大学计算机（第二版）冯博琴 水电大基2版_第1章 计算机发展和信息表示新

第1章计算机发展和信息表示本章目标了解计算机的发展历程理解存储程序的概念了解计算机的分类理解计算机的性能指标了解基于计算机的信息处理过程掌握计算机中进制的概念和进制之间的转换理解西文字符和汉字在计算机中的编码111计算机的发展和应用111计算机的发展历程1电子计算机的诞生（1）世界上第一台通用数字电子计算机ENIACENIAC不仅具有记忆（储存）功能，而且运算速度显著提高，一次加法运算仅需约32微秒，一次乘法运算仅需约1毫秒。（2）冯诺依曼（JVONNEUMANN）思想“存储程序方式”和采用二进制22电子计算机的发展从电子管到超大规模集成电路（1）第一代计算机（19461957）采用的主要元件是电子管，称为电子管计算机（2）第二代计算机（19581964）采用的主要元件是晶体管，称为晶体管计算机（3）第三代计算机（19651973）采用中小规模的集成电路元件（4）第四代计算机（19741991）采用大规模和超大规模集成电路元件（5）第五代计算机（1991至今）33软件的发展（1）电子管时代的计算机没有操作系统，卡片穿孔成为程序编制和记录的方法（2）汇编语言（3）高级程序设计语言，如FORTRAN、ALGOL和COBOL语言等（4）监控程序，早期操作系统所完成的主要功能（5）各种类型的操作系统（6）数据库管理系统和编程语言等系统软件的不断发展（7）编程语言的发展集成开发环境、分布式、跨平台44微型计算机以微处理器为标志划分微型计算机例如286机、386机、486机、PENTIUM机、PII机、PIII机和PIV机等第一个4位微处理器1971年在美国INTEL公司研制成功微处理器从最早的4位发展到8位、16位、32位，直到现在的64位和双（多）核处理器5112计算机与现代社会1数值计算2信息处理3过程控制4计算机辅助系统5人工智能6多媒体技术应用7电子商务6113计算机的发展方向（1）巨型化向高速度、大存储容量和强大功能发展的巨型计算机（2）微型化进一步提高集成度，使用高性能的超大规模集成电路，整个体积更加小巧的微型计算机（3）网络化将分布在不同位置上独立的计算机通过通讯线路和设备连接起来，以便各用户之间可以相互通信并能使用公共的资源（4）智能化是指让计算机能够模拟人的思维的能力，具有解决问题和逻辑推理的功能，可以越来越多地替代人类的脑力劳动712计算机系统概述完整的计算机系统由硬件HARDWARE和软件SOFTWARE两部分组成L硬件是指客观存在的物理实体，即由电子元件和机械元件构成的各个部件。L软件是指运行在硬件上的程序、运行程序所需的数据和相关的文档的总称。没有软件的计算机称为“裸机”8121存储程序原理冯诺依曼计算机的特点（1）使用二进制表示数据和指令（2）存储程序原理1指令硬件能够识别和执行的一步操作2程序若干个指令的集合存储程序是计算机自动工作的基础9122计算机的主要性能指标1字长字长计算机的运算部件一次能处理的固定位数的二进制数据的位数字长越长，运算速度和精度相应地也就越高字长从8位，到16位、32位，发展到今天的64位。2主频也称为时钟频率，是决定计算机的运算速度的重要指标，主频越高，运算速度越快，主频使用的单位有HZ、MHZ和GHZ。103核数微处理器芯片中同时具有两个或两个以上的微处理器内核，例如有双核、四核或八核等，称为多核处理器4运算速度通常表示为每秒钟执行的加法指令数目，用每秒百万次指令MIPS（MILLIONINSTRUCTIONSPERSECOND）表示。115存储容量的单位11BIT1位二进制表示的信息量21BYTE8位二进制表示的信息量31KB1024BYTE41MB1024KB51GB1024MB61TB1024GB12123计算机软件软件的概念狭义计算机运行需要的程序广义指计算机程序以及开发、使用和维护程序所需要的相关的技术文档资料。软件的分类系统软件管理、控制和维护计算机及其外设的软件应用软件完成具体功能的软件，需要系统软件的支持131系统软件（1）操作系统OS最基本的系统软件，计算机系统有效工作的必备软件操作系统的管理功能（1）处理器管理（2）存储器管理（3）设备管理（4）文件管理（5）接口14（2）语言处理程序语言处理程序处理高级语言或汇编语言的工具（1）汇编程序将汇编语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序（2）解释程序将高级语言编写的源程序翻译成机器语言指令时，有两种翻译方式，分别是“解释”方式和“编译”方式，分别由解释程序和编译程序完成。解释方式是通过解释程序对源程序一边翻译一边执行，早期的BASIC语言采用的就是解释方式，15（3）编译程序编译过程1）将源程序编译成目标程序，目标程序文件的扩展名是OBJ2）通过连接程序将目标程序和库文件相连接形成可执行文件，可执行文件的扩展名是EXE大多数高级语言编写的程序采用编译的方式，不同的高级语言对应了不同的编译程序。编译后形成的可执行文件独立于源程序，因此可以反复地运行，因此运行速度较快。16（3）数据库管理系统（DBMS）管理数据库和开发应用系统的工具常用DBMSORACLE，SYBASE、SQLSERVER,VFP等172应用软件（1）文字处理软件（2）信息管理软件（3）计算机辅助设计软件（4）实时控制软件（5）其它183硬件与软件的关系（1）硬件和软件互相依存硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。（2）硬件和软件互为替代随着计算机技术的发展，在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。（3）硬件和软件协同发展。19124计算机的分类1按功能和规模分类（1）通用机（大中型机）（2）巨型机（3）小型机（4）微机202微机分类（1）单片机将微处理器（CPU）、一定容量的存储器以及I/O接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机。（2）单板机将微处理器、存储器、I/O接口电路安装在一块印刷电路板上，就成为单板机。（3）个人计算机（PERSONALCOMPUTER，PC）（4）便携式微机便携式微机大体包括笔记本计算机、袖珍型计算机，以及个人数字助理（PDA）等。（5）工作站常被看作是高档的微机。2113计算机与信息处理131信息和信息技术1信息的各种定义辞源“信息就是收信者事先所不知道的报道”。简明社会科学词典“作为日常用语，指音信，消息。作为科学术语，可以简单地理解为消息接受者预先不知道的报道。222信息技术第一次信息革命是文字的使用。第二次信息革命是印刷术的发明。第三次信息革命是电话、广播和电视的使用。第四次信息革命是当代的电子计算机与通信相结合的信息技术。23132基于计算机的信息处理通过计算机高效的处理，信息才能真正在广泛的领域中实现“可用”。利用计算机实现对信息的处理的过程信息的采集、表示和压缩、存储和组织，传输、发布和检索。241信息的表示和采集采集的各类信息在计算机中都必须转换为计算机能够识别和处理的、由“0”和“1”组成的二进制码，这些二进制码可以通称为数据。文字和数值信息键盘输入、语音输入、手写输入、扫描加模式识别等。声音、图像和视频信息录音笔、数码照像机、数码摄像机等。一串二进制码数据的表现形式是一串电脉冲信号252信息的组织以层次结构组织数据比特是计算机数据处理的最小单位；一组比特（一个字节）可以表达一个字符（字母、数字等）；一组字符可以表达一个单词（两个字节可表示一个汉字）；一组单词、数值或汉语的单词可以形成一个域；一组相关的域，例如商品的名称、规格、生产厂家、价格等，形成一条记录；一组同类的记录可以形成一个文件；一组相关的文件可以形成数据库。26最高层次的数据库技术是将数据集中管理并将数据冗余降至最低，使得有组织的数据可以有效的为更多的应用程序服务。273信息的传输信息的传输和发布需要通过互联网。284信息检索信息检索指将杂乱无序的信息有序化后形成信息集合，即建立数据库（前提），并根据需要从数据库中查找出特定信息的过程。搜索引擎在互联网中搜集、发现信息，对信息进行理解、提取、组织和处理，并为用户提供检索服务，从而起到信息导航的目的。29信息处理技术小结在信息处理系统中，计算机是核心要素L计算机硬件（第2章）和操作系统（第3章）是其它技术应用的基础；L信息传输离不开计算机网络（第4章）；L不同类型信息的处理（第5章、第6章）；L有些处理如果没有商品化软件，就需要用程序设计语言（第7章）进行开发；L信息的组织（第8章）；L为保证系统的正常运行和实现电子支付等，需要运用防火墙、数字签名等信息安全技术（第9章）。3014数制和数制转换131数制的概念1十进制数制采用十个数码09一个数制中包含的数码个数称为该数制的基数，因此，十进制数的基数就是10推广到一般情况，使用不同的基数，就可以得到不同的进位计数制加法规则“逢十进一”。在一个数中，处在不同位置的数码代表不同的数值，数值的大小与采用的进制和处在的位置有关312二进制数1）0和1两个数字,逢二进一2）算术运算加法规则0000111011110乘法规则0000101001113）逻辑运算与、或、非4）计算机内采用二进制的原因（1）两种状态的物理元件容易实现（2）运算规则简单，简化电路323八进制和十六进制八进制数采用八个数码07进位规则是“逢八进一”十六进制数采用十六个数码，分别是09、AF进位规则是“逢十六进一”334各种进行数的表示方法1括号右下角加进制数例如，（1011）2、（56）8、（987）10、（1A3）162数字后加字母十六进制十进制二进制O八进制例如，1011B、56O、987D、1A3H34对应关系35142不同进制数据之间的转换1十进制数转换成N进制数整数部分除以N取余数小数部分乘N取整数例1将十进制整数25转换为二进制数所以25D11001B36例2将十进制整数193转换为十六进制数。除以“十六取余”因此，193DC1H例3将十进制小数03125转换为二进制数。采用“乘以2取整”的方法所以03125D00101B372N进制数转换成十进制数过程1N进制数按权展开2展开的算式按十进制运算3运算结果为转换后的十进制数例4将二进制数100110101转换成十进制数。100110101B1250240231221210201210221233200420050012538625D38例5将十六进制数2BA转换成十进制数。2BA2162B161A16051217610698D393二进制数和十六进制数之间转换1分组每四位一组整数从右至左小数从左至右,位数不足右边补零2每一组用一位十六进制数表示例6将二进制数1111101011011001101转换成十六进制分组，整数部分0001111101011011小数部分00110100代替1111101011011001101B1F5B34H404二进制数和八进制数之间的转换（1）分组整数从个位数开始从右向左每三位二进制数一组，最后一组不足三位时，在左边补零小数从小数点后第一位开始从左向右每三位一组，最后一组不足三位时，在右边补零（2）替换每一组的三位二进制数用一位八进制数代替。41例7将二进制数1010010101011101转换成八进制分组，整数010100101小数010111010代替1010010101011101B245272O425十六（八）进制转换为二进制数十六进制转换成二进制每一位数依次用四位二进制数表示八进制的数转换成二进制将每一个八进制的数用三位二进制数代替436八进制数和十六进制数之间转换方法以二进制为媒介即先将八进制数转换成二进制数，然后再将二进制数转换成十六进制，反之亦然44【例18】使用附件中的“计算器”进行整数的进制转换“开始”“程序”“附件”“计算器”45正负号的编码将一个数的最高位定义为符号位0表示正号，1表示负号示例“1011001”可以表示为“11011001”“1011001”可以表示为“01011001”4615字符编码151西文字符编码字符标准编码ASCII码美国信息交换用标准代码1ASCII码的编码规则1长度1个字节位中的低7位2最高位为3数量128个字符编码范围是0000000B1111111B（0D127D）47ASCII字符集和示例字母“A”的编码是1000001B、65D或41H字母“A”的编码是1100001B、97D或61H数字“0”的编码是0110000B、48D或30H482ASCII码中包含的字符（1）控制字符（34个）（2）可视字符编码值为032D、127D的字符1）字母AZ,AZ（52个）2）数字09（10个）011000001110013）标点符号及运算符号（32个）49152汉字编码1汉字字符集1GB23121980信息交换用汉字编码字符集、基本集收录汉字6763个,符号682个共7445个字符2GBK汉字扩展内码规范GBK编码共收录汉字21003个、符号883个，并提供1894个造字的码位，简体、繁体字融于一库50（3）UCS中的CJKUCS全称“通用编码字符集”（UNIVERSALCODEDCHARACTERSET）UCS中，每个字符用4个字节表示，分别表示字符的组号、平面号、行号和列号，称为UCS40组0面的编码可以省略组号和平面号，其字符只需用两个字节表示，这个字符集称为UCS2，是UCS的子集，又称为统一码UNICODE。UNICODE字符集通常包括以下字符世界各国和各地区使用的拉丁字母、音节文字；各类标点符号、数学符号、技术符号、几何形状、箭头和其他符号；中、日、韩（CJK）统一的象形文字51（4）GB180302000GB2312的扩展27万个汉字单/双/四字节混合编码收录汉字,藏、蒙、维等少数民族文字，以及世界上几乎所有的语言文字（5）BIG5码BIG5码俗称“大五码”，是通行于台湾、香港地区的繁体字编码方案，它用双字节编码，收录13053个汉字和408个符号总共13461个。522汉字的输入码汉字输入码的编码方法有4类。（1）数字编码用一串数字代表一个汉字，例如区位码、电报码等，优点是没有重码，输入码和内码的转换比较方便，缺点是编码记忆困难。（2）音码以汉语拼音为基础，常用的有全拼、双拼、智能ABC等，由于汉字的同音字较多，拼音编码中重码字很多，因此还要在同音字中进行二次选择。53（3）形码以汉字的字形特征为基础的编码，例如五笔字型、表形码，其中的五笔字型是形码中最有影响的编码方法（4）音形码将汉字的拼音和形状结合起来，并以其中某一种为主的编码方法，例如自然码输入法以拼音为主，字形为辅进行编码。543区位码、国标码和机内码（1）区位码GB23121980汉字编码分区1）字符集分94区，每区94位115区非汉字字符682个1655区一级常用汉字3755个按拼音顺序5687区二级次常用汉字3008个按部首排列8894区空白552）区位码组成两位区码两位位码举例“中”54区48位区位码5448562国标码用连续两字节表示一个汉字每个字节只用7位高字节区号32低字节位号32（十进制）举例1“中”54区48位高字节543286D56H01010110B低字节483280D50H01010000B特点两字节最高位都为057举例2编码0101011001010000的含义1）一个汉字“中”2）两个字母“V”和“P”结论用国标码无法解决汉字和西文字符的兼容58（3）内码（机内码）1）计算将国标码两字节高位变为1内码（H）国标码（H）8080H2）作用1保存或处理汉字2与西文字符兼容例如汉字“中”的国标码为5650H，5650H8080HD6D0H因此，汉字“中