计算机应用基础 第一章 计算机概述

第一章计算机概述

■第一节计算机的发展

（一）计算机的发展过程

。计算机的发展趋势

■第二节计算机的应用

■第三节计算机的基本工作原理

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■第四节计算机系统的组成■

（一）计算机系统硬件

。计算机软件

■第五节计算机语言

■第六节计算机中的数制和编码系统

（一】计算机中的数制

（二）计算机中的编码

（三）其他信息的数字化

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■第七节计算机中正负数的表示法

（一）正数和负数

（二）原码、反码和补码表示法

■本章小结

■习题

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第一节计算机的发展（二）

未来计算机的发展趋势将表现在如下方面:

工,计算机、通信与电视网的融合

2,多媒体信息处理

3.智能化

4,微型化、多样化

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第二节计算机的应用

目前计算机不仅已广泛进入科学技术和生产领域，而

且已渗透到各行各业。计算机的应用，从学科上划分，主

要有以下几个方面：

(1)科学计算

(2)信息管理

(4)计算机辅助系统

(5)计算机网络通信

(6)人工智能研究和应用

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第三节计算机的基本工作原理

从1946年出现的第一台计算机到目前为止，几乎所有计算机的工作

原理都相同，即冯・诺依曼原理。

冯•诺依曼原理可简述为：首先把指挥计算机如何进行操作的指令序

列（称为程序）和原始数据，通过输入设备输送到计算机内存储器中。

程序中的每一条指令都明确规定了计算机从哪一个单元取数，进行什么

操作，然后送到什么地方等步骤。每一条指令和数据都采用二进制数据

表示。计算机在运行时，先从存储器取第一条指令，送到控制器中去识

别，控制器分析该指令要求做什么事，再根据指令的含义发出相应的命

令。例如从存储单元中取出数据送往运算器，在运算器中进行指定的运

算和逻辑操作等，再把运算结果送回存储器指定的单元中去。接下来，

再取第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依次进行下去，直

至遇到停止指令后，才终止执行。

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冯•诺依曼的基本思想可以概括为三点:

1•计算机由五大部分组成，即计算器、控制器、存储器、输入设备

和输出设备。

2.程序和数据采用二进制表示。

3.计算机的工作过程，是由存储程序控制。

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第四节计算机系统的组成（一）

根据冯・诺依曼原理，计算机硬件由五个基

本部分组成，如图所示为计算机这五部分的联系

示意图，并描述了这五部分的职能关系。

源程序取数

输入/输出设备内存储器---------------A运算器

结

存数

身m

运算结果tsc

运

存

算

令

取

f.旨

指

指

令

令

控制器1

启

动

指

------数据信息流令

-----指令信息流

控制信息流控制台

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1.运算器I

2,控制器

3.存储器

4.输入设备

5.输出设备

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(工)・主存储器或内存储器

(2)■外存储器

ME

(工)・穿孔信息输入设备：如光电输入机、卡片机等。

(2).键盘信息输入设备：如电传打字机、控制台打字机、键盘等。

(3).图形信息识别与输入装置：如光笔、图形板、数学化仪等。

(4).字符信息的识别与输入装置：如光学字符识别设备(OCR)等。

ME

(1),打印设备：如小型简易打印机、宽行打印机、便于打印图形与

(3).显示器：显示器是将电信号转换成视觉信号的一种装置，如单

色显示器和彩色显示器。

ME

第四节计算机系统的组成(二)

计算机软件是组成计算机系统的逻辑设备,它包括

系统软件主要包括以下几种：

(工).操作系统：操作系统是对计算机进行控制、管理的核心，用

(3).计算机语言及语言处理程序：如汇编语言、BASIC语言、

FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言等各种高级语言的编译

(5).其他服务程序：如编辑程序、工具软件等。

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值得强调的是，计算机系统是一个整体，它

既包括硬件，也包括软件，二者是不可分割的。

计算机系统的构成如图所示。

运算器

中央处理机（CPU）

（主机q'控制器

I内存储器

硬件j「输入设备（键盘、光笔、OCR、扫描仪等）

,1输出设备（打印机、绘图仪、显示器等）

它卜司或备］外存储器（磁带、磁盘、U盘、光盘、磁鼓等

计

算I其他设备

机

系（操作系统（DOS、Windows^Unix、OS/2等）

统

监控和诊断程序

（系统软件4语言处理程序

程序库

软件4，其他服务程序

应用软件（Word、Excel>CAD>CAI等）

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第五节计算机语言

计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和

高级语言三类，并随之配有相应的汇编、编译或

解释程序。

(1)机器语言

机器语言是一种用二进制代码“0”和“1”来表示的，能被计算

机直接识别和执行的语言。

(2)汇编语言及汇编程序

汇编语言是一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。

(3)高级语言及编译或解释程序

高级语言的共同特点是：脱离特定的机器，是一种类似于自

然语言和数学描述语言的程序设计语言。

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计算机只能识别机器语言程序，因此把高级

语言编写的程序(称为源程序)翻译成机器语言形

式的目标程序后，计算机才能执行。这种翻译通

常有两种方式：和

(1).编译方式：事先用机器语言编好一个称为编译程序的程序存放

在计算机中，再利用该程序将指定的高级语言编制的源程序翻译成机

器指令表示的目标程序，然后再执行该目标程序得到计算机结果，如

图所示：

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（2）,解释方式：事先用机器语言编写一个称为解释程序的机器指令

程序，并放在计算机中。

解释程序

高级语言V

-计算结果

源程序解释并执行

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第六节计算机中的数制和编码系统(一)

人们在生产实践和日常生活中，创建了各种表

示数的方法，这种数的表示系统称为数制。最常

用的是十进制，而计算机中使用的是二进制，还

有八进制、十六进制等。

1.二进制数一

(1)由两个不同的数字符号组成，即0和工■■

(2)逢二进位。

2.十六进制数

(1)具有16个数字符号，即0〜9和A〜F,这16个数字

符号与十进制数和二进制数之间的关系如表1

(2)逢16进位。

3.八进制数________

(1)具有8个数字符号，即0,1,2,3,4,5,6,

(2)逢8进位。

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4.不同数制的相互转换

(1)数的多项式表示

L=mn-1kn-1+mn-2kn-2+...+mOkO+m-1k-1+m-2k-2+...

(2)二进制、八进制、十六进制转换为十进制数

不管是什么进制，只要按公式代入，按加法求和，所得的结

果就是十进制数。

二进制、八进.、十六进制与十进制之间的关系如表1式所示。

(3)十进制数转换成二进制数

对于十进制整数，可用除2取余法将其转换为二进制数：

将十进制数除以2,得到一个商数和余数。再将商数除以2,又得

到一个新的商数和余数。如此继续进行下去，直到商等于零为止。

将所得各次余数，以最后余数为最高位，最先余数为最低位，依

次排列，就是所求二进制数的各位数字。

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对于十进制纯小数，用乘2取整法将其转换为二进制数：先

用2乘十进制纯小数，然后去掉乘积中的整数部分，再用2去乘

剩下的纯小数部分。如此继续进行下去，直到满足所要求的精度

或直到纯小数部分等于零为止。把每次乘积的整数部分由上而下

依次排列起来，即得所求的二进制纯小数的小数点后各位数字。

对于既有整数部分，又有纯小数部分的十进制数，则分两

部分，分别用除2取余数和乘2取整法来转换。

(4)八进制、十六进制数转换为二进制数

二进制数和八进制、十六进制数之间分别存在着一种特殊

关系，即24=16,23=8o于是，工位十六进制数可以用4位

二进制数表示，工位八进制数可以用3位二进制数表示，它们之

间存在着直接的而又是惟一的对应关系，见表LI。

无论是十六进制的整数或小数，只要把每工位十六进制的数用

相应的4位二进制数代替，就可以转换为二进制数。同理，把工位八

进制的数用相应的3位二进制数代替，就可以转换为二进制数。

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(5)二进制数转换成十六进制、八进制数

二进制的整数部分由小数点向左，每4位一分，最后不足4

位的前面补0；小数部分由小数点向右，每4位一分，最后不足

4位的后面补0,然后把每4位二进制数用相应的十六进制数代

(6)二进制数转换成八进制数

二进制转换为八进制数，将二进制数由低位到高位，每3位

划分为一组，不够3位的以0补齐，然后求出每组的八进制数，

将这些八进制数由高位到低位连写起来就是八进制数。

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十进制，A进制*十六进制•二进制一

3W000043

231F0002

2,2P23P0010P

33P初001W

-4"420100P

二5二5d010143

*W0118

-7d7©011K

却1000p

11^站100131

12~A*3I01W

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0加3HOOP

1/1543110143

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15«"17>>F-11112

16户2W10310000^

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第六节计算机中的数制和编码系统

1.6.2计算机中的编码

1.数值编码(十进制数的二进制编码)

2.字符编码

在计算机中，字符也必须按特定的规则用二进制编码才

能在机器中表示，编码也可以有各种规定，目前在微型机中

普遍的是采用ASCII码。见表的工。

3,汉字编码

(1)汉字的输入编码

汉字的输入编码是为了使用西文标准键盘把汉字输入到计

算机中，其编码方法主要有数字编码、拼音码和字形编码三类。

(2)汉字内码

(3)汉字字模编码

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7位ASCH码表

高位bsb'b"22P3P*5〃6^7"

低位bmb：b】boP000P00”010^01P100P10WHOP1W

(XXX^gNUL「DLE~SP。制P。、a产

OOOPIdSOH"DCW中PA~Q「q0

0010P2dSTXPDC2P，，p23Rar/

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1.6.3其他信息的数字化

1.图像信息的数字化

2.声音信息的数字化

3.视频信息的数字化

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1.7.1正数和负数

通常一个数字的前面加上符号或表示这个

数是正数或是负数。而计算机无法识别或这两

个符号，解决的办法就是将数的最高位设置为符号位，规

定“0”代表正数，“工”代表负数。例如，

（+1,10工10工）2和（・工工0工工01）2在计算机中分另|J表示

^OllOllOl^lllOllOlo这两个数的最高位0和1

就是符号位。符号在机器中已经数字化了，把这种数称为

机器数。符号数字化后给运算带来了一定的方便。在现代

计算机中，数有三种表示方法：原码表示法、反码表示法

和补码表示法。

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1.7.2原码、反码和补码表示法

1.原码表示法

原码表示法是把二进制数与它的符号位放

在一起考虑，使之成为统一的一组数码

2.反码表示法

正数的反码和原码一样；负数的反码符号

为“1”，数值部分的数码与原码中的数码相反,

即“0”变“1”变成“0”。

3.补码表示法

正数的补码与原码相同，负数的补码就是

反码在末位加上“1”。