配套课件-《计算机导论》

计算机导论

第一章概述学习目标了解信息技术的概念熟悉计算机发展简史掌握计算机中常用的数制任务1：了解信息技术的概念

信息的概念简单地说，信息就是经过加工的、对人们有用的数据，它对不同的人来说具有不同的价值。

它的定义可以表达为“信息是自然界、人类社会和思维活动中一切事物运动的状态及状态改变的方式。”

信息与数据之间的关系：任务1：了解信息技术的概念

信息技术信息技术（InformationTechnology,简称IT）指的是与信息活动有关的、以扩展人类信息器官功能为目的一类技术。

人类信息器官的功能及其扩展技术可见下表所示：

任务1：了解信息技术的概念

信息技术的现状与发展趋势根据信息技术研究开发和应用的发展历史，可以将信息技术的发展分为三个时期:

信息技术研究开发时期（20世纪50年代初～70年代中期）

该时期计算机开始成为信息处理的工具，其中硬件方面主要是半导体与微电子等基础技术的发展，软件方面也从操作系统发展到应用软件。

任务1：了解信息技术的概念

信息技术全面应用时期（20世纪70年代中期～80年代末期）

该时期办公自动化、工厂自动化、家庭自动化三方面发展较快。各种智能设备也逐步进入人们的生活、工作中，人类获取信息、处理信息则更加快捷方便。数字信息技术发展时期（20世纪80年代末期至今）

该时期主要以因特网的开发和应用、数字信息技术为重点。任务1：了解信息技术的概念

未来信息技术的发展趋势大致可包括如下4点：

高速、大容量。速度越来越高、容量越来越大，无论是通信还是计算机发展都是如此；综合化。以现代计算机技术为核心的智能技术与通信、感测、控制等技术融合在一起，形成智能化、综合化的信息环境系统，从而有效地扩展人类的信息功能；数字化。一是便于大规模生产，降低成本。二是有利于综合；个人化。即可移动性和全球性。一个人在世界任何一个地方都可以拥有同样的通信手段，可以利用同样的信息资源和信息加工处理的手段。任务2：熟悉计算机发展简史

计算机的产生

人类使用的计算工具随着生产力的发展和社会的进步,经历了从简单到复杂、由低级到高级发展的过程。世界上最早的计算工具是算盘，世界上最早的计算机，可以说是计算尺。算盘和计算尺最大的区别是，算盘由算盘珠组成，计算尺是由刻度构成的。任务2：熟悉计算机发展简史

齿轮式机械计算机1642年法国数学家、哲学家布茨·帕斯卡发明了世界上第一台齿轮式机械计算机。它通过齿轮系统的联动来进行加法和减法的运算。帕斯卡与机械式计算机任务2：熟悉计算机发展简史

图灵机（TuringMachine）英国科学家艾兰·图灵（AlanTuring）提出了一种理想的计算机器的数学模型——图灵机，发展了可计算性理论。现在该理论不仅是计算机科学的基础，也是数学的基础之一，为纪念图灵而设立的图灵奖已成为计算机界的诺贝尔奖。图灵（1912-1954）任务2：熟悉计算机发展简史

电子数字积分计算机（ENIAC，中文叫埃尼阿克）

1946年，世界上第一台电子数字积分计算机（ENIAC，中文叫埃尼阿克）应运而生，从此揭开了人类历史发展的新纪元。其中重要参与者美籍匈牙利科学家约翰·冯·诺依曼(John·von·Neumann)提出的“在电子计算机中存储程序和程序控制”的概念，确立了现代计算机的基本结构，该结构一直沿用至今，所以他也被誉为“现代计算机之父”。冯·诺依曼（1903-1957）第一台电子计算机ENIAC任务2：熟悉计算机发展简史

计算机的发展人们根据计算机所使用的电子器件，将计算机发展划分成四代：第一代（1946年～1958年）是电子管时代

逻辑元件是电子管。软件方面使用机器语言和汇编语言编写程序。该时期计算机主要用于军事目的和科学研究，代表机型有：ENIAC、IBM650（小型机）、IBM709（大型机）等。电子管(1904)任务2：熟悉计算机发展简史

第二代（1959年～1964年）是晶体管时代

逻辑元件是半导体晶体管。软件方面使用操作系统和各种计算机高级语言。该时期计算机主要用于数据处理、自动控制等方面，代表机型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。晶体管(1948)任务2：熟悉计算机发展简史

第三代（1965年～1970年）是集成电路时代

逻辑元件是中小规模集成电路。软件方面高级语言数量增多，同时出现了并行处理、多处理机、虚拟存储系统以及面向用户的应用软件。该时期计算机和通信密切结合，广泛地应用到科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域，代表机型有IBM360系列、富士通F230系列。中/小规模集成电路(1950’s)任务2：熟悉计算机发展简史

第四代（1971年～至今）是超大规模集成电路时代逻辑元件是大规模、超大规模集成电路。软件方面则发展了数据库管理系统、通信软件等。该时期计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机两个方面发展，计算机开始深入到各行各业，家庭和个人也开始使用。大规模/超大规模集成电路(1970’s)任务2：熟悉计算机发展简史

计算机的发展趋势

计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，产品不断升级换代。计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛，从而使计算机成为工作、学习和生活中必不可少的工具。当前计算机正朝着广度、深度、高度等方向不断发展。广度发展

由于计算机应用范围不断扩大，工厂生产、商业销售、家庭生活、休闲娱乐中处处都有计算机的身影，人们可以随时使用计算机，相互交流信息。有人预言，未来计算机可能会成为一种最常用的日用品。任务2：熟悉计算机发展简史

深度发展

“深”度方向发展，即向计算机智能化发展。智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。任务2：熟悉计算机发展简史

高度发展

性能越来越高，速度越来越快，是计算机发展的又一大方向。英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）在1965年提出：“集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。”这就是被称为计算机第一定律的摩尔定律（Moore定律）。该定律揭示了计算机发展的一种趋势，该趋势一直被延续至今。但这种发展也同样带来了复杂性和功耗两大问题。任务2：熟悉计算机发展简史

人们也提出了一些未来计算机的设想，比如量子计算机、神经网络计算机、生物计算机、光子计算机等，这些都将是计算机科学发展的重大课题。任务3：掌握计算机中常用的数制

信息的基本单位

信息处理的基本单位是“比特”，其英文为“bit”，它是binarydigit的缩写，中文译为“二进制数字”或“二进位”，一般简称为“位”，用小写字母“b”表示。比特只有两种状态：0或1，它们不分大小，是组成数字信息的最小单位。任务3：掌握计算机中常用的数制

人们通常用8位二进制数表示一个字节（英文用Byte表示，简写为B）。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。除此之外，还可以用千字节（KB）、兆字节（MB）以及十亿字节（GB），它们之间存在下列换算关系：B：1B=8bitKB：1KB=210字节=1024B（千字节）MB：1MB=220字节=1024KB（兆字节）GB：1GB=230字节=1024MB（吉字节、千兆字节）TB：1TB=240字节=1024GB（太字节、兆兆字节）任务3：掌握计算机中常用的数制

进位计数制

数制又称为计数法，是人们用一组规定的符号和规则来表示数的方法。在日常生活和计算机中采用的都是进位计数制。在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。数位：指数码在一个数中所处的位置；基数：指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数；位权：指在某种进位计数制中，每个数位的大小，一般是基数的若干次幂。任务3：掌握计算机中常用的数制

以十进制数为例，如果用ai表示某一位的不同数码，对任意一个十进制数A，可用下面公式表示：A=an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100+a-1×10-1+…+a-m×10-m其中，ai只能使用0～9这十个数码，所以十进制的基数是10；而10n-1是指该数位的大小，也就是位权。比如十进制数734.56，用上式表示则是734.56=7×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2，任务3：掌握计算机中常用的数制

根据十进制数的基数、位权、数位之间的关系，可以得到如下几个特点：每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位与高位的关系是：逢10进1各位的权值是10的整数次幂（基数是10）十进制数标志：尾部加“D”或缺省不写任务3：掌握计算机中常用的数制

计算机中常用的几种进制

二进制：考虑到经济、可靠、易实现、运算简便和节省器件等因素，计算机中的数多用二进制表示。与十进制相似，二进制也有如下特点：每一位可使用二个不同数字表示（0、1）低位与高位的关系是：逢2进1各位的权值是2的整数次幂（基数是2）二进制数标志：尾部加“B”或直接在下标处注明任务3：掌握计算机中常用的数制

八进制每一位可使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）低位与高位的关系是：逢8进1各位的权值是8的整数次幂（基数是8）八进制数标志：尾部加“Q”或直接在下标处注明任务3：掌握计算机中常用的数制

十六进制

每一位可使用十六个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F），其中A表示10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。用这种方法主要是与十进制计数法区别。低位与高位的关系是：逢16进1各位的权值是16的整数次幂（基数是16）十六进制数标志：尾部加“H”或直接在下标处注明任务3：掌握计算机中常用的数制

不同进位制数的比较

任务3：掌握计算机中常用的数制

各种进制之间的转换

计算机内部使用的是二进制数，然而，人们习惯用十进制数，要把它输入到计算机中参加运算，必须将其转换成二进制数。当然，计算机中有专门的程序可自动进行这些转换工作，但仍有必要了解数制转换的基本步骤。

非十进制数转换成十进制数把各个非十进制数按权展开求和，也就是把n进制数写成n的各次幂之和的形式，然后计算其结果。任务3：掌握计算机中常用的数制

例1.1将二进制数1101.101转换成十进制数(1101.101)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=8+4+0+1+0.5+0+0.125=(13.625)10例1.2将八进制数456.12转换成十进制数(456.12)8=4×82+5×81+6×80+1×8-1+2×8-2=256+40+6+0.125+0.03125=(302.15625)10例1.3将十六进制数32CF.48转换成十进制数(32CF.48)16=3×163+2×162+12×161+15×160+4×16-1+8×16-2=12288+512+192+15+0.25+0.03125=(13007.28125)10任务3：掌握计算机中常用的数制

十进制数转换成非十进制数

将十进制数转换为非十进制数的方法是：将十进制数的整数部分用“除基数逆序取余法”；小数转换用“乘基数顺序取整法”。

任务3：掌握计算机中常用的数制

例1.4将十进制29.6875转换成二进制数。

整数部分29转换如下：小数部分0.6875转换如下：小数部分

0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位129371421222200111余数低位高位整数部分故(29.6875)10=(11101.1011)2

任务3：掌握计算机中常用的数制

十进制数向八进制或十六进制转换的方法与二进制相似，分别采用除8取余法（对小数部分为乘8取整法）、除16取余法（对小数部分为乘16取整法）。注意，在进行十进制数转换成十六进制数的过程中，对于采用除16取余法得到的余数和采用乘16取整法得到的整数，若为10～15之间的数值，最后要分别用字符A、B、C、D、E、F代替。任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制数与八进制数之间的转换

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，如右表所示。转换原则是：将二进制数转换成八进制数时，以小数点为界，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。将八进制数转换成二进制数则是逆过程，即是将每一位八进制数码用三位二进制数码代替。任务3：掌握计算机中常用的数制

例1.5将(1101001110.11001)2转换成八进制数。

(1101001110.11001)2=（001

101

001

110.110

010）2=（1516.62）8例1.6将(2467.32)8转换成二进制数。(2467.32)8=（010100110111.011010）2=(10100110111.01101)2任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制数与十六进制数之间的转换

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，它们之间的关系下表所示，它们之间的转换原则同二——八进制转换，即1位十六进制数转换为4位二进制数。任务3：掌握计算机中常用的数制

例1.7将（35A2.CF）H转换成二进制数

将十六进制数的每位数码依次用三位二进制数代替，即得：（35A2.CF）H=（11010110100010.11001111）B

例1.8将（1101001110.110011）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成一组，不足四位的需补0，即得：（1101001110.110011）B=（0011

0100

1110.1100

1100）B=（34E.CC）H任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制的算术、逻辑运算

二进制算术运算

二进制数算术运算包括加法、减法、乘法和除法。基本运算是加法和减法运算。两个1位二进制数加法和减法的基本运算规则如图所示。任务3：掌握计算机中常用的数制

例如：任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制逻辑运算

实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑运算有三种基本运算：逻辑加法（又称逻辑“或”运算，用符号“OR”、“∨”或“＋”表示）

它的运算规则如下：

F=A∨BA: 0 0 1 1B:∨0

∨1

∨0

∨1F: 0 1 1 1任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制逻辑运算

实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑运算有三种基本运算：逻辑乘法（又称逻辑“与”运算，用符号“AND”、“∧”或“·”表示）它的运算规则如下：

F=A∧BA:0011B:∧0

∧1

∧0

∧1F:0001任务3：掌握计算机中常用的数制

二进制逻辑运算

实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑运算有三种基本运算：逻辑否定（又称逻辑“非”运算，用符号“NOT”或“▔”表示）

它的运算规则如下：

F=NOTAA:NOT 0

NOT1

F:10任务3：掌握计算机中常用的数制

例1.9两个二进制数0110和1010进行逻辑或运算。

A: 0110 B:∨ 1010

F: 1110例1.10两个二进制数0110和1010进行逻辑与运算。

A: 0110 B:∧1010

F: 0010任务3：掌握计算机中常用的数制

计算机中数据的表示

计算机中的数据信息分成整数和实数两大类。整数又叫“定点数”，是指不使用小数点或者说小数点始终隐含在个位数的右面的数。计算机中的整数分为两类：无符号整数和有符号整数。

无符号整数

无符号整数一般表示地址、索引等正整数。8位二进制表示的正整数其取值范围是0～255（28-1）。n位二进制表示的正整数取值范围是0～2n