第1章 计算机基础

1《大学计算机基础》课堂教学：32学时期末复习：2学时成绩评定：教学对象：2011级本科四川大学锦江学院计算机科学与工程系期末笔试占70%平时成绩占30%开课单位：2课程教学参考书目1.《大学计算机基础》（第2版）冯博琴等编著清华大学出版社2.《大学计算机基础》（第四版）杨振山龚沛曾编著高等教育出版社3.《大学计算机基础》邹水龙等编著研究出版社4.《大学计算机基础教程》王移芝等编高等教育出版社3第1章计算机基础本章主要内容1.1信息与信息技术1.2计算机概述1.3计算机的工作原理1.4信息在计算机中的表示41.1信息与信息技术1.1.1数据与信息1.1.2信息处理与信息技术51.1.1数据与信息数据将客观事物记录下来的可以识别的符号称为数据。包括：数字、字符、文字、图形、声音和视频等。120512abc6什么是信息？简单地说，信息是人类一切生产、生存活动所传达出来的知识、情报和消息等。广义地说，信息是指对客观事物内部特征、存在方式或运动状态的反映。信息一般是指经过加工处理后的有意义的数据形式。信息与数据的关系：数据是信息的载体，信息是数据的内涵。数据是处理的对象，信息是处理的结果。7信息处理（数据处理）信息处理是对数据进行收集、存储、管理、加工、传输等处理的全过程。信息处理是从已知的数据出发，推导、整理出新的信息的过程1.1.2信息处理与信息技术数据数据处理新信息8计算机在信息处理中的作用计算机是处理信息最有力的工具，利用计算机可对大量的信息进行高效、快速的加工处理。信息处理系统就是以计算机为基础的处理系统。信息处理系统情报检索系统、管理信息系统、决策支持系统、办公自动化系统等。9信息技术通常，信息技术是指在进行信息处理的过程中所用到的获取信息、存储信息、处理信息、控制信息及传输信息等各种技术的统称。信息技术简称IT。信息技术包括：微电子技术、光电子技术、传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术。其中，计算机技术和通信技术是信息技术的两大核心支柱。10现代信息技术的主要特点数字化信息用二进制数字编码表示、处理及传输。多媒体化将文字、声音、图形、图像、视频等多种信息媒体与计算机集成在一起进行综合处理及展示。网络化高速度大容量物联网技术，下一代的Internet技术。智能化最大程度地模拟人类大脑的思维能力，例如，智能信息系统、智能通信网、超级智能芯片等等。11信息技术的发展发展历史第一次信息革命：语言、文字、文献；第二次信息革命：造纸术、印刷术；第三次信息革命：电报、电话、广播、电视；第四次信息革命：计算机、现代通信技术等。发展趋势速度快、容量大；综合化；数字化；个人化。121.2计算机概述1.2.1计算机发展简史1.2.2计算机的特点1.2.3计算机的分类1.2.4计算机的应用领域1.2.5计算机的新技术131.2.1计算机的发展简史人类计算工具沿革算盘机械计算机计算尺机电计算机14第一台电子计算机ENIAC举世公认的第一台电子计算机，是美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功的“电子数值积分计算机”（ENIAC）。15ENIAC的技术参数5000次加法/秒保存80个字节重量28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW电子管（电真空管）图示16计算机科学奠基人英国科学家阿兰.图灵主要贡献：•建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础•提出图灵测试，机器智能的概念电子计算机之父美籍匈牙利数学家冯.诺依曼美国计算机学会1966年设立图灵奖主要贡献：•奠定了现代计算机体系结构和工作原理•“存储程序”概念冯·诺依曼计算机•与同事研制人类第二台计算EDVAC图灵与诺依曼17计算机的分代（按使用的电子器件划分）时代年份元器件软件应用领域一1946--1957电子管机器语言汇编语言科学计算二1958--1964晶体管高级语言监控程序数据处理工业控制三1965--1970中小规模集成电路操作系统文字处理图形处理四1971—大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域18计算机的发展趋势巨型化微型化网络化智能化19未来新型计算机发展蓝图光计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储的计算机。生物计算机（分子计算机）是以生物芯片取代半导体硅片制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物芯片具有超高速运算、超低能量消耗、并行处理等功能。量子计算机遵循量子力学规律进行高速运算、存储及处理的的计算机。神经网络计算机能模仿人的大脑神经网络工作原理，具有联想、记忆、判断及并行处理能力的智能计算机201.2.2计算机的特点运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力可靠性及自动化程度高211.2.3计算机的分类按计算机原理分类数字计算机模拟计算机按计算机用途分类通用计算机专用计算机按计算机性能分类巨型机、大型机、小型机、微型机，工作站等221.2.4计算机的应用领域科学计算（数值计算）数据处理计算机辅助系统（CADCAICAM)过程控制人工智能(网络应用多媒体技术的应用）231.2.5计算机的新技术1.嵌入式技术嵌入式技术就是将计算机的软件固化集成到硬件中，作为一种处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术。具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点。2.网格计算网格计算即分布式计算，是伴随着互联网而迅速发展起的新型计算技术。3.蓝牙技术短距离无线连接通信技术。244.中间件技术中间件属于可复用软件，位于操作系统和应用软件中间。总的作用是为处于上层的应用软件提供运行和开发的环境，方便用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。客户机服务器中间件251.3计算机的工作原理一、存储程序原理从第一代计算机到当今最先进的计算机，在工作原理上一脉相承，都是采用存储程序原理。预先将所要执行的程序和数据存放在计算机的内存储器中。计算机工作时，按顺序逐条执行程序所包含的指令。26诺依曼与计算机的存储程序原理冯·诺依曼是美籍匈牙利数学家，现代计算机之父。他奠定了现代计算机的体系结结和工作原理。冯·诺依曼体系结构的精髓是：1.计算机内程序和数据用二进制形式表示。2.程序存储，顺序执行指令序列。3.计算机有5个组成部分，分别是：输入、存储、处理（运算）、控制和输出。冯·诺依曼(1903—1957)27二、计算机指令的执行过程计算机执行程序时，在控制器的控制下，从内存储器中按顺序取出每一条指令，依次执行，直至将一个程序所包含的全部指令执行完毕。执行每一条指令的具体步骤是：1)取指令2)分析指令3)执行指令计算机的整个工作过程就是执行程序的过程，亦即不断执行指令的过程。281.4信息在计算机中的表示1.4.1信息的数字化编码概念1.4.2进位计数制1.4.3不同进位制数之间的转换1.4.4数值信息的机内表示1.4.5文字信息的机内表示1.4.6声音及图像信息的机内表示291.4.1信息的数字化编码概念编码的定义采用少量约定的基本符号，选用一定的组合原则，表示出大量复杂多样的信息，从而建立信息与编码之间的对应关系。二进制数字编码计算机内处理的信息一律采用二进制数字编码，这就是当今信息科学中广泛使用的数字技术的基础。30计算机中采用二进制的主要原因1.二进制数容易表示物理上容易实现，可以使用任何具有两种对立稳定状态的元件(例如晶体管的导通与截止、电脉冲的有与无、电平的高与低等)来表示二进制数”0”和“1”。2.二进制数的运算简单可靠二进制数的算术运算规则非常简单，此外，“1”和“0”与逻辑值“真”和“假”对应，易于实现逻辑运算。31关于二进制只有两个基本符号：0和1进位规则：逢二进一加法公式：0+0=00+1=11+1=10（进位）乘法公式：0×0=00×1=01×1=1一批科学实验数据，一篇洋洋万字的作文，一首优美的乐曲，一幅色彩绚丽的图片，……，这些形形色色的信息（数值、文字、声音、图像、视频）在计算机内都是用二进制编码来表示和处理。“0”和“1”构成了奇妙的“数字世界”！思考题在一个无符号二进制整数的末尾添一个0，原数扩大了几倍？添两个0呢？32计算机存储容量的单位最小的信息单位：位（比特，bit)二进制的一个数位“0”或“1”基本存储单位：字节（byte)简称B换算关系：1B=8bit1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB331.4.2进位计数制采用若干个基本数字符号，按照一定的进位规则组成的计数系统称为进位计数制。生活中各种进位制的例子：十进制二进制七进制八进制六十进制三进制十二进制十六进制思考：请举出这些进位制在生活中应用的例子。34计数制的基数与位权基数在一种进位计数制中所使用的所有基本符号（数码）的个数称为基数。位权在一个数中，处于不同位置的数字所代表的数值的大小叫做位权。例如，十进制数635，从高位到低位，各位数字的位权依次为102、101、100即：635=6╳102+3╳101+5╳10035计算机中常用进制数的表示进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r=2r=8r=10r=16数符0，10,1,…,70,1,…,90,1,…,9,A,B,C,D,E,F位权2i8i10i16i下标BODH361.4.3不同进位制数之间的转换1.r进制转化为十进制设有r进制数P（r)=an-1an-2…a1a0.a-1a-2…a-m转换法则：按位权展开相加把r进制数中每位数字和该位的位权相乘，并将所得的全部乘积相加，即为转换结果（十进制数）。转换公式：P=an-1×rn-1+…+a1×r1+a0×r0+a-1×r-1+…+a-m×r-m位权(1101.1)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1=（13.5）1037r进制转化为十进制示例(101)B=1×22+0×21+1×20=4+0+1=(5)D(203)O=2×82+0×81+3×80=128+0+3=（131）D(ABC)H=A×162+B×161+C×160=10×162+11×161+12×160=2560+176+12=(2748)D38例(100)D＝()B除2取余2|100余数2|500(最低位)2|2502|1212|602|302|1101(最高位）结果：(100)D＝(1100100)B十进制整数r进制整数整数转换法则：除r取余即：把一个十进制整数不断除以所需要转换进制数的基数r，取其余数，商作为下一次的被除数，直到商为0时除法结束，再把每次得到的余数反序排列，即可转换成r进制数。2.十进制转化为r进制39课堂练习1.(251)D＝()B2.(251)D=()O3.(251)D=()H答案1.111110112.3733.FB40例(0.625)D=()B乘2取整整数部分0.625×2=1.2501(高位)0.250×2=0.50000.500×2=1.0001(低位)小数部分为0,转换结束结果：(0.625)D=(0.101)B小数转换法则：乘r取整即：将一个十进制小数转换成r进制小数时，将十进制小数不断地乘以r，将每一次乘积的整数部分取出，而将乘积的小数部分作为下一次被乘数，直至乘积的小数部分为0时乘法结束。将取出的整数按照先后次序排列，即为最后的转换结果。十进制小数r进制小数41混和数的转换若十进制数包含整数和小数两部分，则必须将小数点两边的整数和小数分开，分别完成相应的转换，再把转换得到的r进制整数和r进制小数组合在一起。课堂练习(86.875)10=()2答案1010110.111423.非十进制数之间的转换常规转换方法先将被转换数转换为相应的十进制数，再将十进制数转换为其它进制数例如(19)H=(25)D=(11001)B(11001)B=(25)D=(31)O特别转换方法利用二进制、八进制和十六进制之间的特殊关系直接转换。43二进制与八进制、十六进制数对照表二进制八进制二进制十六进制二进制十六进制00000000010008001100