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第一章计算机基础知识 NanjingUniversityofInformationScience Technology Dept ComputerScience 本章要求 了解计算机的发展 特点及用途 弄清计算机的主要组成部件及其功能 了解计算机系统中数据 信息的表示形式 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换 主要内容 1 1计算机概论1 2计算机系统的组成1 3办公自动化概述1 4计算机常用的数制及编码1 5常见的信息编码 什么是计算机 1 1计算机概述 1 1 1计算机的发展概况 第一台电子计算机 ENIAC 1946年2月由宾州大学研制成功 第一台电子计算机 ENIAC 重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管 1 1 1计算机的发展概况 1 第一代 1946年 1958年 电子管阶段 电子管 1 1 1计算机的发展概况 2 第二代 1959年 1964年 晶体管阶段 晶体管 1 1 1计算机的发展概况 3 第三代 1965年 1970年 集成电路阶段 集成电路 1 1 1计算机的发展概况 4 第四代 1971年 现在 大规模 超大规模集成电路阶段 超大规模集成电路 计算机发展的几个阶段 1 1 2计算机的特点 高速运算能力计算精度高和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 3计算机的应用 1 科学计算 2 信息处理 3 自动控制 4 计算机辅助设计和辅助教学 5 人工智能 6 多媒体技术的应用 7 计算机网络的应用 8 商务处理 9 信息管理 10 家用电器 1 1 4计算机的发展方向 未来的计算机以超大规模集成电路为基础 向巨型化 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 计算机将具有一定的 思维能力 方向发展 CRAY 计算机发展 巨型化 巨型化 主要是指机器的性能 运算速度等 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机 Cray I 超级计算机应用 天气预报 地震机理研究 石油和地质勘探 卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域 计算机发展 巨型化 中国超级计算机 国防科技大学研制的 银河1号 银河2号 和 银河3号 国家职能计算机中心推出的 曙光1000 曙光200I 和 曙光3000 银河 计算机发展 微型化 计算机不再是单一的计算机器 而是一种信息机器 一种个人的信息机器 计算机发展 网络化 计算机网络 计算机技术与通信技术结合的产物 计算机网络的发展动力 使用远程资源 共享程序 数据和信息资源 网络用户的通讯和合作 计算机发展 网络化 因特网的建立正在改变我们的世界 改变我们的生活 网络具有虚拟和真实两种特性 网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性 而网络通信 电子商务 网络资源共享则具有真实的特性 再过几年 我们就完全可以通过因特网购买生活必需品 交纳各种费用 教学 管理个人账务等等 计算机发展 智能化 第一代机器人机械手 1962年出现 第二代机器人具有 感觉 的机器人第三代机器人装有启发式计算机的 智能机器人 返回 1 4计算机系统的组成 计算机系统包括 硬件系统和软件系统 硬件 指构成计算机的物理设备 即具有输入 存储 计算 控制和输出功能的实体部分 软件 指系统中的程序以及开发 使用和维护程序所需的所有文档的集合 计算机系统的组成 1 4 1计算机硬件的基本结构 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 JohnvonNeumann冯 诺依曼 冯 诺依曼计算机 冯 诺依曼思想 二进制计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五个基本部分组成存储程序工作原理 1 处理器 图2 3处理器组成 2 存储器 存储器 存储器通常分为内存储器和外存储器 存放大量信息的外存储器 信息交流中心内存储器 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 位 字 字长 位 字节 字及字长 字节 8位 数据存储的组织形式 每个记忆单元由8位二进制位组成 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 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 地址0001 控制 写 3 输入输出设备 常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 常用输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 1 4 2微型计算机的软件 微型计算机系统的软件分为系统软件和应用软件两类 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 操作系统是最基本 最重要的系统软件 它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 为用户提供操作和编程界面 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 语言编译程序 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 机器语言是一种用二进制代码 0 和 1 形式表示的 能被计算机直接识别和执行 汇编语言是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 高级语言是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 数据库管理系统是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 目前 微机系统常用的单机数据库管理系统有 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 联网及通信软件 网络技术飞速发展 出现了许多专门用于联网和网络管理的系统软件 例如局域网操作系统NovellNetWare MicrosoftWindowsNT 通信软件有Internet浏览器软件 如Netscape公司的Navigator Microsoft公司的IE等 应用软件 应用软件是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 大部分软件均为应用软件 如杀毒软件 办公软件 学习软件 游戏软件等等 企业级的应用软件主要包括各类管理信息系统 新近出现的ERP 企业资源计划 CRM 客户关系管理 SCM 供应链管理 系统和电子商务系统等 返回 1 5办公自动化概述 1 5 1办公自动化的概念办公自动化是利用先进的科学技术 不断地使人的一部分办公业务活动物化于人以外的各种设备中 并由这些设备与办公人员构成服务于某种目标的人机信息处理系统 1 5 2办公自动化系统的组成办公自动化系统由办公自动化设备 办公自动化软件和办公人员三部分组成 办公自动化软件分类 常用的办公软件有Microsoft公司的Microsoftoffice和金山公司的WPSOffice 1 文字处理软件 2 表格处理软件 3 实时控制软件 4 演示软件 5 网页制作软件 6 桌面出版软件 1 2计算机常用的数制及编码 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 编码是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 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 1 2 2二进制与其它数制 进位计数制的三要素 数位 数码在一个数中所处的位置 基数 每个数位上所能使用的数码的个数 位权 处在某一位上的 1 所表示的数值的大小 678 34 6 102 7 101 8 100 3 10 1 4 10 2 数码 基数 权 进位计数制 十进制 101 1 10 1 102 0 101 1 100 1 10 1二进制 101 1 2 1 22 0 21 1 20 1 2 1 5 5 10八进制 101 1 8 1 82 0 81 1 80 1 8 1 65 125 10十六进制 101 1 16 1 162 0 161 1 160 1 16 1 257 625 10 二进制数与其它数制的对照表 二进制十进制八进制十六进制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F 1 2 3不同进制数之间的转换 1 2 3不同进制数之间的转换 十进制整数转换为二进制整数 规则 除二取余 直到商为零为止 倒排 例 将十进制数86转化为二进制2 86 02 43 12 21 12 10 02 5 12 2 02 1 10所以 86 10 1010110 2 规则 乘二取整 直到小数部分为零或给定的精度为止 顺排 例 将十进制数0 875转化为二进制数0 875 21 750 75 21 50 5 21 0所以 0 875 10 0 111 2 十进制小数转换为二进制小数 例 1999 8 10 1 103 9 102 9 101 9 100 8 10 1 权 1101 1 2 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 8 4 1 0 5 10 13 5 10 二进制数转换为十进制数 规则 按 权 展开 求和 二进制转换为八进制 方法 三合一法整数部分 自右向左 三个一组 不够补零 每组对应一个八进制数码 小数部分 自左向右 三个一组 不够补零 每组对应一个八进制数码 例如 将 10100101 10111 2转换成八进制数 10100101 10111 2 010100101 101110 2 245 56 8 方法 一分为三法八进制01234567二进制000001010011100101110111例如 将 207 54 8转换成二进制 207 54010000111 101100所以 207 54 8 010000111 101100 2 10000111 1011 2 八进制转换为二进制 二进制转换为十六进制 方法 四合一法整数部分 自右向左 四个一组 不够补零 每组对应一个十六进制数码 小数部分 自左向右 四个一组 不够补零 每组对应一个十六进制数码 例 11001111 01111 2 11001111 01111000 2 CF 78 16 十六进制转换成二进制 方法 一分为四法十六进制01234567二进制00000001001000110100010101100111十六进制89ABCDEF二进制10001001101010111100110111101111例如 1E4 2A 16 000111100100 00101010 2 111100100 0010101 2 1 2 4二进制数在计算机内的表示 1 整数的表示计算机中整数一般用定点数表示 定点数指小数点在数中有固定的位置 整数 不带符号的整数 8位 0 255 16位 0 65535带符号整数符号位 0 正 1 负 最高位为符号位 原码表示法 8位 128 127 16位 32768 32767 实数的表示 数符尾数阶符阶码 计算机中实数一般用浮点数表示 浮点数指小数点在数中位置不固定 一个浮点数由阶码 指数 和尾数两部分组成 阶码 尾数中的小数点应当向左或向右移动的位数 尾数 表示数值的有效数字 其小数点约定在数符和尾数之间 例 100 101 2 3 0 100101 1 2 5计算机中信息的表示 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 0 1 0 0 1 1 0 1 77 符号位 真值 机器数 真值 计算机中信息的表示 原码 将整数化为二进制数 符号位置0 正数 或1 负数 负数的反码 符号位为1 绝对值部分与原码相反 负数的补码表示 符号位也是 1 其余为反码的最低位加 1 原码表示法 原码的最高位为符号位 其余的位是真值X的绝对值 定点小数的原码 定点整数的原码 例 0 1001 原 0 1001 0 1001 原 1 1001 例x 1011101 原 11011101 原码表示法 1 原码 用最高位表示符号位 符号位为0 则表示正数 符号位为1 则表示负数 反码表示法 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 例 X 1101001则 X 原 01101001 X 反 10010110 反码表示法 反码 原码变反码规则为 正数的反码和其原码形式相同 负数的反码是将符号位除外 其他各位逐位取反 补码表示法 正整数的补码与原码相同 负数的补码等于其反码末位加1 例 X 0 1011则 X 反 1 0100 X 补 1 0101X 1011000则 X 反 10100111 X 补 10101000 补码表示法 3 补码 正数的补码和其原码形式相同 负数的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反 即0变为1 1变为0 最后在末位加1 原码 反码 补码 续 注意 0与 0在补码表示法中相同 而在原码 反码表示却不同 相同位数的二进制补码 表示的范围比原码 反码多一个 正数的原码 反码 补码都相等 即表示方法只有一种 1 1 带符号的机器数 77 原码 反码 补码 数据在计算机中的表示方式 返回 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码是将十进制数码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 1 3 1十进制数的编码与表示 1 3 2西文信息的编码与表示 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 西文信息的编码与表示 数字 二进制数字符 二进制编码字符编码 每个字符对应一个整数值字符编码标准 ASCII码 美国标准信息交换代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 规定 字节 位 最高位为 位给出128个编码 ASCII码 128种字符 95个可见字符 33个控制字符 制码 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 汉字信息处理的工作过程 汉字编码 输入码 数码 由数字组成的编码 代码和汉字一一对应 无重码 但编码规则较难记忆 如区位码 音码 用汉字拼音字母组成的编码 容易学 但重码多 输入速度不高 如拼音码等 形码 把汉字的基本构件偏旁 部首和字根等分类 和不同的键相对应 如五笔字型码 表形码 首尾码等 音形码 根据汉字的读音并兼顾汉字字型而设计的编码 如自然码 声韵部形码 快速输入码等 汉字编码 汉字国标码 汉字字符集与编码1981年 GB2312 80国家标准 其字符及编码称为国标码又叫国际交换码 GB2312字符集的构成 一级常用汉字3755个 按汉语拼音排列二级常用汉字3008个 按偏旁部首排列非汉字字符682个一般用2个字节来存放汉字 汉字分区 每个区94个汉字 汉字编码 汉字的机内码 是指计算机系统内部为存储 处理和传输汉字而使用的代码 简称内码 国标码 8080H 机内码汉字国标码汉字内码中8680 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