第一专题-p计算机基础

大学计算机基础computer

吉林大学公共计算机教学与授课对象：13级本科生理论学时：

48学时，16周实验学时：

计划16

学时

+

课外30学时学

分：4考试形式：

平时15+实验15+无纸化考试70考试时间：

预计第17周授课教师：公共计算机教学与

孟安宁：本章概要（6学时）计算机的发展历程、分类及应用计算机系统组成计算机硬件系统和

分类计算机的主要性能指标数制及其转换数值型数据的计算机的算术与逻辑运算文字信息编码形式一种可以接收输入、处理数据、

数据、可编程并能产生输出的一种电子装置。理适计算机理论奠基人建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础；提出图灵测试，阐述机器智能概念。,创于1966,每年由计算机学会(ACM)颁发。1.1计算机

图灵的主要贡献的发展

计算机最高奖项被测试的有一个人，另一个是声称有人类智力的机器。测试时，测试人通过一些装置向被测试人提问，如果测试人没有分出谁是机器谁是人，那机器就通过了图灵测试，说明具有人类智能。点：接CaE—二第一台计算机的诞生1946年2月诞生于

宾州大学，电子数值积分计算机，ENIAC—ElectronicNumerical

Integrator

And5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW程序控制：

程序实现自动计算。采用二进制数:便于硬件实现，运算规则简单。冯·诺依曼计算机体系结构1948年8月，著名美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出EDVAC

(Electronic

Discrete

VariableAutomaticComputer,离散变量自动电子计算机)计算机方案。冯•诺依曼计算机方案：计算机基本结构：运算器、控制器、

器、输入和输出设备阶•程序设计有汇编语言、FORTRAN等。1964～盘，B运算速度为300万次/秒；•软构数计算机发展的4个1971年

今用大规模储器、磁盘器容量运算速度电路、半导体存和微处理器

内亿增加

系统、面支撑环境等。计算机分类是

算

最1.2计算机分类及应•计算••服务器用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员信息请求的高性能计算机。服务器机目前计算机技分术为正文朝件着服高务性器能、和应微用型程化序用两个方向发展。服务器和数据库服务器等。计算机的主要应用•••计算机辅助系统计算机辅助设计（CAD）是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。计算机辅助制造（CAM）用计算机代替人

控制和操作设备（如车床）进行生产或加工产

品（如零件），它的输入可能是产品工艺图或

控制开关信号，输出是对相关设备的控制信号。计算机辅助教学（CAI）是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是一类教学。人工智能将人脑演绎推理程技巧等编成计算机理和推理规则，使计论。机器人：是一系统：将种专，。富来预先存入计算机，配上相应

。模式识别：重点研究图形识别和语言识别，给机器人装备视觉

和听觉

。信息高速公路（Information

Super-Highway）的概念源于，：指“用计算机及相关设

的人工世界”。通过多或生物相似的智能

种传感设备使应用者“投入”作能力和协同能力

到该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。硬件系统软件统器器输出设备系统运算U盘输入设备外设操作系统编辑程序数

应用光盘键盘鼠标扫描仪显示器1.4计算机系统组成借助电、磁、光和机械等原理构造的各种物理部件的有机组合。是组成计算机的物质基础。为运行、管理和

计算机而编制的各种程序、数据和文档的总系

称。是对硬件性能的扩充和完善。计算机硬件(Hardware)：指计算机系统中看得见、摸得着的物理实体。基本功能是执行计算机的各种指令。计算机硬件组织结构主要由控制器、运算器、器、输入和输出设备5大部件组成。1.5计算机硬件系统312

31

24654控制流

数据流计算机工作过程计算机的整个运行过程就是不断地接收数据、执行指令和输出结果。4

56发内运内反。向控制器发出出地输出请求，控存单制器执行到输向运算出指令，根据令，从指令中的内存算，地址，将数据存，发送给输出设馈信备。处理器(Central

Processing

Unit)控制器和运算器合在一起称为

处理器，简称CPU。计算机的主要性能取决于CPU，它是计算机硬件系统的

。负责从

器中取出指令、翻译指令、分析指令，向其他部件发出控制信号（指令），控制、协调计算机各组件自动、连续地执行指令，计算机有条不紊地工作。控制器微处理器

的

单数中果

可避免操作控制器(OC):程序计数器(PC):指令译

(ID):指令寄存器(IR):通用寄存器组(GR):存放CPU正在执行的指令。将指令译

分析出的各种控制信号发送给相关部件，使其完成要求的操作，这一过程称执行一条指令分为为执取行指指令令、。分析指令、执行指令和调整程序计数器的值4步骤。依据。寄存器，用于

算

术逻辑单元运算的两个操

用于

算术逻辑单元运算的操作数，但不用于保存运算的结果。在控制器的控制下执行程序中的运算型指令，完成各种算术和逻辑运算。算术逻辑运算单元(ALU):累加器(A):暂存寄存器(TSR):标志寄存器(FR):运算器程序和数据的部件。单元组成，每个

单元存放8器用于由若干个位(1个字节)二进制信息，

单元的总数称为容量。系统对每个

单元进行

，将其称为单元的物理地址。器中取出指定内容，

操作读操作：从原有内容不变。器中写操作：将指定的内容存入

器中。

单位比特(bit)：1位二进制数为1个比特，简写b。是度量数据的最小单位。字节(Byte)：一个字节由8位二进制数组成，简写B。是信息组织和

的基本单位。其它常用单位：KB(千字节)、MB(兆字节)位(bGitB)(千字兆节B字yt节e(8)位、)TB(百万兆字节)1B=8b1GB=1024MB=230

B1KB=1024B=210B1MB=1024KB

=220

B换算关系：1TB=1024GB

=240

B外部长久

区域。辅助

器有磁盘、光盘以及U盘等。半导体材料速度快暂时性价高光、磁材料速度慢性价低内存包含随机器(RAM)和只读存储器(ROM)。器分为主器(内存)和辅助

器(外存)。种硬件驱

等程序，并被固据，是临时

区域，系统断电后信息丢失。主

器（内存）用于存放正在执行的程序指令和数据，存取速度快、可直接与CPU交换信息。随机器(RAM):保存正在执行的程序和数只读

器(ROM):计算机启动时，先运化行。只只读能

器，中不的能系写统入初。始化程序对系统进行系检统测断，电引后导信操息作不系丢统失进。入内存，使计算机正式工作。辅助

器（外存）用于性信息，其中的数据先调入主存储器后才能由CPU

和处理。关闭电源后信息不丢失。器磁盘正面背面电源口信息口打开磁头柱面扇区磁道主轴每个盘片每

面都一个硬盘由若干个盘片组成

每个盘所有盘片上相同半径的将每个磁道分为若主轴的旋转速度决定硬盘

数据的盘片传输率，主轴转速越快，硬盘寻找文件和信息的速度越高。硬盘转速以每分钟多少转表磁一道个组硬合盘在总一容起量，：称为一磁头个(柱盘面面。)数×柱面(磁道)数×扇示区（数R×PM扇）区。容量最初为空白盘，通过刻录机可多次写入数据，通过刻录机可写入和删ROM):追记只读光盘(CD-R):可擦写光盘(CD-RW):数字化光盘

器由基底层、记录层和保护层组成。只读光盘(CD-优（U）盘也称闪存，半导体移动

器，插入USB口即可使用。与CD外形相似，但容量光盘(DVD)更大，一般为4.7GB。输入输出设备主要功能是对指定外部设备进行输入输出操作。输入设备向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备，常用输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。输出设备将计算机处理后的信息转换成人们能识别的形

式。常用输出设备有显示器、

、绘图仪等。分类：系统应用。：运行、管理和

计算机所编制的各种程序和文档的总和。文档+数据及相关Int

x,y,z；&Scya)n;

f(“%d%d”,&x,If(x>y)z=x；Elsez=y；1.6计算机软件分类操作系统(OS)系统用于计算机

管理计算机系统资源，指挥计算计算机程序编辑机系统自动协调地运行，高效率地

算接语言处理系统统服务程序通过计算机语言可以编写程序，控管理数据库的

，主要面向解决数据处理的非数值计算反

文件压缩

备份

卸件载程序

程序程序

程序

程序完成一些与管理计算机系

问数据库管理系

统资源及文件有关的任务。应用针对某一应用目的而开发的

。通用应用支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所有专业领域。如:PhotoShop、AuthorWare等。应用于某一个专业领域的应用，如:应用于医院、金融、铁路、无纸化考试、选课和成绩管理等方面。硬件扩充能力计算性能指标决定计算机的数据运算能力、程序容量和硬件扩充能力等。1.7计

执行速度、数据算机的主要性能指标字长主器外器是CPU直接

的器。主存存常指硬盘(包括内置硬盘和移动时硬盘)，其容量体现了计算机存储信息的能力。量

大

丰存次高

序外

器容量越大，可

信允许配接哪种类型设备，可配接多少设备，是否允许扩充或更换部件等。1.7算机的主要性指标运算速度能每秒执行指令条数反映了CPU的操作速度，单位是兆赫兹器和CPU外频率组）之：间传输数据的频

。主频率=外频率×系数计

CPU频率

计算机执行指令的速度主要取决于CPU的频率。CPU主频率：CPU的时钟频率称为主频率，系数称为倍频。（MHz）。

时钟每秒发出脉冲的个数，反映CPU的操作速度。是一个估算值，多数计算机依据每秒执行定点或浮点数加法指令的次数。现行计算机系统采用二进制。为书写和表示方便，引进八进制和十六进制。数码基数 位权1.8数

进位计数制三要素:制及基数是指在某种进位计数制中所使用的其数码个数。转位权是按所采用的基数和对应数位来表换示一个固定数。十进制计数制十进制数的基数是10。数码有0、1、2、3、4、5、6、7、8和9共10个数字符号。数码处于不同位置代表不同数值。如：301.68763×102＋0×101＋1×100＋6×10－1＋8×10－2＋7×10－3＋6×10－=将此式称为按权展开表达式。用基数R的i次幂Ri表示。位权R进制计数制任意R进制计数制同样有基数R、位权Ri和按权展开的表达式。R可以是任意正整数。数值的按权展开:(an-1an-2……a1a0

.a-1a-2……a-m)=

an-1×Rn-1+an-2×Rn-2+……+a1×R1+a0+a-1×R-1+a-2×R-2+数码……+a-m×R-m基数

一个计数制所采用基本符号的个数。进位制

二进制八进制十进制

十六进制规则

逢二进一进一逢十进一

逢十六进一基数

R=2R=8R

=

10 R=

16数符

0，10,1,…,70,1,…,9

0,1,…,9,A,B,C,D,E,F位权

2i8i10i

16i表示符号

BOD

H常用进制数的表示(756.7)O(E3.F)H=8×103+3×102+2×101+3×100+6×10-1+8×10-2

2(101.11)B

=

1×2 +0×2

+1×2

＋1×2

＋1×21

0

－1

－2=

7×82+5×81+6×80＋7×8－11=

14×161

+3×160

+15×16－进位计数制的共同特点：①每一种数制都有固定的基本符号(数码)；②处于不同位置的数码所代表的值不同，与它所在位置的“权”值有关。如：(8323.68)DR进制数转换为十进制数用权展开法将任意进制数转换成十进制数。【例1】将二进制数转换为十进制数。＝(301.6875)D(1101.1011)B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2

+1×2－3＋1×2－4

＝(13.6875)D【例2】将八进制数转换为十进制数。(455.54)O

＝4×82＋5×81＋5×80＋5×8-1＋4×8-2＝256＋40＋5＋0.625＋0.0625

＝(301.6875)D【例3】将十六进制数转换为十进制数。(12D.B)H

＝1×162＋2×161＋13×160＋11×16－1思考：n个1组成的二进制数对应十进制数是多少？ia

RN

iimn12|37……12|18……12|9……02|4……12|2……02|1……00……1最十进制数转换为R进制数整数与小数两部分需要分别转换。整数部分转换方法：采用除R取余法。【例】将(301)D

转换成二进制数:整数商

余数2|

3012|150……1

最低位2|

75……0(100101101)B小数部分转换方法：采用乘R取整法。0.3752×2

＝0.75040.7504×2＝1.5008【例】将(0.6876)D

转换成二进制数(保留小数点后4位)。纯小数

乘

积0.6876×2

＝1.3752最计算到第5位0.5008×2

＝1.00160.0016×2

＝0.0032最低位(0.1011)B(301.6876)D

≈

(100101101.1011)B注：任何十进制整数都能精确地转换成R进制数；某些十进制小数不能精确地转换成R进制数。二进制、八进制、十六进制数间的相互转换81＝23，即一位八进制数对应3位二进制数;161＝24，一位十六进制数对应4位二进制数。二进制八进制二进制十六进制二进制十六进制00000000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F【例1】将二进制数100101101.1011转换成十六进制数2

D1

B(00010010

1101.1011)B

＝(12D.B)H【例2】将二进制数100101101.1011转换成八进制数(100

101

101.101

100)B＝(455.54)O5

5

44

5【例3】将十六(八)进制数转换成二进制数(2C1D.A1)H

＝(

10

1100

00011101.

1010

0001

)B(7123.14)O

＝(

111

001

010

011

.

001

1)B的带符号数称为机器数机器数的概念计算机

信息只有0和1两种形式。规定最为符号位，用0表示“＋”号；用1表示1000000011000001数符

数值部分思考题：用一个字节，分别表示无符号数和有符号数，各自的最大和最小十进制数是多少？1.9数值“－”号，称为数符，其余位表示数值。型将机器内由正、负号加绝对值表示的实际数称为真值数数如：十进制数-193的机器数表示：(-193)D＝(-11000001)B据的存储定点数表示方法机器

小数点是隐含的，位置可以固定，也可以变动。前者称为定点数，后者称为浮点数。定点整数定点小数小数点位置固定在数值最低位后面,表示整数。（193）D

＝（11000001）小数点位置定在数值最

前面,表示纯小数。

(－0.6875)D

=(－0.1011)B数符数值部分00000

B00011000001小数点位置数符数值部分小数点位置1101100000000000当用M位二进制数数据时定点数范围和精度例:计算机内用2个字

位二进制数)

能够

定点整数N的范围是：-(215-1)≤N≤(215-1)，即-32767≤N≤32767能够

定点小数N的范围是：-(1-2-15)≤N≤(1-2-15)，即-

0.999969482421875≤N≤0.999969482421875能

无符号整数N的范围是：2所有数位0≤都N用≤于(数)，值。即0≤N≤65535阶码数符

尾数

阶符阶符阶码数符尾数1)B01111101浮点数表示方法任何R进制数都可以表示成：N＝±S×R±j如：十进制数356.21＋=3＋0.35621×10=＋35621×10－2二进制数－0.0011001=－0.11001×10－10=11－1.1001×10－

=－11001×10－规范化形式规定：尾数值的最

为1。浮点数存放形式(－110.11)B

=(－0.11011×10+11要考虑机器字长。原码补码反码最

存放数的符号(0为正,1为负),其余位以二进制形式如：XY=数值部分。【X】原＝0101

0011【Y】原＝1101

0011正数的反码是原码本身；负数的反码为对原码按位(除符号位外)取反。【X】反＝0101

0011

【Y】反＝10101100正数的补码表示与原码相同；负数的补码等于其相应反码加1(在最低位加1)。【X】补＝0101

0011

【Y】补＝1010

1101原码、反码和补码0001

0100+

1111

0110[+20]补[-10]补[+10]补10000

1010进位，自然丢掉1.10

计算机的算术与逻辑运算二进制算术运算(1010)B+(1101)B=(10111)B

(1101)B-

=(11)B(1101)B×(1010)B=(10000010)((11001101)1B)B÷(11)B≈(111)B补码运算规则B两个二进制数之和(差)的补码等于这两个数的补码之和(差),即：[X±Y]

补=[X]

补±[Y]补。加法：(+20)+(-10)

减法：(+20)-(-10)0001

0100-

1111

0110[+20]补[-10]补[+30]补10001

1110借位，自然丢掉用加法实现减法运算[X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补例:设X=-20，Y=15，用加法进行X-Y运算。[X]补

[Y]补

[-Y]补=11101100

=00001111

=1111000111101100[-20]补[-15]补[-35]补+11110001111011101对补码再次求补码运算，可以得到原码或真值。进位，自然丢掉10100011 -100011原码 真值用加法实现乘法（X×Y）运算对X加Y次得到乘积。用加减法实现除法（X÷Y）运算用X减Y，直到不够减为止，得到减法的次数就是整数商。对补码进行加法运算的特点：运算过程不需要考虑数的符号问题，用加法可以实现减法、乘法和除法运算;能简化计算机中运算器的

结构。在计算机

进行算术运算的数都用补码表示，在普通计算机的运算器中只有加法器。逻辑与运算逻辑或运算逻辑非运算用“―”或“not”表示ABA×BA＋B00001010111001011110示用“×”、“∧”或“and”表用“+”、“∨”或“or”表示逻辑运算逻辑值用于判断某个条件成立与否，成立为1(真)，反之为0(假)。1.11文字信息编码形式d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000NULDLESP0@P`

p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC22BRbr符号1：D#3CScsDC4符号A：T符号ad：BNAK(100

0001)=(49)DSYNB(110

0001)B0111BELETB=(65)D=(97)D1000BSCAN（8H1001HTEM）9IYiy注意：表中从0～9、A～Z、a～z都是顺序排列的，且同一英文字母的小写比大写码值大32。1111SIUS/?O←oDEL中文字符编码汉字输入码国标码汉字内码指外。汉字汉字和处将每个各计算二国标码字节最进制数编码，即个汉字需字节最为1。个输出码称字模。在N×N表格中画字，

覆盖的单元格用“1”表汉字字型码

示，其余用“0”表示。用一个点阵来表示一个汉字。00000000000000000000111111110000000011111111000000000011100000000000001110000000000000111000000000111111111111000011111111