第1章计算机基础概述

大学计算机基础第1章计算机基础概述大学计算机基础本章内容1.1概述1.2计算机中数据表示1.3计算机系统大学计算机基础1.1概述大学计算机基础1.1概述1.1.1计算机的产生和发展1.1.2计算机的特点1.1.3计算机的工作原理1.1.4计算机分类1.1.5计算机的应用领域大学计算机基础1.1.1计算机的产生和发展1946年2月，世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名为ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator的缩写，全称为“电子数值积分和计算机”。大学计算机基础1.1.1计算机的产生和发展（续）人们根据计算机所采用的主要物理器件，将计算机的发展划分成几个阶段，每个阶段都意味着计算机技术的新突破以及计算机性能质的飞跃。第一代（约1946～1957年）电子管计算机时代第二代（约1957～1964年）晶体管计算机时代第三代（约1965～1972年）中小规模集成电路计算机时代第四代（1972年起）大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代大学计算机基础1.1.1计算机的产生和发展（续）微型计算机的发展1971年，美国Intel公司把组成中央处理单元CPU（CentralProcessingUnit）的运算器ALU(ArithmeticLogicUnit)和逻辑控制器CU(ControlUnit)集成在一块芯片上，研制出第一批微处理器Intel4004，微型计算机从此诞生。1977年美国APPLE公司的个人计算机问世。1981年美国IBM公司推出IBM-PC个人计算机。微型计算机的发展非常迅速，以2～3年的速率更新换代，如今微型计算机在某些方面可以和以往的大型计算机相媲美。大学计算机基础1.1.1计算机的产生和发展（续）计算机的发展趋势巨型化微型化多媒体化网络化智能化大学计算机基础1.1.2计算机的特点运算速度快计算精度高记忆能力强具有逻辑判断能力具有自动执行程序的能力大学计算机基础1.1.3计算机的工作原理预先把需要计算机执行的指令序列（即程序）及执行过程中所需的数据通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中，计算机执行时能自动地逐一取出程序中的每条指令进行分析，并执行规定的操作。这种存储程序及程序控制的思想是数学家冯.诺依曼最早提出的。大学计算机基础1.1.4计算机的分类根据计算机所处理数据的特点进行划分：数字电子计算机、模拟电子计算机和数字模拟混合式计算机。根据计算机的用途进行划分：通用计算机和专用计算机。根据计算机的规模和处理能力划分：巨型计算机、大型主机、小巨型计算机、小型计算机、工作站和微型计算机。大学计算机基础1.1.5计算机的应用领域科学计算信息处理自动控制与人工智能辅助设计和辅助教学办公自动化大学计算机基础1.2计算机中数据表示大学计算机基础1.2计算机中数据表示1.2.1数据与信息1.2.2数制及运算1.2.3计算机中信息表示大学计算机基础1.2.1数据与信息数据国际标准化组织（ISO）对数据所下的定义是：“数据是对事实、概念或指令的一种特殊的表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或自动化的装置进行通信、翻译和转换或者进行加工处理。”因此，通常意义下的数字、文字、图画、声音、活动图像等都可以认为是数据。计算机内部通常又把数据分为数值型数据和非数值型数据。大学计算机基础1.2.1数据与信息（续）信息：是指对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为和决策。计算机信息处理是指计算机进行数据处理的过程，即通过数据采集将数据输入到计算机中，由计算机对数据进行相应的转换、合并、加工、分类、计算、统计、汇总、传送等处理操作，最后将处理得到的有用信息提供给人们。大学计算机基础1.2.1数据与信息（续）信息化是指社会经济的发展从以物质与能量为经济结构的重心，向以信息与知识为经济结构的重心转变的过程。在这个过程中，不断地采用现代技术装备国民经济各部门和社会各领域，从而极大地提高社会劳动生产力。信息化三大任务是：加强现代信息基础设施建设；广泛应用信息技术；加快发展电子信息产业。大学计算机基础1.2.2数制及运算计算机不仅能对数值型数据进行处理，而且能对文字、图画、声音、活动图像等非数值型数据进行处理。但这些数据输入计算机之前，必须转换为二进制编码形式，才能由计算机进行存储、处理和传输。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）十进制数N，进位方法是“逢十进一”。可以表示成按权展开的多项式：N＝dn×10n＋dn-1×10n-1＋…＋d1×101＋d0×100＋d-1×10-1＋…＋d-m×10-m＝×10i如：321.9=3×102+2×101+1×100+9×10－1mniid0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11…大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制数N，进位方法是“逢二进一”。可以表示成按权展开的多项式：N＝dn×2n＋dn-1×2n-1＋…＋d1×21＋d0×20＋d-1×2-1＋…＋d-m×2-m＝×2i如：(110.11)2＝1×22+1×21+0×20+1×2－1+1×2－2＝(6.75)10mniid0,1,10,11,100,101,110…大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）八进制数N，进位方法是“逢八进一”。可以表示成按权展开的多项式：N＝dn×8n＋dn-1×8n-1＋…＋d1×81＋d0×80＋d-1×8-1＋…＋d-m×8-m＝×8i如：(317.2)8＝3×82+1×81+7×80+2×8－1＝(207.25)10mniid0,1,2…6,7,10,11,12…16,17,20大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）十六进制数N，进位方法是“逢十六进一”。可以表示成按权展开的多项式：N＝dn×16n＋dn-1×16n-1＋…＋d1×161＋d0×160＋d-1×16-1＋…＋d-m×16-m＝×16i如：(3C5.4)16＝3×162+12×161+5×160+4×16－1＝(965.25)10mniid0,1,2…8,9,A,B,C,D,E,F,10,11…19,1A,1B…大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制数的运算：算术运算和逻辑运算。由于二进制中只有0和1两个数码，所以运算规则简单。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）算术运算二进制加法运算的规则是：逢二进一0＋0＝00＋1＝11＋0＝11＋1＝10二进制减法运算的规则是：借一当二0－0＝01－1＝01－0＝10－1＝1大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制乘法运算的规则是：0×0＝00×1＝01×0＝01×1＝1二进制除法运算的规则是：0÷1＝01÷1＝1大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）逻辑运算基本逻辑运算有三种：或运算（也称逻辑加）与运算（也称逻辑乘）非运算（也称取反）大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）或运算的运算规则是（或运算用“＋”表示）：0＋0＝00＋1＝11＋0＝11＋1＝1与运算的运算规则是（与运算用“·”表示）：0·0＝00·1＝01·0＝01·1＝1非运算的运算规则是（非运算用数字上加横杠表示）：＝1＝001大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制数转换成十进制数只需将二进制数按权展开求和，即将二进制数的各位数码乘以该位的权值（基数为2）再求和。例求与(11011.11)2等值的十进制数。(11011.11)2＝1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋1×2－2＝(27.75)10大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）十进制数转换成二进制数将整数部分采用除2取余法转换为二进制整数，小数部分采用乘2取整法转换成二进制小数，再将两部分结果合并在一起。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）例将(57.875)10转换为二进制数整数部分的转换：先将十进制整数部分57转换成二进制整数。将57逐次除以2，除到商为0时为止，将每次得到的余数从下往上读取，即为对应二进制整数的高位到低位。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）余数2│57……………1（低位）2│28……………02│14……………02│7……………12│3……………12│1……………1（高位）0所以(57)10＝(111001)2大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）小数部分的转换：0.875转换成二进制小数。将0.875逐次乘以2，将每次乘得的积的整数部分取出，小数部分继续乘以2，乘到积为0或达到所要求的精度为止，将每次得到的整数从上往下读取，即为对应二进制小数的高位到低位。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）乘积的整数部分0．875×2[1].750…………1（高位）×2[1].500…………1×2[1].000…………1（低位）所以(0.875)10＝(0.111)2大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）合并：将转换得到的二进制整数与二进制小数合并在一起得到：(57.875)10＝(111001.111)2大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）八进制数与十进制数的相互转换八进制数转换为十进制数只需将八进制数的各位数码乘以权值（基数为8）再求和即可。十进制数转换为八进制数时，整数部分采用除8取余法转换为八进制整数，小数部分采用乘8取整法转换成八进制小数，再将两部分结果合并在一起。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）十六进制数与十进制数的相互转换十六进制数转换为十进制数只需将十六进制数的各位数码乘以权值（基数为16）再求和即可。十进制数转换为十六进制数时，整数部分采用除16取余法转换为十六进制整数，小数部分采用乘16取整法转换成十六进制小数，再将两部分结果合并在一起。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制数与八进制数之间的转换二进制数转换为八进制数的方法是：整数部分从低位到高位，每3位为一组，最高位不足3位时，高位补0；小数部分从高位到低位每3位为一组，最低位不足3位时，低位补0，然后将每组二进制数用1位等值的八进制数代替即可。八进制数转换为二进制数的方法是：将每1位八进制数用3位等值的二进制数代替即可。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制数与十六进制数之间的转换二进制数转换为十六进制数的方法是：整数部分从低位到高位，每4位为一组，最高位不足4位时，高位补0；小数部分从高位到低位每4位为一组，最低位不足4位时，低位补0，然后将每组二进制数用1位等值的十六进制数代替即可。十六进制数转换为二进制数的方法是：将每1位十六进制数用4位等值的二进制数代替即可。大学计算机基础1.2.2数制及运算（续）二进制信息的计量单位位（bit，缩写为b）二进制信息的每一位（“0”或“1”），是二进制信息的最小计量单位。字节（Byte，缩写为B）一个字节由8位二进制代码组成，它们用下列符号表示：b7b6b5b4b3b2b1b0字（Word）是计算机一次能处理的若干位的组合，其包含的二进制位的个数称为字长。字长一般是字节的整数倍，不同计算机系统的字长不同，常见的有8位、16位、32位、64位等。大学计算机基础1.2.3计算机中信息表示带符号整数的表示方法计算机中的整数分正整数（也称不带符号的整数）和整数（也称带符号的整数）两类。8个二进制数位表示的正整数范围为0～255（28－1），16个二进制位表示的正整数范围为0～65535（216－1），32个二进制位表示的正整数范围为0～232－1，64个二进制位表示的正整数范围为0～264－1。用二进制数表示带符号的整数时，一般规定最高位是符号位，用0和1区分正、负。带符号数的表示方法常用的有原码、补码和反码三种。大学计算机基础1.2.3计算机中信息表示（续）原码表示规则是：最高位表示数的符号，“0”表示正号，“1”表示负号，其余各位表示数的大小，即这个数的绝对值。以原码方式表示整数，8个二进制位表示范围是-12