《計算機導論》計算機專業(yè)基礎(chǔ)課,本書構(gòu)建后續(xù)專業(yè)課程的框架,

1、 計算機導論計算機專業(yè)基礎(chǔ)課，本書構(gòu)建后續(xù)專業(yè)課程的框架,并在實踐上掌握基本的計算機操作能力. 本章目標：了解：微型計算機的發(fā)展歷史、工作特點、分類、應用領(lǐng)域等；了解：微型計算機的發(fā)展歷史、工作特點、分類、應用領(lǐng)域等；熟悉：數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。熟悉：數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。 難點：計算機中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示、字符編碼難點：計算機中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示、字符編碼 和漢字編碼的基本知識。和漢字編碼的基本知識。 本章主要知識點： （1）計算機的產(chǎn)生和發(fā)展）計算機的產(chǎn)生和發(fā)展 （2）計算機的特點和分類計算機的特點和分類 （3）計算機系統(tǒng)的應用計

2、算機系統(tǒng)的應用 （4）計算機中數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換計算機中數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 （5）常用的常用的ASCII碼、碼、BCD碼、漢字編碼的相關(guān)概念和應用碼、漢字編碼的相關(guān)概念和應用計算為基本原則,早先定位為工業(yè)用產(chǎn)品19世紀初葉，英國劍橋大學數(shù)學家、機械設(shè)計專家、經(jīng)濟學家和哲學家查爾斯巴貝基（Charles Babbage，1791-1871，見圖1-1）發(fā)明了差分機（Difference Engine，見圖1-2）即可計算等式間的差距。之后想設(shè)計分析機（Analytical Engine，見圖1-3）來嘗試執(zhí)行多種類的運算，盡管這臺機器在他有生之年并未完成，但其概念

3、其實已經(jīng)具備了現(xiàn)代電腦的特征，所以稱巴貝基為計算機之父。 查爾斯巴貝基1822 1822 差分機差分機1833 1833 分析機分析機英國著名詩人拜倫的女兒阿達拉芙拉斯伯爵夫人（Ada Augusta Lovelace，1815-1852）協(xié)助巴貝基完善了分析機的設(shè)計，她發(fā)現(xiàn)了編程的基本要素，還編寫了伯努利數(shù)的程序，因此，被譽為世界上第一位程序員。 美國哈佛大學的霍華德艾肯（Howard Aiken，1900-1973）博士在圖書館里發(fā)現(xiàn)了巴貝基的論文，提出了用機電方式來構(gòu)造新的分析機?；羧A德艾肯在IBM公司的資助下，于1944年研制成功了被稱為計算機“史前史”里最后一臺著名的Mark計算機。

4、后來霍華德艾肯繼續(xù)主持了Mark和Mark計算機的研制工作1642 Blaise1642 Blaise Pascal Pascal英國數(shù)學家艾蘭圖靈（Alan Mathison Turing，l912-1954）是世界上公認的計算機科學奠基人，主要貢獻：一是建立圖靈機（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可計算理論的基礎(chǔ)；二是提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念。但在他生活的時代，卻完全沒有這些贊譽。他不過是一位古怪的數(shù)學家、超前的哲學家、神秘的密碼破譯專家而已，沒有人會想到他的思維能燃起信息時代的烈焰。為紀念圖靈對計算機科學的貢獻，美國計算機學會ACM在1966年創(chuàng)立了“圖靈獎”，每年

5、頒發(fā)給在計算機科學領(lǐng)域的領(lǐng)先研究人員，號稱計算機業(yè)界和學術(shù)界的諾貝爾獎。 圖靈 另一個計算機之父是美籍匈牙利數(shù)學家馮諾依曼（Von Neumann） 研制了世界上第二臺電子計算機EDVAC，采用了“存儲程序”的概念，以此概念為基礎(chǔ)的各類計算機統(tǒng)稱為馮諾依曼機。至今計算機的基本結(jié)構(gòu)沒有變，但是，馮諾依曼自己也承認，他的關(guān)于計算機“存儲程序”的想法都來自圖靈。 馮諾依曼1939年美國依阿華大學教授1941年制作了一臺雛形計算機ABC阿塔諾索夫,用于數(shù)學物理研究需要大量計算。美國賓州大學的物理學教授約翰莫奇萊觀摩ABC計算機后建議制造電子計算機來完成彈道表的計算。1943年4月美國陸軍阿伯丁彈道實驗

6、室與賓州大學摩爾學院開始研制ENIAC。在?？颂亍⒏甑滤固沟热说墓餐ο?，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公諸于世。1947年莫奇萊和?？颂仉x開賓州大學，創(chuàng)立了自己的計算機公司，生產(chǎn)UNIVAC計算機。1.1 概述概述 1.1.3 計算機的發(fā)展第一代（第一代（19461956）電子管電子管5千千4萬（次萬（次/秒）秒）第二代（第二代（19571964）晶體管晶體管幾十萬幾十萬百萬（次百萬（次/秒）秒）第三代（第三代（19651970）集成電路集成電路百萬百萬幾百萬（次幾百萬（次/秒）秒）第四代（第四代（197190年代）年代）集成電路集成電路幾百萬幾百萬幾億（次幾億（次/

7、秒）秒）1.1.4 計算機的特點和分類計算機的特點和分類1 1計算機的特點計算機的特點（1 1）運算速度快。）運算速度快。（2 2）計算精度高。）計算精度高。（3 3）具有記憶和邏輯判斷功能。）具有記憶和邏輯判斷功能。（4 4）能自動運行且支持人機交互）能自動運行且支持人機交互。2計算機的分類計算機的分類 計算機可以分為：計算機可以分為： （1 1）巨型機。）巨型機。 （2 2）大型機。）大型機。 （3 3）小型機。）小型機。 （4 4）微型計算機。）微型計算機。 （5 5）工作站。）工作站。 （6 6）服務(wù)器。）服務(wù)器。 （7 7）網(wǎng)絡(luò)計算機。）網(wǎng)絡(luò)計算機。 1.1.5 計算機的應用 1 1

8、科學計算科學計算 2 2事務(wù)處理事務(wù)處理 3 3過程控制過程控制 4 4輔助工程輔助工程 5 5人工智能人工智能 6 6網(wǎng)絡(luò)應用網(wǎng)絡(luò)應用1.2.1 計算機中的數(shù)制機器轉(zhuǎn)換N=dn-1bn-1+dn-2bn-2+d1b1+d0b0+d-1b-1+d-mb-m 計算機中不同計數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、進位關(guān)系和表示方法計數(shù)制基數(shù)數(shù)碼 進位關(guān)系 表示方法二進制 20、1 逢二進一 1010B或（1010）2八進制 80-7 逢八進一 247O或（247）8十進制 100-9 逢十進一 598D或（598）10十六進 16 0-9、A-F 逢十六進一 7C2F H或（7C2F）16二進制化十進制： （N）B=

9、dn-12n-1+dn-22n-2+d121+d020+d-12-1+d-m2-m 20 2122 2324252627110100100010000100000100000010000000( 1 1 0 0 1 1 1 )B = 103D 26 2522 21201.2.1 計算機中的數(shù)制機器轉(zhuǎn)換【例1.1】將十進制整數(shù)（103）10轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：2 103 2 51 余數(shù)為12 25 余數(shù)為12 12 余數(shù)為12 6 余數(shù)為02 3 余數(shù)為02 1 余數(shù)為10 余數(shù)為1所以，（103）10（1100111）2【例1.2】將十進制小數(shù)（

10、0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：0.812521.625 取整數(shù)位10.62521.25 取整數(shù)位1 0.2520.5 取整數(shù)位00.521.0 取整數(shù)位1所以，（0.8125）10（0.1101）2若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。 【例1.7】將二進制數(shù)（1011001.101）2 轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：（1011001.101）2126124123120121123 6416810.50.125 （89.625）10【例1.8】將八進制數(shù)（1476.52）8轉(zhuǎn)

11、換為十進制數(shù)，過程如下：（1476.52）8 183482781680581282 5122565660.6250.03125 （830.65625）101基本概念基本概念（1）機器數(shù)的范圍：由計算機的CPU字長來決定。當使用8位寄存器時，字長為8位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（11111111）B=（255）D，此時機器數(shù)的范圍是0255。當使用16位寄存器時，字長為16位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此時機器數(shù)的范圍是065535。（2）機器數(shù)的符號：在算術(shù)運算中，數(shù)據(jù)是有正有負的，稱之為帶符號數(shù)。為了在計算機

12、中正確地表示帶符號數(shù)，通常規(guī)定每個字長的最高位為符號位，并用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負數(shù)。例如：字長為8位二進制時，D7為符號位，其余D6D0為數(shù)值位；字長為16位二進制數(shù)時，D15為符號位，其余D14D0為數(shù)值位。 （3）機器數(shù)中小數(shù)點的位置：在機器中，小數(shù)點的位置通常有兩種約定，一種規(guī)定小數(shù)點的位置固定不變，這時的機器數(shù)稱為“定點數(shù)”；另一種規(guī)定小數(shù)點的位置可以浮動，這時的機器數(shù)稱為“浮點數(shù)”。2帶符號數(shù)的原碼、反碼、補碼表示帶符號數(shù)的原碼、反碼、補碼表示（1）原碼：規(guī)定正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1，其它位按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。用這樣的表示方法得到的就是數(shù)的原碼。例如：

13、當機器字長為8位二進制數(shù)時： X1011011 X原碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011原碼表示的整數(shù)范圍是(2n-11) (2n-11)，其中n為機器字長。通常：8位二進制原碼表示的整數(shù)范圍是127127， 16位二進制原碼表示的整數(shù)范圍是3276732767。 （2）反碼：對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反。例如：當機器字長為8位二進制數(shù)時： X1011011 X原碼01011011 X反碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011 Y反碼10100100負數(shù)的反碼與負數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反

14、碼通常用作求補碼過程中的中間形式。反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。1.2.2 計算機中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.2.2 計算機中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（3）補碼：正數(shù)的補碼與其原碼相同，負數(shù)的補碼為其反碼在最低位加1。例如：X1011011 X原碼01011011 X補碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011 Y反碼10100100 Y補碼10100101補碼表示的整數(shù)范圍是2n-1（2n-11），其中n為機器字長。則：8位二進制補碼表示的整數(shù)范圍是128127，16位二進制補碼表示的整數(shù)范圍是3276832767。（4）補碼與真值之間的轉(zhuǎn)換：給定機器數(shù)的真值可以通過補碼的定義來完成真值

15、到補碼的轉(zhuǎn)換，若已知某數(shù)的補碼求其真值，計算方法如下：正數(shù)補碼的真值等于補碼的本身；負數(shù)補碼轉(zhuǎn)換為其真值時，將補碼按位求反末位加1，即可得到該負數(shù)補碼對應的真值。1.2.2 計算機中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示【例1.14】 給定 X補碼01011001B，求真值X；給定X補碼11011010B，求真值X。（1）由于X補碼代表的數(shù)是正數(shù)，則其真值：X1011001B（126124123120）（641681）（89）D（2）由于X補碼代表的數(shù)是負數(shù)，則其真值：X（1011010求反1）B（01001011）B（0100110）B（125122121）（3242）（38）D1.2.3 計算機常用的編碼1美國

16、信息交換標準代碼（美國信息交換標準代碼（ASCII碼）碼） ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼是美國信息交換標準代碼的簡稱，用于給西文字符編碼，包括英文字母的大小寫、數(shù)字、專用字符、控制字符等。這種編碼由7位二進制數(shù)組合而成，可以表示128種字符， ASCII碼是7位二進制編碼，而計算機的基本存儲單位是字節(jié)（byte），一個字節(jié)包含8個二進制位（bit）。因此，ASCII碼的機內(nèi)碼要在最高位補一個0。在存儲、處理和傳送信息時，最高位常用作奇偶校驗位，用來檢驗代碼在存儲和傳送過程中是否發(fā)生錯誤。奇校驗時，每個代碼的

17、二進制形式中應有奇數(shù)個1；偶校驗時，每個代碼的二進制形式中應有偶數(shù)個1。 1.2.3 計算機常用的編碼2二十進制編碼BCD碼 BCD（Binary-Coded Decimal）碼又稱為“二十進制編碼”，8421編碼，其方法是用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，自左至右每一位對應的位權(quán)是8、4、2、1。由于4位二進制數(shù)有00001111共16種狀態(tài)，而十進制數(shù)09只取00001001的10種狀態(tài)，其余6種不用。 即壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。（1）壓縮BCD碼：壓縮BCD碼的每一位數(shù)采用4位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示兩位十進制數(shù)。例如：十進制數(shù)59D，采用壓縮BCD碼表示為二進制數(shù)是01011001B。（2）非壓縮BCD碼：非壓縮BCD碼的每一位數(shù)采用8位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示1位十進制數(shù)。而且只用每個字節(jié)的低4位來表示09，高4位為0。例如：十進制數(shù)87D，采用非壓縮BCD碼表示為二進制數(shù)是00001000 00000111B。 1.2.3 計算機常用的編碼3漢字編碼漢字編碼 計算機處理漢字信息的前提條件是對每個漢字進行編碼，這些編碼統(tǒng)稱為漢字代碼。目前計算機中常用的幾種漢字代碼有：（1）漢字輸入碼：用于外部輸入漢字，也稱為外碼。它位于人機界面上，例如五筆字型；音形碼根據(jù)漢字的讀音和字形進行編碼，例如雙拼碼。1.2.3 計算機常用的編碼（2）漢字機內(nèi)碼：是漢字處