01 第一章 计算机及程序设计基础知识ppt课件

计算机基础与程序设计 课时安排 上课时间每周4学时 学习要求 1 课前预习2 上课请集中注意力领会理解老师讲课要点 并适当记笔记 3 认真完成作业 课程内容 1 1计算机系统组成及基本工作原理1 2微型机的系统结构1 3计算机中数据的表示及存储形式1 4计算机程序与算法 第一章计算机及程序设计基础知识 电子计算机的诞生 1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的第一台电子计算机彰显了一个时代的到来 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 电子数字积分计算机 名称 ENIAC重达30吨占地170m218000个电子管计算速度 5000次加法 秒 现代计算机的特征存储程序和程序控制原理由美籍匈牙利数学家冯 诺依曼教授在参加第一台计算机的研制中提出 并被广泛应用于以后的实际设计中 故现代计算机又称冯 诺依曼机 冯 诺依曼对现代计算机的理论构架主要包括以下三个方面 计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备组成计算机内部数据采用二进制程序和数据都存放在计算机的存储器中 1 1计算机系统组成及基本工作原理 一个完整的计算机系统由 硬件 和 软件 两大系统组成 硬件 是指计算机系统中物理装置的总称 例如 显示器 主机等 是构成计算机的实体 软件 是计算机所需要的各种程序 数据及其相关资料的集合 软件和硬件相辅相承 缺一不可 计算机硬件系统的组成结构示意图 输入设备 输出设备 内存 运算器 控制器 CPU 1 运算器 ALU 进行算术和逻辑运算的部件 2 控制器 CU 计算机指挥中心 控制和协调各部件自动 连续 协调工作 3 存储器保存各类程序和数据信息 4 输入设备用于从外界将数据 命令输入到内存中 5 输出设备用于将计算机处理结果显示或打印出来 计算机工作原理 1 计算机指令和程序指令 是指能被计算机识别和执行的操作命令 一条指令通常由两部分组成 操作码和地址码 操作码指明计算机应该干什么 地址码则指出被操作的对象 程序 为完成特定任务而设计的操作步骤 指令序列 2 计算机工作原理目前所有计算机都遵循冯 诺依曼 存储程序 原理 计算机的工作过程就是执行程序的过程 将程序和数据装入计算机内存 启动程序后 计算机便能自动地按编写的程序一步一步地取出指令 根据指令的要求控制机器各个部件协同完成任务 指令的执行过程分为以下4个步骤 P3 1 取出指令2 分析指令3 执行指令4 取下一条指令 返回2 步 图计算机系统的基本组成 第二节微型机的系统结构 P3 1 硬件系统 显示器 主机 键盘 鼠标 1 CPU中央处理器 CPU是电脑的核心部件 决定计算机的性能 主要由INTEL和AMD公司生产 CPU的主要指标 字长 CPU能够同时处理二进制数据的位数速度主频 也称时钟频率 HZKHZMHZGHZ运算速度 MIPS 每秒百万条指令数 P4IntelCPU图 2 存储器 1 存储器的种类内存储器 与CPU直接相连的存放数据的器件 如随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 外存储器 不直接与CPU相连的存储介质 如磁盘等 存储器是用来存放数据和程序信息的部件 待执行的程序和数据必须先从外存储器装入内存储器后才能运行 1 存储器种类 内存包括 RAM 随机存储器 断电后数据丢失 ROM 只读存储器 断电后数据不会丢失 ROM 只读不能写 PROM 可编程只读 用户可写入一次 EPROM 可擦写只读 用户可多次写入 Cache 高速缓冲存储器 解决CPU和内存之间的速度匹配问题 属于SRAM SRAM 静态 DRAM 动态 2 存储器的一些概念存储单元 字节 8位二进制位 存储单元地址存储容量 存储设备上可以存储数据的最大数量 通常用字节 Byte 千字节 KB 兆字节 MB 和千兆字节 GB 来衡量 2 存储器的一些概念 存储器采用字节 byte 作为计算机存储信息的基本计量单位 1个字节由8个二进制位 bit 来组成 可以表示1个英文字母 数字或符号存贮一个汉字需要两个字节1Byte 8bit1KB 1024Byte1MB 1024KB1GB 1024MB注 1MB 1024KB 1024 1024字节 1048576字节 约100万字节 相当于50万汉字 300页的书 3 输入设备将原始数据和命令输入计算机内存 键盘 鼠标 扫描仪 读卡器 光笔 触摸屏 数字摄像机等 4 输出设备输出计算机处理结果 显示器 打印机 绘图仪 投影仪 音箱等注意 磁盘驱动器既可作为输入设备 有可作为输出设备 5 系统总线 BUS P6 是指计算机系统部件之间传递信息的公共通道 它能分时地发送或接收各部件的信息 系统总线上通常传输三种信息 根据传输信息的种类 系统总线分为以下三种 注 采用总线结构是微型计算机组成结构的一个重要特点 计算机常用外部设备 显示器和显卡阴极射线管 CRT 显示器液晶 LCD 等离子显卡 显示适配器 显示器必须与显卡配合才能发挥效能常见为AGP接口主要指标有 分辨率色彩数 256色 16位 32位 刷新率显存 磁盘最重要的外存 既可作为输入设备又可作为输出设备磁盘驱动器 软盘 硬盘 光盘必须通过驱动器才能进行读写 软盘常用3 5英寸软盘片 1 44MB 硬盘 硬盘是最常用的外存储器 通常系统软件和应用程序都放在硬盘上 硬盘的盘符为C D E 等工作时不能移动 以免振动或摇晃损坏硬盘主要指标有 容量 80G 120G 转速 7200转 分钟 USB移动硬盘 存取速度快 即插即用 U盘 属于一种闪存 但掉电后不会丢失数据 光盘 CD ROM只读光盘CD R允许用户写入一次 反复读出650MBCD RW可重复读写 需要专用光驱DVD ROM速度比CD ROM快 容量可达4 7G F2 F3 F1 F10 F9 F8 F4 F5 F6 F7 F12 F11 ScrollLock PrintScreen PauseBreak Esc NumLock 2 3 1 0 9 8 4 5 6 7 Insert Home PageUp Q W E R T Y U I O P A S D F G H J K L Z X C V B N M Enter Tab Capslock Shift Shift 8 7 9 5 4 Ctrl 6 2 1 Enter 3 Alt 0ins Win Del Ctrl Win Alt Delete End PageDown 1 英文字母键 共有26个 用于输入程序 文章 汉字或命令 2 数字 符号键 用于输入数字或各种符号 如 等 3 空格键 用于输入空格 4 Shift键 左右各一个 上档键 用于二义字符控制输入或大 小 写字母的切换输入 5 Ctrl键 控制键 左 右各一个 和其它一些键配合使用 实现某些控制功能 6 Alt键 选择键 左 右各一个 与其它键配合使用 主要实现一些选择 切换功能 7 Enter键 回车键 一般表示为 实现命令发布或输入结束的终止功能 8 Backspace键 退格键 用于删除光标前面的字符或汉字 9 Delete键 删除键 用于删除光标后面 处 的字符或汉字 10 Esc键 取消键 用于放弃或中止某些正在执行的命令或程序 11 Insert键 插入键 用于插入和改写状态的转换 12 键 光标键 用于控制光标的移动 键盘常用键的功能及使用 Enter 回车键 确认输入的信息行或命令结束 将光标移到下一行的行首 Shift 为上档键 在输入上档字符时 先按住此键 再按下双字符键 即可输入上档字符 Capslock 为大小写字母输入切换键 Ctrl和Alt 控制键 这两个键往往分别与其它键组合使用 用来表示某个控制和操作 其组合功能 由不同的软件系统来决定 ESC 为强行退出键 取消或退出当前操作状态 Printscreen 截屏键 将屏幕内容送到剪贴板上 PgUp和PgDn 屏幕翻页键 Ctrl Space 中英文输入状态切换 Ctrl Shift 中文输入法切换 Ins或Insert 为插入 替换键 Del或Delete 为删除键 鼠标鼠标是微机必备的输入设备 鼠标的主要功能是对光标进行快速移动 选中图像或文字等对象 执行命令等 鼠标的分类 机械式 光电式 光学机械式 有两键 三键式 打印机的功能及工作原理 按其工作原理分类 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 针式打印机针式打印机由走纸装置 控制和存储电路 打印头 色带成 常见的点阵打印机头有9针 24针 常见打印机型号有EPSONLQ 1600K24针打印机 喷墨打印机这种打印机不用色带 而把墨水储存于可更换的盒子之中 通过毛细管作用将墨水直接喷到纸上 喷墨打印机的打印质量较高 噪音小 家庭环境中常选这种打印机 激光打印机激光式打印机是一种高精度 低噪声的页式打印机 先将打印的图象转换成点阵图 再使用激光束把所有要打印的图像形成肉眼看不到的电子潜像 然后再在打印纸上转印成像 优点 打印质量高 速度快 噪音低 缺点 造价高 是一般打印机的2 3倍 并且不能打蜡纸 常见的激光打印机 HPLaserJet1200系列等 打印机性能指标 分辨率 dpi 点数 英寸 目前喷打和激打都在1200dpi以上打印速度 一般以 页数 分 行数 分 字符数 秒表示 声卡麦克风 喇叭与计算机连接的接口目前大多数集成在主板上 按数字化精度分为16位 32位 64位 Modem 调制解调器 计算机拨号上网的必备设备 功能是完成模 数转换 数 模转换 网络接口卡计算机连接局域网的必备设备 软件系统 系统软件 操作系统 语言处理程序 数据库管理程序 诊断维护程序等 应用软件 各种MIS系统 Office Photoshop等 二 微型机的软件系统 P6 1 操作系统是计算机系统的核心软件 是用户与计算机的接口 操作系统功能 处理机管理 CPU管理 设备管理 存储器管理 文件管理 作业管理 P7 目的是使各种资源之间能够相互配合 协调一致地工作 提高计算机运行效率和用户使用效率 常见操作系统有 Windows Unix Linux Dos 2 语言处理程序计算机语言 人和计算机进行交流所使用的语言机器语言 用二进制代码表示机器指令 计算机能直接识别和执行 汇编语言和汇编程序 汇编语言用符号来表示机器指令 需要用汇编程序翻译成机器语言才能被计算机执行 高级语言和编译 解释 程序 高级语言接近自然语言和数学语言 需要用编译 解释 程序翻译成机器语言才能被计算机执行 编译程序 机器语言程序 结果 编译 运行 高级语言源程序 初识windowTC 1 进入windowTC环境2 练习教材P43六 操作题 国考真题练习 单选 2009年 1 衡量存储器的基本单位是 B A bitB byteC KBD word2 windows操作系统是 B A 单用户 单任务B 单用户 多任务C 多用户 单任务D 多用户 多任务3 组成微机主存储器的是 D A CD ROM和RAMB 硬盘和RAMC 硬盘和CD ROMD ROM和RAM 2008年 4 存储容量1KB等于 B A 23字节B 210字节C 220字节B 230字节5 下列设备中属于输出设备的是 D A 扫描仪B 键盘C 鼠标D 显示器 6 在计算机中 指令通常是由 A A 操作码 操作数组成B 源操作数 目标操作数组成C 反码 补码组成D 直接寻址 目的寻址组成 2007年 7 I O设备指的是计算机的 B A 存储设备B 输入输出设备C 控制器D 运算器8 具有只读功能的内存储器是指 A A ROMB RAMC 硬盘D CD ROM多选 2009年 1 下列关于计算机的叙述中正确的是 ADE A CPU是计算机系统的部件B I O设备不是计算机系统的部件C 计算机区别于其他计算工具的本质特点是能存储数据D 裸机 是指不配置任何软件的计算机E 计算机指令是控制计算机进行操作的命令 2 存储在下列设备中的信息可以长期保存 BCDE A RAMB ROMC 硬盘D 软盘E 光盘2007年3 下列设备中属于外存储设备的有 BCDE A RAMB 光盘C 硬盘D 软盘E 磁带 第三节计算机中数据的表示及存储形式 P10 在计算机内部 处理的数据都是二进制的 但在用高级语言编写程序时 为适应人们的使用习惯通常使用十进制形式的数 在输入数据或输出运行结果时 也多采用十进制形式 有时也用八进制或十六进制进行输入输出 其实八进制或十六进制只是作为二进制的一种书写方式 为此 我们要了解这些数据表示形式及它们之间的转换关系 以及数据如何在计算机内部存储 机器码 这是我们学习C语言程序设计必备的基础知识 进位计数制 数制 用一组固定的数字符号和一套统一的规则来表示数目的方法 常用的进制有 2进制 8进制 10进制 16进制 基数 某进制所允许使用的基本数字符号 2 8 10 16 位权 数的值不仅取决于数码的大小还取决于它所在的位置 基数的i次方 如 132 5 1 102 3 101 2 100 5 的10 1基数 10位权 102 101 100 10 1 101B 1 22 0 21 1 20 5D10101B 1 24 0 23 1 22 0 21 1 20 21D111 11B 1 22 1 21 1 20 1 2 1 1 2 2 7 75D 二进制 101 2101B 1101 2 101011 101 2 一 R进制转十进制 P11 方法 按权展开求和 1 二进制转换为十进制 101B 1 22 0 21 1 20 5D10101B 1 24 0 23 1 22 0 21 1 20 21D111 11B 1 22 1 21 1 20 1 2 1 1 2 2 7 75D 二进制 101 2101B 1101 2 101011 101 2 一 N进制转十进制方法 按位权展开求和 1 二进制转换为十进制 1 13 2 43 625 172 8 1 82 7 81 2 80 122 10 八进制 172 8172O172Q 336 8 2 八进制转化为十进制 1 222 5C 16 5 161 12 160 92 10 十六进制 5C 165CH A2 16 FF 16 3 十六进制转化为十进制 1 162 2 255 方法 将十进制数整数和小数分开转换 再将结果合并 整数部分 除以基数逆向取余法 小数部分 乘以基数顺向取整法 二 十进制转N进制 1 十进制转换为二进制十进制整数转换 除以2逆向取余10D 1010B 逆向取余 商为零停止 5 0 2 2 1 2 1 0 0 2 1 10 2 十进制小数转换 乘2顺向取整 2 0 125 2 0 250 2 0 500 1 000 结束标志 0 001 取整 10 125 10 1010 001 2 0 125 10 0 001 2 练习题 将下列十进制转为二进制 精确到4位小数 54 10 110110 2 15 73 10 1111 1011 2 1 110110 2 2 1111 1011 2 2 十进制转换成八进制整数部分 除8逆向取余264D 3 十进制转换成十六进制整数部分 除16逆向取余287D 171D 71 10 2 8 16 2 410Q3 11FH 172 8 1 82 7 81 2 80 122 10 八进制 172 8172O172Q 336 8 2 八进制转化为十进制 5C 16 5 161 12 160 92 10 十六进制 5C 165CH A2 16 FF 16 3 十六进制转化为十进制 练习题 将下列数按照由大到小排序 11001 2 27 10 34 8 1D 16 N进制转换为十进制方法 按位权展开求和 方法 将十进制数整数和小数分开转换 再将结果合并 整数部分 整除 基数 逆向取余法 小数部分 乘基 数 顺向取整法 二 十进制转R进制 P11 1 十进制转换为二进制十进制整数转换 除以2逆向取余10D 1010B 逆向取余 注 除到商为零停止 5 0 2 2 1 2 1 0 0 2 1 10 2 十进制小数转换 乘2顺向取整 2 0 125 2 0 250 2 0 500 1 000 结束标志 0 001 取整 10 125 10 1010 001 2 0 125 10 0 001 2 练习题 将下列十进制转为二进制 精确到4位小数 54 10 110110 2 15 73 10 1111 1011 2 2 十进制转换成八进制整数部分 除8逆向取余264D 3 十进制转换成十六进制整数部分 除16逆向取余287D 171D 71 10 2 8 16 三 二进制与八进制的转换 P12 1 二进制 八进制 三位一组法 111101001B 111101001B 751Q10110B 010110B 26Q11000 11 011000 110B 30 6Q 2 八进制 二进制 扩展三位法 345Q 011100101B 11100101B632Q 110011010B 110011010B 四 二进制与十六进制的转换 1 二进制 十六进制 四位一组法 111001B 00111001B 39H1111000111B 001111000111B 3C7H 2 十六进制 二进制 扩展四位法 2CH 00101100B 101100B62DH 011000101101B 11000101101B典型错误1D2H 0011101010B 11101010B 计算机中数据存储单位 1 位 一个二进制位 一个 1 或者一个 0 最小单位 英文名bit2 字节 八位为一个字节 英文名Byte 简写为B 1Byte 8bit千字节KB1KB 1024Byte 210Byte兆字节MB1MB 1024KB吉字节GB1GB 1024MB 三 带符号数在计算机内部的表示 P13 在计算机中 对于n位二进制数将其最高位作为符号位 0表示正数 1表示负数如 带符号数 有符号数 01101101正数11000110负数11101101负数01101101正数10001111负数01110001正数数的符号位连同该数值本身一起作为一个数称为机器数 机器数的二进制编码有原码 反码 补码三种 原码 反码 补码 P13 14 1 原码符号位除外 0正1负 数值部分为该数绝对值的二进制用1个字节表示 12 原码 00001100 12 原码 10001100用2个字节表示 12 原码 0000000000001100 12 原码 1000000000001100 原码 反码 补码 2 反码正数的反码与原码相同 负数的反码符号位不变 其余数位取反 12 反码 00001100 12 反码 111100113 补码正数的补码与原码相同 负数的补码等于反码加1 12 补码 00001100 12 补码 11110100 原码 反码 补码 正数 原码 反码 补码都相同负数 原码 符号位除外 数值部分为该数绝对值的二进制反码 原码除符号位外求反补码 反码 1例1 十进制数 5在微机内的存储形式是 D A 00000101B 10000101C 11111010D 11111011例2 用一个字节表示十进制数 15的补码是 11110001 数值数据编码 非数值数据编码 定点数 浮点数 西文字符 中文字符 声音 图像 视频 整数 小数 有符号整数 无符号整数 计算机中数据的存储与编码 数值数据编码 1 定点数的表示定点整数的小数点位置约定在最低位后面有符号整数 最高位为符号位 0为正 1为负无符号整数 都是数值位 没有符号位 例 00100011100011118位有符号整数35 15 原码 8位无符号整数35143下列数值能用8位二进制表示的是A 257B 300C 200D 29定点小数的小数点约定在最高数值位的前面 符号位的后面 浮点数由阶码和尾数两部分组成 2 浮点数 实数 的表示 P15 例1 二个字节存放一个整数 如 11136例2 四个字节存放一个实数 如 1 106 0 010101110000000 数值位 符号位 0 0000110 111111111111111111111111 1 阶符 阶码 数符 尾数 非数值数据编码 1 ASCII码最基本 最常用的非数值数据是由字符 汉字字符和西文字符 组成的 西文字符普遍采用ASCII码表示 P14 ASCII码是美国标准信息交换码 AmericanstandardcodeforInformationInterchange 是微型计算机中表示字符的常用编码 标准的ASCII码是用一个字节表示的 最高位置为 0 用7位二进制数编码 总共可以表示128个字符 ASCII码的新版本是把原来的7位码扩展成8位码 因此它可以表示256个字符 教材P207和下页列出了ASCII编码表 其中 每个字符的列标题为其编码的高三位 行标题为其编码的低四位 若干重要字符的编码为 NUL 空 0000000 2 0 10 0 16回车 CR 0001101 2 13 10 0D 16空格 SP 0100000 2 32 10 20 16数字0 0110000 2 48 10 30 16数字9 57 10 39 16字母A 65 10 41 16字母Z 90 10 5A 16字母a 97 10 61 16字母z 122 10 7A 16 ASCII码考点 1 几个特殊字符的ASCII码 0 a A 2 在同一序列里ASCII码逐渐增加 字符比较大小时按其ASCII码大小进行 3 小写字母的ASCII码比大写字母的ASCII码大32 1 汉字输入码也称外码 它是专门用来向计算机输入汉字的编码 目前 在我国推出的汉字输入编码方案很多 其表示形式大多用字母 数字或符号 外码的编码方案大致可以分为 以汉字发音进行编码的音码 例如全拼编码 简单拼音编码 双拼编码等 按汉字书写的形式进行编码的形码 例如 五笔字型码 2 汉字编码 我国是使用汉字的国家 在计算机处理的信息中 很大成分是汉字 汉字也要用二进制来编码 由于汉字数量大 故在计算机内部是采用二个字节对一个汉字进行编码 汉字字符处理过程 汉字输入码 外码 国标码 机内码 字型码 汉字输出 2 区位码和国标码1980年我国颁布了汉字代码标准 GB2312 80 称为国标码 在国标码字符集中包含了6763个汉字 其中一级3755个 二级3008个 和682个图形符号 这些字符组成一个94X94的矩阵表 每行称为一个区 1 94区 每列称为一个位 1 94位 每个字符的区号和位号排在一起就构成该字符的 区位码 例 啊 排在16区 位号01 区位码是1601 1001H 国标码 国标码高字节 区码 20H国标码低字节 位码 20H 3 机内码机内码是指计算机内部存储和交换汉字时使用的编码 由于国标码的两字节的最高位为0 处理时与7位ASCII码容易混淆 需要对国标码适当变形 形成一种机内码 机内码 机内码高字节 国标码高字节 80H机内码低字节 国标码低字节 80H一个汉字可有几个外码 但只有一个机内码 4 汉字的字形码 汉字的字型是用数字代码来表示汉字 但是为了在输出时让用户看到汉字 就必须输出汉字的字形 在汉字系统中 一般采用点阵来表示字形 使用的点阵有 16 16点阵 24 24点阵 32 32点阵 64 64点阵 96 96点阵 128 128点阵 256 256点阵 点阵越大 则汉字字形的质量也越好 当然 每个汉字点阵的存储量也越大 存储一个16 16点阵的汉字需要32字节 汉字库 存储的汉字字形信息的集合称为汉字库 汉字库是汉字字形的数字化信息 用于汉字的显示和打印 思考题 设一个汉字的点阵为24X24 则600个汉字的点阵信息所占用的字节数是 43KB 43200B 三 程序设计的含义 P16 程序设计主要包含以下两重任务 1 把要用计算机处理的实际问题抽象为数学模型 设计出解题步骤即算法 2 实现算法 即用某种程序设计语言对所设计的算法进行编程 四 计算机算法的概念 P16 1 算法的含义计算机算法是对用计算机解决一个实际问题的方法和步骤的描述 2 算法的性质 1 有穷性 算法应在有限步骤内结束 2 确定性 算法中每一步的含义必须是确切的 不可出现任何二义性 3 有效性 算法中的每一步操作都应该能有效执行 并得到确定的结果 4 有零个或多个输入 有一个或多个输出 5 完整性 算法应是一套描述规则所组成的准确完整的过程 3 算法的表示 P17 用自然语言描述算法 例 写出求一元二次方程ax2 bx c 0的根的算法 第一步 计算 b2 4ac 第二步 如果 0 则原方程无实数解 否则 0 时 第三步 输