讲计算机基础知识

讲计算机基础知识第一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.计算机的发展历史 2.计算机的发展趋势3.计算机中信息的表示3.1常用计数制及相互转换3.2定点数与浮点数3.3负数的表示法3.4字符编码及其输入输出 主要内容第二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.计算机的发展历史历史上的计算工具机械式手动计算机中国的算盘我国古代发明创造的重要成就之一，至今已有一千多年的历史。第三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二人类追求的计算工具1642（帕斯卡）Pascal加法器从手工到手动机械——每一步运算都需要人工干预，没有突破手工操作的局限。四则运算计算机1673

莱布尼兹帕斯卡的计算机采用一种齿轮系统，其中一小轮转十个数字，下一个小轮便转动一个数字，通过齿轮系的联动，可以进行加法和减法的运算第四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二CharlesBabbage1823差分机1834分析机从手动机械到机械自动以齿轮作为元件，以蒸汽机为动力，能够预先把计算步骤和数据存入机器。结构精细复杂，对加工精度要求很高，成本昂贵。运算速度不理想。第五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二从机械计算到电动计算1886第一台电动计算机HermanHollerrith(赫尔曼·霍列瑞斯)采用穿孔卡和弱电流技术处理数据。参与1890年美国的人口普查。仅用6周得出数据。第六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1944MARKI（马克1号）HowardAiken机电式计算机主要元件为继电器执行一次乘法6秒，除法10秒第七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二阿塔纳索夫依阿华州立大学物理数学教授。是提出采用电子技术制造计算机的第一人。阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证计算速度；3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。ABC（1940年）第八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒1000次乘法/3秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW电子计算机时代第九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.计算机的发展历史

——第一台计算机：ENIACENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)1946，美国宾夕法尼亚大学占地1500平方英尺，重达30吨每秒5000次加法运算用于计算炮弹的弹道轨迹缺点：没有存储器用布线板进行控制，控制效率极低第十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.计算机的发展历史

——第一台现代意义上的计算机：EDVACEDVAC

(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)1945年提出设计方案，1951年完成占地面积和消耗电力只有ENIAC的1/3每秒2000次乘法运算，或10000次加法运算特点：采用二进制表示数据和程序使用“存储程序”的方式对计算机进行控制冯·诺依曼（主要设计者）第十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.计算机的发展历史

——第一台现代意义上的计算机：EDVAC现代计算机的结构：“冯·诺依曼”结构第十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机发展的四代历程从1946年美国宾夕法尼大学研制出世界上第一台电子数字计算机ENIAC（电子数字积分计算机的英文缩写）至今，短短五十多年的时间内，计算机系统和计算机应用得到了飞速发展。元件制作工艺水平的不断提高是计算机发展的物质基础，因此以计算机元器件的变革作为标志，将计算机的发展划分为四个阶段，这四个阶段通常称为计算机发展的四个时代。第十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二第一代（1946~1956）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1957~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~90年代）大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）计算机发展的四代历程第十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1.

第1代计算机(1946～1957)1946年，宾夕法尼亚大学ENIAC（埃尼尔克）1949年，剑桥大学EDSAC1952年，冯·诺伊曼EDVAC第1代计算机的特点:采用电子管作为主要电器元件，体积大，能耗高，发热量大。第十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二2.第2代计算机(1958～1964)特点：用晶体管代替电子管，体积小，速度快，寿命长，性能稳定。IBM7094，CDC1640第十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.第3代计算机(1965～1971)特点：使用了中小规模集成电路。IBM360第十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二4.第4代计算机(1972至今)特点：其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件。微机1975年，Altair1977年，APPLE-Ⅱ1980年，IBM-PC第十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二5.第5代计算机研究方向：①超越冯·诺伊曼结构②生物计算机③光学计算机④量子计算机第十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机发展历史上的两个重要的人物图灵(A.MTuring英国数学家)1936年，提出了一种理想的计算机器的数学模型——图灵机（TuringMachine）。1943年，参与研制破译德军密码的计算机“巨人”。1950年，发表论文《计算机能思考吗》冯·诺依曼(JohnVonNeumann美国数学家)提出了“存储程序（StoredProgram）”这一现代电子计算机的最基本的概念，并给出了解决方案。存储程序式计算机——冯·诺依曼结构。第二十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机界最具影响的两大国际性学术组织InstituteofElectrical&ElectronicEngineers，ComputerSociety电气和电子工程师协会计算机协会，于1946年成立ACMAssociationforComputerMachinery美国计算机协会，于1947年成立IEEEComputerSociety第二十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机界的“诺贝尔奖”——图灵奖ACM于1966年设立的第一个奖项，是计算机界的“诺贝尔奖”，主要奖励在计算机科学理论和软件方面作出重要贡献的科学家。华裔美国科学家姚期智(AndrewChi-chihYao)由于在计算理论方面做出了诸多“根本性的、意义重大的”贡献，获得2000年度图灵奖。这是首位（也是目前唯一一位）获得图灵奖的华裔科学家。姚目前是清华的客座教授。第二十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二2.计算机的发展趋势

——计算机的现在体积越来越小性能越来越高多种多样用途广泛第二十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机发展——微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。第二十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二CRAY-Ⅱ计算机发展——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家智能计算机中心推出的“曙光1000”

、“曙光2001”和“曙光3000”运算速度达3800亿次银河Ⅱ199210亿次第二十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机发展——网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。第二十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机发展——智能化DeepblueGarryKasparov1997年国际象棋人机大战能存储大量信息和知识,会推理(包括演绎与归纳),具有学习功能,能以自然语言、文字、声音、图形、图像和人交流信息和知识的通用高速并行处理计算机。计算机智能化是21世纪信息产业的重要发展方向。智能计算机技术还很不成熟，现主要在做模式识别、知识处理及开发智能应用等方面的工作。第二十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机科学定义研究计算机及其周围各种现象和规律的科学，亦即研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科。基本问题：什么能有效地自动进行？第二十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机科学与技术专业的培养目标本专业培养具有良好的科学素养，系统地、较好地掌握计算机科学与技术包括计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法，能在科研部门、教育单位、企业、事业、技术和行政管理部门等单位从事计算机教学、科学研究和应用的计算机科学与技术学科的高级科学技术人才。第二十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机领域的主要研究范畴计算机体系结构操作系统计算机网络数据库技术程序设计语言软件工程图形图像处理编译原理算法设计与分析数理逻辑计算复杂性理论人工智能…第三十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二计算机科学与技术专业核心课程介绍一种计算机语言的语法内容。主要目的是了解程序设计思想为了更好的使用语言去解决问题，就必须学习结构知识和算法讲授计算机硬件的知识计算机基本部件的的构造和组织方式、基本运算的原理，以及单元和部件的设计思想这门课程是讲OS是如何设计的，或者说是如何实现一个OS系统的介绍网络方面的知识，如TCP、UDP，HTTP等。这门课里讲的更多的是上层原理与协议介绍编译器是如何工作的，是让计算机理解计算机语言的一种方法和理论这门课讲的多是些数据库系统设计方面的原则，例如如何解决关系问题或者SQL语言等在实际开发中正被广泛应用的面向对象技术C++或者Java计算机基础及C语言程序设计数据结构与算法汇编语言和微机接口技术面向对象程序设计编译原理计算机组成原理与体系结构计算机操作系统数据库系统计算机网络第三十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.信息在计算机内的表示方式自然界中，信息：数值、字符、声音、图像、动画……计算机内：二进制各种信息二进制转换规则第三十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.1常用数制及其相互转换十进制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制 R=2，可使用0,1八进制 R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制 R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,FR进制的计数原则：“逢R进一，借一当R”进制的概念——按进位的原则进行计数称为进位计数制，简称数制。R——基数权——基数的幂次（幂次由每个数字的位决定）第三十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（1）十进制十进制记数法有两个特点：它有十个不同的记数符号：0、1、2、…、9。它采用逢十进一的原则计数。各个数码由于所在数位不同而乘以10的若干次幂称为相应数位的“权”。如果用ai表示某一位的不同数码，对任意一个十进制数A，可用多项式表示为：

A＝an10n＋…＋a1101＋a0100＋a－110－1＋…＋a－m10―m例如:666.66＝6×102＋6×101＋6×100＋6×10－1＋6×10－2第三十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（2）二进制

二进制记数法也有两个特点：它有两个不同的记数符号，即数码：0和1。它采用逢二进一的原则计数。也就是说，进位基数是2。数码在不同的数位的“权”是以2为底的幂。第三十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二任意一个二进制数B，可以展开成多项式之和,即

B=bn2n+bn－12n－1+…+b121+b020+b－12－1+…+b－m2－m

例如：（1011.0101）2

＝1×2

3＋0×22＋1×21＋1×20

＋0×2－1＋1×2-2＋0×2-3＋1×2-4＝（11.3125）10

第三十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（3）八进制数

八进制记数法的两个特点是：采用八个不同的记数符号，即数码：0～7。采用逢八进一的进位原则。数码在不同的数位的“权”是以8为底的幂次。例如：（7654.345）8＝7×83＋6×82＋5×81＋4×80＋3×8－1＋4×8－2＋5×8－3＝（4012.447）10第三十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（4）十六进制十六进制记数法也有两个特点：采用十六个不同的记数符号，即数码：0～9及A、B、C、D、E、F。采用逢十六进一的进位原则，各位数的“权”是以16为底数的幂。例如：（5A8F）16＝5×163＋A×162＋8×161＋F×160＝（23183）10第三十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二数制之间的转换（1）十进制数转换成非十进制数（2）非十进制数转换成十进制数（3）二进制数与八、十六进制之间的转换第三十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（1）十进制数转换成非十进制数

分为整数部分和小数部分分别转换。整数部分“除基取余法”，先余为低，后余为高。

余数2551227121312602312110例:将十进制数55转换为二进制数结果：（55）10＝（110111）2第四十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

例2将十进制数55转换为八进制数（55）10＝（67）8

余数

85578660例3将十进制数55转换为十六进制（55）10＝（37）16

余数

1655716330第四十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二小数部分“乘基取整法”，先整为高，后整为低。

例4（0.625）10＝（0.101）2

0.625整数

×21.2510.25×20.5

0×2 1.0 1注意：十进制小数不一定能准确地换算为等值二进制或其他进制小数，这时，应根据精度要求转换到一定位数为止。第四十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（2）非十进制数转换成十进制数位权法——把各进制数按权展开，然后求和。例5

把二进制数10101.101转换为十进制(10101.101)2=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=（21.625）10第四十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

例6

把八进制数1207转换为十进制(1207)8=1×83+2×82+0×81+7×80=(647)10例7

把十六进制数1B2E转换为十进制(1B2E)16=1×163+11×162+2×161+14×160=(6958)10第四十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二二进制数与八、十六进制数的转换（1）二进制数与八进制数之间的转换（2）二进制数与十六进制数之间的转换第四十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1）二进制数转换成八进制数

因为23＝8，所以三位二进制数位相当于一个八进制数位，它们之间存在简单直接的关系。三位一并法：从待转换的二进制数的小数点开始，分别向左、右两个方向进行，将每三位合并为一组，不足三位的以0补齐（注意：整数部分在前面补0，小数部分在末尾补0）。然后每三位二进制数用相应的八进制码（0～7）表示，即完成二－八转换工作。第四十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二例7将（10111001010.1011011）2转换成八进制数。首先以小数点为中心，分别向左右两个方向每三位划分成一组：

010111001010.101101100然后，每三位用一个相应八进制数码代替，即得：（10111001010.1011011）2＝（2712.554）8第四十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二2）八进制数转换为二进制数

此为上述转换的逆过程。将每一位八进制数码用三位二进制数码代替，即“一分为三”。

例8将（456.174）8转换成二进制数。

将八进制数的每位数码依次用三位二进制数代替，即得：

456.174100101110.

001111100

（456.174）8＝（100101110.001111）2第四十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1）二进制数转换为十六进制数因为24＝16，因此四位二进制数与一位十六进制数是完全对应的。四位一并法：从待转换的二进制数的小数点开始，分别向左、右两个方向进行，将每四位合并为一组，不足四位的以0补齐。然后每四位二进制数用一个相应的十六进制码（0～F）表示，即完成二－十六转换工作。第四十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

例9将（10111001010.1011011）2转换成十六进制数。首先以小数点为中心，分别向左右两个方向每四位划分成一组：

010111001010.10110110

然后，每四位用一个相应十六进制数码代替，即得：（010111001010.10110110）2＝（5CA.B6）16第五十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

2）十六进制数转换为二进制数

与八－二转换类似，采用“一分为四”的方法，把每个十六进制数码用四位二进制数代替就完成了十六－二转换工作。

例10将（1A9F.1BD）16转换成二进制数。

1A9F.1BD0001101010011111.000110111101即：（1A9F.1BD）16＝（1101010011111.000110111101）2

第五十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.2定点数与浮点数

（1）定点数表示法在机器中，小数点位置固定的数称为定点数。定点小数表示法：小数点固定在符号位与最高位之间。定点整数表示法：小数点固定在数的最低位的后面。定点数的运算规则比较简单，但不适宜对数值范围变化比较大的数据进行运算。第五十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二（2）浮点数表示法一个数N用浮点数表示可以写成：

N＝M·ReM为尾数，e为指数，R表示基数。由于机器所采用的基数是不变的，因此，在浮点数表示中基数不出现，是隐含的。浮点数由两部分组成，尾数——表示数据的有效位；阶码——表示该数的小数点位置。阶码用整数表示，尾数大多用小数表示。且通常规定尾数的最高位必须是非零的有效位，这称为规格化形式。浮点数可以扩大数的表示范围。第五十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二当浮点数用一定字长存在机器中时，分为三部分：符号、阶码、尾数。符号阶码（8位）尾数（23位）决定数的精度决定数的范围举例：在一个8位存储单元中存储浮点数，阶码占3位，尾数占4位，则如下的存储所表示的十进制数是什么？00101011（2.75）10第五十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.3负数的表示法1．正数与负数的表示2．原码、补码、反码

第五十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二1．正数与负数

在计算机中数的符号也是用数码来表示的，一般用“0”表示正数的符号，“1”表示负数的符号，并放在数的最高位。01011110符号位第五十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二2．原码、补码、反码

在计算机中一个数可以采用原码、补码或反码表示，上面讲到的正数与负数表示法即为原码表示法。一个正数的原码、补码、反码是相同的，而负数就不同了。第五十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二îíì<≥）+）（＝原0X(

(最高位取1)

X0

X

]

X

[

X

1.原码最高位为符号位，其余位表示数值。例：+62原码为：00111110-62原码为：10111110第五十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期二îíì<

0(X

最高位取1

X

]

X

[

）＋＝反X一2.反码正数的反码与原码相同，负数的反码为对原码各位取反。例：+62反码表示：00111110-62反码表示：11000001≥）（

X0第五十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期二îíì<

0X1X

]

X

[

)3(）（＋＝补[X]反3.补码正数的补码与原码相同，负数的补码为对原码各位取反后加1。例：+62补码表示：00111110-62补码表示：11000010≥）（

X0第六十页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3.4字符的几种编码

计算机只能识别1和0，因此在计算机内表示的数字、字母、符号等都要以二进制数码的组合来代表，这就是二进制编码。根据不同的用途，有各种各样的编码方案，较常用的有ASCII码、BCD码、汉字编码等。2．ASCII码1．二－十进制编码（BCD码）

3．汉字编码

第六十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

1．二－十进制编码（BCD码）

由于人们日常使用的是十进制，而机器内使用的是二进制，所以，需要把十制数表示成二进制码。用4位二进制编码来表示一位十进制数字，可以有多种方法，但常用的是BCD码。四位二进制数表示24即16种状态。只取前10种状态来表示0～9，从左到右每位二进制数的权分别为8，4，2，1，因此又叫8421码。

例：十进制数5678的BCD码为0101011001111000第六十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

2．ASCII码

ASCII码（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）即美国标准信息交换码，在计算机界，尤其是在微型计算机中得到了广泛使用。这一编码最初是由美国制订的，后来由国际标准组织（ISO）确定为国际标准字符编码。为了和国际标准兼容，我国根据它制定了国家标准，即GB1988。其中除了将货币符号转换为人民币符号外，其他相同。

第六十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期二ASCII码采用七位二进制位编码，共可表示27＝128个字符。计算机中常以8位二进制，即一个字节为单位表示信息，因此通常以一个字节存储一个ASCII码，其最高位取0。第六十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期二 字符编码：ASCII码A：(01000001)2/(65)10第六十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期二3．汉字编码中华人民共和国国家标准信息交换用汉字编码GB2312-80收录汉字6763个，二字节编码：用两个7位二进制数表示一个汉字或字符，每个字节的最高位为0。第六十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期二

国标码用二个字节（2×8＝16位）来表示一个汉字。二个字节的最高位均不使用，置0。故汉字编码采用双七位方案，大约可以表示128×128种状态。由于每个字节的低七位中不能再用控制字符位，因而双七位能表示94×94＝8836种可见字符编码。

采用行、列形式，第一字节为行号，其行号叫区号；第二个字节为列号，列号叫位号，01区至09区为各种符号，16区到55区为一级字库，56区到87区为二级字库。88区到94区为空。

第六十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期二国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用