第1章计算机基础

1、 第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识1.1 计算机发展与应用计算机发展与应用 1.2 计算机中数据的表示方法计算机中数据的表示方法 1.3 计算机硬件系统计算机硬件系统 1.4 计算机软件系统计算机软件系统 1.5 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统1.6 多媒体技术基础知识多媒体技术基础知识 1.1计算机发展与应用计算机发展与应用 1.1.1计算机的发展历史计算机的发展历史 1946年年2月，美国宾夕法尼亚大学成功研制出月，美国宾夕法尼亚大学成功研制出世界上第一台计算机世界上第一台计算机ENIAC。它的诞生标志着计算。它的诞生标志着计算机时代的到来。机时代的到来。 按采用的电子元

2、器件不同，划分为四个时期。按采用的电子元器件不同，划分为四个时期。1第一代第一代 (19461957年年):电子管计算机时代。电子管计算机时代。2第二代第二代 (19581964年年):晶体管计算机时代。晶体管计算机时代。3第三代第三代 (19651970年年):集成电路计算机时代。集成电路计算机时代。4第四代第四代(1971年以后年以后):大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路 计算机时代。计算机时代。 集成电路是通过半导体集成技术把几十个、集成电路是通过半导体集成技术把几十个、 几百个电子元件集中在一块芯片上。几百个电子元件集中在一块芯片上。 1.1.2计算机的分类计算机的分类1

3、按计算机处理数据的类型分类按计算机处理数据的类型分类 数字计算机数字计算机 数字计算机输入、处理、输出和存储的数数字计算机输入、处理、输出和存储的数据都是数字数据。当今使用的计算机绝大据都是数字数据。当今使用的计算机绝大多数都是数字计算机。多数都是数字计算机。 模拟计算机模拟计算机 模拟计算机输入、处理、输出和存储的数模拟计算机输入、处理、输出和存储的数据都是模拟数据。据都是模拟数据。 数字模拟混合计算机数字模拟混合计算机 兼有数字计算机和模拟计算机的功能，既兼有数字计算机和模拟计算机的功能，既能处理数字数据，又能处理模拟数据。能处理数字数据，又能处理模拟数据。 2按计算机的用途分类按计算机的

4、用途分类 通用计算机通用计算机 专用计算机专用计算机 3按计算机的规模分类按计算机的规模分类 巨型机巨型机 大型机大型机 小型机小型机 微型机微型机 工作站工作站 服务器服务器 1.1.3计算机的特点计算机的特点1运算速度快运算速度快2计算精度高计算精度高3具有强大的记忆存储能力具有强大的记忆存储能力 4具有逻辑判断功能具有逻辑判断功能5具有自动控制能力具有自动控制能力1.1.4 计算机的应用领域计算机的应用领域 1科学计算科学计算2数据处理数据处理3过程控制过程控制4计算机辅助系统计算机辅助系统5人工智能人工智能6多媒体技术应用多媒体技术应用7电子商务电子商务1.1.5 计算机的发展趋势计算

5、机的发展趋势1巨型化巨型化2微型化微型化3网络化网络化4智能化智能化1.2计算机中数据的表示方法计算机中数据的表示方法 1.2.1 进位计数制进位计数制 1.2.2 常用数制常用数制 1.2.3 数制转换数制转换 1.2.4 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 1.2.5 编码编码 在计算机中数据都是以二进制形式表示的。在计算机中数据都是以二进制形式表示的。计算机内部采用二进制表示数据，主要原计算机内部采用二进制表示数据，主要原因：因： 易于实现易于实现 运算简单运算简单 逻辑性强逻辑性强 可靠性高可靠性高1.2.1 进位计数制进位计数制 1数符数符 数符是数制中所使用的基本符号。例如，

6、十进制有数符是数制中所使用的基本符号。例如，十进制有10个数符：个数符： 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。2基数基数 基数是数制中的数符的个数。基数决定了所采用的基数是数制中的数符的个数。基数决定了所采用的进位计数制，例如，十进制共有进位计数制，例如，十进制共有 10个数符，其基数个数符，其基数为为10；而二进制有；而二进制有2个数符，则其基数为个数符，则其基数为2。3位权位权 不同数制表示数值时，处于不同位置的数符所代表不同数制表示数值时，处于不同位置的数符所代表的值不同，即数符在不同位置上代表不同的数值，的值不同，即数符在不同位置上代表不同的数值，我们将每一数位对应的数值称为位权。

7、我们将每一数位对应的数值称为位权。4进位原则进位原则 对于任意对于任意R进制，其进位原则是逢进制，其进位原则是逢R进进1。如，十进。如，十进制是逢制是逢10进进1；二进制是逢；二进制是逢2进进1。 采用位权表示法可以将任意数制的一个采用位权表示法可以将任意数制的一个数表示为它的各位数字与位权乘积之和。数表示为它的各位数字与位权乘积之和。1.2.2 常用数制常用数制数制数制基数基数基本数符基本数符进位原则进位原则位权位权十进制十进制100 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十进一逢十进一10 r二进制二进制20 1逢二进一逢二进一2 r八进制八进制80 1 2 3 4 5 6 7逢八进一逢八进

8、一8 r十六进十六进制制160 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F逢十六进一逢十六进一16 r1.2.3 数制转换数制转换1非十进制数转换为十进制数非十进制数转换为十进制数2十进制数转换为非十进制数十进制数转换为非十进制数3二进制数与八、十六进制数之间的转换二进制数与八、十六进制数之间的转换1非十进制数转换为十进制数非十进制数转换为十进制数 转换规则：转换规则：“位权法位权法”。将非十进制数的各位数字按权展开相加，将非十进制数的各位数字按权展开相加，所得的和即为相应的十进制数。所得的和即为相应的十进制数。 【例【例1-1】将二进制数】将二进制数(10101.11 )2转

9、换转换成十进制数。成十进制数。解：解： (1011.11)2124023+122021 120 12- 112- 2(21.75 )10 【例【例1-2】将八进制数】将八进制数(237 )8转换成十进转换成十进制数。制数。 解解: (237 )8282+381+780(159 )10 【例【例1-3】将十六进制数】将十六进制数(2FA )16转换成十转换成十进制数。进制数。解解: (2FA )162162+F161+A160 216215161+10160 (762 )102十进制数转换为非十进制数十进制数转换为非十进制数（1）十进制整数转换为）十进制整数转换为R进制整数进制整数 转换规则：转

10、换规则：“除除R取余法取余法”。 用十进制数反复地除以用十进制数反复地除以 R，直到商为，直到商为 0。 将所得余数按由下而上排列。将所得余数按由下而上排列。（2）十进制小数转换成）十进制小数转换成R进制小数进制小数 转换规则：转换规则：“乘乘R取整法取整法”。 用十进制小数乘以用十进制小数乘以 R，取乘积的整数部分，取乘积的整数部分，将剩下的小数部分再乘以将剩下的小数部分再乘以 R，重复以上过程，重复以上过程，直至乘积的小数部分为直至乘积的小数部分为 0或满足转换精度要求或满足转换精度要求为止，最后将取得的整数由上而下排列。为止，最后将取得的整数由上而下排列。 【例1-4】将十进制数(164

11、)10转换成二进数。 解: 余数 结果：(164)10 (10100100)2 2 1640 （最低位） 2 82 0 2 41 12 20 02 10 02 5 12 2 0 2 1 1 （最高位） 0 【例1-5】将十进制数(267)10转换成八进制数。解: 余数 结果：(267)10 (413)8 8 267 3（最低位）8 33 18 4 4 （最高位） 0 【例1-6】将十进制数(398)10转换成十六进制数。解: 余数 结果：(398)10 (18E)16 8 398 14(E)（最低位）8 24 88 1 1 （最高位） 0 十进制小数转换成十进制小数转换成R进制小数：进制小数：

12、“乘乘R取整法取整法”。 用十进制小数乘以用十进制小数乘以 R，取乘积的整数部分，将剩，取乘积的整数部分，将剩下的小数部分再乘以下的小数部分再乘以 R，重复以上过程，直至乘积，重复以上过程，直至乘积的小数部分为的小数部分为 0或满足转换精度要求为止，最后将或满足转换精度要求为止，最后将取得的整数由上而下排列。取得的整数由上而下排列。【例【例1-7】将十进制数】将十进制数(0.125)10转换成二进制数。转换成二进制数。 解解: 0.12520.25取整取整 0 (最高位最高位) 0.2520.5 取整取整 0 0.521.0 取整取整 1 (最低位最低位) 结果：结果：(0.125)10 (0

13、.001)2 。 【例1-8】将十进制数(0.3125)10转换成八进制数。 解: 0.312582.5取整 2 (最高位) 0. 584.0 取整 4 (最低位) 结果：(0.3125)10 (0.24)8 。 【例1-9】将十进制数(0.95)10转换成十六进制数。 解: 0.951615.2 取整 15 (F) (最高位) 0.2163.2 取整 3 0.2163.2 取整 3 (最低位) 若精度要求转换到三位小数 结果：(0.95)10 (0.F33)2 。 【例1-10】将(164.125)10 转换成二进制数。 解: (164)10(10100100)2 (0.125)10(0.0

14、01)2 所以 (164.125)10(10100100.001)2 一个十进制数既有整数部分，又包括小数部分，要将其转换成非十进制数，可将该十进制数的整数部分和小数部分分别进行转换，然后将两个转换结果合起来即可。3二进制数与八、十六进制数转换二进制数与八、十六进制数转换 每一位八进制数与三位二进制数相对应。每一位八进制数与三位二进制数相对应。 每一位十六进制数与四位二进制数相对应。每一位十六进制数与四位二进制数相对应。 二进制数的分组位置：二进制数的分组位置： 以小数点为界分别向左向右三位（或四位）以小数点为界分别向左向右三位（或四位）一组，不足三位（或四位）用一组，不足三位（或四位）用0补

15、足。补足。 【例1-11】将二进制数(1100110101.01101 )2 转换为八进制数。解: 001 100 110 101 . 011 010 1 4 6 5 . 3 2 结果：(1100110101.01101 )2 (1465.32)8 【例1-12】 将二进制数(1011000101.101101101 )2 转换为十六进制数。解: 0010 1100 0101 . 1011 0110 1000 2 C 5 . B 6 8结果： (1011000101.101101101)2(2C5.B68 )16 【例1-13】将八进制数(5162.73 )8 转换为二进制数。解: 5 1 6

16、 2 . 7 3 101 001 110 010 . 111 011 结果：(5162.73 )8(101001110010.111011 )2 【例1-14】将(5BF.84 )16 转换成二进制数。解: 5 B F . 8 4 0101 1011 1111 . 1000 0100 结果： (5BF.84 )16(10110111111.100001 )2八进制数与十六进制数的相互转换可借助二进制或十进制作为桥梁来进行。 例如： (732 )8=(111011010 )2=(1DA )161.2.4 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 计算机中数的正负用高位字节的最高位来表示，正数用“

17、 0”表示，负数用“1” 表示，称为符号位。这种把符号数值化了的数，其符号和数字都用二进制的机内表示形式，称为机器数。例如，二进制数1101001在机器内的表示形式 机器数： 符号位符号位 01101001(1)定点数定点数定点纯小数定点纯小数符号位符号位数值位数值位符号位符号位数值位数值位2.小小 数数定点整数定点整数隐含小数点位置隐含小数点位置隐含小数点位置隐含小数点位置(2)浮点数浮点数阶符阶符阶码阶码数符数符尾数尾数例如：例如： 84. 53102(0.8453)10的指数的指数2称为阶码，称为阶码，0.8453称为尾称为尾数。数。 数的表示方法有原码、反码和补码三种方式。在数的表示方

18、法有原码、反码和补码三种方式。在计算机中，数据是以补码的形式存储并进行运算计算机中，数据是以补码的形式存储并进行运算的。的。(1)原码原码 符号位正数用符号位正数用0表示用表示用1表示，数值部分用二进表示，数值部分用二进制形式表示，这种表示法称为原码。制形式表示，这种表示法称为原码。(2)反码反码 负数的反码是按位取反。负数的反码是按位取反。(3)补码补码 负数的补码是该数的反码加负数的补码是该数的反码加1。 1.2.5 编码编码1BCD码码(二十进制编码二十进制编码) 用若干个二进制数表示一个十进制数的编码用若干个二进制数表示一个十进制数的编码 2西文字符的编码西文字符的编码ASCII码码

19、用来表示字符的二进制编码用来表示字符的二进制编码3汉字编码汉字编码 输入码、国标码、机内码、字形码输入码、国标码、机内码、字形码1.3 计算机硬件系统计算机硬件系统 1.3.1 计算机的工作原理计算机的工作原理 1.3.2 计算机的基本结构计算机的基本结构 冯冯诺依曼结构诺依曼结构计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能；们的基本功能；计算机内部采用二进制形式表示数据和指令。计算机内部采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码构成，其中操作码表示指令由操作

20、码和地址码构成，其中操作码表示操作类型，地址码指出操作数在存储器中的地操作类型，地址码指出操作数在存储器中的地址；址；巧妙地提出了巧妙地提出了“存储程序存储程序”的基本原理。程序的基本原理。程序也被当作数据存进了计算机内部，以便电脑能也被当作数据存进了计算机内部，以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令，再也不必自动一条接着一条地依次执行指令，再也不必去接通什么线路。即把数据和程序装入内存中，去接通什么线路。即把数据和程序装入内存中，计算机无需操作人员干预，能自动在程序的控计算机无需操作人员干预，能自动在程序的控制下一步一步进行处理，直到完成。计算机的制下一步一步进行处理，直到完成。计算机的工

21、作过程是运行程序的过程。工作过程是运行程序的过程。1.3.1 计算机的工作原理计算机的工作原理按照冯按照冯诺依曼思想，计算机的基本工作原理是诺依曼思想，计算机的基本工作原理是“存储程序存储程序”和和“程序控制程序控制”。 “存储程序存储程序”是先编好程序，通过输入设备送到是先编好程序，通过输入设备送到存储器中存储。接着该执行程序了，即存储器中存储。接着该执行程序了，即“程序控程序控制制”。计算机能自动执行程序，而执行程序又归。计算机能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令，步骤是：取一条指令、分析结为逐条执行指令，步骤是：取一条指令、分析指令、执行指令、再取下一条指令。具体地，执指令、执

22、行指令、再取下一条指令。具体地，执行程序时行程序时C P U先从内存中取出第一条指令，通过先从内存中取出第一条指令，通过译码器译出该指令对应的操作，然后在控制器的译码器译出该指令对应的操作，然后在控制器的指挥下完成规定操作，再取出下一条指令并执行，指挥下完成规定操作，再取出下一条指令并执行，如此循环下去直到遇到结束指令时才停止执行。如此循环下去直到遇到结束指令时才停止执行。1.3.2 计算机的基本结构计算机的基本结构1运算器运算器 负责算术运算、逻辑运算和其他操作负责算术运算、逻辑运算和其他操作2控制器控制器 控制着计算机各部件按照指令的要求工作。控制着计算机各部件按照指令的要求工作。3存储器

23、存储器 内存储器：临时存储数据内存储器：临时存储数据 外存储器：长期存储数据外存储器：长期存储数据 4输入设备：模拟输入设备：模拟-数字数字 5. 输出设备：数字输出设备：数字-模拟模拟 存储器的存储容量存储器的存储容量 最小单位：位（最小单位：位（b:一个一个0或或1） 基本单位基本单位:字节（字节（B:一个存储单元）一个存储单元） 地址：存储单元地址：存储单元(字节字节)在内存中的编号在内存中的编号 1B8b 1KB= 1024B=210B 1MB= 1024KB 1GB= 1024MB 1TB= 1024GB 1.4 计算机软件系统计算机软件系统 1.4.1 系统软件系统软件 1.4.2

24、 应用软件应用软件 1.4.3 指令和程序指令和程序1.4.1 系统软件系统软件 1操作系统操作系统 2语言处理程序语言处理程序 3支撑服务软件支撑服务软件 4数据库管理系统数据库管理系统1.操作系统操作系统:控制和管理计算机硬件和软件资源控制和管理计算机硬件和软件资源2.语言处理程序语言处理程序(1)机器语言机器语言:由由0和和1组成指令和数据组成指令和数据, 可直接执行可直接执行(2)汇编语言汇编语言:面向机器，使用直观易记的助记符面向机器，使用直观易记的助记符 (3)高级语言高级语言:面向应用，面向问题求解过程面向应用，面向问题求解过程翻译翻译(汇编语言、高级语言汇编语言、高级语言) 编

25、译方式编译方式:将源程序翻译成目标程序连接运行将源程序翻译成目标程序连接运行 解释方式解释方式:翻译一句执行一句翻译一句执行一句 3支撑服务软件支撑服务软件 4数据库管理系统数据库管理系统1.4.2 应用软件应用软件 是在计算机系统支持下，为了解决各类是在计算机系统支持下，为了解决各类实际问题而编制的应用程序及其相关文实际问题而编制的应用程序及其相关文档的总称。档的总称。 1办公软件办公软件 2数据处理软件数据处理软件 3实时处理软件实时处理软件 4计算机辅助工程应用计算机辅助工程应用 5多媒体编辑工具多媒体编辑工具 1.4.3 指令和程序指令和程序 1指令与指令系统指令与指令系统 指令：计算

26、机完成某个基本操作的命令指令：计算机完成某个基本操作的命令,用一用一串二进制代码表示的。串二进制代码表示的。 组成：操作码和地址码组成：操作码和地址码 指令系统：一台计算机所能执行的全部指令指令系统：一台计算机所能执行的全部指令的集合的集合 2程序程序 指一组计算机能识别的指令，这组指令为指一组计算机能识别的指令，这组指令为解决某一个问题而设计。解决某一个问题而设计。1.5 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统1.5.1 主机系统主机系统1.5.2 外部存储器外部存储器 1.5.3 输入输出设备输入输出设备微机系统的三个层次微机系统的三个层次1微处理器微处理器CPU具有控制器和运算器功能的

27、中央处理器具有控制器和运算器功能的中央处理器 2微机微机 CPU+存储器存储器+I/O接口接口+系统总线系统总线 3微机系统微机系统 微机微机+外部设备外部设备+软件软件 1.5.1 主机系统主机系统1CPU 字长字长:CPU同时处理的二进制数据的位数同时处理的二进制数据的位数 主频主频:CPU内核的时钟频率内核的时钟频率2内存内存 只读存储器只读存储器(ROM) 随机存储器随机存储器(RAM) 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)3主板主板 是微机内最大的一块集成电路板，是由各是微机内最大的一块集成电路板，是由各种接口，扩展槽，插座以及芯片组组成，是连接种接口，扩展槽，插座以及芯片组组成，是连接 C P U、内存储器、外存储器、各种适配卡、外部、内存储器、外存储器、各种适配卡、外部设备的中心枢纽。设备的中心枢纽。 4总线总线内部总