第1章 计算机与信息技术基础

大学计算机基础杨金亮第一章计算机基础知识本章知识点知识要点1．计算机的发展；2．计算机的应用领域；3．计算机的组成及各部分的功能；4．二进制及与其他进位计数制间的转换；5．信息的表示及处理。第一章计算机与信息技术基础第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识1.1

计算机的发展和应用领域概述1.2计算机系统的基本构成1.3计算机的部件1.4数制及不同数制之间的转换1.5基于计算的信息处理第一章计算机基础知识1.1计算机的发展和应用领域概述

1．1．1计算机的发展电子数字计算机（ElectronicComputer）是一种能自动地、高速地、精确地进行信息处理的电子设备。一、电子计算机的产生

1946年2月，电子数字积分器和计算器ENIAC在美国宾夕法尼亚大学研制成功，并被称为世界上第一台电子数字计算机。宣告了人类计算机时代的到来。第一章计算机基础知识1.1.1计算机的发展冯．诺依曼在EDVAC中采用了二进制数，并创立了“存储程序式”的设计思想，EDVAC也被认为是现代计算机的原型。直到由英国剑桥大学威尔克斯（M.V.Wilkes）领导设计的EDSAC1949年5月投入运行，存储程序计算机才被首次实现。定义：“计算机”是一种高速的、存储程序并能自动运行的电子设备。

第一章计算机基础知识二、电子计算机的发展

第一代计算机（1946年～1959年）：逻辑元件采用电子管第二代计算机（1960年～1964年）：逻辑元件采用晶体管第三代计算机（1965年～1969年）：逻辑元件采用集成电路IC第四代计算机（1970年至今）：采用了超大规模集成电路VLSI

新一代计算机FGCS：即未来计算机的目标是使其具有智能特性，具有知识表达和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划和其他智能活动。三、微型计算机的发展

第一章计算机基础知识微型计算机的升级换代主要有两个标志：微处理器的更新和系统组成的变革。第一代（1971～1973年）是低档的4位和8位微机。第二代（1974～1977年）以8位微机为主。第三代（1978～1984年）主要是16位微机。第四代（1985～1992年）32位微机为主流。第五代（1993～至今）以64位微机为主的时代。第一章计算机基础知识四

计算机的发展趋势

多极化网络化多媒体化智能化第一章计算机基础知识＊＊＊＊

计算机的分类

巨型计算机

综合性能最好、功能最强、运算速度最快大型计算机

通用性强、综合处理能力强、性能覆盖面广小型机

成本低、结构简单易维护和使用微型计算机

具有轻、小、廉、易用的特点，性能价格比高第一章计算机基础知识＊＊＊＊

计算机的分类工作站

介于微型计算机和小型机之间的一种高档微型机，具有较强的数据处理能力和图型处理功能6.服务器

一种可供网络用户共享的、高性能的计算机。服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外部设备

7.笔记本与移动PC

笔记本电脑具有体积小、功能强大、便于携带的特点；移动PC称做“便携台式机”，具有与笔记本电脑一样的外观，但没有内置电池和PC卡插槽第一章计算机基础知识＊＊＊＊＊

计算机的特点

处理速度快运算精度高记忆能力强具有逻辑判断能力具有友好的人机交互界面第一章计算机基础知识１.１.２计算机的应用领域

1.科学计算2.信息处理3.实时过程控制4.计算机辅助工程5.办公自动化6.数据通信7.智能应用科学计算

科学计算，即数值计算，是计算机应用的一个重要领域。计算机的发明和发展首先是为了高速完成科学研究和工程设计中大量复杂的数学计算，没有计算机，许多科学研究和工程设计，例如天气预报和石油勘探，将是无法进行的。第一章计算机基础知识信息处理

信息是各类数据的总称。数据是用于表示信息的数字、字母、符号的有序组合，可以通过声、光、电、磁、纸张等各种物理介质进行传送和存储。信息处理一般泛指非数值方面的计算，如各类资料的管理、查询、统计等。第一章计算机基础知识实时过程控制

实时控制在国防建设和工业生产都有着广泛的应用。例如由雷达和导弹发射器组成的防空控制系统、地铁指挥控制系统、自动化生产线等，都需要在计算机控制下运行。第一章计算机基础知识计算机辅助工程计算机辅助设计CAD（ComputerAidedDesign）计算机辅助制造CAM（ComputerAidedManufacture）计算机辅助教学CAI（ComputerAssistedInstruction）

第一章计算机基础知识办公自动化办公自动化OA（OfficeAutomation）指用计算机帮助办公室人员处理日常工作。例如，用计算机进行文字处理、文档管理、资料、图像、声音处理和网络通讯等。它既属于信息处理的范围，又是目前计算机应用的一个较独立的领域。第一章计算机基础知识智能应用

有如对奕、语言翻译等的一类工作，既不同于单纯的科学计算，又不同于一般的数据处理，它不但要求具备高的运算速度，还要求具备对已有的数据（经验、原则等）进行逻辑推理和总结的功能（即对知识的学习和积累功能），并能利用已有的经验和逻辑规则对当前事件进行逻辑推理和判断。对此，我们称为人工智能。具有人工智能是新一代计算机的标志之一。

第一章计算机基础知识1.2计算机系统的基本构成第一章计算机基础知识计算机系统硬件系统软件系统主机外设系统软件：如Windows,Linux应用软件:学籍管理系统、工资管理，小游戏等。CPU存储器（内存）控制器运算器输出设备输入设备1．2．1冯.诺依曼计算机简介

1．2．1冯.诺依曼计算机简介①基本特征1.采用二进制数表示程序和数据2.能存储程序和数据，并能自动控制程序的执行

3.具备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部分第一章计算机基础知识二进制数

计算机中的各种信息均采用了二进制的表示形式。二进制数的记数规则是“逢二进一”，它的每位只有“0”和“1”两个状态，。例如计算：“1+1+1+1+1”＝“101”

在计算机中把８位（bit）二进制数称为一字节（Byte），简记为“B”。若不加说明时，本书所写的“位”就是指二进制位。

1024B＝1KB，1024KB＝1MB，

1024MB＝1GB，1024GB＝1TB。第一章计算机基础知识②基本部件

运算器（ArithmeticLogicUnit，简记为ALU）的主要功能是进行算术及逻辑运算，是计算机的核心部件，运算器每次能处理的最大的二进制数长度称为该计算机的字长（一般为8的整倍数）；控制器（Controller）是计算机的“神经中枢”，用于分析指令，根据指令要求产生各种协调各部件工作的控制信号存储器（Memory）用来存放控制计算机工作过程的指令序列（程序）和数据（包括计算过程中的中间结果和最终结果）输入设备（Inputeequipment）用来输入程序和数据；输出设备（Outputequipment）用来输出计算结果，即将其显示或打印出来。其中：运算器和控制器在一起称：CPU；运算器、控制器和存储器（内存）在一起称：主机；输入、输出设备在一起称：外设③工作过程计算机工作时，操作人员首先通过输入设备将程序和数据送入到存储器中。启动运行后，计算机从存储器顺序取出指令，送往控制器进行分析并根据指令的功能向各有关部件发出各种操作控制信号，最终的运算结果要送到输出设备输出。

第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识输入设备输出设备外存内存CPU运算器控制器第一章计算机基础知识1．2．2现代计算机系统的构成

第一章计算机基础知识一、软件系统（可分为系统软件和应用软件两大部分）软件是计算机的灵魂，软件系统是计算机上可运行的全部程序的兽总和计算机软件决定了一台计算机能做什么１．计算机指令与程序２．程序设计语言

３．系统软件和应用软件

１计算机指令与程序

指令：使微处理器完成指定操作的命令。程序：为解决某一问题而编制的指令的有序序列。指令码：表示指令的代码。指令系统：处理器所能执行的所有指令的集合。第一章计算机基础知识指令1指令2指令3指令n开始结束程序２程序设计语言

程序设计语言：就是程序设计时所允许使用的一系列符号和规则。机器语言：由机器指令组成，由机器语言编制的程序只能在特定的计算机上运行，没有通用性，称其为低级语言。汇编语言：是为了解决机器语言不直观、阅读记忆困难而设计的一种符号语言，即为每条机器指令给出一个助记符号，并用符号与数字表示操作中要用的数。高级语言：由各种不同含义的“关键字”和“表达式”按一定的语言规则组成，脱离了具体的机器指令系统，它有较好的通用性，在不同的计算机上配备同一高级语言的编译程序或解释程序：就能运行同一种高级语言编制的程序。将高级语言转换成机器语言的方法有两种：编译、解释

第一章计算机基础知识３系统软件和应用软件计算机的软件分为：系统软件和应用软件系统软件处理内部的计算机功能，协助计算机使用外围设备，它是为使用者能方便地使用、维护、管理计算机而编制的程序的集合，它与计算机硬件相配套，也称之为软设备。但它却并没有把计算机转换成可以写报告、处理数据、学习打字或绘制图形等各种用途的机器。

(1).操作系统：Windows,UNIX,Linux,DOS等

(2).语言处理程序：C,PASCAL,VisualBasic等

(3).实用程序：诊断程序，排错程序等第一章计算机基础知识应用软件使计算机成为多用途的机器，完成许多不同的工作。主要面向各种专业应用和某一特定问题的解决，一般指操作者在各自的专业领域中为解决各类实际问题而编制的程序。协助你使用计算机完成一项特定工作的软件归类于应用软件。应用软件帮你产生文档、完成计算、管理金融资源、生成图片、创作乐曲、维护文件或信息等等。应用软件包有时也简单地称为应用。(1).通用应用软件：办公软件包，数据库管理系统，实时控制软件等。(2).专用应用软件：如各企业的管理信息系统等。第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识二硬件系统硬件系统存储器运算器控制器输入设备输出设备中央处理器（CPU）内存外存主机外设第一章计算机基础知识在微机中，主机板（母板）由微处理器（简记为MPU）、存储器、输入／输出（I／O）接口、总线电路和基板组成，其上安装了基本硬件系统，形成了主机部分。其它的外部设备均通过相应的接口电路和主机总线相连。总线根据传输信息的性质分类：

1.数据总线：DataBus

2.地址总线：AddressBus

3.控制总线：ControlBus第一章计算机基础知识1.3计算机的部件产品1.3.1微处理器产品简介

1.3.2存储器的组织结构和产品分类

一、存储器的组织结构

二、主存储器

三、辅助存储器

1.3.3常用总线标准和主板产品

1.3.4常用的输入输出设备

第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识1.3.1微处理器产品简介

Intel处理器AMD处理器

是指令的解释和执行部件，是计算机的核心。由运算器和控制器组成。第一章计算机基础知识1、CPU的速度与主频速度：奔腾微处理器的速度已达上亿次每秒。单位：MIPS百万指令/秒主频：以MHz为单位，主频越高就表明CPU运算速度越快。2、CPU的字长字长：16/32/64位。是指CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一条指令所能处理数据的能力。

3、CPU的档次

8088，80286，80386，80486，Pentium，PentiumII,PentiumIII,PentiumIV;同一档次主频越高越好。1.3.1微处理器产品简介

第一章计算机基础知识1.3.2存储器的组织结构

主存储器（Memory）存储器辅助存储器(Storage）高速缓冲存储器（Cache）

主要功能是存放程序和数据。分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)，外存容量大速度慢，内存容量小速度快。

主存储器：又称内存，CPU可以直接访问它，其容量一般为8～256MB,主要存放将要运行的程序和数据。微机的主存采用半导体存储器。半导体存储器按功能可分为:

静态存储器SRAM

随机存取存储器RAM

动态存储器DRAM

只读存储器ROM(PROM,EPPROM,EEPROM)

RAM:1.可读可写2.一旦电源断电，里面的信息将全部丢失ROM：1.只读2.断电后，信息不会丢失

高速缓存(Cache)：介于内存和CPU之间，速度比内存快，但容量不大。用于加快CPU与内存之间的数据交换效率，解决它们之间速度不匹配的问题。

第一章计算机基础知识

辅助存储器：属外部设备，又称为外存，常用的有磁盘、光盘、磁带等。主要用来存放后备程序、数据和各种软件资源。

磁盘分为软磁盘和硬磁盘两种（简称软盘和硬盘）。软驱外存储器-软盘第一章计算机基础知识外存储器-硬盘第一章计算机基础知识外存储器-光盘光驱第一章计算机基础知识4.输入设备

输入设备的功能是将程序、数据及其他信息转换成计算机能接收的信息形式，输入到计算机内部。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。第一章计算机基础知识5.输出设备

输出设备的功能是将计算机内部的运算结果转换成人或其他设备能接收和识别的信息形式。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、声音输出设备等。1．3．3常用总线标准和主板产品

通用微机系统中常用的总线标准有ISA、EISA、VESA、PCI等:１．ISA(IndustrialStandardArchitecture)总线２．EISA(ExtendISA)总线３．VESA(也称VL--BUS)总线４．PCI(PeripheralControllerInterface)总线第一章计算机基础知识1.3.4常用的输入输出设备

一、键盘

二、显示器三、鼠标器

四、打印机

五、标准并行和串行接口

第一章计算机基础知识键盘

1．键盘上键的布局大多数计算机均拥有键盘作为主要的输入设备。一个计算机键盘包括字母键和数字键，以及一些用于控制计算机特定任务的附加键。键盘上键的布局如图所示。共分为五个区：第一章计算机基础知识主键区

功能键区

状态指示灯编辑键区辅助键盘功能键功能键，即F1-F12，位于键盘的最上一排。它们在标准的打字机键盘上是没有的，是专为计算机键盘用于启动命令而加的。例如，许多软件包中F1是帮助键。功能键的问题是它们没有标准的含义。Tab:光标移动CapSLock:英文字母的大小写锁定。Shift:大小写切换或者是上、下档切换。Alt键和Ctrl键与字母键配合使用。如：＜CtrlX＞、Ctrl+X、[CtrlX]、Ctrl-X或CtrlX时，表示按下Ctrl时，要同时按X键。如：Ctrl+Alt+Del：Ctrl,h：表示先按一下Ctrl，松开之后，再按h第一章计算机基础知识键盘操作的指法训练

为了提高键盘操作效率，双手的每个手指都有着严格的分工，规定了各手指的基本键位(左手为A、S、D、F，右手为J、K、L、;)，具体分工见下图第一章计算机基础知识显示器第一章计算机基础知识

CRT显示器是当前应用最普遍的基本输出设备。它由监视器(Monitor)和装在主机内的显示控制适配器(Adapter)两部分组成。微型机的主要输出设备监视器，是一种将计算机中的电信号转换为彩色光点形成图像的显示设备。监视器显象管所能显示的光点的最小直径（也称为点距）决定了它的物理显示分辨率，常见的有0.33mm、0.28mm和0.20mm等。显示扫描频率则决定了它的闪烁性。显示控制适配器是监视器和主机的接口电路，也称显示卡。监视器在显示卡和显示卡驱动软件的支持下可实现多种显示模式。如640×480、800×600、1024×768等，乘积越大分辨率越高。显示卡有多种型号，如VGA、TVGA、VEGA、MCGA等，目前的显示卡常配有4~8MB的显示缓存，高档产品还提供三维动画的加速显示功能。现在在笔记本计算机中使用液晶显示器（LCD），它省电且薄，但成本较高。打印机打印机经历了数次更新。针式点阵击打式打印机利用电磁铁高速地击打24根打印针而把色带上的墨汁转印到打印纸上，工作噪音较大，速度较慢，约1～2ppm（即分钟打印1～2页B5纸），分辨率也只有120～180dpi（即每英寸上120～180点）；激光打印机利用激光产生静电吸附效应，通过硒鼓将碳粉转印并定影到打印纸上，工作噪声小，普及型的输出速度也在6ppm，分辨率高达600dpi以上。喷墨打印机，各项指标都处于前两种打印机之间。标准并行和串行接口为了方便外接设备，微机系统都提供了一个用于连接打印机的8位并行接口和两个标准RS232串行接口。并行接口可用来直接连接外置硬盘、软件加密狗器等并行设备。串行接口可用来连接鼠标器、绘图仪、调制解调器（Modem）等低速（即每秒小于115Kbps（位））串行设备。

USB通用串行口是一种新的接口标准，通过它可连接多达256个外部设备，通讯速度高达12Mbps，目前带USB接口的设备有扫描仪、键盘、鼠标、声卡、调制解调器、摄像头等。第一章计算机基础知识1.4数制及不同数制之间的转换1.4.1进位计数制十进制（Decimal）二进制（Binary）八进制（Octal）十六进制（Hexadecimal）任意的K进制1.4.2不同数制之间的相互转换1.4.3

二进制数的算术运算

1.4.1进位计数制进位计数制：按进位的方法进行计数。数码（基符）：基符就是组成该进位计数制的数字和字母。基数：某种进位计数制所使用数码的个数。位权：计算每个“数码”在所在位上代表的数值时所乘的常数。它是一个指数，以“基数”为“底”，其幂是数位的“序号”.序号为以小数点为界，其左边的数位序号为0，向左每进一位序号加一，先后向右每走一位序号减一。例：（1725.34）10=十进制（Decimal）

十进制有两个特点：数码可采用可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

，所以基数是10；相邻两位之间为“逢十进一”或“借一当十”的关系例：数5678.4可表示为：5678.4＝5×103＋6×102＋7×101＋8×100+4×10-1

二进制（Binary）二进制有两个特点：数码仅采用“0”和“1”，所以基数是2；相邻两位之间为“逢二进一”或“借一当二”的关系。例：数1100.1可表示为：

例：数1100.1可表示为

1100.1＝1×23＋1×22＋0×21＋0×20+1×2-1

八进制（Octal）八进制用的数码共有8个，0～7，则基数是8；相邻两位之间为“逢八进一”和“借一当八”的关系。例：八进制数1537.6可表示为：1537.6＝1×83＋5×82＋3×81＋7×80+7×8-1

十六进制（Hexadecimal）十六进制用的数码共有16个，除了0～9外又增加了6个字母符号A、B、C、D、E、F，分别对应了10、11、12、13、14、15。其基数是16，相邻两位之间为“逢十六进一”和“借一当十六”的关系。例：数3AC7.D可表示为：3AC7.D＝3×163＋10×162＋12×161＋7×160+13×16-1

第一章计算机基础知识各种数制的表示方法如表1-2所示：数制进位规则基数基符位权数制标识二进制逢二进一20、12iB八进制逢八进一80~78iO十进制逢十进一100~910iD十六进制逢十六进一160~9，A~F16iH

表1-2常用数制对照表任意的K进制K进制用的数码共有K个，其基数是K，相邻两位之间为“逢K进一”和“借一当K”的关系。该表达式就是数的一般展开表达式：其中：N为基数，Ak为第K位上的数码，Nk为第K位上的位权nD=∑AkNk

k=m

第一章计算机基础知识1.4.2不同数制之间的相互转换二进制、八进制、十六进制数转换成十进制数方法：按位权展开例1：二进制数：111001

位i：543210

权：252423222120

相应的十进制值为：

1×25+1×24+1×23+0×22+0×21+1×20=32+16+8+1=57第一章计算机基础知识例2：十六进制数:B8E

基符：B（11）8E（14）位i：210

权：162161160对应的十进制值：11×162+8×161+14×160=2958例3：八进制数1537.6可表示为：1537.6＝1×83＋5×82＋3×81＋7×80+7×8-1

十进制转换为R进制

法则：整数部分：除基(R)取余，直至商为零，由下向上取数。小数部分：乘基(R)取整，直至满足精度为止，由上向下取数。例21000.34581002500×2812422500.69008142121×2012600.3801230×2161002110.7600166401×2060.5201×20.0401(100)D=(144)O=(64)H=(1100100)B(100.345)D≈(1100100.01011)B(100)D=(144)O=(64)H第一章计算机基础知识二进制转换为八进制和十六进制方法：从小数点开始，向左右两侧分组。转换为八进制时每三位分一组，转换为十六进制时每四位分一组，最高或最后一位不足位时，补“0”，再将每组转换为对应的八进制数或十六进制数。例1：将二进制数1101001011.1110001转换成八进制数。分组：001,101,001,011.111,000,100

转换：1513.704

（1101001011.1110001）2=（1513.704）8第一章计算机基础知识例2：将二进制数1101001011.1110001转换成十六进制数。分组：0011，0100，1011.1110，0010

转换：3411（B）14（E）2

（1101001011.1110001）2=（34B.E2）16第一章计算机基础知识八进制和十六进制转化为二进制方法：每一个八进制数对应二进制的三位。每一个十六进制数对应二进制的四位。例1：将十六进制数D5A.7C转换为二进制数。十六进制数：D5A.7C

十进制数：13510.712

二进制数：110101011010.01111100

(D5A.7C)16=(110101011010.011111)2例2：(2C1D)H=(0010

1100

0001

1101)B

(64)H=(0110

0100)B(7123)O=(111

001

010

011)B

第一章计算机基础知识1.4.3二进制数的算术运算二进制数的加法运算规则：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位进1）

1001被加数

+1011加数

10100和第一章计算机基础知识二进制数的减法运算规则：0-0=0；1-0=1；1-1=0；0-1=1（向高位借1）

1010–01110011第一章计算机基础知识二进制数的乘法运算规则：0*0=0；0*1=0；1*0=0；1*1=1第一章计算机基础知识1.5基于计算机的信息处理1.5.1数值信息的表示1.5.2非数值数据的编码第一章计算机基础知识1.5.1数的定点和浮点表示定点数小数点位置固定的数据定点纯整数小数点固定在数的最低位之后

11001010.0定点纯小数小数点固定在符号位之后，最高数值位之前

0.10110101浮点数小数点位置浮动的数据一个任意二进制数N都可表示为：

N=2j*S阶码尾数第一章计算机基础知识数的浮点表示形式：阶码和尾数在IBMPC系列微机中阶码：采用补码表示的定点纯整数，占一个字节，阶符占一位。尾数：采用补码表示的定点纯小数，占三个字节，数符占一位。计算机中数的浮点表示第一章计算机基础知识

浮点数：110.001=1.10011×2+10=11001.1×210=0.110011×2+1100000011011001100000000000000000N=数符×尾数×2阶符×阶码尾数的位数决定数的精度。阶码的位数决定数的范围。将十进制数转换为浮点数格式的步骤：

1、将十进制数转换为等价的二进制数

2、将二进制数转换为定点小数的表示格式

3、用“阶符+阶码+数符+尾数”的形式表示第一章计算机基础知识例：将十进制数123.625转换为浮点数格式将整数123转换为二进制数：将小数.625转换为二进制数：（123.625）10=转换为定点小数形式：转换为浮点数格式：

1111011.101（1111011.101)20.1111011101*270

0000111

0

11110111010000000000000第一章计算机基础知识数的编码表示原码在计算机中，用“0”表示正号，用“1”表示负号反码对于正数：与原码同形对于负数：符号位保持不变，其他位按位求反补码（作加减法时用）对于正数：与原码同形对于负数：先求反码，再在最低位加“1”第一章计算机基础知识机器数的表示