计算机基础知识2

计算机基础

第一章计算机基础知识

一•计算机与信息技术概述

㈠计算机的产生和发展

1.冯*洛依曼被国际计算机界公认为"计算机之父"。

2.现代计算机的发展

艾兰•图灵在计算机科学方面的主要贡献有两个：一是建立了图灵机的理论模型，奠定了可计算理论的基

础；二是提出了定义机器智能的图灵测试，奠定了人工智能的理论基础。

冯・诺依曼被称为"计算机之父”，他提出了“存储程序”的概念，并以此概念为基础确定了计算机硬件系

统的基本结构。"存储程序”的工作原理也因此被称为冯・诺依曼。

世界第一台电子计算机是1946年投入使用的ENIAC,即数字积分计算机。

3.计算机的分代

⑴第一代计算机(1946-1957)电子管计算机时代。主要用于军事领域和科学研究工作中的科学计算。

⑵第二代计算机(1958-1964)晶体管计算机时代。数据处理和事务处理

⑶第三代计算机(1964-1970)集成电路计算机时代。

⑷第四代计算机(1971-至今)大规模、超大规模集成电路计算机时代。

⑸未来新型计算机：光子计算机、量子计算机、生物计算机。

计算机的发展趋势是进一步的"四化"：巨型化、彳微型化、网络化和智能化。

4.计算机新技术的发展

嵌入式、网格计算、中间件技术

。计算机的特点和分类

L计算机的特点：⑴运算速度快；⑵运算精度高；⑶具有记忆能力；⑷具有逻辑判断能力；⑸运行过程自

动化；⑹可靠性高；⑺通用性好。

2分类：

⑴一般的，常将电子计算机分为数字计算机(DigitalComputer)和模拟计算机(Analogue

Computer)两大类。①数字计算机，是通过电信号的有无来表示数,并利用算术和逻辑运算法则进行计算

的。它具有运算速度快、精度高、灵活性大和便于存储等优点，因此适合于科学计算、信息处理、实时控制

和人工智能等应用。我们通常所用的计算机，一般都是指的数字计算机。

②模拟计算机，是通过电压的大小来表示数，即通过电的物理变化过程来进行数值计算的。其优点是速

度快，适合于解高阶的微分方程。在模拟计算和控制系统中应用较多，但通用性不强，信息不易存储，且计

算机的精度受到了设备的限制。因此，不如数字计算机的应用普遍。

⑵按照计算机的用途可将其划分为专用计算机（SpecialPurposeComputer）和通用计算机（General

PurposeComputer1

在通用计算机中，人们又按照计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标

将计算机分为巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等几类。（考点：计算机根据运算速度、存储能力、

功能强弱、配套设备等因素可划分为：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。）

随着超大规模集成电路技术的发展，微型计算机进入快速发展时期，计算机技术和应用进一步普及。微

型计算机按字长划分，可分为：8位机、16位机、32位机、64位机，而微型计算机按体积大小划分，又可

分为：台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机。

㈢计算机的应用

1.科学计算；2.信息处理；3.过程控制;4.计算机辅助工程；5.人工智能；6.计算机网络；7.电子商务

㈣信息技术概述

L信息与数据

⑴数据：指的是人们用于表达、描述、记录客观世界事物与现象属性的某种物理符号。

注：数据不仅包括数字、文字、字母和各种特殊符号等文字数据，还包括图形、图像、动圆、影像、声

音等各种多媒体数据。但使用最多、最基本的仍然是文字数据。

⑵信息：是客观世界事物与现象属性的反映，是经过加工处理，并对人类的客观行为产生影响的具有知

识性的有用数据。

⑶信息处理:为了产生信息而对原始数据进行的加工处理。信息处理通常包括数据的采集、接收、转换、

传递、存储、整理、分类、排序、索引、统计、计算、检索等一系列的活动过程。

2信息技术

⑴人类经历的信息革命：第一次是语言的产生；第二次是文字的使用；第三次是印刷术的发明；第四次

是广播、电话、电视的应用。第五次是计算机技术和现代通信技术的应用与发展。

⑵现代信息技术包括：

①信息感测技术，即获取信息的技术；

②信息传输技术，就是通信技术；③信息控制技术；④信息存储技术；⑤信息处理技术。

3.现代信息技术的特点

⑴数字化；⑵多媒体化；⑶网络化；⑷智能化。

二.计算机中信息的表示与存储

计算机的主要功能是进行数值运算、信息处理和信息存储。

㈠说立计数制

1.数制的概念

数制又称为计数制，是指用一组固定的数字或者文字符号（称为数码），和一套统一的规则来表示数值大

小的方法。数制可以分为非进位数制和进位计数制两类。

⑴非进位计数制：表示数值大小的数码与它在数中的位置无关的计数体制称为非进位计数制。罗马数字

⑵进位计数制：表示数值大小的数码与它在数中的位置有关，采用进位原则的计数体制称为进位计数

制。

2.进位计数制

构成进位计数制的三个要素，它们是：

⑴基数：进位计数制使用固定的R个数码，R称为该计数制的基数，并逢R进一。R等于几，即为几进

制，逢几进一。

⑵数位：指的是数码在一个数中所处的位置。数位以小数点为基准进行确定。

⑶位权：位权的大小等于以基数为底、数位序号为指数的整数次器的值。

㈡常用进位计数制间的相互转换

任何有理数都可以写成某种进位计数值的按权展开表达式。

1.-卜进制数间的相互转换

⑴将十进制数转换成二进制数时，需要对整数部分和小数部分分别进行，然后将各自得到的结果组合，

以获得最后结果。步骤如下：

①整数的转换：采用除2取余法，得到的余数，其高低位顺序由后（下）向前（上）取；

②小数的转换：采用乘2取余法，得到的余数，其高低位顺序由后（下）向前（上）取；

③将转换获得的整数和小数部分组合起来，即得转换为二进制数。

⑵二进制转换为十进制

二进制数转换成十进制数只需采用按权展开乘幕求和的方法即可。

2-——八进制数、十六进制数间的相互转换

⑴二进制数转换成八进制数、十六进制数

1位八进制数可以用3位二进制数表示，1位十六进制数可以用4位二进制数表示。

①二进制数转换成八进制数

方法是：以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，每三位一组，用相应的八进制数表示，到左端

最高位或右端最低位不足三位时，用0补足。

②二进制数转换成十六进制数

方法是：以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，每四位一组，用相应的八进制数表示，到左端

最高位或右端最低位不足四位时，用0补足。

⑵八进制数、十六进制数转换成二进制数

将八进制数、十六进制数转换成二进制数的方法是将上述转换方法的逆操作。只要将每位八进制数或十

六进制数分别用相应的三位或四位二进制数表示即可。

3.十进制与其他进制间的相互转换

⑴十进制转换成八进制

方法与转换成二进制数的方法相似，整数、小数分别转换。整数部分采用除8取余法，小数部分采用乘8

取整法，最后将转换结果组合起来。

⑵八进制数转换为十进制数

将八进制数转换成十进制数同样只需采用按权展开乘鬲求和的方法即可。

⑶十进制与任意进制间的转换

方法：

①十进制数转换成任意进制数

将十进制数的整数、小数分别转换。整数部分采用除基数取余法，小数部分采用乘基数取整法，最后将

转换结果组合起来即可。

②任意进制数转换成十进制数

写出以该进制数的基数为底的按权展开式，乘幕求和算出该多项式的结果即可。

4.计算机技术中使用的数制

⑴常用的进位计数制

表i.i计混机中几种常用进位计数制的特点

进位制十进制二进制八进制十六进制

基数R-IOR»2R-8R-I6

0」,2,3,4,5,6,7,&9,

数厂a1,2,3,4,5,6,7,8,90,I0,1,23,4,5,6,7,

ABC.DEF

位权10,2,81出

规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一

缩写字留D(Decimal)B(Binary)O(Octal)H(Hexadecimal)

⑵计算机与二进制

二进制的优点（为什么计算机中采用二进制数表示各种信息数据）：

①表示方便

二进制数只有0和1两个数码，在计算机中非常容易用电子元器件、电子线路、磁芯等物理部件的两种

不同的物理状态来表示。如晶体管的导通与截止，开关的接通与断开等。

②运算简单

③逻辑运算：既便于使用逻辑代数的方法去设计和简化计算机的各种逻辑电路，也可以在计算机中根据

二值逻辑运算。

④可靠性高：二进制数只有0和I两个基本数码，在存储、传输和处理时不容易出错，可靠性高。

⑤转换方便：计算机使用二进制，人们习惯于使用十进制。而二进制与十进制间的转换很方便，因此使

人与计算机间的信息交流既简便又容易。

㈢二进制数的运算

1.算术运算

⑴加法运算

0+0=00+1=10+1=11+1=10

⑵减法运算

0-0=00-1=11-0=11-1=0

⑶乘法运算

0*0=00*1=01*0=01*1=1

⑷除法运算

0/0=00/1=01*0（无意义）1/1=1

2.二进制的逻辑运算

⑴逻辑与运算

又称道辑卖法,常用“-”或"X”或“And”表示.

逻辑与运算所表示的逻辑运算关系是：只有当所有的条件都成立（为真）时.结果才成

立（为真）：若有一个条件不成立（为假），结果就不成立（为假）.

遗辑与运算的运算规愿如下：

0-0=00-1=0I-0=0i-1=1⑵逻辑或运算

又称逻辑加法,常用“一”或"Or”表示.

逻辑或运算所表示的逻辑运算关系是：在所有的条件中只要有一个条件成立（为真），

结果就成立（为其）：只有当所有条件不成立（为假）时,结果才不成立（为假）.

逻辑或运算的运算规则如下।

0-0=004-1=11+0=11-1=1⑶逻辑非运算

又称逻辕否定或逻辑反.常用在避短负或逻辑变量上加一横,或者用“、。【”来表示.

例如A的逻辑非写作A.逻辑非运算舁表示的逐辑运算关系是：条件为真时,结果为假：

条件为假时.结果为真.

逻辑非运算的运算就笈如下：

6=I1=0

由以上运算规列可知.逻辑非运算的意义是：当参与运算的逻辑变量宜为。时,逻♦非

运算的结果为1,而避组变量位为1时,结果为0・

㈣数值型数据在计算机中的表示

1.真值与机器数

机器数：将计算机使用的二进制数的最高位作为符号位，用"0"表示正号,"1"表示负号，用其余位表

示数值的大小。

在计算机内部将正、负号数字化后得到的数称为机器数，而在计算机外部用正、负号表示的实际数值，

称为该机器数所表示的真值。

2.定点数与浮点数

在计算机中小数点并不占用二进制位。

根据对小数点位置的规定，机器数有整数、定点小数和浮点小数之分，整数和定点小数都是定点数。

⑴定点数

在机器数中，小数点的位置固定不变的数称为定点数。

①若将小数点的位置固定在机器数最低位之后，此时的机器数表示的就是一个纯整数。

对于n位带符号的二进制整数，可表示数值的位数为n-1位,其取值范围是：।N/2z一।

②若将小数点的位置固定在符号位之后，数值最高位之前，此时的机器数表示的就是一个纯小数，又称

定点小数。对于n位带符号的二进制定点小数，可表示数值的位数为n-1位，其取值范围是：

INIWl-2-g)

⑵浮点数

小数点的位置在数中是可以变动的，这种数值表示法称为浮点表示法。浮点表示法将任意一个二进制数

表示成阶码和尾数两部分。

例如：二进制数110.011可以写成下列各种不同的形式：

0.110011X2111.10011X21011.0011X2*

1100.11X2-'11001.1X2-10110011X2""

注意：在上述各式中，2的指数也是二进制数，

因此，二进制数N的浮点表示法的一般形式为：

N=±MX2±E

其中：E是N的阶码(又称指数),E前的正负号称为阶符；

M是N的尾数，为数值的有效数字部分，M前的正负号称为数符；2是二进制数的基数。

浮点数在计算机中的一般表示形式如下：

|阶符|E|数符|M-

JV-―-----」•J_V-J

阶码部分小数点尾数部分

注：小数点的位置隐含在数符与尾数之间，即尾数总是一个小于1的数。数符占一位，用于确定该浮点

数的正负。阶码总为整数，用于确定小数点浮动的位数。阶符也占一位，用于确定小数点浮动的方向。若阶

符为正，小数点向左浮动；若阶符为负，小数点向右浮动。

3.原码、反码和补码

⑴原码

原码是机器数的一种简单表示法。用n位二进制数的最高位作为符号位，符号位的"0"表示正号,"1"

表示负号，其余位表示二进制数的数值。

n位原码能够表示的数值范围是：-(2-1-1)~(2n-i-l)

⑵反码

机器数的反码表示可以很容易地从原码得到。当机器数为正时，其反码与原码相同；当机器数为负时，

符号位保持不变（仍为"1"）,其余数值位全部按位取反，得到的就是反码。

反码通常作为求补码的中间过程。

（3汴海

机器数的补码表示也同样可以通过原码得到。当机器数为正数时，其补码与原码相同；当机器数为负数

时，符号位保持不变（仍为"1"）,其余数值位全部按位取反后再加1，得到的就是补码。简单地说，负数的

补码就等于该数的反码加1.

㈤非数值型数据在计算机中的表示

编码，指的是使用某种符号的组合，表示特定对象信息的过程。例如邮电部门使用的电报明码、邮政编

码，以及车辆牌号，路牌号码。

1.二——十进制数字编码（BCD）

所谓二——十进制编码指的是将每一位十进制数用四位二进制数来表示。例如，最常用的是8421码。

8421BCD码的编码方式最简单，每一位十进制数用四位二进制数表示，自左向右每一位二进制数对应的位权

分别是8、4、2、1,故称之为8421码。

2.ASCU字符编码

ASCII的全称是americanstandardcodeforinformationinterchange（美国信息交换标准代码）。

ASCII码现在已经成为西文字符编码的国际通用标准。

标准ASCII码用7位二进制数表示一个字符。因为27=128,所以可以表示128个不同的字符。

在计算机中，因为每个ASCH码字符占用一个字节，故称之为单字节字符。标准ASCII码字符只使用低7

位，最高位为0.有时最高位可以用来存放奇偶校验的值，因此该位也可以称为校验位。

3.中文字符编码

汉字的编码主要分为四类：汉字交换码、汉字机内码、汉字输入码和汉字字形码。

⑴汉字交换码:简称国标码（GB）。它是由国家制定的用于汉字信息交换的标准汉字编码。每个汉字字符

采用两个字节表示，故称之为双字节字符。

⑵汉字机内码

汉字机内码就是汉字字符在计算机内部存储、处理时表示代码。汉字机内码将各字节的最高位设置为

10

⑶汉字输入码

输入码常称为外码。

根据汉字输入编码方法的不同，可以分为四大类：数字码、拼音码、字形码和音形码。

⑷汉字字型码：是用于表示汉字字体形态的字模数据代码，用于汉字符的显示和打印。通常用字形点阵

或者矢量函数表示。

汉字的输入，计算机内部的处理，再到汉字的输出，需要多种汉字编码的支持和相互转换才能完成。如

下图所示

™箱入4交接行.I-.以字库4-IS，E输出4.,r.

以字信息-----►输入码------►机内码------►字形码-----►汉字值思

（六）数据在计算机中的存储

L名词术语

⑴位（bit）:是二进制数字的缩写。位是存储在计算机中的最小的数据单位，也就是二进制数的最小单

位：有0和1两个值得一位二进制数。在计算机网络通信中，常用（bps,每秒多少位）来衡量数据传输速率的快

慢。

⑵位模式：指的是由若干位组成的一个序列。位模式的长度取决于要表示的数据的数量。

⑶字节（）:通常将长度为的位模式称之为字节。即

Byte8lB=lb0

IKB=2'°B=1024B

IMB=2'°KB=1024KB=22aB=1024:B=1,048,576B

IGB=2'°MB=1024MB=2wB=）0243B=1,073,741,824B

1TB=210GB=1024GB=2*08=1024^8=1.0995116X12B

1PB=2'°TB=1024TB=25°B=1024sB

1EB=2'°PB=1O24PB=2MB=1024*8

⑷字与字长

字长取决于CPU中寄存器存储单元的长度，即CPU一次能够直接处理的二进制数据的位数。微处理器

的字长已从早期的4位、8位,发展到了16位、32位,目前已达到64位。

⑸内存地址

指的是内存储器中用于区分、识别各个存储单元的标示符。内存地址使用无符号的二进制整数表示。

地址空间指的是内存储器中可标识的独立地址

单元的总数,例如，一个64K字节.字长为I字节的

内存储器的地址空间需要使用16位(2,6)的位模式

来表示.用无符号二进制整数表示的起止地址为t

0000000000000000-1111111111111111：其对应的

十进制地址为：0-65535：遹笔采用十六进制表示为：

0000H-FFFFH.

2.数据存储

数据在内存储器中是以字节为单位存储的。

三.计算机系统的组成与工作原理

㈠冯诺依曼计算机体系结构

设计思想主要有三点：⑴采用二进制数制；⑵程序和数据都存放在存储器中，将程序指令作为数据进行

处理；⑶为实现存储程序的工作原理，计算机的硬件应由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五

个部分组成。

器

/制

j—

s—

（CP

处理器

q：丑

I~

运其寿

L-

H

主机

硬厂|

件

he

.Cac

ROM

M.

-RA

----

----

器-

存储

系—内

需

设入

条行

屏、

皎覆

光电、

捕女.

标、汨

、屎

键直

的一

入设

统一轮

仪

检图

机.

、打印

示器

---显

----

前--

出设

——粕

「外前

U

设备

存彼

、闪

光盘

带.

.烟

-《8盘

----

----

储器

闻一外存