第1章计算机与信息技术基础

1、大学计算机基础甘勇、尚展垒、张建伟等编著人民邮电出版社第1章 计算机基础知识 知识要点1计算机的发展；2计算机的应用领域；3计算机的组成及各部分的功能；4二进制及与其他进位计数制间的转换；5信息的表示及处理。第1章 计算机基础知识 1.1 1.1 计算机的发展和应用领域概述计算机的发展和应用领域概述1.2 1.2 计算机系统的基本构成计算机系统的基本构成1.3 1.3 计算机的部件计算机的部件1.4 1.4 数制及不同数制之间的转换数制及不同数制之间的转换 1.5 1.5 基于计算机的信息处理基于计算机的信息处理 11 计算机的发展和应用领域概述 111 计算机的发展 电子数字计算机（Elec

2、tronic Computer）是一种能自动地、高速地、精确地进行信息处理的电子设备。 一、电子计算机的产生 1946年2月，电子数字积分器和计算器ENIAC在美国宾夕法尼亚大学研制成功，并被称为世界上第一台电子数字计算机。11 计算机的发展和应用领域概述 111 计算机的发展 冯诺依曼 在EDVAC中采用了二进制数，并创立了“存储程序式”的设计思想，EDVAC也被认为是现代计算机也被认为是现代计算机的原型的原型。 二、电子计算机的发展 第一代计算机（1946年1959年）：逻辑元件采用电子管 第二代计算机（1960年1964年）：逻辑元件采用晶体管第三代计算机（1965年1969年）：逻辑元

3、件采用集成电路IC第四代计算机（1970年至今）：采用了超大规模集成电路超大规模集成电路VLSI 新一代计算机FGCS：即未来计算机的目标是使其具有智能特性，具有知识表达和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划和其他智能活动。 11 计算机的发展和应用领域概述 电子器件三、微型计算机的发展 微型计算机的的核心部件是微处理器，其升级换代主要有两个标志：微处理器的更新和系统组成的变革。 第一代（19711973年）是低档的4位和8位微机。 第二代（19741977年）以8位微机为主。 第三代（19781984年）主要是16位微机。 第四代（19851992年）32位微机为主流。 第五代（1993至今

4、）以64位微机为主的时代。 位：指CPU一次能处理计算机二进制的位数。11 计算机的发展和应用领域概述 . 计算机的应用领域 1. 科学计算2. 信息处理3. 实时过程控制4. 计算机辅助工程 5. 办公自动化6. 数据通信 7. 智能应用科学计算 科学计算科学计算，即数值计算，是计算机应用的一个重要领域。计算机的发明和发展首先是为了高速完成科学研究和工程设计中大量复杂的数学计算，没有计算机，许多科学研究和工程设计，例如天气预报和石油勘探，将是无法进行的。 信息处理 信息信息是各类数据的总称。数据数据是用于表示信息的数字、字母、符号的有序组合，可以通过声、光、电、磁、纸张等各种物理介质进行传送

5、和存储。信信息处理息处理一般泛指非数值方面的计算，如各类资料的管理、查询、统计等。 实时过程控制 实时控制在国防建设和工业生产都有着广泛的应用。例如由雷达和导弹发射器组成的防空控制系统、地铁指挥控制系统、自动化生产线等，都需要在计算机控制下运行。 计算机辅助工程 计算机辅助设计计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）计算机辅助制造计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacture）计算机辅助教学计算机辅助教学CAI（Computer Assisted Instruction）CAx 办公自动化 办公自动化办公自动化OAOA（Office Aut

6、omation）指用计算机帮助办公室人员处理日常工作。例如，用计算机进行文字处理、文档管理、资料、图像、声音处理和网络通讯等。它既属于信息处理的范围，又是目前计算机应用的一个较独立的领域。 智能应用 有如对奕、语言翻译等的一类工作，既不同于单纯的科学计算，又不同于一般的数据处理，它不但要求具备高的运算速度，还要求具备对已有的数据（经验、原则等）进行逻辑推理和总结的功能（即对知识的学习和积累功能），并能利用已有的经验和逻辑规则对当前事件进行逻辑推理和判断。对此，我们称为人工智能。具有人工智能是新一代计算机的标志之一。 12 计算机系统的基本构成计算机系统硬件系统硬件系统软件系统软件系统主机主机外

7、设外设系统软件系统软件：如：如Windows, Linux应用软件应用软件:学籍管理系统、工资管理，小游戏等。学籍管理系统、工资管理，小游戏等。CPU存储器（内存）存储器（内存）控制器控制器运算器运算器输出设备输出设备输入设备输入设备12 计算机系统的基本构成 121 冯.诺依曼计算机简介 基本特征 基本部件 工作过程 122 现代计算机系统的构成 一、软件系统一、软件系统（可分为系统软件和应用软件两大部分）计算机软件决定了一台计算机能做什么 计算机指令与程序 程序设计语言 系统软件和应用软件 二、二、硬件系统硬件系统冯.诺依曼计算机的基本特征 1. 采用二进制数表示程序和数据 2. 能存储程

8、序和数据，并能自动控制程序的执行 3.具备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部分 12 计算机系统的基本构成 计算机中的各种信息均采用了二进制的表示形式。二进制数的记数规则是“逢二进一”，它的每位只有“0”和“1”两个状态，。 例如计算 ： “1+1+1+1+1”“101” 在计算机中把位（bit，简记“b”）二进制数称为一字节（Byte），简记为“B”。若不加说明时，本书所写的“位”就是指二进制位。 1024B 1KB， 1024KB 1MB， 1024MB 1GB， 1024GB 1TB。二 进 制 数冯.诺依曼计算机的基本部件 运算器（ArithmeticLogic Un

9、it，简记为ALU）的主要功能是进行算术及逻辑运算，是计算机的核心部件，运算器每次能处理的最大的二进制数长度称为该计算机的字长（一般为8的整倍数）； 控制器（Controller）是计算机的“神经中枢”，用于分析指令，根据指令要求产生各种协调各部件工作的控制信号 存储器（Memory）用来存放控制计算机工作过程的指令序列（程序）和数据（包括计算过程中的中间结果和最终结果） 输入设备（Inpute equipment）用来输入程序和数据； 输出设备（Output equipment）用来输出计算结果，即将其显示或打印出来。 其中：运算器和控制器在一起称：CPU 运算器、控制器和存储器（内存）在一

10、起称：主机主机输入、输出设备在一起称：外设外设 计算机工作时，操作人员首先通过输入设备将程序和数据送入到存储器中。启动运行后，计算机从存储器顺序取出指令，送往控制器进行分析并根据指令的功能向各有关部件发出各种操作控制信号，最终的运算结果要送到输出设备输出。 冯.诺依曼计算机 工作过程 计算机的软件分为：系统软件和应用软件 系统软件系统软件处理内部的计算机功能，协助计算机使用外处理内部的计算机功能，协助计算机使用外围设备，它是为使用者能方便地使用、维护、管理计围设备，它是为使用者能方便地使用、维护、管理计算机而编制的程序的集合，它与计算机硬件相配套，算机而编制的程序的集合，它与计算机硬件相配套，

11、也称之为软设备。但也称之为软设备。但它却并没有把计算机转换成可以它却并没有把计算机转换成可以写报告、处理数据、学习打字或绘制图形等各种用途写报告、处理数据、学习打字或绘制图形等各种用途的机器的机器。 1. 操作系统：Windows, UNIX, Linux, DOS等 应用软件使计算机成为多用途的机器，完成许多不同的工作。主要面向各种专业应用和某一特定问题的解决，一般指操作者在各自的专业领域中为解决各类实际问题而编制的程序。协助你使用计算机完成一项特定工作的软件归类于应用软件。应用软件帮你产生文档、完成计算、管理金融资源、生成图片、创作乐曲、维护文件或信息等等。应用软件包有时也简单地称为应用。

12、硬件系统 在微机中，主机板（母板）由微处理器（简记为MPU）、存储器、输入输出（IO）接口、总线电路和基板组成，其上安装了基本硬件系统，形成了主机部分。其它的外部设备均通过相应的接口电路和主机总线相连。 微型计算机的硬件系统结构示意图 总线根据传输信息的性质分类：总线根据传输信息的性质分类：1. 数据总线：数据总线：Data Bus2. 地址总线：地址总线：Address Bus3. 控制总线：控制总线：Control Bus13 计算机的部件产品 1.3.1微处理器产品简介 1.3.2存储器的组织结构和产品分类 一、存储器的组织结构 二、主存储器 三、辅助存储器 1.3.3常用总线标准和主板

13、产品 1.3.4 常用的输入输出设备 主存储器（Memory） 存储器 辅助存储器(Storage） 高速缓冲存储器（Cache） 1.3.2 存储器的组织结构 主存储器 主存储器又称内存内存，CPU可以直接访问它，其容量一般为2G4G,主要存放将要运行的程序和数据。 微机的主存采用半导体存储器半导体存储器。 半导体存储器按功能可分为: 静态存储器SRAM 随机存取存储器RAM 动态存储器DRAM 只读存储器ROM(PROM,EPPROM,EEPROM)RAM: 1.可读可写 2.一旦电源断电，里面的信息将全部丢失 ROM：1.只读 2. 断电后，信息不会丢失 辅助存储器 辅助存储器属外部设备

14、，又称为外存，常用的有磁盘、光盘、磁带等。主要用来存放后备程序、数据和各种软件资源。 磁盘分为软磁盘和硬磁盘两种（简称软盘和硬盘）。 1.3.4常用的输入输出设备 一、键盘 二、显示器三、鼠标器 四、打印机 五、标准并行和串行接口 键 盘1键盘上键的布局大多数计算机均拥有键盘作为主要的输入设备。一个计算机键盘包括字母键和数字键，以及一些用于控制计算机特定任务的附加键。键盘上键的布局如图所示。共分为五个区： 功功 能能 键键 区区 主主 键键 区区编辑键区 状态指示灯状态指示灯 辅助 键盘功 能 键功能键，即F1 - F12，位于键盘的最上一排。它们在标准的打字机键盘上是没有的，是专为计算机键盘

15、用于启动命令而加的。例如，许多软件包中F1是帮助键。功能键的问题是它们没有标准的含义。Tab:光标移动CapSLock:英文字母的大小写锁定。Shift:大小写切换或者是上、下档切换。Alt 键和Ctrl键与字母键配合使用。如：Ctrl X、Ctrl + X、 Ctrl X 、Ctrl-X 或Ctrl X时，表示按下Ctrl时，要同时按X键。如： Ctrl+Alt+Del： Ctrl,h ：表示先按一下Ctrl，松开之后，再按h显示器 CRT显示器是当前应用最普遍的基本输出设备。它由监视器 ( Monitor ) 和装在主机内的显示控制适配器 ( Adapter ) 两部分组成。微型机的主要输

16、出设备监视器，是一种将计算机中的电信号转换为彩色光点形成图像的显示设备。 监视器显象管所能显示的光点的最小直径（也称为点距）决定了它的物理显示分辨率分辨率，常见的有0.33mm、0.28mm和0.20mm等。显示扫描频率则决定了它的闪烁性。 鼠标器为最常用的输入设备之一，它通过串行口和计算机相连，其上有两个或三个按键，即两键鼠标和三键鼠标，称为左、右和中键，最常用的是左键。在桌面上移动鼠标时，一个指针（通常是箭头模样）便在屏幕上以相应于移动鼠标的方式移动。鼠标仅在与桌面接触时才能移动指针。鼠标的基本操作为移动光标、单击、双击和拖动鼠标。 单击：当鼠标光标处于某确定位置时点按一下鼠标按键； 双击

17、：迅速地连续两次点按鼠标按键； 拖动: 按下鼠标按键不放并移动鼠标。 显然单击和双击鼠标有左右之分，后文中的“单击”或“双击”若不加说明即指单击或双击鼠标左键。 鼠 标 器 打印机经历了数次更新。 针式点阵击打式打印机利用电磁铁高速地击打24根打印针而把色带上的墨汁转印到打印纸上，工作噪音较大，速度较慢，约12ppm（即分钟打印12页B5纸），分辨率也只有120180dpi（即每英寸上120180点）； 激光打印机利用激光产生静电吸附效应，通过硒鼓将碳粉转印并定影到打印纸上，工作噪声小，普及型的输出速度也在6ppm，分辨率高达600dpi以上。 喷墨打印机，各项指标都处于前两种打印机之间。 打

18、 印 机 标准并行和串行接口 为了方便外接设备，微机系统都提供了一个用于连接打印机 的 8 位并行接口和两个标准RS232串行接口。 并行接口可用来直接连接外置硬盘、软件加密狗器等并行设备。 串行接口可用来连接鼠标器、绘图仪、调制解调器（Modem）等低速（即每秒小于115Kbps（位）串行设备。 USB通用串行口是一种新的接口标准 ，通过它可连接多达256 个外部设备，通讯速度高达12Mbps，目前带USB接口的设备有扫描仪、键盘、鼠标、声卡、调制解调器、摄像头等。 计算机系统的组成计算机系统硬件系统软件系统控制器运算器存储器输入设备输出设备系统软件：如各种操作系统应用软件：办公软件，各类游

19、戏等主机外设1.4 数制及不同数制之间的转换 1.4.1 进位计数制 十进制（Decimal） 二进制（Binary） 八进制（Octal） 十六进制（Hexadecimal） 任意的K进制 1.4.2 不同数制之间的相互转换 1.4.3 二进制数的算术运算 1.4.1进位计数制 进位计数制：按进位的方法进行计数 。 基数： 某种进位计数制所使用数码的个数 。 位权：计算每个“数码”在所在位上代表的数值时所乘的 常数。它是一个指数，以“基数”为“底”，其幂 是数位的“序号”.序号为以小数点为 界，其左边的数位序号为0，向左每进一位序号 加一，先后向右每走一位序号减一。例：（1725.34）10

20、 =十进制（Decimal） 例：数 5678.4可表示为：5678.45103610271018100 +410-1 二进制（Binary） 二进制有两个特点：数码仅采用“0”和“1”，所以基数是2；相邻两位之间为“逢二进一”或“借一当二”的关系。 例：数1100.1可表示为： 1100.1123122021020 +12-1 八进制（Octal） 八进制用的数码共有8个，0 7，则基数是8；相邻两位之间为“逢八进一”和“借一当八”的关系， 例：八进制数1537.6可表示为： 1537.6183582381780 +78-1 十六进制（Hexadecimal） 十六进制用的数码共有16个，除

21、了0 9外又增加了6个字母符号A、B、C、D、E、F，分别对应了10、11、12、13、14、15。其基数是16，相邻两位之间为“逢十六进一”和“借一当十六”的关系。例：数3AC7.D可表示为： 3AC7.D316310162121617160 +1316-1 常用数制对照表任意的K进制 K进制用的数码共有K个，其基数是K，相邻两位之间为“逢K进一”和“借一当K”的关系。该表达式就是数的一般展开表达式： nD= Ak Nk 其中：N为基数，Ak为第K位上的 k=-m数码， Nk为第K位上的位权 1.4.2 不同数制之间的相互转换二进制数、八进制数、十六进制数转换成十进制数 方法：按位权展开十进

22、制数转换成二进制数 方法：整数部分连续除以二，直到商数为零，逆向取余 小数部分连续乘二，直到小数部分为零或已得到足够的整 数位，正向取整。十进制数转换成八进制数和十六进制数八进制数与二进制数的转换 方法：将每一位八进制数用3位二进制数代替十六进制数与二进制数的转换 方法：将每一位十六进制数用4位二进制数代替 十进制转化为r进制整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从下到上排列。小数部分：乘以r取整数，整数从上到下排列。例 ，2 100 0.345 8 1002 50 0 2 8 12 42 25 0 0.690 0 8 1 4 2 12 1 2 0 12 6 0 0.380 12 3 0 2

23、 16 100 2 1 1 0.760 0 16 6 4 0 1 2 0 6 0.520 1 2 0.040 1(100)D=(144)O=(64)H=(1100100)B(100.345) D (1100100.01011)B (100) D =(144) O=(64)H八进制和十六进制转化为二进制每一个八进制数对应二进制的三位。每一个十六进制数对应二进制的四位。(2C1D)H=(0010 1100 0001 1101)B (64)H=(0110 0100)B(7123)O=(111 001 010 011)B 4、二进制转化成八进制和十六进制整数部分：从右向左进行分组。小数部分：从左向右进

24、行分组。 转化成八进制时三位一组;转化成十六进制时四位一组，不足补零。(11 0110 1111.1101 01)B=(36F.D4)H 3 6 F D 4(1 101 101 110.110 101)B=(1556.65)O 1 5 5 6 6 5后边补两个零，变成01001.4.3 二进制数的算术运算二进制数的加法运算 规则：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=0（向高位进1） 1 0 0 1 被加数 + 1 0 1 1 加数 1 0 1 0 1 和二进制数的减法运算 规则：0-0=0； 1-0=1； 1-1=0；0-1=1（向高位借1） 1010 0111 0011二进制数的乘法

25、运算 规则：0*0=0；0*1=0；1*0=0；1*1=1二进制的逻辑运算 1. 5 基于计算机的信息处理 1.5.1 数值信息的表示 1.5.2 非数值数据的编码 1.5.1 数的定点和浮点表示定点数 小数点位置固定的数据l定点纯整数小数点固定在数的最低位之后 11001010.0l定点纯小数小数点固定在符号位之后，最 高数值位之前 0.10110101浮点数 小数点位置浮动的数据一个任意二进制数N都可表示为： N=2j *S尾数阶码计算机中数的浮点表示数的浮点表示形式：阶码和尾数在IBM PC 系列微机中 阶码：采用补码表示的定点纯整数，占一个字节，阶符占一位。 尾数：采用补码表示的定点纯

26、小数，占三个字节，数符占一位。 N=数符尾数2阶符阶码尾数的位数决定数的精度。 阶码的位数决定数的范围。 将十进制数转换为浮点数格式的步骤： 1、将十进制数转换为等价的二进制数 2、将二进制数转换为定点小数的表示格式 3、用“阶符+阶码+数符+尾数”的形式表示00000011011001100000000000000000 浮点数： 110.001=1.100112+10=11001.1 2-10=0.110011 2+11举例将十进制数123.625转换为浮点数格式l将整数123转换为二进制数：l将小数.625转换为二进制数：l（123.625）10=l转换为定点小数形式：l转换为浮点数格式： 1111011.101（1111011.101)20.1111011101*270 0000111 0 1111011 10100000 00000000数的编码表示原码 在计算机中，用“0”表示正号，用“1”表示负号反码l对于正数：与原码同形l对于负数：符号位保持不变，其他位按位求反补码（作加减法时用）l对于正数：与原码同形l对于负数：先求反码，再在最低位加“1” 机器数的表示 机器数：一个数及其符号在机器中的数值化表示。 真值：机器数所代表的数。 假定一个数在机器中占用8位。 (1)原码 +7: 00000111 +0: 00000000 -7