1、第一章 计算机基础知识,计算机的基本概念计算机系统的组成信息的编码微型计算机的硬件组成,本章重点和难点,一、计算机系统了解计算机发展历程掌握计算机系统基本结构和工作原理（重点）掌握微型计算机系统（难点）二、计算机常用的数制及其转换掌握进制的概念（重点）掌握不同进制间的转换（难点）三、信息在计算机中的表示了解信息的存储方法（重点）了解计算机常用信息编码（难点）,第一章 计算机基础知识,1.1 计算机的基本概念1.2 计算机系统的组成1.3 信息的编码1.4 微型计算机的硬件组成,第一章 计算机基础知识,1.1 计算机的基本概念1.1.1 计算机发展概况1.1.2计算机的特点1.1.3 计算机的主
2、要用途1.1.4 计算机的分类1.1.5 信息的基本概念,计算机的定义电子计算机是按一系列指令，对数据进行处理的机器。现在的计算机往往是指微机（PC机：台式或笔记本）。相对于早期或专用计算机，现代电子计算机多为通用型电子计算机。,指令在机器设计时确定，可达上百条。一条指令通常包括两方面：操作码和操作数，操作码是要完成的操作，操作数指参加运算的数据所在的单元地址。 在计算机中运行时，指令以二进制编码存放在存储器中。譬如：11010 1001是一条加法指令。,1.1计算机的基本概念,计算机系统 =,+,计算机硬件系统,计算机软件系统,1.1计算机的基本概念,1.1.1 计算机的发展历程最早的计算工
3、具,由于缺少足够的证据，算盘的起源问题直至今天仍是众说纷纭。最早可以追溯到汉末。,1.1计算机的基本概念,计算尺,1620年，英国的数学家埃德蒙甘特发明的，可执行加、 减、乘、除、指数、三角函数等运算。,1.1计算机的基本概念,机械式计算机,1642年法国物理学家帕斯卡发明，只能进行加减。1673年由德国数学家莱布尼兹改良，增加了乘除。基于齿轮技术构造的计算装置，被人们称作机械式计算机,1.1计算机的基本概念,1.英国科学家艾兰.图灵Alan Mathison Turing19121954,建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试的论断，阐述了机器智
4、能的概念 。,计算机发展史上的两位重要人物,“论数字计算在决断难题中的应用”,“机器能思考吗”,“人工智能之父”,发表的著名论文：,1.1计算机的基本概念,图灵的主要贡献,1.1计算机的基本概念,提出 “冯诺伊曼原理”,又称为“存贮程序控制”原理。这一原理在计算机的发展过程中，始终发挥着重要影响，确立了电子计算机的逻辑结构和工作方式。计算机：计算机之父 经济学：“博弈论之父”,2.美籍匈牙利数学家冯.诺依曼,计算机发展史上的两位重要人物,John Von Nouma 19031957,1.1计算机的基本概念,1946年ENIAC运行，1951年EDVAC 运行。,冯诺依曼的主要贡献 1944年
5、，冯诺依曼参加了ENIAC（埃尼阿克，Electronic Numerical Integrator And Computer：电子数字积分计算机）和EDVAC （Electronic Discrete Variable Automatic Computer：电子离散变量自动计算机）研制。 1944年8月制定EDVAC的建造计划； 1945年，冯诺依曼及其研制小组，发表全新的“存储程序通用电子计算机方案”EDVAC。因此，称他为“现代计算机之父”。,1.1计算机的基本概念,第一台电子计算机名字：ENIAC（埃尼阿克）时间：1946.2.15.研制：美国宾夕法尼亚大学不足： 冯诺依曼在参与ENI
6、AC的研制工作时，就发现ENIAC有两个致命的缺陷：一是采用十进制运算，逻辑元件多，结构复杂，可靠性低；二是没有内部存储器。由于ENIAC的制造已接近尾声， 直到EDVAC才采用冯诺依曼的改进意见。,1.1计算机的基本概念,ENIAC有18000个电子管；占地170平方米；重达30吨；耗电150千瓦；由1500个继电器70000个电阻等组成；运算速度为5000次/s。主要用于计算弹道和氢弹研制,1.1计算机的基本概念,根据所采用的主要元件，计算机分为四代,1.1计算机的基本概念,电子管 晶体管 集成电路,1.1计算机的基本概念,1.1.2 计算机的特点,高速、精确的运算能力Jaguar：175
7、0万亿次每秒。计算圆周率,2. 准确的逻辑判断能力地图四色定理(Four color theorem)的证明,3. 超强的存储能力气候模拟超级计算机“暴雪” （Blizzard）：20TB内存，3PB硬盘,4.自动控制能力存储程序控制,计算机能够自动、准确、快速地按照人们意图进行运行的最基本思想是存储程序和程序控制,1.1计算机的基本概念,1.1.3计算机的主要用途,1,科学计算(数值计算)在尖端科学领域，显得尤为重要。人造卫星轨迹的计算 人类基因序列分析计划火箭、宇宙飞船的研究设计中长期天气预测分析,1.1计算机的基本概念,1.1.3 计算机的主要用途,4,辅助系统CAD计算机辅助设计： C
8、omputer Aided DesignCAM 计算机辅助制造CAT 计算机辅助测试CAE 计算机辅助工程：使设计、制造、测试和管理有机地组成为一体，形成高度的自动化系统。CBE计算机辅助教育,1.1计算机的基本概念,1.1.3 计算机的主要用途,7,嵌入式系统把处理器芯片嵌入不同的设备系统，完成特定的处理任务，这些系统称为嵌入式系统。数码相机（摄像机）高档电动玩具等。,1.1计算机的基本概念,1.1.4 计算机的分类,巨型机、大型机、小型机、工作站、微机和服务器,专用计算机、通用计算机,模拟计算机、数字计算机,1.1计算机的基本概念,1.2 计算机系统的组成,1.2.1 计算机系统基本组成,
9、按照用途，存储器分为内存与外存，似书桌与文件柜。,似“小提琴”,似“乐谱”,为系统设计的程序,为应用设计的程序,计算机硬件系统,硬件是组成计算机的物理部件。硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。,1.2 计算机系统的组成,计算机软件系统,计算机软件（ComputerSoftware）系统是相对于硬件而言的，是使用计算机的各种程序和数据。程序是计算机命令或指令的序列，譬如：,Windows 7,1.2 计算机系统的组成,1.2.2计算机工作原理和基本结构,外存可以用于输入或输出。CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输，必须通过内存进行。,主机
10、=内存+CPU,1.2 计算机系统的组成,27,运算器 ：进行各种算术和逻辑运算。,控制器 ：发布控制指令，指挥计算机各部分协调运作。,存储器 ：临时或长期存放各种数据、程序及运算结果。,输入设备 ：将人们需要用计算机处理的程序和数据输入计算机内，并转换为可处理的信号。,输出设备 ：将计算机处理的信息和响应输出。,1.2 计算机系统的组成,计算机工作流程,计算机按照程序编写的指令顺序，自动地逐条取出指令、分析指令、完成指令规定的操作。计算机工作过程如下所述： 第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。 第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。
11、第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。 第四步：当运算任务完成后，就根据指令将结果通过输出设备输出。,1.2 计算机系统的组成,数值,十二进制转换,西文,ASCII码,汉字,输入码机内码转换,声音、图像,模数转换,二十进制转换,西文字形码,汉字字形码,数模转换,内存,输入设备,输出设备,数值,西文,汉字,声音、图像,二进制,1.2 计算机系统的组成,1.2.3 计算机中的数据存储,为什么在计算机中使用二进制数？,电路简单，技术操作可行，逻辑电路只有两种状态，可靠性高。二进制的运算规则简单；
12、二进制中的“1”和“0”与逻辑值“真”和“假”对应，易于逻辑运算。,1.2 计算机系统的组成,1.2.3 计算机中的数据存储,7 6 5 4 3 2 1 0,二进制数中的一位0或1，是最小数据单位,1KB = 1024B = 210B1MB = 1024KB = 220B1GB = 1024MB = 230B1TB = 1024GB = 240B1PB = 1024TB = 250B,Kilo MegaGigaTeraPeta,字（Word）：计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制数字串。（字长是字节的整数倍）,1.2 计算机系统的组成,1.2.3 计算机中的数据存储,1.2.4 计算
13、机软件系统,计算机硬件是基础（裸机）。计算机软件丰富，可分为三层：操作系统、公用程序和应用程序，外层可以利用内层提供的功能。首先安装操作系统，再选装其他软件。,一个安全的系统=Win7操作系统+启用防火墙+关闭自动更新+360安全卫士+其他常用软件+onekey一键还原+备份系统,安全“6+1”,1.2 计算机系统的组成,SQA：软件质量保证,1.2 计算机系统的组成,（1）操作系统 操作系统是最基本最重要的系统软件，有四大管理功能： 文件管理、存储管理、任务管理和设备管理。 它管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，协调计算机各部分工作，为用户提供友好的操作界面。,用户和计算机间的接口操作界
14、面,1.2 计算机系统的组成,根据操作系统的功能和使用环境，分类如下：单/多用户操作系统批处理操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统,服务器,1.2 计算机系统的组成,微机常用操作系统,多用户操作系统(如Windows Server、 Linux、Unix),单用户单任务（如DOS）,单用户多任务 (如Windows XP/7),单用户操作系统,1.2 计算机系统的组成,（2）语言处理程序 语言处理程序是指汇编、解释或编译程序。用于编写计算机程序的语言叫做程序设计语言。,计算机程序设计语言按发展过程分为：,汇编语言ADD R1符号操作码 操作数转成机器语言再执行,高级语言
15、s=b*b-4*a*c 英文语句 翻译成机器语言再执行,机器语言 譬如：011 001二进制操作码 操作数计算机可直接执行,汇编,解释或编译,1.2 计算机系统的组成,高级语言可有两种翻译方式：编译方式和解释方式。编译方式：通过编译程序，将高级语言源程序全部翻译成机器语言程序（目标程序），然后连接和执行。,高级语言源程序,机器语言目标代码,连接,执行,编译程序,1.2 计算机系统的组成,解释方式：通过解释程序，对高级语言（源）程序解释一句就执行一句，不产生机器语言（目标）程序。,高级语言源程序,解释程序,执行,1.2 计算机系统的组成,（3）数据库管理系统,用于建库，对计算机中存放的大量数据进
16、行组织、管理、查询，以及设计数据库应用软件（如QQ等）。,目前，常用的数据库管理系统（DBMS）： SQL Server、Oracle、Mysql和Access等。,1.2 计算机系统的组成,（4）联网及通信软件,局域网或服务器操作系统 Microsoft Windows NT/Server 2003/2008，Unix等通信软件Microsoft公司的IENetscape公司的Navigator傲游浏览器360浏览器等,1.2 计算机系统的组成,1.3 信息编码,1.3.1 进位计数制1.3.2 不同进制之间的转换1.3.3 计算机中数据的存储单位1.3.4 数值型数据在计算机中的表示1.3
17、.5 字符在计算机中的表示,1.3.1 进位计数制,读一读下面的数值是多少？,A：1000、10、8B： 41C： 65D： 1111 1111 E： 7A说明：不同的进制中，表示的数值不同。,1.3 信息编码,1.3.1 进位计数制,用一组固定的符号、按统一的进位规则表示数值的方法。,数码：一组表示某种数制的符号（09，AF） 基数：数制所用的数码个数。 位权：多位数中处在某一位上的“1”所表示 的数值的大小，称为该位的位权。, 三要素,不同进制数的两种表示方法：脚标： (110.1)2 (13.7)8 (4F.B6)16 (6.9)10 十进制可省略字母： 110.1B 13.7O 4F.
18、B6H 6.9D 6.9,1.3 信息编码,1.3.1 进位计数制常用计数制二进制、八进制、十进制 、十六进制 Binary、Octal、Decimal 、Hex不同进制数的基本特点 组成：0 1 (2 3 4 5 6 7 (8 9 (A B C D E F) 基数： R （是几进制就是几） 加减运算规则：逢R进一，借一当 R,1.3 信息编码,不同进制数的对应关系,下面不合法的数值表示是哪个？,A：（10011）2B： （48）o C： （AD）16 D： 125 说明：答案为B。八进制中，数码是07，没有8。,1.3.2 不同进制之间的转换,1R进制数转换为十进制数 方法：把R进制数按权展
19、开求和,举例：(101.11)2=122+021+ 120+12-1+12-2 =5.75(71.2)8=781+ 180 +28-1 =57.25(F.18)16=15160 +116-1 +816-2 =15.09375,1.3 信息编码,把下面的数转换成十进制数,（20.8）16 （FF）H （177.24）8 （1111 1111）2,32.5255 127.3125255,1.3.2 不同进制之间的转换,2十进制数转换为R进制数整数部分：除R取余，且除到商为0为止；小数部分：乘R取整，乘到小数部分为0为止; 乘不尽时，到满足精度为止。,1.3 信息编码,123,61,30,15,7,
20、3,1,1,1,1,1,1,0,2,2,2,2,2,2,2,1,0,高,低,0.45,0.90,1.80,1.60,1.20,例： (123.45)10 =( ？ )2,1111011.0111,余数,1725,215,26,3,3,7,5,2,8,8,8,高,低,0.6875,5.50,4.00,例： (1725.6875)10 =( )8,3275,余数,.54,8,0,35375,2210,138,8,0,8,2,15,10,16,16,16,16,高,低,0.671875,10.750000,12.000000,例： (35375.671875)10 =( )16,8A2F,余数,.A
21、C,把下面的十进制数转换为R进制数,（215）10（？）2（？）8（？）16,11010111327 D7,（0.6875）10（？）2,（0.1011）2,（0.3）10（？）2,1.3.2 不同进制之间的转换,3二进制、八进制和十六进制数之间的转换,例：(423.45)8 =( ？)2100010011.100101,例：(1000101.001111)2 =( ？)8 105.17,1.3 信息编码,1.3.2 不同进制之间的转换,3二进制、八进制和十六进制数之间的转换,例：(AD7.B6)16 =( ？)2101011010111.10110110,例： (101010100.1011
22、1)2 =( ？)16154.B8,1.3 信息编码,1.3.4 计算机常用信息编码,数值型数据分为整数（定点数）和实数（浮点数），本节介绍整数的表示。,符号位S,有符号整数无符号整数,1.3 信息编码,1.数值编码,在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。,原码,整数X的符号位0或1表示X的正负，数值位=数X的绝对值以一个字节存储为例：+7原=00000111 -7原=10000111 整数0的原码表示不唯一，不适合计算机运算+0原=00000000 -0原=10000000,1.3 信息编码,1. 数值编码,在计算机中表示的有符号的二进制数称为“
23、机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。,反码,正数的反码与原码相同负数的反码把原码除符号位以外，其余各位按位求反。+7反= +7原= 00000111 -7反=11111000 整数0的反码表示也不唯一+0反=00000000 -0反=11111111,1.3 信息编码,1.数值编码,在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。,补码,正数的补码与原码相同负数的补码把原码除符号位以外，其余各位按位求反，然后在最低位加1。+7补= +7原= 00000111 -7补=11111001 整数0的补码表示唯一+0补=00000000 -0补=00000
24、000,在计算机中整数是以补码的形式存放和运算的。,1.3 信息编码,2.字符编码,西文字符编码： ASCII码 即美国信息交换标准代码。American Standard Code for Information Interchange,1.3 信息编码,ASCII码,7位二进制1100001,97,2.字符编码,空格32 09 4857 AZ 6590 az 97122,包括： 34个控制字符； 52个英文字母；10个数字； 32个字符和运算符。例如：“a”字符的编码为01100001，对应的十进制数是97；,ASCII码表,1.3 信息编码,注意：数值与数字字符的区别,十进制数字字符的A
25、SCII码与它们的二进制数值是有区别的，例如：十进制数3的7位二进制数为（0000011）2而十进制数字字符3的ASCII码为（00110011）2=（51）10，由此可见数值3与数字字符3在计算机中的表示是不一样的。数值3能表示数的大小，并可以参与数值运算 ；而数字字符3只是一个符号。,2. 字符编码,中文字符编码,输入码,国标码,字形码,机内码,地址码,汉字输出,汉字输入,汉字存储,音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等。形码类 五笔字型法、郑码输入法等。汉字输入法软件负责完成汉字输入码到机内码的转换。,汉字输入码,1.3 信息编码,什么是区位码？,国标GB231280规定，所
26、有的国标汉字与符号组成一个9494的矩阵，在此方阵中，每一行称为一个“区”（区号为0194），每一列称为一个“位”（位号为0194），该方阵实际组成了一个94个区，每个区内有94个位的汉字字符集，每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码，叫该字符的区位码。使用区位码方法输入汉字时，必须先在表中查找汉字并找出对应的代码，才能输入。区位码输入汉字的优点是无重码，而且输入码与内部编码的转换方便。,2.字符编码,中文字符编码,每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。在区号和位号之上各加上20H以后所得到的二进制代码，就是该字符的国标码。 （加20H是为了避免与基本ASC
27、II码中的控制码冲突）,国标码（GB2312-80）,汉字扩展编码（GBK）,GB2312的扩充规范，收录汉字21003个。同一个汉字的GB2312编码与GBK编码相同。,1.3 信息编码,2.字符编码,中文字符编码,机内码,即汉字存储码。两个字节编码，其中字节的最高位均为1。 在国标码的基础上再加80H（即最高位均置“1”）构成汉字机内码。 汉字中（3630H）华（1B1AH） 区位码(00110110 00110000)B (00011011 00011010)B 国标码(01010110 01010000)B (00111011 00111010)B 机内码(11010110 11010
28、000)B (10111011 10111010)B 汉字“中” 国标码为5650H、机内码为D6D0H,00110110+00100000 20H 01010110,1.3 信息编码,2.字符编码,中文字符编码,字形码,点阵：汉字字形点阵的代码 1616、2424、3232、4848 优点：编码、存储方式简单、 无需转换直接输出 缺点：放大后产生的效果差 矢量：存储的是描述汉字字形的 轮廓特征（TrueType）,每一个汉字的字形须预先存放在计算机内，国标汉字字符集的所有字符形状描述信息集合在一起，称为字形信息库，简称字库。不同的字体（如仿宋、楷体、黑体等）对应着不同的字库。,1.3 信息编
29、码,2.字符编码,中文字符编码,地址码,每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址 地址码和机内码有简明的对应转换关系,1.3 信息编码,矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系,1.3 信息编码,其它汉字编码,BIG5编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。GBK码 2字节表示一个汉字 第一字节从81HFEH，最高位为1； 第二字节从40HFEH，第二字节的最高位不一定是1。Unicode码 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。,73,各种汉字编码之间的关系,数字编码,字音编码,字形编码,内码,字形码,国标码,显示汉字,打印汉字,Thank You!,
