第1章 计算机与信息技术基础(上).ppt

第1章计算机与信息技术基础 课程介绍 本课程是非计算机本科专业的一门公共基础课程 学生通过对本课程的学习 掌握计算机的基本概念 软硬件基本知识 计算机操作基本技能的基本方法 也是学好其它相关课程的必备基础课 2 学什么 what 第1章计算机与信息技术基础第2章Windows7操作系统第3章字处理软件Word2010第4章电子表格Excel2010第5章演示文稿PowerPoint2010第6章数据库Access2010 不要求 第7章计算机网络与Internet应用 3 理论教材 4 实验教材 5 教学要求 严格遵守教学常规 不迟到不旷课 否则进行相应的扣分处理 做到人到 心到 手到 按时保质完成作业 过期不收 无本次成绩 作业不得抄袭 若有类同 都扣去相应的分值 上课时关闭手机和其它一切干扰课堂的噪音 不得随意进出教室 不得睡觉 6 理论考试具体计分方式 最后期终考试成绩占70 平时成绩占30 作业 包括总结 一次不交扣5分 其它情况酌情扣分缺席一次扣5分 迟到一次扣1分严重违反课堂纪律 视情节轻重扣分 7 学习计算机的方法 作为非计算机专业的学生 学习计算机的主要目的是应用 故在学习过程要从 学以致用 角度出发 注重计算机技术在实际生活中的应用 加强实际应用能力的训练 平时认真看书做作业 多上机 8 第一章计算机与信息技术基础教学内容 1 1计算机概述 1 2计算机的应用领域及发展趋势 1 3计算机系统组成及功能 1 4微型计算机硬件组成及功能 1 2 3 4 1 5计算机软件系统 5 9 第一章计算机与信息技术基础教学内容 1 6计算机中信息的表示 1 7计算机中数的编码 1 8字符和汉字的编码 1 9计算机的工作原理 6 7 8 9 1 10计算机多媒体技术 10 10 11 1 1计算机概述 1 1 1计算机的概念与特点1 什么是计算机计算机是一种电子设备 其主要任务是进行科学计算和数据处理 在科学计算方面主要是对数值进行加工处理和计算 而数据处理则是对字符 包括文字 图形 图像 声音等数据信息进行采集 组织 储存 加工 检索及发布的过程 12 1 1计算机概述 2 计算机的特点运算速度快运算速度是以每秒能执行的指令条数 一般是以 百万条指令 秒 MIPS 来描述的 计算精度高通常计算机的运算精度都能达到十几位 几十位 甚至更高的精度 存储容量大计算机的存储器可以存储大量的数据和程序 并将计算结果保存起来 这使得计算机具有 记忆 功能 记忆 功能是计算机与传统计算工具的一个重要区别 2 计算机的特点 逻辑判断能力强计算机能够进行各种基本的逻辑判断 并根据判断结果来决定下一步执行哪条指令 自动化程度高计算机利用存储器程序 在程序的控制下自动完成相应的任务 过程中无需人为的干预 使得计算机具有高度的自动化功能 13 1 1 2计算机的发展 在计算机历史中 英国科学家艾兰 图灵 AlanMathisonTuring 在1936年提出了现代计算机的理论模型 被称为计算机科学的奠基人 美籍匈牙利科学家冯 诺依曼 JohnVonNeumann 他被公认为现代电子计算机之父 由他姓名所命名的冯 诺依曼原理 又称为存储程序原理 确立了现代计算机的基本结构 14 图1 1艾兰 图灵 图1 2冯 诺依曼 15 1 计算机的诞生 1946年2月14日 世界上第一台计算机ENIAC 埃尼阿克 在美国宾夕法尼亚大学诞生 计算机基础教科书上普遍认为 事实上在1973年根据美国最高法院的裁定 最早的电子数字计算机 应该是美国爱荷华州立大学的物理系副教授约翰 阿坦那索夫和其研究生助手克利夫 贝瑞 CliffordE Berry 1918 1963 于1939年10月制造的 ABC Atanasoff Berry Computer 由于种种原因直到1973年这个错误才被纠正过来 16 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个字节每秒可进行5000次的加法运算 1 计算机的诞生 1 计算机的诞生 冯 诺依曼于1945年设计电子离散可变自动计算机EDVAC ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer 将程序和数据以相同的格式一起储存在存储器中 并首次采用二进制 图1 5安装在弹道研究实验室的EDVAC 2 计算机的发展阶段 从第一台计算机ENIAC发明至今 只有短短的六十多年 但计算机的发展却是突飞猛进 主要经历了电子管 晶体管 集成电路 大规模集成电路4个发展阶段 19 2 计算机的发展阶段 20 晶体管收音机 晶体管集成电路 21 集成电路的集成度 集成电路的集成度是指单块芯片上所容纳的元件数目 集成度越高 所容纳的元件数目越多 22 集成电路的发展阶段 第一阶段 1962年制造出集成了12个晶体管的小规模集成电路 SSI 芯片 第二阶段 1966年制造出集成度为100 1000个晶体管的中规模集成电路 MSI 芯片 第三阶段 1967 1973年 制造出集成度为1000 100000个晶体管的大规模集成电路 LSI 芯片 第四阶段 1977年研制出在30mm2的硅晶片上集成了15万个晶体管的超大规模集成电路 VLSI 芯片 第五阶段 1993年制造出集成了1000万个晶体管的16MBFLASH与256MBDRAM的特大规模集成电路 ULSI 芯片 第六阶段 1994年制造出集成了1亿个晶体管的1GBDRAM巨大规模集成电路 GSI 芯片 23 带收音机功能的mp3手表 集成块的应用 24 4004微处理器 P4处理器 超大规模集成电路 25 微型计算机诞生于20世纪70年代 人们通常把微型计算机叫做PC PersonalComputer 机或个人电脑 第一台相对成型的微机由爱德华 罗伯茨 E Roberts 的美国人发明的 叫 牛郎星 Altair8800 3 微型计算机发展概要 图1 7Altair8800微机 26 3 微型计算机发展概要 微处理器 CPU 是微机的核心部件 其性能高低直接影响到微机的性能 微型计算机的发展主要取决于微处理器的发展 生产微处理器的主要公司有Intel AMD Cyrix IBM公司等 手机CPU 在手机领域 似乎已经形成了高端用高通 中低端用联发科芯片的固有思维 前者拥有着众多专利技术 是目前全球唯一支持苹果 谷歌 微软三大软件平台的移动芯片厂 而后者则是在山寨手机大战中声名鹊起 27 28 3 微型计算机发展概要 第一阶段 1971 1973年 4位处理器第二阶段 1973 1977年 8位处理器第三阶段 1978 1984年 16位处理器第四阶段 1985至今 32位 64位处理器 Inter8080 Inter4004 Inter8086 Inter80286 Intel酷睿i7 1 1 3计算机的分类 1 按处理的数据类型可分为 模拟计算机和数字计算机两大类模拟计算机 在内部使用电信号模拟自然界的各种信号 处理一些模拟连续的信息数学计算机 是计算机的主流 平时所用的计算机多为数字计算机 这种计算机内部处理的是数字信号或数字信息 30 1 1 3计算机的分类 2 按适用领域可分为 通用计算机和专用计算机两大类 智能手机 超市收银机 POS 31 1 1 3计算机的分类 按性能指标和应用对象来分 六类 巨型机大 中型机小型机工作站微型机单片机 32 1 1 3计算机的分类 巨型机 天河二号双精度浮点运算峰值速度达到每秒5 49亿亿次 图1 14中国天河二号 33 大 中型机 主机系统 主机系统 1 1 3计算机的分类 34 小型机 IBM小型机 SUN小型机 1 1 3计算机的分类 35 工作站 图形工作站 1 1 3计算机的分类 36 微型计算机 个人计算机 膝上型 掌上型 手表型 1 1 3计算机的分类 37 单片计算机 1 1 3计算机的分类 38 1 2计算机的应用领域及发展趋势 1 2 1计算机的应用领域 1 科学计算利用计算机的快速 高精度 连续的运算能力 可以完成各种科学计算 解决人力或其他计算工具无法解决的复杂计算问题 用于科学技术和工程设计的数学问题的计算 例 同步通信 卫星的发射 卫星轨道计算 天气预报等 2 信息处理信息处理 就是对数据进行收集 存储 整理 加工 检索及传送等操作 如财务管理 档案管理等 39 1 2计算机的应用领域及发展趋势 3 计算机辅助系统有四个应用领域 辅助设计 辅助制造 辅助测试和辅助教学 计算机辅助设计 ComputerAidedDesign CAD 利用计算机的图形功能帮助设计人员完成各种设计工作 40 学生计算机辅助设计作品 3 计算机辅助系统 计算机辅助设计 缩写为CAD 41 齿轮设计平面图 计算机辅助设计 缩写为CAD 3 计算机辅助系统 42 齿轮设计三维图 计算机辅助设计 缩写为CAD 3 计算机辅助系统 43 数控加工 3 计算机辅助系统 计算机辅助制造 ComputerAidedManufacture CAM 利用规划 管理和控制产品制造 44 3 计算机辅助系统 计算机辅助教学 ComputerAssistedInstruction CAI 利用计算机实现教学功能的一种教育形式 是充分利用计算机系统进行教学软件开发 课件制作及远程教学等 45 考生正在进行计算机辅助测试 普通话水平测试 3 计算机辅助系统 计算机辅助测试 ComputerAidedTesting CAT 指利用计算机辅助进行产品测试 利用计算机系统进行数据量大 条件复杂的各种测试工作 46 4 过程控制 过程控制是利用计算机及时采集检测数据 按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制 如工业自动化 高炮自动瞄准系统 47 5 人工智能 人工智能 ArtificialIntelligence AI 是计算机模拟人类的思维活动 比如感知 判断 理解 学习 问题求解及图像处理等 48 6 网络与通信 是计算机技术与现代通信技术相结合的产物 在全世界范围内实现计算机软 硬件资源的共享 相互通信 网络示意图 49 1 2 2计算机的发展趋势 未来计算机是向着巨型化 微型化 网络化 智能化及综合化方向发展 巨型化 是指高性能的巨型计算机或超级计算机 微型化 方便网络化 资源的共享智能化 模拟人的感觉和思维过程的能力综合化 计算机未来向多功能综合性智能超级计算机方向发展 比如量子计算机 50 量子计算机量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算 存储及处理的量子物理设备神经网络计算机用许多处理器模仿人脑的神经元机构 将信息存储在神经元之间的联络中 并采用大量的并行分布式网络 这就构成了神经网络计算机化学 生物计算机使用蛋白质分子为主要原料制成的生物芯片构成 存储能力巨大 而且以波的形式来传播信息光子计算机光计算机光子计算机是用光子代替半导体芯片中的电子 以光互连来代替导线而制成的数字计算机 1 2 3未来计算机 51 1 3计算机系统组成及功能 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成 52 1 3计算机系统组成及功能 计算机硬件系统包括主机和外设 53 计算机系统组成图 54 1 3计算机系统组成及功能 软件系统 是指控制 管理和指挥计算机工作和解决各类应用问题的所有程序和技术资料的总和 55 1 3计算机系统组成及功能 硬件与软件的关系互相依存 相辅相成 缺一不可硬件和软件无严格界限协同发展 56 1 3计算机系统组成及功能 1 计算机硬件系统计算机的硬件一般是由运算器 存储器 控制器 输入设备及输出设备五大部分组成 图1 15计算机的基本结构 57 1 3计算机系统组成及功能 2 硬件各部功能运算器 运算器又称算术逻辑单元 ArithmeticLogicUnit ALU 它负责信息的加工处理 主要进行算术和逻辑运算 它还具有暂存运算结果的功能 由加法器 寄存器 累加器等逻辑电路组成 是计算机的核心部件控制器 控制器是计算机的神经中枢和指挥中心 它负责读取指令 分析指令 并发出各种控制信号协调计算机各部件运行 以完成各种操作任务 控制器由程序计数器 指令寄存器 指令译码器以及时序信号发生器等部件构成运算器和控制器集成在一个芯片上 形成中央处理器 CPU 58 存储器 存储器是计算机记忆或暂存数据的部件 它负责存放程序和数据 按存储器的作用分为主存储器 内存 和辅助存储器 外存 两大类 输入设备 输入设备负责向计算机输入命令 程序 数据 文本 图形 图像 音频和视频等信息 常用的输入设备有键盘 鼠标 手写笔等输出设备 输出设备负责将计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其他设备能接收和识别的形式 例如 字符 文字 图形 图像等 常用的输出设备有显示器 打印机 绘图仪等 2 硬件各部功能 3 计算机结构 计算机的结构反映的是计算机各个组成部件之间的连接方式 现在的计算机系统多采用总路线结构 3 计算机结构 总线 Bus 是指连接计算机系统中各部件的一组公共通信线 它包括了运算器 控制器 存储器和I O部件之间进行信息交换和控制传递所需要的全部信号 总线中传递的是二进制信号 一条传输线可以传输一位二进制信号 若干条传输线可以同时传输若干位二进制信号 3 计算机结构 按照总线中传输的信息的不同 总线分为地址总线 数据总线 控制总线三类 数据总线 DataBus DB 数据总线传送系统中的数据或指令 数据总线是双向总线 一方面作为CPU向主存和I O接口传送数据的通道 另一方面 是主存和I O接口向CPU传送数据的通道 数据总线的宽度与CPU的字长有关 地址总线 AddressBus AB 地址总线传送地址信息 地址是识别信息存放位置的编号 主存的每个存储单元及I O接口中不同的设备都有各自不同的地址 它是自CPU向处传输的单向总路线 控制总线 ControlBus CB 控制总线用来传输各种控制信号 控制总线是CPU向主存和I O接口发出命令信号的通道 是外界向CPU传送状态信息的通道 62 1 4微型计算机硬件组成及功能 微型机又叫PC机或个人电脑 一台个人电脑由主机 显示器 键盘 鼠标 音箱 调制解调器等设备组成 63 1 4微型计算机硬件组成及功能 微型计算机的主机部分安装在主机箱内 主要有主板 微处理器和内存储器三大部分 电源 光驱 硬盘 显卡 CPU 内存条 微型机内部组成 电源 64 1 主板 主板又称主机板或母板 是微机中最大的一块印刷电路板 承载各种设备 起着硬件资源管理和信息传输的作用 它对整个系统的稳定性和兼容性有决定性的作用 65 2 微处理器 微处理器 MicroProcessorUnit MPU 品质的高低通常决定了一台计算机的档次 3 内存储器 内存储器简称内存 又称主存 用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据 内存能与CPU直接交换信息 其存取速度极快 内存分为只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM 两部分 3 内存储器 1 只读存储器 ReadOnlyMemory 它的特点是只能读出原有的内容 不能由用户再写入新内容 它一般用来存放固定不变 重复使用的程序 数据或信息 如存放汉字库 只读存储器主要有 可编程只读存储器PROM可擦除的可编程的只读存储器E PROM闪存 flash ROM 可以电擦除 重新编程 3 内存储器 2 随机存储器 RandomAccessMemory 的特点是可以读出 也可以写入里面的信息 断电后 存储内容立即消失 即具有易失性 RAM可分为动态 DynamicRAM 和静态 StaticRAM 两大类 SRAM的特点是存取速度快 主要用于高速缓冲存储器 DRAM的特点是集成度高 主要用于大容量内存储器 3 内存储器 4 高速缓冲存储器 Cache CPU与内存数据交换存在一个速度差 瓶颈 CPU速度相对内存的速度要快很多 这样就会造成CPU时间的浪费 为了提高与内存的数据交换速度 通常在计算机中大都配有一级 二级 三级高速静态存储器 这就是我们通常说的高速缓冲存储器 Cache 高速缓冲存储器 Cache 3 内存储器 1 只读存储器 ReadOnlyMemory 特点 只能读出 不能写入 信息能长期保存 即断电后信息不会丢失 2 随机存储器 RandomAccessMemory 特点 CPU对RAM既可读出数据又可写入数据 关机断电信息将消失 72 1 4 2外设部分 微机的外部设备主要是输入输出设备 辅助存储器 通信及多媒体设备等 输入设备输出设备辅助存储器 重点是硬盘 其他外部设备 73 1 4 2外设部分 输入设备输入设备负责将外面的信息送入计算机中 微机中常用的输入设备包括 键盘 鼠标 触摸屏 麦克风 光笔 扫描仪和数码像机等 随着多媒体技术的发展 新的输入设备层出不穷 如语音输入设备 手写输入设备等 74 长地数字化仪 读图板 输入设备 75 1 4 2外设部分 输出设备输出设备是将计算机处理的结果输出到相应的设备或介质中 输入设备和输出设备并称为 终端 常见的输出设备 显示器 打印机 外部存储器 绘图仪 音箱等 显示适配器 1 显示适配器 简称显卡 显卡将计算机要显示的信息转换成显示器能够接受的形式在显示器上显示 显示器只是将显卡输出的信号表现出来 所显示内容和质量的高低主要由显示卡决定 77 显示适配器 显卡标准有MDA CGA EGA VGA 现在VGA能达到1280 1024及以上 其色彩数可达到256色甚至真彩色 1670万种颜色 78 显示器 2 显示器又称监视器 是计算机最常用的输出设备之一 用于显示文字和图表等各种信息 LCD显示器 CRT显示器 79 液晶面板原理 80 LCD灯管 81 液晶显示器不同视角图像效果 82 LED显示屏 83 LED 84 LED液晶显示器 LED背光条 85 显示器的参数指标 显示器的主要技术指标有分辨率 点间距 屏幕尺寸 扫描频率和安全规范等 1 像素 屏幕上的一个发光点 像素间距越小图象越清晰 2 点距 屏幕上两个像素之间的距离 点距越小 分辨率就越高 显示器清晰度越高 3 分辨率 指显示设备所能表示的像素个数 一般用整个屏幕的光栅的列数与行数的乘积表示 这个乘积越大 分辨率就越高 分辨率越大 图象越清晰 常见的分辨率有 640 480 800 600 1024 768 1152 864 1280 1024 86 打印机 3 打印机 用于将计算机中的信息打印出来 按其工作原理分为 击打式打印机和非击打式打印机两类 针式打印机 激光打印机 87 喷墨打印机 可打彩色 速度较快 打印机 88 1 4 2外设部分 3 辅助存储器辅助存储器又称外存储器 简称外存 用于存放当前不需要立即使用的信息 可记录各种信息 存储系统软件 用户的程序及数据 它既是输入设备 也是输出设备特点 存取速度慢 CPU不能直接访问 外存中的信息必须调入内存后运行 数据能长期保存 容量较大 外存通常是磁盘存储器 光盘存储器和移动式外部存储器 磁盘有硬磁盘和软磁盘两种 89 硬盘是个人计算机中一种主要的外部存储器 用于存放系统文件 用户的应用程序及数据 硬盘的最大特点就是存储容量大 比软盘的存取速度快 硬盘按盘径大小可分为3 5英寸 2 5英寸 1 8英寸等 1 硬盘 2 移动存储器 USB移动硬盘 移动硬盘是计算机之间交换大容量数据的中间存储器 一般在选择移动硬盘时 目前市面上的移动硬盘容量一般在500G及以上 接口类型通常是USB3 0 硬盘接口为SATA 存储介质为2 5英寸硬盘 移动硬盘 移动硬盘 2 移动存储器 USB优盘 又称为U盘 它利用闪存 FlashMemory 在断电后还能保持存储数据而不丢失的特点而制作 U盘是目前使用面最广的 最流行的移动存储器 2 移动存储器 3 光盘存储器和光盘驱动器光盘存储器是一种利用激光技术存储信息的装置 目前用于计算机系统的光盘有3类 只读型光盘 一次写入型光盘和可擦写型光盘 只读型光盘 CD ROM CD ROM是一种小型光盘只读存储器 它的特点是只能写一次 而且是在制造时由厂家用冲压设备将信息写入 写好后信息永久保存在光盘上 用户只能读取 不能修改和写入 光盘CD ROM 特点 只能读出上面的信息 而不能向里面写入信息 可靠性高 信息长期保存容量 大约为650MB左右 94 计算机是通过光盘驱动器来读取光盘上的数据的 3 光盘存储器和光盘驱动器 95 光盘上凹点和空白 3 光盘存储器和光盘驱动器 一次写入型光盘 CDRecordable CD R 可由用户写入数据 但只能写一次 写完以后 记录在CD R盘上的信息无法被改写 但可以像CD ROM盘片一样 在CD ROM驱动器和CD R驱动器上被反复地读取 可擦写光盘 CD ReWritable CD RW CD RW光盘可由用户写入数据 并且写完以后可以擦除再重新写入新的数据 可擦写的次数一般能达到上千次 CD RW驱动器允许用户读取CD ROM CD R和CD RW 刻录CD R 擦除和重写CD RW 3 光盘存储器和光盘驱动器 DVD光盘存储器 DigitalVersatileDisc DVD DVD光盘的物理尺寸和形状与CD相同 但它存储密度高 一张光盘有两面 一面光盘可以分单层或双层存储信息 所以DVD光盘最多可以有4层存储空间 故其存储容量极大 DVD光盘也分为DVD ROM DVD R DVD RAM DVD Video和DVD Audio等5类 98 4 其他外部设备 1 声音卡 soundcard 声音卡是专门处理音频信号的接口电路板卡 99 4 其他外部设备 2 视频卡 videocard 视频卡是专门处理视频信号的接口电路板卡 它提供了与电视机 摄像机 录像机等视频设备的接口 它的主要功能是将输入的视频信号送进计算机 记录下来 100 4 其他外部设备 3 网络卡 networkcard 4 调制解调器 modem 5 扫描仪 scanner 6 光笔 lightpen 7 触摸屏 touchscreen 8 绘图机 plotter 101 1 4 3微机主要性能指标 1 运算速度 通常所说的计算机运算速度是指每秒钟所能执行的指令条数 一般用 百万条指令 秒 MIPS MillionInstructionPerSecond MIPS 来描述 它是用于衡量微机运算速度快慢的指标 这个指标更能直观地反映机器的速度 2 时钟主频 主频是指微型计算机CPU的时钟频率 单位为GHz 它的高低一定程度上决定了计算机速度的高低 一般时钟频率越高 微机的运算速度就越快 目前多核CPU的主频通常在2 4GHz甚至更高 1 4 3微机主要性能指标 3 字长 字长是CPU一次最多可同时传送和处理的二进制数据位数 它直接关系到微机的精度 功能和速度 字长越大 其处理能力就越强 通常 字长一般为字节的整数倍 如8位 16位 32位 64位等 现在的多核CPU均属64位机 4 存储容量 存储容量分为内存容量和外存容量 这里主要指内存储器的容量 5 存取周期 存取周期是CPU从内存中存取数据所需的时间 存取周期越短 运算速度越快 目前 内存的存储周期为7 70ns之间 103 1 5计算机软件系统 1 5 1软件的概念软件系统是为了运行 管理和维护计算机而编制的各种程序 数据和文档的总称 在计算机系统中 硬件是物质基础 软件则是计算机的灵魂 104 程序 计算1 2 3 99 100的和 includeintmain inti sum 0 i 1 while i 100 sum sum i i printf sum d n sum 105 文档 1 5 1软件的概念 106 计算机软件系统主要系统软件和应用软件两大部分组成 1 5 1软件的概念 1 系统软件系统软件是负责管理 控制协调和维护计算机硬件和软件资源的一种软件 主要包括操作系统 语言处理系统 程序设计语言和常用服务程序等 其核心是操作系统 系统软件的主要功能是使计算机系统的硬件和软件有机地结合起来 为其它软件提供一个运行的良好平台 并最大程度地发挥硬件和软件的功能 提高计算机的工作效率 建立用户和计算机之间的联系 方便用户更好的使用计算机 CompanyLogo 1 5 1软件的概念 2 应用软件应用软件是为解决人们在生活或生产中各种具体问题或休闲娱乐而开发的各种程序 在计算机软件中 应用软件使用得最多 包括从一般的文字处理软件到大型的科学计算软件和各种控制系统的实现软件 有成千上万种类型 应用软件必须有相应的硬件和系统软件支撑才能正常运行 108 1 5 1软件的概念 109 计算机系统的层次关系 110 1 5 2计算机语言 计算机语言 ComputerLanguage 又叫程序设计语言 计算机语言是指根据预先制订的语法规则而写出的语句集合 用这些语句编制的程序就构成了程序的源程序 可以把计算机语言看作是人与计算机之间通讯的语言 1 5 2计算机语言 计算机语言从最初的机器语言代码到今天接近自然语言的表达 经历了四代的演变 一般认为 机器语言是第一代 符号语言即汇编语言为第二代 面向过程的语言是第三代 以SQL语言等为典型的面向问题 具有较高非过程化性的语言是第四代 通常把机器语言和汇编语言称作 低级语言 面向过程和面向对象的语言称作 高级语言 111 计算机语言分类 1 机器语言 机器语言是计算机唯一能够识别并直接执行的语言 不同的计算机有不同的机器语言 机器语言的基本成分是硬件直接支持的二进制指令代码 其特点是 计算机能够直接识别并执行 因此程序执行效率较高 机器指令的二进制代码可 不易记忆 可读性差 编写程序繁琐 容量出错 程序的调试和修改难度也很大 可移植性差 例如8BD8H和03DBH是8086 8088微处理器的机器指令编码 如果不通过相应的参考书查看指令的编码格式是很难知道它的含义的 2 汇编语言 汇编语言是一种把机器语言 符号化 的语言 汇编语言的指令和机器指令基本上一一对应 机器语言直接用二进制 而汇编语言指令采用了助记符 这些助记符一般使用人们容量记忆和理解的英文缩写 如用ADD表示加法指令 MOV表示传送指令等 用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序 计算机不能直接识别它 必须先把汇编语言源程序翻译成机器语言程序 称为目标程序 然后才能执行 2 汇编语言 将汇编语言源程序翻译成目标程序的软件一般称为汇编程序 汇编语言和机器语言的性质差不多 仍然是一种依赖于机器的话言 例如机器指令8BD8H和03DBH 用汇编语言表示就是 MOVBX AX和ADDBX BX 显然容易理解得多 3 高级程序设计语言 为了提高编程效率 20世纪60年代 设计了接近人类的自然语言 指英语 和数学语言的方式来编写程序 由表达各种意义的 词 和 数学公式 组成 这就是高级程序设计语言 通常称为高级语言 高级语言是与机器指令系统无关的计算机语言 它具有严格的语法规则和语义规则 没有二义性 由于使用高级语言编程时只考虑要解决具体问题 不考虑是用于什么类型的计算机 所以编写的软件通用性强 这些使高级语言变得易学 易用 易维护 得以迅速推广使用 并成为主流编程语言 117 语言对比 几种常见的高级语言 BASIC VisualBASIC FORTRAN PASCAL VisualFoxPro C C VisualC JAVA等 main doublea b c ave scanf lf lf lf 低级语言 高级语言 MOVAX 0099HMOVBL 88HADDAL BLDAAADCAH 0 3 高级程序设计语言 用高级语言编写的源程序在计算机中是不能直接执行的 必须翻译成机器语言后程序才能执行 未经语言处理程序处理过的计算机程序称为源程序 所以除机器语言写的源程序可以直接运行外 其他语言写成的源程序都要翻译成机器语言也就是二进制代码才能运行 119 翻译的方式主要有以下两种 一是解释方式 二是编译方式 1 解释方式 在解释方式下 语言处理程序将源程序的指令逐条翻译 解释 成机器指令 翻译一条执行一条 不生成目标程序 解释方式执行程序速度较慢 120 2 编译方式 在编译方式下 语言处理程序先将源程序整体翻译成机器语言程序 目标程序 然后再通过链接程序将目标程序链接成可执行程序的方式 121 1 6计算机中信息的表示 1 3 1信息和数据概述1 数据数据是一个广义的 相对模糊的概念 以文字 符号 数字 图形等表示出来就形成了数据 数据可分为两大类 数值数据和字符数据 也叫非数值数据 任何形式的数据 进入计算机都必须进行二进制编码转换 2 信息很多时候信息和数据是表示同一个概念 两者是有区别的 数据处理之后产生的结果为信息 信息具有针对性 时效性 信息有意义 而数据没有 1 3 1信息和数据概述 3 信息的单位计算机中信息的储存和传送都是用二进制数来表示的 因此信息单位也是用二进制数位的多少来表示的 1 位 Bit 位又叫Bit 比特 在计算机中位表示的是一个二进制数的一个数位 是计算机中信息存储的最小单位 一个位可以表示二进制中的 0 或 1 比如 二进制数110110110的每个数符就是位 该二进制数一共有9个位 2 字节 Byte 字节是计算机中信息表示的基本存储单位 一个字节的由8个二进位组成 也就是8个位 即1Byte 8bit 由于位太小 所以计算机中表示存储容量时都以字节为单位 123 表1 2信息单位的换算 1 6 2计算机采用二进制编码 计算机采用二进制是因为 计算机本身是电子设备 二进制的 0 和 1 正好和电子元器件的两种状态相符 比如电平的高 低 充电与放电 电流的导通与断开等 二进制的运算规则简单 在计算机中易于实现二进制的两个数符刚好对应逻辑运算中的两个逻辑量Ture和False 这样便于计算机进行逻辑运算和逻辑处理 各类数据在计算机中的转换过程 计算机中信息编码常用的有 数的编码 字符编码和汉字编码 计算机 1 7计算机中数的编码 1 7 1计算机中数的表示计算机在处理数值型数据时需要指定数的长度 符号及小数点的表示形式 1 数的长度数的长度是指用一个十进制数表示一个数值所占的实际位数 例如321113的长度为6 2 数的符号由于数值有正负之分 因此在计算机科学中通常用数的最高位 一个数符 来表示数的正负号 一般约定是以 0 表示正数 用 1 表示负数 3 小数点的表示在计算机中表示数值时 小数点的位置是隐含的 即约定小数点的位置 这样有利于节省存储空间 4 数的编码 计算机科学中把以编码形式表示的一个数称为 机器数 机器数有两点特点 一是机器数的位数固定 因此表示的数的范围受位数限制 例如 字长为8位的计算机能表示的无符号整数的范围为 0 255 28 1 由于机器数受字长的限制 所以当计算机运算结果超过机器数所能表示的范围时就会产生 溢出 Overflow 二是机器数以 0 表示正数 1 表示负数 128 1 十进制数 89在字长为八位计算机表示为 2 十进制数 89在字长为八位计算机表示为 1 原码 用 0 表示正数 1 表示负数 在指定字长下用二进制编码表示的机器数就是机器数的原码对字长为8位的计算机 89和 89的原码 2 反码 反码是对一个数求反 对正数的机器数来说 反码和原码一样 对负数的机器数 反码是除符号位外的各位上取反 也就是 0 取反为 1 1 取反为 0 例如 十进制数 89 的原码为 01011001 反码为 01011001 十进制数 89 的原码为 11011001 反码为 10100110 3 补码 正数的补码与原码相同 负数的补码是除符号位不变外 各位上取反再在最低位加 1 也就是说负数的补码等于反码加1 例如 十进制数 89 的原码为 01011001 反码为 01011001 补码为 01011001 十进制数 89 的原码为 11011001 反码为 10100110 补码为 10100111 3 补码的应用在计算机中利用补码的原理 可以巧妙地将减地运算转换为加法运算 例1 X 56 11 56 11 45用补码原理验证 解 X 补 56 补 11 补 56补 00111000 11 补 1111010100111000 1111010100101101 最左面的1为自然丢失 而00101101化为十进制正好是45 132 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 1 7 2计算机常用数制 数制是人们用于计数的一个规则1 常用数制计算机中常用的数制有二进制 十进制 八进制及十六进制四种计算机内部能够直接进行处理的是二进制数 也就是说计算机内部是以 0 和 1 两位数码的二进制作为计数系统 任何信息和数据都必须以二进制的形式在机器内部存储和处理 但二进制数码太少 表示数时有时会写很长 也容易写错 且难于记忆也不便理解 人们习惯十进制数 所以为了弥补这些不足 在使用计算机时常用十进制 八进制或十六进制来表示数 为了区别这几种数制所表示的数 就用字母 B O D H 或数字2 8 10 16 分别表示二进制 八进制 十进制和十六进制数 1 二进制 B 表示二进制数的数符是0 1共两个数符 例如 101111B 110B或101111B 110B等都是二进制数 运算规则是 逢二进一 运算规则 加法 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 10 逢二进一位 乘法 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 135 1 7 2计算机常用数制 2 十进制数 D 表示十进制数的数符是 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共十个数符 运算规则是 逢十进一 3 八进制数 O 表示八进制数的数符是 0 1 2 3 4 5 6 7 共八个数符 运算规则是 逢八进一 比如 5 3 8 10 8 3 7 8 25 8 136 1 7 2计算机常用数制 4 十六进制数 H 表示十进制数的数符是 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F共十六个数符 其中A表示十进制的10 B表示11 以此类推 F表示十进制的15 运算规则是 逢十六进一 比如25A 39D5F等十六进制数 常用进制数之间的对应关系 137 1 3 2计算机常用数制 2 进位数制的数码 基数和位权的概念1 数码表示进位数制的数符就是数码 比如八进制的数码是0 1 2 3 4 5 6 7 2 基数基数 基 是指进位数制里的数码的个数 比如十进制数的数码有十个 因此十进制的基是10 同样的道理 二进制的基是2 八进制的基是8 3 位权也称 权 是以基数为底的幂 例 十进制269中 基数为10 2 的位权是103 138 1 7 3其他数制与十进制之间的转换 1 其他数制转换成十进制数制根据位权的概念 其他数制要转换成十进制数十分方便 方法就是 按权展开求和 例如 1101B 1 23 1 22 0 21 1 20 8 4 0 1 13D 46 O 4 81 6 80 32 6 38 10 25A H 2 162 5 161 10 160 2 256 5 16 10 1 602 10 练习1 八进制413转换成十进制 练习2 十六进制1A8F转成十进制 139 2 十进制化成其他数制 1 十进制整数转换为二进制数 规则 除2取余 余数倒排即 即将十进制数反复除以2 直至商为0 然后将每次相除所得之余数依次倒序排列 第一个余数为最低位 得到该十进制数的二进制表示形式 十进制小数转换成二进制小数 规则 乘基取整法 乘2 取整数 顺排 140 例 将17 125转换为二进制数 141 把即有整数又有小数的十进制数转换成二进制数方法 将整数部分和小数部分分别转换然后相加 例 17 10 10001 2 0 125 10 0 001 2即 17 125D 10001 001B 142 2 十进制数转换为八 十六进制数十进制数转换为八进制数规则 整数部分 除8 取余数 倒排 小数部分 乘8 取整数 顺排 十进制数转换为十六进制数规则 整数部分 除16 取余数 倒排 小数部分 乘16 取整数 顺排 143 例 把69 45转换为八进制数 先把整数部分69转换为八进制数 得到105 69 8 8 5 8 1 0 8 0 1 余数位数 倒排 5a0 5 0a1 0 1a2 1 所以 69 10 a2a1a0 8 105 8 144 再把小数部分0 45转换为八进制数 0 45 8 3 60 取整数30 60 8 4 80 取整数40 80 8 6 40 取整数60 40 8 3 20 取整数30 20 8 1 60 取整数1 顺排 综合 和 最终转换结果为 69 45 105 34631 8 a 1 3 a 2 4 a 3 6 a 4 3 a 5 1 所以 0 45 10 a 1a 2a 3a 4a 5 8 0 34631 8 145 6a1 6 例 把十进制数100 78125转换为十六进制数 先把整数部分100转换为十六进制数 得到64 100 16 6 4 16 6 0 余数位数 倒排 4a0 4 所以 100 10 a1a0 16 64 16 146 再把小数部分0 78125转换为十六进制数 得到0 C8 0 78125 16 12 50 取整数12 C 0 50000 16 8 00 取整数8 a 1 C a 2 8 综合 和 最终转换结果为 100 78125 64 C8 16 顺排 所以 0 78125 10 a 1a 2 16 0 C8 16 147 综上 R进制数转换为十进制数的方法为 按位权展开求和十进制整数转换为R进制数 除基取余 余数倒排 1 二进制数与八进制数的转换 1 二进制数转换为八进制数 方法 从二进制数的小数点位置开始 分别向前向后每三位划分为一组 末尾不足三位补0 再把各组数 每组三位 分别转换为相应的八进制数 小数点照写 便得到等值的八进制数 例 把 1101 0011 2转换为八进制数 001101 001100 15 14转换结果为 1101 0011 2 15 14 8 向前分组 向后分组 1 7 4二进制数与八进制数 十六进制数之间的转换 149 2 八进制数转换为二进制数 把八进制数转换为相应的三位二进制数 然后从左到右连续写起来即成 小数点照写 例 把 10576 24 8转换为二进制数 10576 24001000101111110 010100转换结果为 10576 24 8 001000101111110 010100 2 150 2 二进制数与十六进制数的转换 1 二进制数转换为十六进制数规则 从二进制数的小数点位置开始 分别向前向后每四位划分为一组 不足四位补0 再把各组数 每组四位 分别转换为相应的十六进制数 小数点照写 便得到等值的十六进制数 例 把 111011 0110101 2转换为十六进制数 00111011 01101010 向前分组 向后分组 3B 6A转换结果为 111011 0110101 2 3B 6A 16 151 2 十六进制数转换为二进制数 把十六进制数转换为相应的四位二进制数 然后从左到右连续写起来即成小数点照写 例 把 20E 4C 16转换为二进制数 20E 4C00100000111001001100转换结果为 20E 4C 16 001000001110 01001100 2 152 例 找出4个数中最大值 36A 16 111011 2 1057 8 753 解 比较不同数制值大小时 需把不同数制值转换为同一种数制值后再比较其大小 36A 16 3 162 6 161 10 160 874 111011 2 1 25 1 24 1 23 0 22 1 21 1 20 59 1057 8 1 83 0 82 5 81 7 80 559可见 36A 16值最大 1 8字符和汉字的编码 在计算机中字母 数字 符号和中文字符等统称为 字符 在计算机中不能直接存储和处理这些字符 因此字符也必须按特定的规则进行二进制编码才能进入计算机 最初出现的编码方案是1967年由美国国家标准学会所制定的ASCII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国标准信息交换码 这个编码方案也是现在广泛采用的一种字符统一编码方案 1 8 1字符的编码 计算机中信息都是用二进制编码表示的 用以表示字符的二进制编码称为字符编码 计算机中最常用的字符编码是ASCII 被国际标准化组织指定为国标标准 ASCII有7位码和8位码两种版本 分别对应为标准ASCII码和扩展ASCII码 1 标准ASCII码 基本ASCII码 基本ASCII码用7位二进制 或最高位为0的8位二进制 编码来表示 0 7的编码范围为00000000 01111111 相当于十进制数的0 127 即27 128个字符 ASCII码基本字符集包括 数字 0 9 10个 大小写英文字母 52个 控制字符 32个 专用字符 34个 156 1 标准ASCII码 基本ASCII码 1 基本ASCII编码 7位二进制数表示的一个字符 最高位为0 后面7位的编码范围为0000000 1111111 即十进制的0 127 能表示的字符只有128个 ASCII码基本字符集包括 数字 0 9 10个 大小写英文字母 52个 控制字符 32个 专用字符 34个 表1 4描述了基本ASCII码字符 158 1 标准ASCII码 基本ASCII码 在表中先查到它的位置 根据列确定高位码 根据行确定低位码 把高位码与低位码合在一起构成该字符的ASCII码例 ABabA 01000001 65 DB 01000010 66 Da 01100001 97 Db 01100010 98 D 159 1 标准ASCII码 基本ASCII码 例 从键盘上按键输入 CHINA 的字串 传送进计算机的 则是01000011 01001000 01001001 01001110 01000001这五个二进制数字串 利用ASCII码值可以比较字符的大小例 字符A的ASCII码值为十进制数65 字符a的ASCII码值为十进制数97 即小写字母的ASCII码值比大写字母的ASCII码值大 一般地 各类字符的ASCII码值大小比较 有如下规律 空格 标点符号 数字 大写字母 小写字母 160 2 扩充ASCII码 EASCII码 由于标准ASCII码字符集字符数目有限 在实际应用中往往无法满足要求 为些 国际标准化组织 ISO 又制定了将ASCII字符集扩充为8位代码的统一方法 这些扩充字符的编码均为高位为1的8位代码 即十进制数128 255 称为扩充ASCII码 ExtendedASCII EASCII EASCII编码空间从原来