chapter01计算机基础知识另.ppt

1,大学计算机基础,1 计算机基础知识,2,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 计算机的产生 计算机的分代与分类 计算机的发展趋势 计算机的应用 1.2计算机中信息的表示与编码 数制的概念 数制的转换 1.3 计算机系统的组成 计算机系统的构成 计算机系统的层次关系,3,1.1 计算机概述,1.1.1计算机的产生 算筹:春秋战国时期 算盘:唐朝 机械式计算机 1642年,机械式齿轮加减法器 1673年,四则运算机械式计算器 数字式电子计算机:巴贝齐-差分机和分析机 电子计算机 :ENIAC （二次大战时期、1946年）,4,数字式电子计算机,1812年差分机,1834年设计的分析机,5,ENIAC,1946年2月由宾州大学研制成功,重达30吨 启动电力150千瓦 18800个电子管 保存80个字节 占地160平方米 进行加法运算：5000次/秒、乘法运算：500次/秒,Electronic Numerical Integrator And Calculator 电子数值积分和计算机,6,7,电子计算机理论基础,阿兰图灵 建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础； 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 。 冯诺依曼 提出“存储程序”的概念。,8,提出“图灵机模型”，探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机是可以实现的。 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 。 人工智能领域之父,冯诺依曼提出“存储程序”的思想； 确立现代计算机体系结构； 五十多年来，虽然计算机技术突飞猛进，但计算机系统基本结构没有变。,9,冯诺依曼的三个重要设计思想,五大基本部件; 采用二进制数表示指令和数据; 将程序和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行,10,1.1.2 计算机的分代与分类,11,1.1.2 计算机的分代与分类,12,1.1.2 计算机的分代与分类,13,1.1.2 计算机的分代与分类,14,1.1.2 计算机的分代与分类,15,16,1.1.2 计算机的分代与分类,计算机的分代,第五代计算机：是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。研制中。,17,计算机的分类,按综合性能指标分类,巨型机：速度最快、处理能力最强，浮点运算达每秒数百万亿次,大型机：主要用于大企业、银行、高校和科研院所,小型机：高可靠性、高可用性、高服务性，结构简单，应用于中小企业,工作站：图形功能较强，高分辨率、大容量内外存,微型计算机：小巧、轻便、价格便宜，适合个人用户,嵌入式计算机：以应用为中心，软硬件可裁减的，嵌入于各种设备及应用产品内部,18,微型计算机,微型计算机又称为个人计算机(（Personal Computer,PC)，其最主要的特点是体积小、重量轻、价格便宜、适应性强和应用面广，除台式机外，还有体积更小的微机，如笔记本电脑、便携机、掌上型微机和PDA等。 微型机按字长可分为：8位机、16位机、32位机和64位机 按结构分为：单片机、单板机、多芯片机和多板机 按CPU芯片分为：286机、386机、486机、Pentiun机、PII机、P机和P机等。,19,微型计算机,第一代微型计算机（19711972） 微处理器：4位或8位 第二代微型计算机（19731977) 微处理器：8位，但集成度大幅度提高 第三代微型计算机 16位的Intel 8086 第四代微型计算机 32位集成度更高，INtel的Pentium系列；AMDk6系列等,20,1.1.3 计算机的发展趋势,冯诺依曼体系结构 巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化 非冯诺依曼结构 光子计算机、生物计算机、量子计算机、纳米计算机,21,22,23,24,25,1.1.4 计算机的应用,计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有： 1运算速度快； 2计算精度高； 3记忆能力强； 4可靠的逻辑判断能力； 5可靠性高，通用性强。,26,1.1.4 计算机的应用,科学计算 数据处理 数据库应用 过程控制 计算机辅助工程 CAD（计算机辅助设计） CAM（计算机辅助制造） EDA（电子设计自动化） CAI（计算机辅助教学） 人工智能（计算机仿真、专家系统） 电子商务 娱乐,27,1.2计算机中信息的表示与编码,数据、信息与编码 数据:计算机能够处理的数字、文字、语音、图形和图像等。 信息：数据中包含的意义。 编码：使用少量符号、按照一定规则、表示大量信息的方案。,28,1.2.1数制的概念,数制：是指用一组固定数字和一套统一的规则来表示数目的方法。 基数：数制所包含的数码的个数。 位权 ： 任何一个数都是由一串数码表示的，每一位所表示的值除其本身的数值外，还与它所处的位置有关，由位置决定的值就叫权。,29,常用数制,30,例如：十进制数54154.145,31,计算机为何采用二进制:,可行性 只有0，1两个数码，采用电子器件很容易物理上实现。 可靠性 只有两种状态，在传输和处理时不容易出错工作可靠，抗干扰能力强。 简易性 二进制的运算法规简单，使得计算机的运算器结构简化，控制简单。 逻辑性 0、1两种状态代表逻辑运算中的“假”和“真”，便于用逻辑代数作为工具研究逻辑线路。,32,莱布尼茨（1646-1716），德国伟大的数学家、物理学家、唯心主义哲学家。年，系统提出二进制的运算法则 。,1与0，一切数字的神奇渊源。这是造物的秘密美妙的典范，因为，一切无非都來自上帝。,二进制的发明者莱布尼茨,德国图灵根著名德郭塔王宫图书馆保存着一份莱布尼茨珍贵的手稿，其标题：,从中国八卦图参悟出二进制数之真谛,33,二进制数、八进制数和十六进制数之间的对应关系,34,1.2.2数制的转换,1非十进制转换为十进制 按权展开求和，即各数位与相应位权值相乘以后再相加即为对应的十进制数。 十进制数由09数码组成，位权为10n-1 二进制数：由0、1组成，位权为2n-1 八进制数：由07组成，位权为8n-1 十六进制数：由0F组成，位权为16n-1,35,二进制数 10110.101 = 124 +023 +122 +121+020+121+022+123 = 16 +0 +4 + 2 + 0 + 0.5 +0 +0.125 = 22.625,十进制数 1232.25 = 1 103 + 2102 +3101 + 2100 + 2101 + 5102,转换示例,36,八进制数 127.21 = 1 82 +281 + 780 + 281 + 182 = 64 + 16 + 7 + 0.25 + 0.15625 = 87.265625,十六进制数 1AF.C = 1 162 +A 161 + F 160 + C 161 = 1256 + 1016 + 15 + 120.0625 = 256 + 160 +15 + 0.75= 431.75,37,2. 十进制转换为非十进制,整数部分： 除以R取余法，先余为低后余为高。即整数部分不断除以R取余数，直到商为0为止，最先得到的余数为最低位，最后得到得余数为最高位。 小数部分： 乘R取整法，即小数部分不断乘以R取整数，直到积为0或达到有效精度为止，最先得到的整数为最高位（最靠近小数点），最后得到的整数为最低位。,38,十进制转换为二进制,整数部分： 除以2取余法，先余为低后余为高。即整数部分不断除以2取余数，直到商为0为止，最先得到的余数为最低位，最后得到得余数为最高位。 小数部分： 乘2取整法，即小数部分不断乘以2取整数，直到积为0或达到有效精度为止，最先得到的整数为最高位（最靠近小数点），最后得到的整数为最低位。,39,40,41,42,整数部分 除2取余,小数部分 乘2取整,【例】100.345(D) =,1100100,01011,(B),1. 十化二,.,43,【例】100 (D) =,3. 十化十六,144,(O),64,(H),除八取余 倒序排列,除16取余 倒序排列,2. 十化八,【例】 100 (D) =,44,3. 八进制、十六进制转换为二进制,因为23=8，24=16，所以， 一位十六进制数可由 四位二进制数来表示，一位八进制数可由三位二进制数来表示。 作反向转换： 三位二进制数可用一位八进制数表示 四位二进制数可用一位十六进制数来表示,45,4. 二进制转换为八进制、十六进制,整数部分：从右向左进行分组。 转化成八进制三位一组,不足补零。 转化成十六进制四位一组，不足补零。 小数部分：从左向右进行分组，方法同上 然后进行转换,46,转化示例,11 0110 1110.1101 0100 B)=36E.D4(H) 3 6 E . D 4 =36E.d1(H) 1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 (0011 0110 1111 0111.1100 0100)2=(36F7.C4 )16 3 6 F 7 c 4,01不足4位 后边补两个零 变为0100 !,47,1.2.3数据存储的组织形式,位 一个二进制代码称为一位，记为bit（读为比特)。是度量数据的最小单位，计算机中最直接、最基本的操作就是对二进制位的操作。 字节 以8位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为Byte。,48,字节是信息存储中最常用的基本单位。 计算机的存储器(包括内存与外存)通常也是以多少字节来表示它的容量 容量单位 1B=8bit 1KB=1024B=210 B “K”读“千” 1MB=1024KB=210KB“M”读“兆” 1GB=1024MB=210MB “G”读“吉” 1TB=1024GB=210GB “T”读“太”,49,字、字长 CPU在单位时间内能一次处理的一组二进制数称为字（Word），这组二进制数的位数就是字长。 常见的有8位、16位、32位、64位等。,50,地址 为了便于存放、查找和使用，每个存储单元必须有唯一的编号，称之为地址。通过地址可以找到数据所在的存储单元，读取或存入数据。,51,信息的编码,52,2. 十进制数的编码BCD码,它是一种用四位二进制数表示十进制数的数字编码,53,3字符的编码,西文字符 1963年，ASCII之父鲍勃比默尔制定了ASCII，1968年才成为美国标准。,他的汽车牌照为 “德克萨斯ASCII”,54,3字符的编码,ASCII码是“美国信息交换标准代码”的简称 ASCII码包括09十个数字，大小写英文字母及专用符号等95种可打印字符，还有33种控制字符。 一个字符的ASCII码通常占一个字节，用七位二进制数码组成，所以ASCII码最多可表示128个不同的符号。 例如：数字09用ASCII码表示为30H39H；大些英文字母AZ的ASCII码为41H5AH， ”H”表示十六进制。 30H转化成二进制位0110000，十进制48，这就是机器内数字0的ASCII码。 分基本集和扩展集。前128个ASCII码为基本集，表示基本字符的编码，随后出现的扩展集在英语国家用于存放制表符，非英语国家用于自己文字的编码。,“a”的ASCII码：97 “A”的ASCII码：65,55,汉字处理大致可分为三个步骤,(1)汉字信息输入(键盘输入、语音输入或字形输入) (2)汉字信息的加工处理(从某种意义上说，汉字处理过程实际上就是对汉字代码的转换过程) (3)汉字信息的输出 (显示输出、打印输出和语音输出等),56,57,4. 汉字的编码,汉字处理流程,58,（1）汉字输入码,区位码 音码 形码 音形码 手写输入 语音输入 扫描输入,59,汉字区位码,全部汉字及符号组成94*94的矩阵，在这矩阵中，每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”。这样，就组成了94个区（0194区），每个区94个位（0194）的汉字字符集。（6763个汉字,及一些符号） 区码和位码简单地组合在一起（即两位区码居高位，两位位码居低位）就形成了“区位码”。区位码可唯一确定某一个汉字或汉字符号，反之，一个汉字或汉字符号都对应唯一的区位码.如汉字“玻”的区位码为“1803”(即在18区的第3位)。,60,（3）国标码(GB231280),GB231280码， 我国的信息交换用汉字编码字符基本集，又叫国标码，。共收集汉字6763个，682个图形字符。其中汉字按其使用频度、组词能力、用途分为： 一级汉字，3755个，以拼音顺序排列，同音以笔划顺序排列 二级汉字，3008个，以笔划顺序排列 与区位码一一对应，在区位码的区号和位号上各自加32（即20H），就构成了该汉字的国标码。国标码中每个汉字的高位低位的最高二进制位仍为0,61,62,“玻”的区位码为“1803”(即在18区的第3位)。 国标码为18+3203+32=(5035)10 =3223H,63,（4）机内码,在计算机内部存储、处理和传输用的信息编码。 内码 = 国标码8080H（1000 0000 1000 0000）高位置1,64,汉字字形码,确定一个汉字点阵信息的代码。也叫字模或汉字输出码 存储汉字用的点阵越高存储质量越好。所占用的存储容量越高 分为通用型和精密型两类，通用型：16*16、24*24、32*32。精密型：96*96,65,点阵方式 汉字字形点阵1616、2424、3232、4848。,图 1616汉字点阵,特点：编码、存储方式简单、无需转换直接输出，但字形放大失真，而且同一种字体不同的点阵需要不同的字库。,汉字字形码,66,矢量方式 存储的是描述汉字字形的轮廓特征，字符中每一笔画的顶点坐标。 特点：存储量小，字体放大不失真。,矢量字形,67,其它汉字编码,其他汉字编码有BIG5、GBK、UCS等。 BIG5码俗称“大五码”，是通行于台湾、香港地区的一个繁体字编码方案。 GBK(汉字扩展内码规范)是中华人民共和国全国信息技术标准化技术委员会于1995年12月制定的一个汉字编码标准，它向下与GB编码兼容，向上支持ISO/IEC10646国际标准。一共收录了20902个汉字和图形符号，简、繁体字融于一库。 ISO/IEC10646 (通用多8位编码字符集)是国际标准化组织于1993年公布的一个编码标准，简称UCS。它用于对世界各国文字进行统