算机中用的个人电脑。计算机是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备。2019年10月22日星期二11计算机分类：从计算机的类型、运行方式、构成器件、操作原理、应用状况、功能等划分，计算机有多种分类。从数据表示来说，分为数字计算机、模拟计算机以及混合计算机三类；数字计算机按构成的器件划分，曾有机械计算机和机电计算机，现用的电子计算机，正在研究的光计算机、量子计算机、生物计算机、神经计算机等等。就其规模而言，可分为巨型、大型、中型、小型和微型计算机。就功能而言，可分为通用计算机和专用计算机。2019年10月22日星期二12计算机发展四个主要阶段：1．第一代计算机（1946～1958年）主要元器件：电子管2．第二代计算机（1958～1964年）主要元器件：晶体管3．第三代计算机（1964～1974年）主要元器件：中小规模集成电路4．第四代计算机（1974年至今）主要元器件：大规模和超大规模集成电路5.第五代计算机：知识信息处理系统6.第六代计算机：神经系统电脑2019年10月22日星期二13第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW计算机发展史2019年10月22日星期二14晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,300将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片10微米芯片计算机发展史2019年10月22日星期二15晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。计算机第一定律——摩尔定律计算机发展史2019年10月22日星期二161854年，英国人布尔设计了一套符号1936年，英国人图灵发表了一篇论文1945年，美籍匈牙利人冯诺伊曼提出了一个概念于是,1946年，世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC在美国宾西法尼亚大学研制成功。1949年，世界上第一台带有存储程序的结构的电子计算机在英国剑桥数学实验室研制成功、2019年10月22日星期二17计算机特点1．运算速度快、精度高2．具有逻辑判断和记忆能力3．高度的自动化和灵活性所以呢？计算机的发展趋势就是“更快、更准、更聪明”或者是“巨型化、微型化、网络化、智能化“2019年10月22日星期二181.5数制与编码计算机的硬件基础：数字电路计算机运行过程中，所有器件只有两种状态：“0”和“1”。计算机也只能识别这两种信号，并对它们进行处理。计算机处理的所有问题，都必须转换成相应的“0”、“1”状态的组合以便与机器的电子元件状态相适应。总之，计算机的运算基础是二进制。（易于物理实现、运算规则简单、工作可靠性高。适合逻辑运算）2019年10月22日星期二19信息的存储单位位（Bit）：度量数据的最小单位字节（Byte）：最常用的基本单位K1K=1024byteM（兆）1M=1024KG（吉）1G=1024MT（太）1T=1024Gb7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=1492019年10月22日星期二201.6进位计数制在日常生活中，人们广泛使用的是十进制数，有时也会遇到其他进制的数。例如，钟表用的是六十进制，六十秒钟为一分钟，六十分钟为一小时。在计算机中，最常使用的是：十进制、二进制、八进制和十六进制数。2019年10月22日星期二21十进制十进制计数法有两个特点：（1）它有十个不同的计数符号：0，1，2，…、9。每一位数只能用这十个计数符号之一来表示，这些计数符号称为数码。（2）采用逢十进一的原则计数。小数点前面自右向左，分别为个位、十位、百位、千位等，相应地，小数点后面自左向右，分别为十分位、百分位、千分位等。各个数码所在的位置称为数位。2019年10月22日星期二22例如，666.66这个十进制数个位的6：本身的数值十位的6：本身数值的10倍，即6×10百位的6：本身数值的100倍，即6×100小数点右边第一位小数位的6：6×0.1第二位小数位的6：6×0.01因此这个十进制数可以用多项式展开写成：666.66＝6×102+6×101+6×100+6×10－1+6×10－22019年10月22日星期二23二进制二进制计数法有两个特点：（1）它有两不同的计数符号，即数码：0和1。（2）它采用逢二进一的原则计数。也就是说，进位基数是2。数码在不同的数位所代表的值也是不相同的，各数位的“权”是以2为底的幂。2019年10月22日星期二24八进制八进制计数法有两个特点：（1）采用八个不同的计数符号，即数码：0～7。（2）采用逢八进一的进位原则。在不同的数位，数码所表示的值等于数码的值乘上相应数位的“权”。2019年10月22日星期二25十六进制十六进制计数法有两个特点：（1）采用十六个不同的计数符号，即数码0～9及A、B、C、D、E、F。其中A表示十进制数10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。用这种表示以示和十进制计数法的区别。（2）采用逢十六进一的进位原则，各位数的“权”是以16为底数的幂。2019年10月22日星期二261.7进制间相互转换R进制转十进制：(10110.1)2＝1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1×2－1＝(22.5)10(456.45)8＝4×82+5×81+6×80+4×8－1+5×8－2＝(302.578125)10(2AF)16＝2×162+A×161+F×160＝2×162+10×16+15×1＝(687)102019年10月22日星期二27十进制整数转换成R进制整数：分为两部分：整数部分和小数部分。整数部分采用“除R取余”的方法小数部分采用“乘R取整”的方法（整数部分先计算出低位小数部分先计算出高位）2019年10月22日星期二28将83转换成二进制数，逐次除2取余：283124112201210025022110可得到：（83）10＝（1010011）22019年10月22日星期二29例如，将0.8125转换为二进制小数，逐次乘2取整：0.8125×21.625×21.25×20.5×21.0可得：(0.8125)10＝(0.1101)22019年10月22日星期二30二进制数转换成八进制数三位一并法：将(10010001.0011)2转换成八进制数。以小数点为中心，向左右两个方向每三位划分成一组：10，010，001.001，1补0时，应该在两头补0，不会改变值补0后的分组情况为：010，010，001.001，100然后，每三位用一个相应八进制数码代替，即得：(10010001.0011)2＝(221.14)82019年10月22日星期二31八进制数转换为二进制数将每一位八进制数码用三位二进制数码代替，即“一分为三”法。将(576.35)8转换成二进制数。将八进制数的每位数码依次用三位二进制数代替，即得：(576.35)8＝(101111110.011101)22019年10月22日星期二32二进制数互转十六进制数二进制转十六进制：四位一并十六进制转二进制：一分为四（注意，十六进制的ABCDEF）(10110001.0011)2＝(B1.3)162019年10月22日星期二331.8二进制算术运算和逻辑运算二进制的算术运算二进制数的加法运算法则只有四条：0+0=00+1=11+0=11+1=10(向高位进位)二进制数的减法运算法则也只有四条：0-0=00-1=1(向高位借位)1-0=11-1=0二进制数的乘法运算法则也只有四条：0*0=00*1=01*0=01*1=1二进制数的除法运算法则也只有四条：0÷0=00÷1=01÷0=0(无意义)1÷1=12019年10月22日星期二34二进制的逻辑运算在逻辑代数中有三种基本的逻辑运算：即与、或、非。其它复杂的逻辑关系均可由这三种基本逻辑运算组合而成。⑴与运算(逻辑乘法)①0∧0＝0②0∧1＝0③1∧0＝0④1∧1＝1⑵或运算(逻辑加法)①0∨0＝0②0∨1＝1③1∨0＝1④1∨1＝1⑶非运算(逻辑否定)①0＝1②1＝02019年10月22日星期二351.9计算机中数的表示--正数与负数在计算机中数的符号也是用数码来表示的，一般用“0”表示正数的符号，“1”表示负数的符号，并放在数的最高位。例如：(01011)2＝([phone]＝(－11)102019年10月22日星期二361.9计算机中数的表示--原码、补码与反码在计算机中一个数可以采用原码、补码或反码表示，上面讲到的正数与负数表示法即为原码表示法。2019年10月22日星期二371.9计算机中数的表示--原码、补码与反码一个正数的原码、补码与反码是相同的，是其本身负数的反码是相对应的正数按位取反负数的补码等于反码加12019年10月22日星期二38例子（10）=1010原、反、补：01010（-10）=（-1010）原：11010反：10101补：101102019年10月22日星期二391.9计算机中数的表示--定点数和浮点数1．定点数表示法在机器中，小数点位置固定的数称为定点数，一般采用定点小数表示法，即小数点固定在符号位与最高位之间。有时也采用定点整数表示法，此时将小数点固定在数的最低位的后面。定点数的运算规则比较简单，但不适宜对数值范围变化比较大的数据进行运算。2019年10月22日星期二401.9计算机中数的表示--定点数和浮点数2．浮点数表示法浮点数可以扩大数的表示范围。浮点数由两部分组成，一部分用以表示数据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数的小数点位置，称为阶码。2019年10月22日星期二411.10计算机