计算机专业知识

计算机专业知识

1、计算机的特点

计算机问世之初，主要用于数值计算，“计算机”也因此得名。

但随着计算机技术的迅猛发展，它的应用范围不断扩大，不再局限于

数值计算而广泛地应用于自动控制、信息处理、智能模拟等各个领域。

计算机能处理各种各样的信息，包括数字、文字、表格、图形、图象

等。

计算机之所以具有如此强大的功能，这是由它的特点所决定的。

概括地说，计算机主要具备以下儿方面的特点：

(1)运算速度快

计算机的运算部件采用的是电子器件，其运算速度远非其他计算

工具所能比拟，而且，由电子管升级到晶体管，再升级到小规模集成

电路、中规模集成电路、大规模集成电路等，其运算速度还以每隔儿

年提高一个数量级的水平不断提高。

(2)存储容量大

计算机的存储器可以把原始数据、中间结果、运算指令等存储起

来，以备随时调用。存储器不但能够存储大量的信息，而且能够快速

准确地存入或取出这些信息。计算机的应用使得从浩如烟海的文献、

资料、数据中查找信息并且处理这些信息成为容易的事情。

存储器的容量是用字节数来度量的。由于一般存储器的容量都非

常大，现在常用“K字节”和“M字节”来度量，1K字节=1024字节,

1M字节=1024K字节=1024*1024字节，一台普通的奔腾微机，主存储

器32M字节，便可把1600多万汉字全部放入内存，而且能够快速地

进行查找、排序、编辑等工作。

（3）具有逻辑判断能力

计算机能够根据各种条件来进行判断和分析，从而决定以后的执

行方法和步骤。还能够对文字、符号、数字的大小、异同等进行判断

和比较，从而决定怎样处理这些信息。计算机被称为“电脑”，便是

源于这一特点的。

（4）工作「动化

计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制执行

的。只要把包含一连串指令的处理程序输入计算机，计算机便会依次

取出指令，逐条执行，完成各种规定的操作，直到得出结果为止。

另外，计算机还具有运算精度高、工作可靠等优点。

2、计算机的分类

计算机可分为模拟计算机和数字计算机两大类。

模拟计算机的主要特点是：参与运算的数值由不间断的连续量表

示，其运算过程是连续的，模拟计算机由于受元器件质量影响，其计

算精度较低，应用范围较窄，目前已很少生产。数字计算机的

主要特点是：参与运算的数值用断续的数字量表示，其运算过程按数

字位进行计算，数字计算机由于具有逻辑判断等功能，是以近似人类

大脑的〃思维〃方式进行工作，所以又被称为“电脑”。

数字计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机。

专用与通用计算机在其效率、速度、配置、结构复杂程度、造价

和适应性等方面是有区别的。

专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特

性，但它的适应性较差，不适于其它方面的应用。我们在导弹和火箭

上使用的计算机很大部分就是专用计算机。这些东西就是再先进，你

也不能用它来玩游戏。

通用计算机适应性很强，应用面很广，但其运行效率、速度和经

济性依据不同的应用对象会受到不同程度的影响。

通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、

中型机、小型机、微型机及单片机。这些类型之间的基本区别通常在

于其体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、

指令系统和设备、软件配置等的不同。

一般来说，巨型计算机的运算速度很高，可达每秒执行几亿条指

令，数据存储容量很大，规模大结构复杂，价格昂贵，主要用于大型

科学计算。它也是衡量一国科学实力的重要标志之一。单片计算机

则只由一片集成电路制成，其体积小，重量轻，结构十分简单，性能

介于巨型机和单片机之间的就是大型机、中型机、小型机和微型机。

它们的性能指标和结构规模则相应的依次递减。

3、计算机的应用

计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的

工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机的主要应用领域

如下：

1.科学计算(或数值计算)

科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的

数学问题的计算。在现代科学技术工作中，科学计算问题是大量的和

复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，可

以实现人工无法解决的各种科学计算问题。

例如，建筑设计中为了确定构件尺寸，通过弹性力学导出一系列复杂

方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但

能求解这类方程，并且引起弹性理论上的一次突破，出现了有限单元

法。

2.数据处理(或信息处理)

数据处理是指对各种数据进行收集、存储\整理、分类、统计、

加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计，80%以上的计算机

主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定了计算机应用的主导方

向。

数据处理从简单到复杂已经历了三个发展阶段，它们是：

①电子数据处理(ElectronicDataProcessing,简称EDP),它是以文

件系统为手段，实现一个部门内的单项管理。

②管理信息系统(ManagementInformationSystem,简称MIS),它是以

数据库技术为工具，实现一个部门的全面管理，以提高工作效率。

③决策支持系统(DecisionSupportSystem,简称DSS),它是以数据

库、模型库和方法库为基础，帮助管理决策者提高决策水平，改善运

营策略的正确性与有效性。

目前，数据处理已广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理

与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等等

各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现在人们

面前的不仅是数字和文字，也有声情并茂的声音和图像信息。

3.辅助技术(或计算机辅助设计与制造)

计算机辅助技术包括CAD、CAM和CAI等。

⑴计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,简称CAD)

计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产

品设计，以实现最佳设计效果的一种技术。它已广泛地应用于飞机、

汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如，在电子计算机的设计

过程中，利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自

动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。又如，在建筑设

计过程中，可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图

纸等，这样不但提高了设计速度，而且可以大大提高设计质量。

⑵计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing,简称CAM)

计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和

操作的过程。例如，在产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行,

处理生产过程中所需的数据，控制和处理材料的流动以及对产品进行

检测等。使用CAM技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产周期,

提高生产率和改善劳动条件。

将CAD和CAM技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机

集成制造系统(CIMS)。它的实现将真正做到无人化工厂(或车间)。

⑶计算机辅助教学(ComputerAidedInstruction,简称CAI)

计算机辅助教学是利用计算机系统使用课件来进行教学。课件可

以用著作工具或高级语言来开发制作，它能引导学生循环渐进地学

习，使学生轻松自如地从课件中学到所需要的知识。CAI的主要特色

是交互教育、个别指导和因人施教。

4.过程控制(或实时控制)

过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控

制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制，不仅可

以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确

性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此，计算机过程

控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广

泛的应用。

例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线,

不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使

整个车间或工厂实现自动化。

5.人工智能(或智能模拟)

人工智能(ArtificialIntelligence)是计算机模拟人类的智能

活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在

人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，

能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力

的智能机器人等等。

6.网络应用

计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网

络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计

算机之间的通讯，各种软、硬件资源的共享，也大大促进了国际间的

文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。

4、信息编码

二一十进制编码

所谓二一十进制编码(BCD码BinaryCodedDecimal)就是将

十进制的每一位数用4位二进制数表示。下表列出了最常用的8421

编码对照表：

十进制数BCD码二进制数

000000000

100010001

200100010

300110011

401000100

501010101

601100110

701110111

810001000

910011001

字符编码

目前，在计算机中普遍采用的一种字符编码方式是“ASCH

码”。

在ASCH码中，每个字符用7位二进制代码表示。例如，要

确定字符A的ASCH码，可以从表中查到高位是"100",低位是“0001〃,

将高位和低位连起来就是字符A的ASCII码1000001o一个字节有8

位，字符的ASCII码可以存入字节的低7位，最高位用来放奇偶校验

位。

奇偶校验是指在代码传送过程中，用来检验是否出现错误的

一种方法。一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定，正确的代码一

个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1来满

足；偶校验规定，正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非

偶数，则在最高位b7添1来满足。

我华子彷代俯字画优华।字付，疆珈字符哂蜘字待

3252472H92112p

33!5357393J113q

345467494114r

3b55775K95libs

36$5687(5L96116t

37%57977M97a11711

38&58•78N98b118V

395979099c119w

4060<80P100d120X

4161=81Q101e121y

42*62>82R102f122z

43+6383S103g123

44264@84T104h124

45—65A85U105i125]

46•66B86V106j126

47/67C87W107k

48068D88X108i

49169E89Y109m

50270F90Z110n

bl371G91L1110

目前使用最广泛的西文字符集及其编码是ASCH字符集和AS

CII码(ASCII是AmericanStandardCodeforInformationIn

terchange的缩写)，它同时也祓国标标准花组织(Internationa

1OrganizationforStandardization,ISO)批准为国际标准。

基本的ASCII字符集共有128个字符，其中有96个可打印字

符，包括常用的字母、数字、标点符号等，另外还有32个控制字符。

标准ASCII码使用7个二进位对字符进行编码，对应的ISO标准

为IS0646标准。下表展示了基本ASCII字符集及其编码：

字母和数字的ASCII码的记忆是非常简单的。我们只要记住了

一个字母或数字的ASCII码(例如记住A为65,0的ASCII

码为48),知道相应的大小写字母之间差32,就可以推算出其余

字母、数字的ASCII码。

虽然标准ASCII码是7位编码，但由于计算机基本处理单位为

字节(Ibyte=8bit),所以一般仍以一个字节来存放一个ASCI

I字符。每一个字节中多余出来的一位(最高位)在计算机内部通常

保持为0(在数据传输时可用作奇偶校验位)。

由于标准ASCII字符集字符数目有限，在实际应用中往往无法满

足要求。为此，国际标准化组织又制定了ISO2022标准，它规定了

在保持与ISO646兼容的前提下将ASCII字符集扩充为8位代码

的统一方法。ISO陆续制定了一批适用于不同地区的扩充ASCII

字符集，每种扩充ASCII字符集分别可以扩充128个字符，这些扩

充字符的编码均为高位为1的8位代码（即十进制数128〜255）,

称为扩展ASCII码。下表展示的是最流行的一套扩展ASCII字符

集和编码：

汉字编码

对汉字进行编码是为了使电脑能够识别和处理汉字。

⑴国标码（也称交换码）

国家标准汉字编码简称国标码，在国标码表中，共收录了一、

二级汉字和图形符号7445个。其中图形符号682个，一级汉字（常

用汉字）3755个，二级汉字（不常用汉字）3008个，每个汉字及特

殊字符以两个字节的十六进制数值表示。

在2000年3月我国又推出了《信息技术•信息交换用汉字编

码字符集•基本集的扩充》新国家标准，共收录了27000多个汉字,

还包括藏、蒙、维吾尔等主要少数民族文字，基本上解决了计算机汉

字和少数民族文字的使用标准问题。

⑵机外码（也称输入码）

机外码是指操作人员通过西文键盘上输入的汉字信息编码。

主要有以下四种：

数字编码，如：电报码、区位码。

字音编码，如：双拼、全拼、智能ABC输入法等。

字形编码，如：五笔字型码、表形码。

音形编码，根据语音和字型双重因素确定的输入码。

⑶机内码(也称内码)

机内码是指计算机内部存储、处理加工汉字时所用的代码。

输入码通过键盘被接受后就由汉字操作系统的〃输入码转换模块〃转

换为机内码，每个汉字的机内码用2个字节的二进制数表示。为了与

ASCII相区别，通常将其最高位置为1,大约可表示16,000多个汉字。

虽然某一个汉字在用不同的汉字输入方法时其外码各不相同，但其内

码基本是统一的。

(4)字形码

字形码是指文字信息的输出编码。用来将机内码还原为汉字

进行输出。

字形码采用点阵形式，不论一个字的笔划多少，都可以用一

组点阵表示。每个点即二进制的一个位，由〃0〃和表示不同状态，

如明、喑或不同颜色等特征表现字的型和体。所有字形码的集合构成

的字符集称为字库。根据输出字符的要求不同，字符点的多少也不同。

点阵越大、点数越多，分辨率就越高，输出的字形也就越清晰美观。

汉字字型有16X16、24X24、32X32、48X48、128X128点阵等，

不同字体的汉字需要不同的字库。点阵字库存储在文字发生器或字模

存储器中。字模点阵的信息量是很大的，所占存储空间也很大。以

16X16点阵为例，每个汉字就要占用32个字节。

多媒体信息表示

多媒体(Multimedia)是多种媒体的复合，多媒体信息是指

以文字、声音、图形、图像为载体的信息。

⑴音频信息的数字化

计算机中所处理的都是一些二进制信息，为了使计算机能处

理声音信号，必须先将这种模拟信号转换成二进制的数字信号，即对

声波进行采样，这个过程称为模/数（A/D）转换，反之，将数字信

号转换成模拟信号的过程称为数/模（D/A）转换。每秒钟的采样数叫

做采样频率，目前通用的标准采样频率有3个：44.1kHz、22.05kHz

和11.025kHzo将采样的声音信号幅值转换为二进制表示，则声音

就被数字化了。采样的频率越高，声音的保真度越高，质量越好。

⑵视频信息的数字化

动态图像也称视频信息，人们所看到的视频信息实际上是由

许多幅静止的画面所构成的。每一幅画面称为一帧，帧是构成视频信

息的最小、最基本的单位。视频信息的采样和数字化视频信号的原理

与音频信息数字化相似，也用两个指标来衡量，一是采样频率，二是

采样深度。

采样频率是指在一定时间以一定的速度对单帧视频信号的捕

获量，即以每秒所捕获的画面帧数来衡量。例如，要捕获一段连续画

面时，可以用每秒25〜30帧的采样速度对该视频信号加以采样。采

样深度是指经采样后每帧所包含的颜色位（色彩值）。如：采样深度

为8位，则每帧可达到256级单色灰度。

5、数据表示

处理机硬件能够辨认并进行存储、传送和处理的数据表示方法。

一台处理机的数据表示方法是处理机设计人员规定的，尽管数据的来

源和形式有所不同，但输入这台处理机并经它处理的全部数据都必须

符合规定。软件设计人员还可以依此来规定各数据类型（如虚数、向

量等）和组织复杂的数据结构（如记录、文卷等）。

早期的机械式和继电式计算机都用具有10个稳定状态的基本元

件来表示十进制数据位0,1,2,…,9o一个数据的各个数据位是按10

的指数顺序排列的，如386.45=

3X102+8X101+6X100+4X10-1+5X10-2o但是,要求处理机的基本

电子元件具有10个稳定状态比较困难，十进制运算器逻辑线路也比

较复杂。多数元件具有两个稳定状态，二进制运算也比较简单，而且

能节省设备,二进制与处理机逻辑运算能协调一致，且便于用逻辑代

数简化处理机逻辑设计。因此，二进制遂得到广泛应用。

定点表示法在二进制中，0和1分别由处理机电子元件的两

个稳定状态表示，2为数的基底。二进制数

1

rnr„.r-r0r.fr.m=1…+门2+r02°+

m

r.mZ,其中加，r田…，门，入，j，…，1为0和1。例如，口001

表示十进制整数25；0.101表示十进制小数0.625。在处理机运算器

中，数据小数点的位置是隐含固定的。通常，小数点隐含固定在数据

最右端的，称定点整数，如11001;小数点隐含固定在数据最左端的,

称定点小数，如0.101。

浮点表示法把处理机处理的数据都化为定点整数或定点小数

会给用户带来很多麻烦和限制：①用户的初始数据、中间结果，或最

后结果可能在很大的范围里变化，程序员不得不在运算的各个阶段预

先引入比例因子，把数据统一放大或缩小；②一定长度的定点数据所

能表示的数据范围和精度是很有限的。例如，15位二进制定点整数

能表示的最大值是111111111111111（即215-1）,最小值是

000000000000001（即1）；同理，15位二进制定点小数能表示的最

大值是0.111111111111111（即1-2-15）,最小值是

0.000000000000001（即2-15）。为此,处理机常采用小数点位置可

以浮动的二进制浮点表示法。在浮点表示法中，一个数据分为阶码（或

指数）和尾数（或数值）两部分，阶码用二进制定点整数表示，尾数

用二进制定点小数表示。例如，6.5=23X0.8表5=24X0.40625,表示

为二进制浮点形式是011；11010或100；01101。两个表示式的左端

3位是定点整数表示的阶码，右端5位是定点小数表示的尾数。浮点

表示的小数点不固定并可随小数点浮动并有多种表示式，其中尾数最

高位为有效数值的浮点数称为规格化浮点数（如011；11010）。

数据符号表示数据的符号也用一个二进制数据位表示，一般

以0表示正号，1表示负号，习惯上常将符号位放在数据左端。于是

前例浮点数的完整表示是0,011；0,.11010或0,100；0,OllOlo

以一个16位的二进制浮点数据为例，如它的阶码为5位，尾数为9

位，阶码和尾数符号各1位，则它能表示的最大正数是0,11111；

0,.111-11（即2nx（1-2-9）,）最小正数是1,11111；0,.000-01

（即2-31X2-9）。它比15位数值、1位符号的16位二进制定点整

数和定点小数所能表示的数据范围大得多。

数据的原码、反码和补码给出的数据表示式与数据符号无关,

称为数据的原码。在两个数据进行加减运算时，需要判定它们的符号

和绝对值大小才能确定操作关系和操作类型。为了简化处理机加减运

算，通常采用二进制反码或二进制补码表示数据。对于正数，反码和

补码的表示式和原码相同；对于负数，如以n个二进制位表示，数据x

的反码为（2-2-n）+x,补码为2+x,即负数的二进制反码表示式是将

二进制数值表示式中的0改为1,1改为0,再冠以负号1；负数的二

进制补码表示式是将二进制反码的最低位再加以1而得到。例如，

-0.375（即-0.011）的反码是1,.100,补码是l,.101o同一负数的原

码、反码和补码的表示式是不同的，对应的运算方法也不同。

二-十进制表示法把通常使用的十进制数据改为二进制形式

既不直观又很麻烦，因而程序员的初始数据还可使用简便直观的二-

十进制编码，即每个十进制数据位用若干二进制位表示。这种编码表

示法很多，常用的是以四个二进制位的数值直接表示一个十进制位的

编码,称8421码。它以0000表示“0”，0001表示“1”，…，1001

表示“9”。多数计算机都具有二-十进制编码和二进制码之间互相转

换的指令或程序，商用计算机还可以直接执行二-十进制编码数据的

算术运算。

字符数据表示法用二进制位序列组成供输入、处理和输出用的

编码称为字符数据。字符数据包括各种运算符号、关系符号、货币符

号、字母和数字等。中国通用的是1980年颁布的国家标准GB1988-80

《信息处理交换用的七位编码字符集》(见表)，它以7个二进制位表

示128个字符。它包括32个控制字符集、94个图形字符集、一个间

隔字符和一■个抹掉字符。

6、数制及其转换

一、进位计数制的基本概念

将数字符号按序排列成数位，并遵照某种由低位到高位的进位方式计

数表示数值的方法，称作进位计数制。

1.十进制

十进制计数制由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10

个数字符号组成。相同数字符号在不同的数位上表示不同的数值，每

个数位计满十就向高位进一，即“逢十进一”。

如：555.5可以表示成

555.5=5X100+5X10+5X1+5X(1/10)

数学上把100,10,1和(1/10)称为对应数位上的权重(简称权)，

分别表示了对应位上的数字对整个数值的“贡献”。对于10进制数

来说,各位权从小到大分别是……10-1、100、101、102……,都是

10的各次嘉。

其他进制数也存在同样的问题，例如2进制数各位权重分别是2的各

次累，8进制数是8的各次幕等等。

需要说明的是，各种进制数都是人们为了理解数而进行的一种表述，

在计算机计算过程中，是不存在进制这种概念的，例如表示数的三种

形式：12（16进制）、18（10进制）和22（8进制），在内存中都是

一样的。

2.八进制

八进制计数制由0、1、2、3、4、5、6、7共8个数字

符号组成。相同数字符号在不同的数位上表示不同的数值，每个数位

计满八就向高位进一，即“逢八进一”。

如：（555.5）8可以表示成

（555.5）8=5X82+5X81+5X80+5X8-1

3.二进制

二进制计数制由。和1共2个数字符号组成。相同数字符号在

不同的数位上表示不同的数值，每个数位计满二就向高位进一，即

“逢二进一”。

如：（1011.1）2=1X23+0X22+1X21+1X20+1X2-1

4.其他进制

在日常生活和日常工作中还会使用其他进制数。如：十二进制数、

十六进制数、百进制数和千进制数等。无论哪种进制数，表示的方法

都是类似的。

如：十六进制数由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、

A、B、C、D、E和F共十六个符号组成，“逢十六进一”。不

同的是用A、B、C、D、E和F分别表示10、11、12、13、14

和15六个数字符号。例如：（18A.B2）16=1X162+8X161+10X160

+11X16-1+2X16-2

为了表达方便起见，常在数字后加一缩写字母后缀作为不同进制数的

标识。各种进制数的后缀字母分别为：

B：二进制数。

Q:八进制数。

D：十进制数。

H：十六进制数。

对于十进制数通常不加后缀，也即十进制数后的字母D可省略

二、数制的转换

(1)＞将二进制数转换成对应的十进制数

将二进制数转换成对应的十进制数的方法是“按权展开求

和”：

利用二进制数按权展开的多项式之和的表达式，取基数为2,

逐项相加，其和就是对应的十进制数。

例1：将二进制数1011.1转换成对应的十进制

解：1011.1B

=1X23+0X22+1X21+1X20+1X2-1

=8+0+2+1+0.5

=11.5D

(2)将十进制数转换成对应的二进制数

将十进制数转换为对应的二进制数的方法是：

对于整数部分，用被除数反复除以2,除第一次外，每次除以

2均取前一次商的整数部分作被除数并依次记下每次的余数。另外，

所得到的商的最后一位余数是所求二进制数的最高位。

对于小数部分，采用连续乘以基数2，并依次取出的整数部分,

直至结果的小数部分为0为止。故该法称“乘基取整法”。

例：将十进制117.625D转换成二进制数

解：整数部分：”除以2取余，逆序输出”

小数部分：“乘以2取整，顺序输出”

0.625

X2

0：25取出1

X2

0：5取出。

X2

iTo—取出］

所以117.625D=1110101.101B

特别提示：将十进制数转换成其他进制数方法与次上述方法类似。如:

十进制数转八进制数，整数部分“除8取余，逆序输出”，小数部分

“乘8取整，顺序输出”；十进制转十六进制，整数部分“除16取

余，逆序输出”，特别提示：余10则写A,余11则写B……，小数

部分“乘16取整，顺序输出”。

(3)将二进制数转换为对应的八进制数

3.1在计算机中为什么使用二进制数

在计算机中，广泛采用的是只有〃0〃和〃1〃两个基本符号组成的二进制

数，而不使用人们习惯的十进制数，原因如下：

(1)二进制数在物理上最容易实现。例如，可以只用高、低两个电

平表示〃1〃和〃0〃，也可以用脉冲的有无或者脉冲的正负极性表示它

们。

(2)二进制数用来表示的二进制数的编码、计数、加减运算规则简

单。

(3)二进制数的两个符号〃1〃和〃0〃正好与逻辑命题的两个值〃是〃和〃

否〃或称〃真〃和〃假〃相对应，为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑

判断提供了便利的条件。

3.2为什么引入八进制数和十六进制数

二进制数书写冗长、易错、难记，而十进制数与二进制数之间的转换

过程复杂，所以一般用十六进制数或八进制数作为二进制数的缩写。

表各种数制表示的相“关系

一进制数十进钿数八进利数十六进制数

0000

1111

102

11厂

1004厂

101555

0666

Ui777

10008108

0019119

10101012厂

10111113B

1T001214C

110113151)

11101416E

nil1517F

10000162010

特别提示：要想实现二进制和八进制、十六进制的转换，上

边的表必须必须记住！！！

由于1位八进制数对应3位二进制数，所以二进制数转换成

八进制数时，只要以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右每3

位分成一组，各组用对应的1位八进制数字表示，即可得到对应的

八进制数值。最左最右端分组不足3位时，可用0补足。

例:将1101101.10101B转换成对应的八进制数。

解：

所以，1101101.10101B=155.52Q。

同理，用相反的方法可以将八进制数转换成对应的二进制数，

一位换成三位。

(4)将二进制数转为对应的十六进制数

由于1位十六进制数对应4位二进制数，所以二进制数转换

为十六进制时，只要以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右每

4位分成一组，各组用对应的1位十六进制数字表示，即可得到对

应的十六进制数值。两端的分组不足4位时，用0补足。

例：将1101101.10101B转换成对应的十六进制数

解：

所以1101101.10101B=6D.A8H□

同理，用相反的方法可以将十六进制数转换成对应的二进制数,

一位换四位。

习题1：将十六进制数5DF.9转换成二进制。

答案：10111011111.1001B

习题2：将二进制数1100001.111转换成十六进制。

答案：61.EH

(5)至于其他的转换方法，如八进制到十进制，十六进制到十进制

之间的转换，同样可用按权展开的多项式之和及整数部分用“除基

取整数”来实现的。只不过此时基数分别为8和16。当然，更

简单实用的方法是借用二进制数做桥梁，用“八——二——

十”或“十六——二——八”的转换方法来实现。

7、计算机硬件系统组成及基本工作原理

冯・诺依曼结构

计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。美藉匈牙利科

学家冯•诺依曼结构(JohnvonNeumann)奠定了现代计算机的基本

结构，其特点是：

1)使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。

2)存储单元是定长的线性组织。

3)存储空间的单元是直接寻址的。

4）使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。

5）对计算进行集中的顺序控制。

6）计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输

出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。

7）二进制形式表示数据和指令。

8）在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器

装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储

器中取出指令并加以执行。

这就是存储程序概念的基本原理。

计算机指令

计算机根据人们预定的安排，自动地进行数据的快速计算和加工

处理。人们预定的安排是通过一连串指令（操作者的命令）来表达的,

这个指令序列就称为程序。一个指令规定计算机执行一个基本操作。

一个程序规定计算机完成一个完整的任务。一种计算机所能识别的一

组不同指令的集合，管为该种计算机的指令集合或指令系统。在微机

的指令系统中，主要使用了单地址和二地址指令。其中，第1个字节

是操作码，规定计算机要执行的基本操作，第2个字节是操作数。计

算机指令包括以下类型：数据处理指令（加、减、乘、除等）、数据

传送指令、程序控制指令、状态管理指令。整个内存被分成若干个存

储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制数（字节编址）。每个

在位单元可以存放数据或程序代码。为了能有效地存取该单元内存储

的内容，每个单元都给出了一个唯一的编号来标识，即地址。

计算机的工作原理

按照冯•诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要

执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前

程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，然后再取出下一条指令

并执行，如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。其工作过程

就是不断地取指令和执行指令的过程，最后将计算的结果放入指令指

定的存储器地址中。计算机工作过程中所要涉及的计算机硬件部件有

内存储器、指令寄存器、指令译码器、计算器、控制器、运算器和输

入/输出设备等，在以后的内容中将会着重介绍。

(一)计算机硬件系统

硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应

由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。

这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指

令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控

制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理

后的结果由输出设备输出。

中央处理器

CPU(centralprocessingunit)意为中央处理单元，又称中央

处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片

上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设

备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算

机的中央处理器又称为微处理器。

控制器

控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件

完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码

器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序

就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的

时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命

令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执

行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下

一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指

令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成

指纹操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，

它的基本任务就是根据种类指纹的需要综合有关的逻辑条件与时间

条件产生相应的微命令。

运算器

运算器又称积极态度逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit)o

运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各

种数值运算，比如：力口、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的

非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全

部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从

存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存

器中。运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算,

寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。

(二)存储器

存储器分为内存储器(简称内存或主存)、外存储器(简称外存

或辅存)。外存储器一般也可作为输入/输出设备。计算机把要执行

的程序和数据存入内存中，内存一般由半导体器构成。半导体存储器

可分为三大类：随机存储器、只读存储器、特殊存储器。

RAM

RAM是随机存取存储器(RandomAccessMemory),其特点是可

以读写，存取任一单元所需的时间相同，通电是存储器内的内容可以

保持，断电后，存储的内容立即消失。RAM可分为动态(DynamicRAM)

和静态(StaticRAM)两大类。所谓动态随机存储器DRAM是用MOS

电路和电容来作存储元件的。由于电容会放电，所以需要定时充电以

维持存储内容的正确，例如互隔2ms刷新一次，因此称这为动态存储

器。所谓静态随机存储器SRAM是用双极型电路或MOS电路的触发器

来作存储元件的，它没有电容放电造成的刷新问题。只要有电源正常

供电，触发器就能稳定地存储数据。DRAM的特点是集成密度高，主

要用于大容量存储器。SRAM的特点是存取速度快，主要用于调整缓

冲存储器。

ROM

ROM是只读存储器(ReadOnlyMemory)，它只能读出原有的内

容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是由厂家一次性写放

的，并永久保存下来。ROM可分为可编程(Programmable)ROM、可

擦除可编程(ErasableProgrammable)ROM、电擦除可编程

（ElectricallyErasableProgrammable）ROM。如，EPROM存储的

内容可以通过紫外光照射来擦除，这使它的内可以反复更改。

特殊固态存储器

包括电荷耦合存储器、磁泡存储器、电子束存储器等，它们多用

于特殊领域内的信息存储飞

止匕外，描述内、外存储容量的常用单位有：

①位/比特（bit）：这是内存中最小的单位，二进制数序列中的

一个0或一个1就是一比比特，在电脑中，一个比特对应着一个晶体

管。

②字节（B、Byte）：是计算机中最常用、最基本的存在单位。

一个字节等于8个比特，即1Byte=8bito

③千字节（KB、KiloByte）：电脑的内存容量都很大，一般都

是以千字节作单位来表示。lKB=1024Byte。

④兆字节（MBMegaByte）：90年代流行微机的硬盘和内存等

一般都是以兆字节（MB）为单位。1MB=1024KBo

⑤吉字节（GB、GigaByte）：目前市场流行的微机的硬盘已经

达到4.3GB、6.4GB、8.1GB、12G、13GB等规格。1GB=1O24MB。

⑥太字节（TB、Terabyte）：lTB=1024GBo

（三）输入/输出设备

输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为

计算机能识别的二进制存入到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、

扫描仪、光笔等。

输出设备用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人

们能接受的形式输出。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

（四）总线

总线是一组为系统部件之间数据传送的公用信号线。具有汇集与

分配数据信号、选择发送信号的部件与接收信号的部件、总线控制权

的建立与转移等功能。典型的微机计算机系统的结构如图2-3所示，

通常多采用单总线结构，一般按信号类型将总线分为三组，其中AB

（AddressBus）为地址总线;DB（DataBus）为数据总线;CB（Control

Bus）控制总线。

（五）微型计算机主要技术指标

①CPU类型：是指微机系统所采用的CPU芯片型号，它决定了微

机系统的档次。

②字长：是指CPU一次最多可同时传送和处理的二进制位数，安

长直接影响到计算机的功能、用途和应用范围。如Pentium是64位

字长的微处理器，即数据位数是64位，而它的寻址位数是32位。

③时钟频率和机器周期：时钟频率又称主频，它是指CPU内部晶

振的频率，常用单位为兆（MHz）,它反映了CPU的基本工作节拍。

一个机器周期由若干个时钟周期组成，在机器语言中，使用执行一条

指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。一般使用CPU类型

和时钟频率来说明计算机的档次。如PentiumIII500等。

④运算速度：是指计算机每秒能执行的指令数。单位有MIPS（每

秒百万条指令）、MFL0PS（秒百万条浮点指令）

⑤存取速度：是指存储器完成一次读取或写存操作所需的时间，

称为存储器的存取时间或访问时间。而边连续两次或写所需要的最短

时间，称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期大约为儿十

到儿百毫秒之间。它的快慢会影响到计算机的速度。

⑥内、外存储器容量：是指内存存储容量，即内容储存器能够存

储信息的字节数。外储器是可将程序和数据永久保存的存储介质，可

以说其容量是无限的。如硬盘、软盘已是微机系统中不可缺少的外部

设备。迄今为止，所有的计算机系统都是基于冯•诺依曼存储程序的

原理。内、外存容量越大，所能运行的软件功能就越丰富。CPU的高

速度和外存储器的低速度是微机系统工作过程中的主要瓶颈现象，不

过由于硬盘的存取速度不断提高，目前这种现象已有所改善。

8、计算机软件系统组成、系统软件与应用软件的基本概念、功能

和分类。

计算机软件由程序和有关的文档组成。程序是指令序列的符号表

示，文档是软件开发过程中建立的技术资料。程序是软件的主体，一

般保存在存储介质（如软盘、硬盘和光盘）中，以便在计算机上使用。

文档对于使用和维护软件尤其重要，随着软件产品发布的文档主要是

使用手册，其中包含了该软件产品的功能介绍、运行环境要求、安装

方法、操作说明和错误信息说明等。某个软件要求的运行环境是指运

行它至少应有的硬件和其他软件的配置，也就是说，在计算机系统层

次结构中，它是该软件的下层（内层）至少应有的配置（包括对硬件的

设备和指标要求、软件的版本要求等）。计算机软件按用途可分为系

统软件和应用软件。

1.3.1系统软件

系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件，是用来扩大计

算机的功能、提高计算机的工作效率、方便用户使用计算机的软件，

人们借助于软件来使用计算机。系统软件是计算机正常运转不可缺少

的，一般由计算机生产厂家或专门的软件开发公司研制，出厂时写入

ROM芯片或存入磁盘（供用户选购）。任何用户都要用到系统软件，其

他程序都要在系统的软件支持下运行。

系统软件主要分为操作系统软件（软件的核心）、各种语言处理程

序和各种数据库管理系统3类。

1.操作系统

系统软件的核心是操作系统。操作系统是由指挥与管理计算机系

统运行的程序模板和数据结构组成的一种大型软件系统，其功能是管

理计算机的软硬件资源和数据资源，为用户提供高效、全面的服务。

正是由于操作系统的飞速发展，才使计算机的使用变得简单而普及。

操作系统是管理计算机软硬件资源的一个平台，没有它，任何计算机

都无法正常运行。在个人计算机发展史上曾出现过许多不同的操作系

统,其中最为常用的有5种:DOS,Windows,Linux,Unix和OS/2,

如图1-31所示为DOS操作系统和Windows操作系统的主界面。

图1-31DOS操作系统和Windows操作系统主界面

2.语言处理系统

语言处理系统包括机器语言、汇编语言和高级语言。这些语言处

理程序除个别常驻在ROM中可以独立运行外，都必须在操作系统的支

持下运行。

•机器语言

机器语言是指机器能直接识别的语言，它是由“1”和“0”组成

的一组代码指令。例如，01001001,作为机器语言指令，可能表示将

某两个数相加。由于机器语言比较难记，所以基本上不能用来编写程

序。

•汇编语言

汇编语言是由一组与机器语言指令一一对应的符号指令和简单

语法组成的。例如，“ADDA,B”可能表示将A与B相加后存入B中，

它可能与上例机器语言指令01001001直接对应。汇编语言程序要由

一种“翻译”程序来将它翻译为机器语言程序，这种翻译程序称为汇

编程序。任何一种计算机都配有只适用于自己的汇编程序。汇编语言

适用于编写直接控制机器操作的低层程序，它与机器密切相关，一般

人也很难使用。

•高级语言

高级语言比较接近日常用语，对机器依赖性低，是适用于各种机

器的计算机语言。目前，高级语言已发明出数十种，下面介绍常用的

儿种，如表1-2所示。

表1-2常用的儿种高级语言

名称功能

一种最简单易学的计算机高级语言，许多人学习基

本的程序设计就是从它开始的。新开发的Visual

BASIC语言

Basic具有很强的可视化设计功能，是重要的多媒

体编程工具语言

一种非常适合于工程设计计算的语言，它已经具有

FORTRAN语言

相当完善的工程设计计算程序库和工程应用软件

一种具有很高灵活性的高级语言，它适合于各种应

C语言

用场合，所以应用非常广泛

这是近几年才发展起来的一种新的高级语言。它适

应了当前高速发展的网络环境，非常适合用作交互

Java语言

式多媒体应用的编程。它简单、性能高、安全性好、

可移植性强

有两种翻译程序可以将高级语言所写的程序翻译为机器语言程

序，一种叫“编译程序”，一种叫“解释程序”。

编译程序把高级语言所写的程序作为一个整体进行处理，编译后

与子程序库链接，形成一个完整的可执行程序。这种方法的缺点是编

译、链接较费时、但可执行程序运行速度很快。FORTRAN,C语言等

都采用这种编译方法。

解释程序则对高级语言程序逐句解释执行。这种方法的特点是程

序设计的灵活性大，但程序的运行效率较低。BASIC语言本来属于解

释型语言，但现在已发展为也可以编译成高效的可执行程序，兼有两

种方法的优点。Java语言则先编译为Java字节码，在网络上传送到

任何一种机器上之后，再用该机所配置的Java解释器对Java字节码

进行解释执行。

3.数据库管理系统

数据库是以一定的组织方式存储起来的、具有相关性的数据的集

合。数据库管理系统就是在具体计算机上实现数据库技术的系统软

件，由它来实现用户对数据库的建立、管理、维护和使用等功能。目

前在计算机上流行的数据库管理系统软件有Oracle8i和SQLServer

2000等。

1.3.2应用软件

为解决计算机各类问题而编写的程序称为应用软件。它又可分为

应用软件包与用户程序。应用软件随着计算机应用领域的不断扩展而

与日俱增。

1.用户程序

用户程序是用户为了解决特定的具体问题而开发的软件。编制用

户程序应充分利用计算机系统的种种现成软件，在系统软件和应用软

件包的支持下可以更加方便、有效地研制用户专用程序。例如：火车

站或汽车站的票务管理系统、人事管理部门的人事管理系统和财务部

门的财务管理系统等。

2.应用软件包

应用软件包是为实现某种特殊功能而经过精心设计的、结构严密

的独立系统，是一套满足同类应用的许多用户所需要的软件。例如：

Microsoft公司发布的OfficeXP应用软件包，包含Word2002（字处

理）、Excel2002（电子表格）、PowerPoint2002（幻灯片）、Access

2002（数据库管理）等应用软件，是实现办公自动化的很好的应用软件

包，还有日常使用的杀毒软件（KV3000、瑞星、金山毒霸等），以及各

种游戏软件等。如图1-32所示为金山毒霸软件和Excel软件的主界

面。

图1-32金山毒霸和Excel软件

9、软件基础知识

“软件(software)”一词，用于描述计算机中的非硬件成分，

出现于50年代，1960年前后才广为流传，国内由中科院软件所最早

定名。目前软件指计算机系统中的程序及其文档。

10、程序设计语言的基本概念

程序设计语言(ProgrammingLanguage)是用于编写计算机程序

的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。根据规则由记号构成的

记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。

程序设计语言包含三个方面，即语法、语义和语用。语法表示程序的

结构或形式，亦即表示构成程序的各个记号之间的组合规则，但不涉

及这些记号的特定含义，也不涉及使用者。语义表示程序的含义，亦

即表示按照各种方法所表示的各个记号的特定含义，但也不涉及使用

着，语用表示程序与使用的关系。

程序设计语言的基本成分有：①数据成分，用于描述程序所涉及

的数据；②运算成分，用以描述程序中所包含的运算；③控制成分，

用以描述程序中所包含的控制；④传输成分，用以表达程序中数据的

传输。

程序设计语言按照语言级别可以分为低级语言和高级语言。低级

语言有机器语言和汇编语言。低级语言与特定的机器有关、功效高，

但使用复杂、繁琐、费时、易出差错。机器语言是表示成数码形式的

机器基本指令集，或者是操作码经过符号化的基本指令集。汇编语言

是机器语言中地址部分符号化的结果，或进一步包括宏构造。高级语

言的表示方法要比低级语言更接近于待解问题的表示方法，其特点是

在一定程度上与具体机器无关，易学、易用、易维护。

程序设计语言按照用户的要求有过程式语言和非过程式语言之

分。过程式语言的主要特征是，用户可以指明一列可顺序执行的运算,

以表示相应的计算过程，如FORTRAN、COBOL.PASCAL等。

按照应用范围,有通用语言与专用语言之分o如FORTRAN、COLBAL、

PASCAL,C等都是通用语言。目标单一的语言称为专用语言，如APT

等。

按照使用方式，有交互式语言和非交互式语言之分。具有反映人

机交互作用的语言成分的语言成为交互式语言，如BASIC等。不反映

人机交互作用的语言称为非交互式语言，如F0RTRAN、C0B0L、ALG0L69、

PASCAL,C等都是非交互式语言。

按照成分性质，有顺序语言、并发语言和分布语言之分。只含顺

序成分的语言称为顺序语言，如FORTRAN、C等。含有并发成分的语

言称为并发语言，如PASCAL、Modu为和Ada等。

11、多媒体的基本概念及关键技术

多媒体是数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体的有

机组合，并与先进的计算机、通信和广播电视技术相结合，形成一个

可组织、存储、操纵和控制多媒体信息的集成环境和交互系统。下面

介绍一些关于多媒体的基本概念及相关的特性。

媒体

媒体(Medium)又称媒介、媒质，是承载信息的载体。

多媒体技术

多媒体技术是指能对多种载体（媒介）上的信息和多种存储体（媒

质）上的信