计算机基础知识

第一章、计算机基础知识计算机应用基础1计算机概述

1计算机的编码与数值2计算机中的数据表示3计算机系统的组成及其工作原理421.1计算机概述1.1.1计算机发展简史展

1946年2月，世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，名字叫埃尼阿克（ENIAC）。这台计算机的主要元件是电子管，它由1.88万个电子管组成，体积庞大，占地约为170平方米，重达30吨，它能在一秒钟内完成5000次运算，耗电总量超过174千瓦/小时。图1-1第一台计算机ENIAC2023年5月29日31.1计算机概述依据计算机主要组成部件来分，它的发展经历了发下4个阶段：小常识：计算机之父------冯•诺依曼

冯•诺依曼（VonNeumann）（1903~1957），美籍匈牙利科学家，是计算机科学的创始人之一。他不仅在计算机方面，而且在教学、逻辑、物理等领域都做出了巨大的贡献，他的杰出成就成为科学上的巨人，被誉为“计算机之父”。2023年5月29日41.1.2.计算机的分类

计算机的种类很多，通常根据计算机系统规模的大小和功能强弱不同，将计算机分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等，如下图所示：图1-2巨型机图1-3大型机2023年5月29日5图1-4微型机(台式机)图1-5便携机(笔记本电脑)图1-6掌上电脑2023年5月29日61.1.3计算机的特点与性能指标1.计算机的主要特点（1）运算速度快。现在的电子计算机可以达到每秒几万亿次，甚至更高。（2）运算精度高。计算机的计算精度是其他计算工具无法相比的。（3）有记忆能和逻辑判断能力。（4）存储容量大。（5）可靠性高和通用性强。2023年5月29日72.计算机的性能指标

1）字长

字长是指计算机的运算部件能够同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的精度、寻址速度和处理能力。一般情况下，长越长，计算精度越高，处理能力越强。微型机按字长可分为：8位，16位，32位和64位。

2）主频

主频是指CPU的时钟频率，通常以时钟频率来表示系统的运算速度。

3）存取周期

存取周期是指完成一次读（取）或写（存）信息所需时间。存取周期是反应内存储器性能的一项重要技术指标，直接影响计算机的速度。2023年5月29日84）存储容量

存储容量指微型机新配置的内存总字节数。它决定计算机能否运行较大程序，并直接影响运行速度，在系统中直接与CPU交换数据。

5）外部设备配置

为主机配置合理的外设，也是衡量一台机器综合性能的重要指标。微型计算机的最基本外设包括键盘、显示器、打印机、软盘驱动器、硬盘驱动器、鼠标等。2023年5月29日91.1.4计算机的应用（1）计算机的传统应用领域：科学计算、信息处理、过程控制。

（2）计算机的现代应用领域：

A.计算机辅助系统：CAD、CAM、CAE、CIMS、CAT、CSB.办公自动化（OA）C.娱乐休闲计算机游戏、计算机多媒体、网上冲浪等。2023年5月29日101.2计算机的数制和编码1.2.2数值的基本概念数制的概念 数制是数的表示及计算方法。任何一种数制，都具有以下3个要点： 1)数制使用的数码。十进制10个数码：0~9；二进制2个数码：0、1等。 2)进位规则。十进制逢十进一；二进制逢二进一。

3)每一位数位上数码所具有的权。二进制数码各位的权是以2为底的幂。2023年5月29日11由于不同的位置的权值不同，因此同一数码在不同的位置上，其表示的值也不同。每个数位上值等于该位置上的数码与位置权值的乘积，相邻数位中高位权与低位权之比即是该进制的基数。每种进制的基数即为该进制的本身。可用下面的通式（按权展开式）表示：N=上式中，R表示基数（或称底），a表示某数制的数码，表示数位的权，m和n为正整数。只要按上式展开计算，可以将任意进制转换为十进制。2023年5月29日12十进制、二进制、十六进制的3种数制对照表：十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制0008100081119100192102101010A3113111011B41004121100C51015131101D61106141110E71117151111F2023年5月29日131.2.3不同计数制之间的转换（1）二进制、八进制和十六进制数转换为十进制

转换原则：按权展开，相加之和

例1.将二进数10111转换为十进制数。

(10111)2=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20=16+4+2+1=(23)10 例2.将八进数136转换为十进制数。 (136)8=1×82+3×81+6×80=64+24+6=(94)10 例3.将十六进数35A转换为十进制数。 (35A)16=3×162+5×161+10×160=768+80+10=(858)102023年5月29日142）十进制转换为二进制、八进制或十六进制

转换原则：整数：除以基数（2，8，16）取其余数，倒排列；

小数：乘以基数（2，8，16）取其整数，顺排列。

例.将十进制数(45.25)10转换为二进制数。4522222122110512212120111111010.25×20.500×21.001(45.25)10=(101101.01)22023年5月29日15(3)二进制数与八进制、十六进制数的相互转换二进制转换为八进制 转换原则：三位一组法，3位二进制1位八进制二进制转换成十六进制 转换原则：四位一组法，4位二进制1位十六进制2023年5月29日16八进制转换成二进制 转换原则：一分为三法2023年5月29日17十六进制转换成二进制 转换原则：一分为四法八进制与十六进制之间的相互转换 八进制与十六进制之间不能直接转换，它们之间是通过二进制间接来实现的。2023年5月29日181.3计算机中的数据表示1.3.1计算机中的数据单位 数据泛指一切可以被计算机接受并处理的符号，包括数值、文字、图形、图像、声音、视频等各种信息。计算机中数据的常用单位有位、字节和字。

1)位（Bit）

位又称比特，是计算机表示信息的数据编码中的最小单位。1位二进制的数码用0或1来表示。 2)字节（Byte）

字节是计算机存储信息的最基本单位，因此也是信息数据的基本单位。一个字节用8位进制数表示。通常计算机以字节为单位来计算内存容量。2023年5月29日19计算机中字节与容量的换算：

1B=8bit1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB 3)字（Word）计算机一次存储、传输或操作时的一组二进制数称为字。一个字由若干个字节组成，用于表示数据或信息的长度。

2023年5月29日201.3.2数值型数据的表示计算机中的数的编码是数在字节中的存放形式。以8位编码（一个字节）为例，规定最高位为符号位（正数的最高位为0，负数的最高位为1）其余为数值位，这种符号被数值化后的数可以在计算机中表示，称为机器数，机器数的编码有原码、反码和补三种。正数的3种码与该数的二进制数的形式一致，而负数的3种码的最高位总是1，数值位则按原、反（0变1，1变0）、补（加1）的规则。当计算机处理减法运算时，把减号连同其后的数一起当作负数，使用补码“做加法”。2023年5月29日21

数值数据：能进行算术运算的数据真值：计算机外部表示数值数据的方法

用+、-号表示正、负数值机器数：计算机内部表示数值数据的方法机器数的范围机器数的符号小数点的位置2023年5月29日22最高位为符号位，“0”为正，“1”为负。寄存器有8、16、32、64位

D7D6D5D4D3D2D1D0

01

.N=11000001B（真值）

.

N=-0.1000B（真值）000000001100000111011000000000002023年5月29日23机器数中小数点的位置定点整数：在最低位的后面定点小数：在最高位的前面浮点数：位置是浮动的

N=±S2±J其中：N、J、S均为二进制数。 N=110.011=1.10011×2+10=0.110011×2+11 阶符阶码数符尾数 01101100112023年5月29日241.3.3非数值数据的表示

计算机中，对非数值的文字和其它符号进行处理时，要对文字和符号进行数字化处理，即用二进制编码来表示文字和符号。字符编码就是规定用怎样的二进制编码来表示文字和符号。

1．BCD码（二、十进制编码）

人们习惯于使用十进制数，而计算机内部多采用二进制数表示和处理数值数据，因此在计算机输入和输出数据时，就要进行由十进制到二进制和从二进制到十进制的转换处理，这是多数应用环境的实际情况。

2023年5月29日25

BCD编码方法很多，通常采用的是8421编码。这种编码较为自然、简单。其方法是用四位二进制数表示一位十进制数，自左至右每一位对应的位权分别是8，4，2，1。值得注意的是，四位二进制数有0000～1111十六种状态，这里我们只取了0000～1001十种状态。而1010～1111六种状态在这种编码中没有意义。 这种编码的另一特点是书写方便、直观、易于识别。例如十进制数864，其二、十进制编码为：

2023年5月29日26十进制数与8421码的对照表2023年5月29日272．ASCII码

在将用汇编语言或各种高级语言编写的程序输入到计算机中时，人与计算机通信所用的语言，已不再是一种纯数学语言了，而多为符号式语言。因此，需要对各种符号进行编码，以使计算机能识别、存储、传送和处理。

ASCII码有7位版本和8位版本两种。国际上通用的是7位版本。7位版本的ASCII码有128个元素，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。

7位版本ASCII码只需用7个二进制位(27=128)。2023年5月29日28 8位ASCII码需用8位二进制数进行编码。当最高位为0时，称为基本ASCII码（编码与7位ASCII码相同），当最高位为1时，形成扩充的ASCII码，它表示数的范围为128～255，可表示128种字符。通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。2023年5月29日293.汉字编码

我国用户在使用计算机进行信息处理时，一般都要用到汉字，因此，必须解决汉字的输入、输出以及汉字处理等一系列问题。当然，关键问题是要解决汉字编码的问题。由于汉字是象形文字，数目很多，常用汉字就有3000～5000个，加上汉字的形状和笔画多少差异极大，因此，不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来，或像英文那样将汉字拼写出来。每个汉字必须有它自己独特的编码。

1）《信息交换用汉字编码字符集·基本集》

《信息交换用汉字编码字符集· 基本集》是我国于1980年制定的国家标准GB2312—80，代号为国标码，是国家规定用于汉字信息交换使用的代码依据。2023年5月29日302）汉字的机内码

汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。3）汉字的输入码（外码）

汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。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。4）汉字的字形码

汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。2023年5月29日311.4计算机系统的组成及其工作原理1.4.1计算机系统的硬件

硬件系统：是组成计算机系统的各种物理设备的总称。

2023年5月29日32硬件系统的基本组成：运算器：用于各种算术运算和逻辑运算。控制器：起着统一指挥管理计算机各部件协调工作。输入设备：输入和转换。常用的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。输出设备：输出和转换。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等。存储器：用于存储各种程序和数据。2023年5月29日331.4.2计算机的基本工作原理计算机是如何工作的？CPU2023年5月29日34软件分类系统软件操作系统 语言处理程序

连接程序诊断程序 数据库系统 应用软件文字处理软件表格处理软件辅助设计软件实时控制软件软件=程序+数据+文档1.4.3计算机系统的软件35 功能：为发挥计算机效能的程序（1）操作系统(OperatingSystem)

它起着指挥、控制、协调内存与外设的工作，是计算机所有资源的管理者和组成织者，是辅助应用程序的开发和执行者，也是其它软件运行时所必须的依赖基础。常用操作系统：Windows3.x/95/98

WindowsNT/2000/xpUNIX/LinuxDOS

任务：1.管理好计算机的所有资源。

2.担当人和机器的接口。系统软件2023年5月29日36(2)语言处理程序和联接程序源程序可执行程序目标程序编辑程序汇编或编译程序联接程序机器语言高级语言汇编语言2023年5月29日37常用的服务程序有：编辑程序：能提供方便的编辑环境，使用户通过简单的操作就可建立、修改程序或其它文件。连接装配程序：可以把几个