计算机二级之计算机基础知识

第一章

本章内容

1.1计算机发展简史

1.2计算机的特点与应用

1.3计算机中数据的表示

1.4字符编码

1.5计算机系统简介

第一章

1.1计算机的发展简史

•1.1.1计算机的诞生

-公元600年,算盘

-1620年，计算尺

-1642年，计算器

-1832年，英国数学家巴贝奇首先提出了

通用计算机的设计思想，并设计出了一

台由外部指令驱动的计算机，但由于资

金和当时技术条件的限制，他并未制造

出这样的机器。

TAq

-1854年，英国数学家布尔提出了符号逻辑鼐

想，数十年后形成了计算机科学软件的理论基

础。

-1936年，英国数学家图灵提出了著名的“图灵

机”模型，理论上证明了研制通用数字计算机

的可行性。

-1945年，匈牙利出生的美籍数学家冯•诺依曼提

出了在数字计算机内部的存储器中存放存放程

序的概念。而这是所有现代计算机的范式，被

称为“冯•诺依曼结构”，按这一结构建造的计

算机称为存储程序计算机，也称为通用计算机。

提出了EDVAC（ElectronicDiscreteVariable

Computer,离散变量自动电子计算机）的设计方

案，标志计算机时代的开始。冯•诺依曼因此被

称为计算机之父。

TAq

第.\章

1946年，宾夕法尼亚大学的工程师们开发出了世界上

第一台多用途的计算机ENIAC(ElectronicNumerical

IntegratorAndComputer):共用了18000个电子管，

占地135m2,功率150kW,重达30t。它标志着计算机

时代的到来。

MF、

，

第^章

•LL2计算机经历的四个发展阶段

T

F起止年份所用电子元器数据处理方式运算速度应用领域

A'飞\lA件

#r4汇编语言、代几千〜几万国防及高科

电子管

弋1946-1957码程序次/秒技

.d^i^

睥♦・《:高级程序设计几万〜几十工程设计、

弋晶体管

1958~1964语言万次/秒数据处理

ffi11

・^fV"

结构化、模块

中、小规模集几十万〜几工业控制、

第二彳化程序设计、

弋1965~1970成电路百万次/秒数据处理

川1实时处理

•|r|m

)-

TT^S

4.1分时、实时数儿白力~上

WHHI大规模、超大工业、生活

〜今据处理、计算亿条指令/

弋1970规模集成电路等各方面

r11%L机网络秒

X4ai^-

第一章

•1・1.3微型计算机的发展

-又称PC（PersonalComputer）机。

-随着大规模集成电路的出现，1971年，Intel公

司的工程师将计算机的运算器与控制器集成到

一个芯片上（祢为微血理器,InteU004）,这标志

着微型计算机时代的到来。

代次起止年份CPU数据位数主频（

MHZ）

第一代1971^1973Intel4004>80084位、8位1

第二代1973~1975Intel8080>M68008位2

第三代1975-1978Intel8085sM68028位2~5

第四代1978-1981Intel80286,16位>5

M68000

第五代1981~1993Intel80386、8048632位>25

第六代1993~今Pentium系列32位60~2G

第一章

•1.1.4计算机的发展方向

-巨型化

•是指发展高速度、大存储量和强功能的巨型计算机。

-微型化

•是指进一步提高集成度，研制更高性能、更加可靠、

体积更加小巧的微型计算机。

-网络化

­是指把各自独立的计算机用通讯线路连接起来，以充

分利用计算机的宝贵资源进行信息交流与共享。

-多媒体化

•集文字、图形、图像、声音等多种信息媒体为一体进

行处理。

-智能化

•是指让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，

具有解决问题和逻辑推理的功能。

第一章

1.2计算机的特点与应用

•1.2.1计算机的特点与分类

-1、计算机的特点

①运算速度快、精度高②存储容量大

③具有逻辑判断能力④自动化程度高

⑤通用性强⑥工作可靠

⑦具有多媒体处理功能

第一章

-2、计算机的分类

•(1)按功能来分为

-通用计算机

-专用计算机

•(2)按工作原理可分为

-模拟计算机

-数字计算机

-(模拟、数字混合计算机)

■⑶按计算机的规模分为

-巨型机：银河、曙光

-大型机：IBM4381

-小型机：IBMAS400

-微型机：IBM-PC

-工作站：图形工作站，网络工作站

第一章

•1.2.2计算机的应用

-科学计算（数值计算）：

•指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的

计算。

-数据处理：

•指对大量的数据进行加工处理，如分析、合并、分类、

统计等。

-过程控制（实时控制）：

・指用计算机及时采集数据后，按最佳值迅速地对控制

对象进行反馈控制。

_计算机辅助系统：

•主要包括计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造

CAM、计算机辅助教育CBE、计算机辅助教学CAI和

计算机管理教学CMI等。

-人工智能：

•是指模拟人脑进行演绎推理和采取决策的思维过程。

-电子商务（E-Business）：

•是指通过计算机网络进行商务活动。

第一章

1.3计算机中数据的表示

-计算机之所以不采用十进制，而采用二

进制，其原因是：

•物理上容易实现

•便于逻辑运算

•编码规则和运算规则简单

第一章

•131数的进制

数制：即表示数值的方法

•进位计数制：如十进制等

•非进位计数制：如罗马数字

国-按进位的原则进行计数的数制称为进位数制，简称

.“进制”。

I-进位数制有以下特点：

・(1)数制的基数确定了所采用的进位计数制。

-表示一个数字时所用的数字符号的个数称为基数(Radix)。

驿-十进制(D)：0,1,23,4,5,6,7,8,9

-二进制(B)：0,1

-八进制(O)：0,1,2,3,4,5,6,7

1*-十六进制(H)：0,l,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

第一章

・(2)对于N进制，逢N进1。

•(3)采用“位权”表示法。如10进制数

12345.678

=1X104+2X103+3X102+4X1045X10°

+6X10-1+7X10-2+8X10-3

对于r进制数

%〃0.〃_]〃_2匕a_m

nnx1

=4nxrn+—la।xr~+L1+axrU+xr0

]•~~2,vm

+a,—xlr+—a2oxr+L+—amxr

n

=

第一章

・1.3.2不同进制之间的转换

-1、r进制转换成10进制

•用上面公式展开后按10进制的规则进行计算，

得到的结果就是对应的10进制数。

［例］把11010.0UB转换成十进制数。

按位权展开相加得：

11010.011B=lX24+1X23+0X22+1X2U0X2°+0X24+1X2-2+1X2-3

=16+8+2+0.25+0.125=26.375D

［例］把123.450转换成十进制。

123.450=1X82+2X81+3X8°+4X8“+5X82

=64+16+3+0.5+0.625=84.125D

第一章

-2、将十进制转换成r进制

•转换规则：

I-整数部分与小数部分分开转换。

-整数部分依次除以r取余，直到商为0为止，将所得余数

逆序排列；

-小数部分依次乘以r取整，直到达到有效精度为止，将

所得数位顺序排列。

余

数

560（最低位）

余

数

［例］将十进制数156.625转换780

余

39数

成二进制数。1

余

19数

9一

余

数IT

取整41

余

0.625X2=1.251数

2一

余

数0

0.25X2=0.5取整0H

1H^

余

数0

0.5X2=1.0取整1o一1（最高位）

结果为10011100.101B

第一章

•注意：小数部分的存放有误差。

［例］将十进制数制67转换

成二进制数。

uj

V61

0.67X2=1.34整

一

0.34X2=0.68

61

0.68X2=1.36整

0.36X2=0.72

61

0.72X2=1.44整

0.44X2=0.88

"W61

0.88X2=1.7661

0.76X2=1.52

nfS1

0.52X2=1.04T

-3、二进制、八进制、十六进制之间的转换第一^早

•二进制与八进制、十六进制之间关系密切。

4

-8二2316=2

•二进制转换成八(十六)进制：

-规则：

»“三(四)位合一位”法，即将二进制数的整数部分

自右至左分节，每3(4)位为一节，最左边不够3(4)

位的用0补齐；将二进制数的小数部分自左至右分

节，也是每3(4)位一节，最右边不够4位的同样以0

补齐。然后，根据对应关系，把每3(4)位二进制数

化成1位八(十六)进制数，即可得到转换结果。

［例］将1110101.01B转换成十六进制数。

01110101.0100

111

75.4

转换结果为1110101.01B=75.4Ho

转换成八进制结果为：165.20

第一章

•八(十六)进制转换成二进制：

-规则：

»“一位扩展四位”法。将每个数位转换成3

(4)位二进制数即可。

［例］将3A6.C5H转换成二进制数。

3A6.C5

001110100110.11000101

转换结果为3A6.C5H=HlOlOOllO.llOOOlOlBo

第一章

・133数据存储的单位

-比特：计算要中数据存储的最小单位是

“比特(bit),1比特为1个二进制位。

-字节(Byte,简写为B,注意与二进制中B标

识的区别)：1个字节为8个二进制位。

-常用表示单位：

•KB：1KB=21OB=1O24B

•MB：1MB=22OB=1O24KB

•GB：1TB=23OB=1O24MB

•TB：1TB=24OB=1O24GB

第一章

•134数据在计算机中的表示

-1、原码

•一个二进制数同时包含符号和数值两部分，

用最高位表示符号，其余位表示数值，这种

表示带符号数的方法为原码表示法。

■如果计算机用一个字节来存放TOD,则原码

的表示形式为

10001010

•原码的特点：单字节原码存储范围:

-127-+127

-0有两种表示方法0和-0。

-优点：与数据的对应关系简单。

-缺点：加减运算复杂，需要对符号判断。

第一章

-2、反码

•反码是另一种表示有符号数的方法。对于正

数，其反码与原码相同；对于负数，在求反

码的时候，除了符号位外，其余各位按位取

反，即“1”都换成“0”,“0”都换成

■如果计算机用一个字节来存放数据，贝MOD和

T0D的反码的表示形式为

10D00001010

-10D11110101

•反码的特点：y

-0具有两种编码。单字节反码存储范围:

・127~+127

-不便于实现算术运算。

第一章

-3、补码

•补码是表示带符号数的最常用的方法。对于

正数，其补码与原码相同；对于负数，则其

补码为反码加1。

•补码的另一定义

-补=2n+X

-其中n为计算机存储数据的二进制位数

■计算机用一个字节存储数据，则10D和-10D的

补码为

10DI0I0I0I0I1I0I1I0

-10D

如果将符号位也看作数据，则相当于

十进制数246D=28+(-10)

第一章

-补码的性质：

•0只有一种编码lollolloll。11010II。II。

・1的补码

・128的补码

-所以单个字节用补码表示的数据范围为・128〜+127

■通过补码的符号位可以判断数据的正负。

•补码的符号位一同参与运算，简化了电路的

设计。

第一章

-4、小数的表示方法

•（1）定点数表示法

-所谓定点格式，即约定机器中所有数据的小数点

位置是固定不变的。在计算机中通常采用两种简

单的约定：将小数点的位置固定在数据的最高位

之前，或者是固定在最低位之后。一般常称前者

为定点小数（纯小数），后者为定点整数（纯整数）。

符号数值部分小数点

第一章

•（2）浮点数表示法

—与科学计数法类似，一个J进制的数N可以表示成

»N二JEXM

»其中E是阶码（是纯整数），M是尾数（纯小数）

阶符阶码尾符尾数

浮点数的表示形式

-可见，阶码所占位数越多，则数据的表示范围越

大；尾码所占位数越多，则表示数据精度越高。

-在计算机中存储一个数据所点二进制位数是固定

的（字节数固定），所以存储精度与存储范围是一

对矛盾。

第一章

1.4字符编码

-计算机不仅可以对数据进行处理，还可

以对字符进行处理。

-由于计算机只认识二进制的“1”和“0”,

所以要想对字符用计算机处理，就要对

字符进行编码。

第一章

•141Asen码

-ASCII码是"AmericanStandardCode

forInformationInterchange”（美国信息

交换标准码）的简称。

-用7位二进制数表示一个英文符号，共

128个字符（95个可打印字符）。

-注意：

•小写字母的ASCH码大于大写字母的ASCII码,

，A'=32。

•一个英文字符的ASCII码存储时占一个字节，

最高位为0。

-字母——01000001

第一章

•L4.2汉字编码

-汉字数量多（6000多个），不能使用一个字节进行

编码，所以使用2个字节进行编码。

-在汉字系统中，每个汉字对应两个英文字符宽

度。

-在汉字的存储、输入和输出中，处理的并不是

汉字本身，而是汉字的编码。

-不同的环境下有不同的汉字编码。如汉字交换

码（国标码）、汉字机内码和各种汉字的输入码。

TAq

第一章

对于同一个汉字，不同的输入方法有不

同的输入编码。

如“啊”，拼音输入：a+选字码

五笔输入：kb

对于同一个汉字，有固定的区位码。

如“啊”，区位码为000100000000

0001

汉字的存储需要汉字机内码。

汉字机内码二区位码+A0A0H

如“啊”，区位码为101100001010

0001

汉字打印输出用汉字字形码。

如“啊”，区位码为000100000000

0001

第一章

1.5计算机系统简介

-计算机系统由硬件系统与软件系统两部

分组成。

-计算机的“冯•诺依曼结构”：

-计算机由输入、运算器、控制器、存储

器、输出五部分组成。

TAq

第一章

•1.5.1硬件系统

-1、输入设备

•输入设备是指数据和程序输入到计算机中的

设备。在微型计算机中常用的输入设备有键

盘、鼠标、扫描仪、数字化仪等。

■(1)键盘

安尊机榄掘・*卡(•)

第一章

•（2）鼠标

-分为光电鼠标和机械鼠标。

-常用操作

»单击（左键单击）、双击（左键双击）、右击（右键

单击）、右键双击、拖动等。

第一章

-2、CPU

•CPU（CentralProcessingUnit,中央处理器）

是计算机的心脏，也称为微处理器，由运算

器和控制器组成。

•CPU的主要性能指标：

-时钟频率：决定了系统的处理速度。

-字长：CPU一次处理数据的最大长度。

•CPU的功能就是高速、准确地执行预先安排

好的指令，每条指令完成一次基本的算术运

算或逻辑运算。

第一章

-3、主板与总线

•主板(MainBoard)是安装在微型计算机主机

箱中的印刷电路板，这是连接CPU、内存储

器、外存储器、各种适配卡、外部设备的中

心枢纽。

•总线是连接计算机中CPU、内存、外存、输

入/输出设备的一组信号线以及相关的控制电

路，它是计算机中用于在各个部件之间传输

信息的公共通道。

-根据传输信号的不同分为

»数据总线

»地址总线

»控制总线

第一章

-4、存储器

•分为内存储器、外存储器、高速缓冲存储器。

•1）内存储器

-简称内存，也称主存储器。

-用于存储CPU正在执行的程序和正在使用的数据，

并用于存储CPU执行程序产生的中间结果。

-分为ROM（ReadOnlyMemory,只读存储器）和

RAM（RandomAccessMemory,随机存储器）两种。

»ROM用来永久存储专门的数据，系统掉电后

数据不丢失。

»RAM用来存储计算机执行的大量程序或数据，

系统掉电后数据丢失。计算机内存扩展指扩

展RAM。

第一章

内存中的数据或指令按字节存储，内存中的字节

线性排列，一个字节有一确定的地址。CPU对数

据进行存取时，就是使用指令中提供的内存地址,

按照一定的寻址方式实现数据存取。

-内存容量的大小对计算机性能影响很大。

-注意:

»RAM中数据掉电后丢失。

•2)常用外部存储器

-用来长期存储大量的暂时不用的程序或数据。

-(1)软磁盘(FloppyDisk)

»软盘是一种涂有磁性材料的盘片，携带方便。

现在常用是3.5英寸的软盘，它的存储容量为

1.44MBO

»软盘有被优盘替代的趋势

第一章

-(2)硬磁盘(HardDisk):

»硬盘是一种快速高容量的存储设备，一般固

定在主机厢内。它的存储容量一般为几十个

GB以上，读写速度比软盘快得多。

-(3)光盘存储器：

»光盘是利用激光来达到高密度储存、读取信

息的一种盘片，携带方便。它的容量特大，

可存储几百MB到几个GB的信息，这些信息

不易损坏，能长久保存.

CD-ROM：只读型光盘

DVD-ROM:只读型大数据量DVD光盘

WORM：一次写入型光盘

CDRW：可擦写多次光盘

第一章

•3)高速缓冲存储器

-也称“高速缓存"(Cache),是CPU与内存之间的

一种高速缓冲器。用于解决CPU与内存之间的

“瓶颈效应”。

5、输出设备

•这是将计算机的处理结果或处理过程中的有

关信息交付给用户的设备。

•1)显示器

-是计算机的标准配置设备。

-分为：

»阴极射线管显示器(CRT)

»液晶显示器(LCD)

-显示器通过显示适配卡与计算机连接。

-显示器本身的测量分辨率为点距，此值越小，图

像越清晰。

第一章

•2）打印机

-点阵打印机

-喷墨打印机

-激光打印机

第一章

计算机的硬件系统示理

外存：用于长期存储

将程序的运行结果或

程序或数据。如软盘

有关信息输出。如显

［、硬盘、光盘等。〔示器、打印机等。

4外部存贮器y

输入输出

设备▲内部存贮器设备

将程序或数

据输入到计总线：分DB、

运算器AB和CB。

算机。如键k_______y___

I盘、鼠标与

CPU：计算机

内存：CPU控制器的心脏。自动

直接访问。完成取指令、

分为ROM和CPU分析指令和执

RAM。/I行指令。y

第一章

•1.5.2软件系统

-一台没有装任何软件的计算机称为裸机。

-所谓计算机软件，就是指支持计算机运行或解

决某些特定问题而需要的程序、数据以及相关

的文档。

-软件分为两大类：

•系统软件

-维持计算机系统正常运行和支持用户运行应用软件的基

础软件，如操作系统、程序设计语言、数据库管理系统

等。

•应用软件

-为解决某个或某类问题而设计的软件。如文字处理软件、

绘图软件、数值计算软件及其它用户自行开发的软件等。

第一章

/3C

应用!［硬件）

计算机系统的层次结构

第一章

-1、操作系统

•操作系统(Oper