第1章 计算机基础知识.ppt

第1章计算机基础知识 1 1计算机概述1 2计算机中的数制1 3常见的信息编码 本章要求 了解计算机的发展 特点及用途 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换 了解计算机的信息编码 1 1计算机概述 1 1 1计算机的发展历史1 1 2计算机的发展趋势1 1 3计算机的特点1 1 4计算机的分类1 1 5计算机的应用 什么是计算机 计算机是一种工具不是交通运输工具不是机械加工工具不是 工具计算机是一种信息处理工具 计算机是通用的信息处理工具 计算机的信息处理功能 信息的收集 信息获取 信息的储存 信息存储 信息的加工 信息处理 信息的传递 通信 信息的施用 展现与控制 什么是计算机 计算机有哪些特性 计算机的特性 1 速度快 2 存储容量大 3 通用性好不仅能处理数字和文字 而且能对图像 声音等多种形式的信息进行处理不仅能进行数学运算 而且能进行逻辑运算不仅能进行运算 而且具有信息的获取 存储 传输 展现等功能 4 计算机与计算机具有互连 互通和互操作的能力 1 1 1计算机的发展历史 第一台电子计算机 ENIAC 1946年2月由宾州大学研制成功标志电子计算机时代的到来 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 电子数字积分计算机 重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节 计算机的分代 电子管 晶体管 集成电路 超大规模集成电路 1 1 2计算机的发展趋势 以超大规模集成电路为基础巨型化不是体积大 而是速度高 容量大 功能强微型化体积缩小 重量减轻网络化分散的计算机联成网智能化计算机具有一定的 思维能力 多媒体化 天文 气象 宇航 核反应 模拟人脑学习 推理目前世界运算速度最快的计算机天河II 每秒运算次数可达3 39亿亿次 1 1 3计算机的特点 高速运算能力计算精度高 具有可靠的判断能力具有记忆和逻辑判断能力具有自动控制能力 1 1 4计算机的分类 1 1 5计算机的应用 科学计算信息处理自动控制计算机辅助设计和辅助教学人工智能多媒体技术的应用计算机网络的应用商务处理信息管理家用电器 计算机辅助设计和辅助教学 CAD computeraideddesign计算机辅助设计CAM computeraidedmanufacturing计算机辅助制造CIMS computerintegratedmanufacturesystem计算机集成制造系统CAE computeraidedengineering计算机辅助工程CBE computerbasededucation计算机辅助教育 电子商务 ElectronicCommerce ECElectronicBusiness EB指利用计算机和网络进行的新型商务活动 将生产企业 流通企业以及消费者和政府带入一个网络经济 数字化生存的新天地不受时间 地域的限制 根据交易双方的不同分为三种形式B2B 企业与企业阿里巴巴网站B2C 企业与消费者一拍网 亚马逊C2C 消费者之间易趣网 淘宝网 虚拟现实 VirtualReality 1 虚拟现实 VirtualReality VR 简单的说是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统作为一门先进的人机交流技术 虚拟现实技术已被广泛应用军事模拟 视景仿真 虚拟制造 虚拟设计 虚拟装配 科学可视化等领域通常用户头戴一个头盔 用来显示立体图象的头式显示器 或者采用大屏幕立体投影 手持传感手套 仿佛置身于一个幻觉世界中 在虚拟环境中漫游 并允许操作其中的 物体 国防 建筑设计 工业设计 培训 医学领域建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术 虚拟现实 VirtualReality 2 人工智能 人工智能主要研究用人工的方法和技术 模仿 延伸和扩展人的智能 实现机器智能 中国美女机器人 美女 机器人是中国首台同时具有语音识别功能 运动控制能力和人机交互功能的仿人型机器人由中国科学院自动化研究所10余位研究人员花费一年时间研制 美女 机器人身高168cm 体重60kg 这个体重标准可不苗条啊 身着红色婚纱 她 的面部由玻璃钢材料制成 嘴和眉毛是画上去的 眼睛可以转动 会讲英语和四川方言 可以充当导游和摄影师 司仪或前台接待 此外 还拥有唱歌 讲笑话等功能 可以自动识别行走过程中碰到的障碍 1 2计算机中的数制 1 2 1二进制数1 2 2二进制与其它数制1 2 3不同进制数之间的转换1 2 4二进制数在计算机内的表示1 2 5计算机中信息的表示 不同进位制数的表示和含义 数 是一种信息 它有大小 数值 可以进行四则运算 数 有不同的表示方法 日常生活中人们使用的是十进制数 但计算机使用的是二进制数 程序员还使用八进制和十六进制数 它们怎样表示 其数值如何计算 1 2计算机中的数制 计算机只认识 0 和 1 任何信息必须转换成二进制形式数据后才能由计算机进行处理 存储和传输 数制 计数制 指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法 编码采用少量的基本符号 选用一定的组合原则 以表示大量复杂多样的信息的技术 十进制数 每一位可使用十个不同数字表示 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 低位与高位的关系是 逢10进1各位的权值是10的整数次幂 基数是10 标志 尾部加 D 或缺省例 204 96 2 102 0 101 4 100 9 10 1 6 10 2 二进制数 每一位使用两个不同数字表示 0 1 即每一位使用1个 比特 表示低位与高位的关系是 逢2进1各位的权值是2的整数次幂 基数是2 标志 尾部加B例 101 01B 1 22 0 21 1 20 0 2 1 1 2 2 5 25 八进制数 每一位使用八个不同数字表示 0 1 2 3 4 5 6 7 低位与高位的关系是 逢8进1各位的权值是8的整数次幂 基数是8 标志 尾部加O例 365 2O 3 82 6 81 5 80 2 8 1 245 25 十六进制数 每一位使用十六个数字和符号表示 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 逢16进1 基数为16各位的权值是16的整数次幂 基数是16 标志 尾部加H例 F5 4H 15 161 5 160 4 16 1 245 25 不同进位制数的比较 1 2 1二进制数 二进制数的特点 最多只有两个不同的数字符号 即0和1逢二进一 基数为二 逢二进一 借一为二 二进制优点 0 1两个状态易物理实现运算规则简单算术运算与逻辑运算容易沟通 N an 1 rn 1 an 2 rn 2 a0 r0 a 1 r 1 a m r m r进制数N可表示为 R进制数用r个基本符号 例如0 1 2 r 1 表示数值 基数 权 数码 678 34 6 102 7 101 8 100 3 10 1 4 10 2 1 2 2二进制与其它数制 1 2 3不同进制数之间的转换 熟练掌握不同进制数相互之间的转换 在编写程序和设计数字逻辑电路时很有用只要学会二进制数与十进制数之间的转换 与八进制 十六进制数的转换就不在话下了 十进制数 二进制数 转换方法 整数和小数分开转换整数部分 除以2逆序取余小数部分 乘以2顺序取整例如 29 6875 11101 1011B注意 十进制小数 如0 63 在转换时会出现二进制无穷小数 这时只能取近似值 二进制数 十进制数 转换方法 二进制数的每一位乘以其相应的权值 然后累加即可得到它的十进制数值例 11101 1011B 1 24 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3 1 2 4 29 6875 八进制数与二进制数的互换 八进制 二进制 把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数 且保持高低位的次序不变例 2467 32O 010100110111 011010B二进制 八进制 整数部分从低位向高位每3位用一个等值的八进制数来替换 不足3位时在高位补0凑满3位 小数部分从高位向低位每3位用一个等值八进制数来替换 不足3位时在低位补0凑满三位例 1101001110 11001B 001101001110 110010B 1516 62O 1位八进制数与3位二进制数的对应关系 十六进制数与二进制数的互换 转换方法 与八 二进制互换的方法类似例1 35A2 CFH 11010110100010 11001111B例2 1101001110 110011B 34E CCH 1位十六进制数与4位二进制数的对应关系 补充知识 二进制数的算术运算 1 二进制数的加法运算 2 二进制数的减法运算 加法运算法则0 0 00 1 1 0 11 1 0 减法运算法则0 0 1 1 01 0 10 1 1 两个二进制数相加 每一位上有3个数相加 即本位的被加数 加数和来自低位的进位 两个二进制数相减 每一位上有3个数参与减法运算 即本位的被减数 减数和向高位的借位 3 二进制数的乘法运算4 二进制数的除法运算 乘法运算法则0 0 00 1 1 0 01 1 1 除法运算法则0 0 00 1 01 1 1 作业题 1 请计算十进制数434 58的二进制 八进制 十六进制数 2 比较下列几个数的大小 662 45 Q 1B3 99 H 110110010 1001 B3 计算二进制数11001001 00100111 11001001 00100111 内容回顾 什么是计算机 计算机的特点 分代 类型数制二进制 八进制 十六进制数制转换 1 2 4二进制数在计算机内的表示 整数的表示实数的表示 整数 定点数 的表示 1 计算机中数的类型 2 无符号整数的表示 3 带符号整数的表示 PC机中数的主要类型 都采用二进制表示 有不同类型和不同长度不同类型和不同长度的数各有不同的用途 计算机中的数 小数点固定隐含在个位数右面 小数点不固定 无符号整数的表示 采用 自然码 表示 取值范围由位数决定 8位 可表示0 255 28 1 范围内的所有正整数16位 可表示0 65535 216 1 范围内的所有正整数n位 可表示0 2n 1范围内的所有正整数 带符号整数的表示 表示方法 用1位表示符号 其余用来表示数值部分 符号如何表示 用最高位表示 0 表示正号 1 表示负号 数值部分如何表示 原码 反码 补码 1 2 5计算机中信息的表示 机器码在计算机中把符号位和数值一起数码化来表示相应的真值 此编码称为机器码有原码 反码 补码等方法 数据在计算机中的表示方式 机器数 77 符号位 真值 机器数 真值 假定一个数在机器中占用8位 计算机中信息的表示 原码原码的最高位为符号位 其余的位为整数绝对值的自然码 反码正数的反码同原码 负数的反码是将该负数的原码符号位不变 其他位取反 补码正数的补码与原码相同 负数的补码等于其反码末位加1 3 补码 带符号数的表示 假定一个数在机器中占用8位 1 原码 原码补码举例 例1 43 用8位原码表示所以 43 的8位原为 00101011例2 43 用8位原码表示所以 43 的8位原码为 10101011例3 43 用8位补码表示所以 43 的8位补码为 11010101例4 64 用8位补码表示所以 64 的8位补码为 11000000 43 0101011取反 1010100加1 1010101 64 1000000取反 0111111加1 1000000 举例 43 的8位原码为 00101011 43 的8位原码为 10101011 常见十进制数的原码反码补码对比 不同编码方式比较 优缺点分析 原码表示法优点 与日常使用的十进制表示方法一致 简单直观缺点 加法与减法运算规则不统一 增加了成本 整数0有 00000000 和 10000000 两种表示形式 不方便补码表示法优点 加法与减法运算规则统一 没有 0 可表示的数比原码多一个缺点 不直观 人使用不方便结论 带符号整数在计算机内不采用 原码 而采用 补码 的形式表示 带符号整数的编码表示范围 原码可表示的整数范围8位原码 27 1 27 1 127 127 16位原码 215 1 215 1 32767 32767 n位原码 2n 1 1 2n 1 1补码可表示的整数范围8位补码 27 27 1 128 127 n位补码 2n 1 2n 1 1 128表示为10000000 127表示为01111111 小结 3种整数的比较 计算机中整数有多种 同一个二进制代码表示不同类型的整数时 其含义 数值 可能不同一个代码它到底代表哪种整数 或其它东西 是由指令决定的 实数 浮点数 的表示 实数的特点与表示方法 特点 既有整数部分又有小数部分 小数点位置不固定整数和纯小数是实数的特例任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积例如 56 725 0 56725 102 0 0034756 0 34756 10 2实数的表示方法 记阶法 用3个部分表示乘幂中的指数 表示实数中小数点的位置纯小数部分 尾数 表示实数中的有效数字部分数的正负 符号 二进制实数的浮点表示 与十进制实数一样 二进制实数也可以用记阶法表示例如 1001 011B 0 1001011B 2100 0 0010101B 0 10101B 2 10可见 任一个二进制实数N均可表示为 N S 2P 其中 是该数的符号 S是N的尾数 P是N的阶码 因此 32位的单精度浮点数在计算机中可表示为 规格化的形式 尾数的绝对值大于等于0 1并且小于1 从而唯一地规定了小数点的位置 1 3常见的信息编码 十进制数的编码与表示西文信息的编码与表示中文信息的编码与表示 1 3 1BCD码 二 十进制编码 BCD BinaryCodeDecimal 码是用若干个二进制表示一个十进制数的编码 BCD码有多种编码方法 常用的有8421码 8421码将十进制数码0 9中的每个数分别用4位二进制编码表示 对于多位数 只须将它的每一位数字用8421码直接列出即可 例如 十进制数转换成BCD码如下 1209 56 10 0001001000001001 01010110 BCD 十进制数与BCD编码的对照表 1 3 2ASCII码 字符编码 CharacterCode 就是用二进制编码来表示字母 数字以及专门的符号 目前计算机中普遍采用的是ASCII AmericanStandardCodeforInformationInterchange 码 即美国信息交换标准代码 ASCII码 128个常用字符 用7位二进制编码 从0到127控制字符 0 32 127 普通字符 94个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 换行0AH10回车0DH13空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122 1 3 3汉字编码 汉字也是字符 是中文的基本组成单位 汉字数量大 目前汉字的总数已超过6万个 字形复杂 异体字多 同音字多 汉字信息的处理相对较复杂 汉字信息的处理一般包括汉字的编码 输入 输出 存储 处理与传输 汉字输入码 外部码 音码类 全拼 双拼 微软拼音 自然码和智能ABC等形码类 五笔字型法 郑码输入法等 2 汉字国标码 GB2312 80 每个汉字占两个字节 所有的国标汉字与符号组成一个94 94的矩阵 在此方阵中每一行称为一个 区 区号为01 94 每一列称为一个 位 位号为01 94 每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码 叫该字符的区位码 区位码转换成国标码 先将十进制的区位码按区和位转换成十六进制数再加上2020H如 啊 区位码为1601D 国标码3021H 中 5448D 5650H 3 机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 汉字国标码汉字内码中5650H 0101011001010000 B 1101011011010000 B华3B2AH 0011101100101010 B 1011101110101010 B 1 3 3汉字编码 2 1 3 3汉字编码 3 4 汉字字形码点阵 汉字字形点阵的代码有16 16 24 24 32 32 48 48等编码 存储方式简单 无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量 存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反 5 汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系 最高位为0 基本多文种平面 BMP 0组0平面 包含字母 音节及表意文字等 例如 A 41H ASCII 00000041H UCS 大 3473H GB2312 00005927H UCS 6 其他汉字编码UCS码 Unicode码 GBK码 BIG5码等国际标准 通用多八位编码字符集UCS UniversalCodeSet 世界各种文字的统一的编码方案 一个字符占4个字节 分为 1 3 3汉字编码 4 Unicode码另一国际标准 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字 其字符集内容与UCS的BMP相同 GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准 2字节表示一个汉字第一字节从81H FEH 最高位为1 第二字节从40H FEH 第二字节的最高位不一定是1 BIG5编码台湾 香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准 包括440个符号 一级汉字5401个 二级汉字7652个 共计13060个汉字 1 3 3汉字编码 4 1 4计算机系统简介 硬件指构成计算机的物理设备 由机械 电子器件构成的具有输入 存储 计算 控制和输出功能的实体部件软件指在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档 计算机系统的组成 1 4 1计算机软件系统 系统软件一般包括操作系统 语言编译程序 数据库管理系统应用软件是指计算机用户为某一特定应用而开发的软件 例如文字处理软件 表格处理软件 绘图软件 财务软件 过程控制软件等 操作系统 最基本 最重要的系统软件负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源合理地组织计算机各部分协调工作为用户提供操作 编程界面功能处理机管理 存储器管理 设备管理 文件管理 作业管理分类单用户操作系统 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 计算机语言 程序设计语言 人和计算机交流信息使用的语言分类机器语言一种用二进制代码 0 和 1 形式表示的 能被计算机直接识别和执行汇编语言一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言 机器不能直接识别和执行 必须由 汇编程序 或汇编系统 翻译成机器语言程序才能运行高级语言一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言 计算机不能识别和执行 要把用高级语言编写的源程序翻译成机器指令 通常有编译和解释两种方式 数据库管理系统 有效地进行数据存储 共享和处理的工具应用范围档案管理 财务管理 图书资料管理 仓库管理 人事管理等数据处理微机系统常用的单机数据库管理系统DBASE FoxBase VisualFoxPro等适合于网络环境的大型数据库管理系统Sybase Oracle DB2 SQLServer等 应用软件 提供某种特定功能的软件 一般都运行在操作系统之上 由专业人员根据各种需要开发杀毒软件 办公软件 学习软件 游戏软件 联网及通信软件 浏览器InternetExplore Firefox下载工具Flashget CuteFTP即时通信软件ICQ QQ MSN 1 4 2计算机硬件系统 计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五个基本部分组成 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备 CPU 计算机硬件的逻辑结构1 经典计算机的逻辑结构 冯 诺依曼计算机 注 逻辑结构意指概念上 即功能上 的结构 计算机硬件的逻辑结构2 现代计算机的逻辑结构 与经典计算机结构相比的3个变化 集中控制 分散控制存储器 内存储器 外存储器通过CPU通信 通过总线进行通信 1 中央处理器 2 存储器 是计算机存储数据和程序的记忆单元集合 每个记忆单元由8位二进制位组成 可读写其中的数据 分为内存储器外存储器 存储器 存放大量信息的外存储器 信息交流中心内存储器 数据存储的组织形式 位字节字字长 每个记忆单元由8位二进制位组成 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 存储单元 0000H0001H0002HFFFFH 存储体结构图 存储位 存储单元 字节 存储体 内存储器的访问过程 向 0001 单元写数据 地址0001 控制 写 10000000 3 输入设备 输入 input 的双重含义 1 把信息送入计算机的过程 2 向计算机输入的内容输入设备 inputdevices 功能 用来向计算机输入信息输入设备有多种 例如 键盘 输入文字 符号和命令鼠标器 输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪 输入图片麦克风 输入声音输入设备的共性 不论信息的原始形态如何 输入到计算机中的信息都使用二进位来表示 4 输出设备 输出 output 的双重含义 1 把信息送出计算机的过程 2 从计算机输出的内容输出设备 outputdevices 功能 从计算机输出信息输出设备有多种 例如 显示器 输出文字 符号和图形打印机 打印文字 符号和图形扬声器 输出声音 多数 输出设备的共性 把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式 文字 符号 图形 声音等 5 总线 bus 功能 用于连接CPU 内存 外存和各种I O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路分类 CPU总线 或前端总线 用于连接CPU和内存的总线I O总线 连接内存和I O设备 包括外存 的总线 87 计算机基本工作原理 指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码 完成一种操作 数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令其它指令 IfGoto AndOr 对计算机的硬件进行管理等 指令 结构 分类 操作码要完成的操作类型或性质操作数操作的内容或所在的地址 88 计算机基本工作原理 指令的执行过程分为以下4个步骤 取指令按照指令计数器中的地址 从内存储器中取出指令 并送往指令寄存器 分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析 由译码器对操作码进行译码 将指令的操作码转换成相应的控制电位信号 由地址码确定操作数地址 执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息 去完成该指令所要求的操作 一条指令执行完成 指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器 然后回到 89 图2 5计算机基本工作原理 1 5多媒体计算机 1 5 1多媒体的基本概念1 5 2多媒体计算机的关键技术1 5 3多媒体计算机系统 1 5 1多媒体的基本概念 媒体人与人之间进行信息沟通和交流的中介物称之为 媒体 一是指存储信息的实体 如磁盘 光盘等 二是指交流 传播信息的载体 如文字 图形图像 视频等多媒体人们将文字 图形 图像 音频 视频 动画所构成的复合体统称为多媒体前三种称为静态媒体 后三种称为动态媒体多媒体技术多媒体技术是指计算机综合处理文本 图形 图像 声音 视频等多种媒体信息 使它们建立一种逻辑连接 并集成为一个交互性系统的技术 多媒体技术的主要特性 多样性集成性交互性 1 5 2多媒体计算机的关键