計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課件1-基礎(chǔ)知識

1、第一講 計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識一、計算機發(fā)展簡史 現(xiàn)代計算機孕育于英國、誕生于美國、成長并遍布于全世界。對于它的歷史，我們可以分三個階段描述，即近代、現(xiàn)代、當(dāng)代三階段。（1）近代計算機階段 近代計算機指用齒輪杠桿為部件并具有完整含義（功能）的機械式或機電式計算機。1642年法國科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了齒輪式加減法器。1673年德國科學(xué)家萊布尼茲發(fā)明了齒輪式乘除法器。1821年英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授巴貝奇發(fā)明了差分機，1834年他又發(fā)明了分析機，包括輸入、處理、存儲、控制、輸出五部分裝置，可惜這部機器限于工藝條件直到他逝世亦未全部完成。國際上稱他為“計算機之父”。1944年哈佛大學(xué)物理教授艾肯在IBM公司的

2、支持下，完成了用齒輪和繼電器為部件的機電式計算機Mark，才使巴貝奇的夢想變成現(xiàn)實。（2）現(xiàn)代計算機階段 現(xiàn)代計算機指利用先進的電子技術(shù)代替機械齒輪技術(shù)，繼電器依次被電子管、晶體管、集成電路取代而制成的數(shù)字電子計算機?，F(xiàn)代計算機的奠基人是英國科學(xué)家圖靈，他的主要貢獻有二：一是建立圖靈機模型，確立了可計算性理論。二是提出圖靈測試，為人工智能研究打下基礎(chǔ)。計算機（Computer）一詞正是他最先使用的，不過當(dāng)時主要指組織起來進行數(shù)值計算的一組人員。 現(xiàn)在通常人們把數(shù)字電子計算機的發(fā)展分為四代：第一代 電子管計算機(1946-1958) ，典型機器有ENIAC（1946）、EDVAC（1952）、I

3、BM701（1952）等；第二代 晶體管計算機(1958-1964) ，典型機器有 IBM7090、7040、Burroughs6500、CDC6600等；第三代 中小規(guī)模的集成電路計算機(1965-1971)，典型機器有IBM360，370系統(tǒng)；第四代 超大規(guī)模的集成電路計算機(1971-至今) ，除了傳統(tǒng)的大型主機和小型機外，又出現(xiàn)了為數(shù)眾多的微型機、工作站，此外還出現(xiàn)了超級計算機。發(fā) 展 階 段 圖 示電子管時代 (1946-1958) 晶體管時代 (1958-1964) 小規(guī)模集成電路 (1965-1971)大規(guī)模和甚大集成電路 (1971-至今) 注：也有將這兩個階段歸于集成電路一個

4、階段之中的觀點（3）當(dāng)代計算機階段 進入90年代后，計算機的發(fā)展進入嶄新的階段。它并不像80年代初人們預(yù)想的那樣會在第四代大型主機的基礎(chǔ)上繼續(xù)出現(xiàn)第五代、第六代乃至第七代計算機。實際情況是微處理器芯片的功能越來越強大，以“奔騰”為核心的微機性能越來越完善，計算機網(wǎng)絡(luò)越來越廣泛，用許多芯片組成的多處理系統(tǒng)正成為速度極快的新式超級計算機。所以當(dāng)代計算機階段的特點是：高速計算與高速網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，多媒體、超大型知識數(shù)據(jù)庫向個性化服務(wù)轉(zhuǎn)變。我國超級計算機的發(fā)展：1983年12月,銀河-I巨型計算機1992年11月,銀河-II巨型計算機1997年6月,銀河-III巨型計算機1999年銀河四代巨型機研制成功2

5、000年，我國自行研制成功高性能計算機“神威-I” 2002年8月29日，第一臺萬億次秒超級計算機聯(lián)想深騰1800誕生,按照運算速度來看，這臺機器在全球超級計算機TOP500中排名43。2003年11月，聯(lián)想深騰6800超級計算機研制成功，運算速度超過4萬億次。2010年，“天河一號”由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制，部署在國家超級計算天津中心，其實測運算速度可以達到每秒2570萬億次。 二、計算機的分類（一）、按信息的表示和處理方式分數(shù)字計算機、模擬計算機、數(shù)字模擬混合計算機（二）、按計算機用途專用計算機和通用計算機（三）、按規(guī)模與性能分巨型機、大型機、小型機、工作站、微型機注意：計算計算機發(fā)展速度非

6、常之快，在同一階段中出現(xiàn)的各種計算機之間相互比較才能區(qū)分出巨型機、大型機、小型機、工作站、微型機 三、計算機的應(yīng)用: (1)科學(xué)計算 如天氣預(yù)報 (2)實時控制 如生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、處理及響應(yīng)和控制過程 (3)數(shù)據(jù)處理 如計算、分類、比較、判別、檢索、增加和刪除等 (4)計算機輔助設(shè)計(CAD)、輔助制造(CAM)和輔助教學(xué)(CAI) (5)人工智能（AI）和辦公自動化（OA）四、數(shù) 制種類：十進制、二進制、八進制和十六進制權(quán)：在進位制表述法中，每個的符號表示的數(shù)值的真正大小是該數(shù)符本身的值乘以一個與數(shù)點位置有關(guān)的常數(shù)，這個常數(shù)就稱為該位置的位權(quán)，簡稱權(quán)。以十進制為例：256=2102

7、+ 5101+ 6100十進制與二進制的比較十進制二進制以十為基數(shù)，逢十進一以二為基數(shù)，逢二進一9+1=1019+1=20199+1=2000+1=11+1=1010+1=1111+1=100權(quán)值以小數(shù)點為界小數(shù)點左邊：從右至左依次是10010 1 10 2 10 3 .小數(shù)點右邊：從左至右是10 -1 10- 2 10 -3 .143.75=1102+4101+3100+ 710-1+510-2權(quán)值以小數(shù)點為界小數(shù)點左邊：從右至左依次是202 1 2 2 2 3 .小數(shù)點右邊：從左至右是2 -1 2- 2 2 -3 .101.11=122+021+120+ 12-1+12-2二進制數(shù)轉(zhuǎn)換與十

8、進制數(shù)的轉(zhuǎn)換1.二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù) 按多項式展開：:(10110111)2=127+026+125+124+023+122+121+120=128+32+16+4+2+1 = (183)10 =128+32+16+4+2+1 = (183)102.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 整數(shù)部分除二取余數(shù)，從下往上寫。例如：(105)10=( 1101001)2 小數(shù)部分乘二取進位，從上往下寫。例如：(0.3125)10=(0.0101)2 0.3125 20. 0.6250 余0 21. 1.25 余10.25 20. 0.50 余0 21. 1.0 余1十進制 二進制 八進制 十六進制 0 000 0

9、 0 1 001 1 1 2 010 2 2 3 011 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 十、二、八和十六進制十進制 二進制 八進制 十六進制 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10 1.二進制與八進制的轉(zhuǎn)換每3位二進制數(shù)對應(yīng)1位八進制數(shù)，例如：(101 011 110)2=(536)8 (372)8=(11111010)22.二進制與十六進制的轉(zhuǎn)

10、換每4位二進制數(shù)對應(yīng)1位十六進制數(shù)，例如：(1100 1001 0100)2=(C94)16 (2F8)16=(10 1111 1000)23.十六進制數(shù)還可以用末尾加H表示，如：A3DH 為什么要采用二進制 盡管二進制數(shù)不符合人們的習(xí)慣。但是計算機內(nèi)部仍采用二進制表示信息，主要原因有以下幾點： 1 ） 容易實現(xiàn) 計算機是由邏輯電路組成，邏輯電路通常只有兩種狀態(tài)。例如：開關(guān)的接通與斷開，電壓電平的高與低等。這兩種狀態(tài)正好用來表示二進制數(shù)的兩個數(shù)碼 0 和 1 。 2 ） 工作可靠 兩個狀態(tài)代表的兩個數(shù)碼在數(shù)字傳輸和處理中不容易出錯，因而電路更加穩(wěn)定可靠。 3 ） 簡化運算 基本運算只有“與”、

11、“或”、“非”三種。與運算and（邏輯與、邏輯乘，可用運算符或表示）定義為0 00 0 10 1 11或運算or（邏輯或、邏輯加，可用運算符或表示 ）定義為（ 為或運算符，后用代替）000011 111非運算not（取反用符號表示）定義為：0 1 1 0補充與提高異或（ ， ）：其運算法則為a異或bab或ab（a為非a），可以表述為異或的兩個值相同為假，不同為真 。部分計算機語言用1表示真，用0表示假 異或運算法則 1. a b = b a 2. a b c = a (b c) = (a b) c; 3. d = a b c 可以推出 a = d b c. 4. a b a = b. 4 ）

12、邏輯性強 計算機的工作是建立在邏輯運算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù)。二進制只有兩個數(shù)碼，正好代表邏輯代數(shù)中的 “ 真 ” 與 “ 假 ” 。 5 ） 易于轉(zhuǎn)換 二進制數(shù)與十進制數(shù)之間可以互相轉(zhuǎn)換。這樣，既有利于充分發(fā)揮計算機的特點，又不影響人們使用十進制數(shù)的習(xí)慣。例：三個開關(guān)控制一個燈的電路如下圖所示?？梢杂眠壿嫶鷶?shù)（數(shù)學(xué)）對該電路進行描述。規(guī)定開關(guān)合上用1表示，斷開用0表示；燈亮用1表示，燈滅用0表示。顯然該問題是一個邏輯問題。L是K1、K2、K3三變量的邏輯函數(shù)，所以可以直接寫出L= K1(K2+K3)可以列出真值表如右：五、計算機中字符的表示 字符是人與計算機交互過程中不可缺少

13、的重要信息。要使計算機能處理、存儲字符信息，首先也必須用二進制 “ 0”和 “ 1”代碼對字符進行編碼。 下面以西文字符和漢字字符為例，介紹常用的編碼標準。 （ 1） ASCII編碼 ASCII 編碼全稱叫美國國家信息交換標準代碼（ American Standard Code for Information Interchange）。 ASCII碼是一種 7位二進制編碼，能表示 2 7 128種國際上最通用的西文字符，是目前計算機中，特別是微型計算機中使用最普遍的字符編碼集，包括數(shù)字、字母、通用符號和控制符號，它存儲時必須占全一個字節(jié)，也即占用 8位： b 7b 6b 5b 4b 3b 2b

14、 1b 0，其中 b 7恒為 0，其余幾位為 ASCII碼值 ASCII編碼包括 4類最常用的字符。 數(shù)字 “ 0” “ 9”。 ASCII編碼的值分別為 0110000B 0111001B，對應(yīng)十六進制數(shù)為 30H 39H。 26個英文字母。大寫字母 “A” “Z”的 ASCII編碼值為 41H 5AH，小寫字母 “a” “z”的 ASCII編碼值為 61H 7AH。 用字符。如 “ ”、 “ ”、 “ ”、 “*”和 “/”等共 32個。 制符號。如空格符和車符等共 34個。 NUL00HDLE10HSP20H030HSOH01HDC111H!21H131HSTX02HDC212H22H2

15、32HETX03HDC313H#23H333HEOT04HDC414H$24H434HENQ05HNAK15H%25H535HACK06HSYN16H&26H636HBEL07HETB17H 27H737HBS08HCAN18H(28H838HHT09HEM19H)29H939HLF0AHSUB1AH*2AH:3AHVT0BHESC1BH2BH;3BHFF0CHFS1CH,2CH3CHCR0DHGS1DH _2DH3DHSO0EHRS1EH.2EH3EHSI0FHUS1FH/2FH？3FH 40H P50H 、60H p70HA 41H Q51H a61H q71HB 42H R52H b62

16、H r72HC 43H S53H c63H s73HD 44H T54H d64H t74HE 45H U55H e65H u75HF 46H V56H f66H v76HG 47H W57H g67H w77HH 48H X58H h68H x78HI 49H Y59H i69H y79HJ 4AH Z5AH j6AH z7AHK 4BH 5BH k6BH 7BHL 4CH 5CH l6CH 7CHM 4DH 5DH m6DH 7DHN 4EH 5EH n6EH 7EHO 4FH 5FH o6FH DEL7FH（ 2）漢字編碼 國家標準漢字編碼集（ GB2312-80）共收集和定義了 744

17、5個基本漢字。其中，使用頻度較高的 3755個漢字定義為一級漢字。使用頻率較低的 3008個漢字定義為二級漢字，共有 6763個漢字。另外還定義了拉丁字母、俄文字母、漢語拼音字母、數(shù)字和常用符號等 682個。 GB2312 80規(guī)定每個漢字用 2個字節(jié)的二進制編碼，每個字節(jié)最高位為 0，其余 7位用于表示漢字信息。 例如，漢字 “啊 ”的國標碼的 2個字節(jié)的二進制編碼 00110000B和 00100001B，對應(yīng)的十六進制數(shù)為 30H和 21H。 另外，計算機內(nèi)部使用的漢字機內(nèi)碼的標準方案是將漢字國標碼的 2個字節(jié)的二進制代碼的最高位置為 1，從而得到對應(yīng)的漢字機內(nèi)碼。 如漢字 “啊 ”的機

18、內(nèi)碼為 10110000B、 10100001B（即 B0H、 A1H）。 漢字、西文字符的共存與區(qū)分：計算機處理字符數(shù)據(jù)時，當(dāng)遇到最高位為 1的字節(jié)，便可將該字節(jié)連同其后續(xù)最高位也為 1的另一個字節(jié)看作 1個漢字機內(nèi)碼；（因為漢字占兩個字節(jié)）當(dāng)遇到最高位為 0的字節(jié)，則可看作一個 ASCII碼西文字符，這樣就實現(xiàn)了漢字、西文字符的共存與區(qū)分。 漢字交換碼 漢字交換碼是指不同的具有漢字處理功能的計算機系統(tǒng)之間在交換漢字信息時所使用的代碼標準。自國家標準 GB2312 80 公布以來，我國一直延用這個標準所規(guī)定的國標碼作為統(tǒng)一的漢字信息交換碼。 前面介紹GB2312 80 標準包括了 6763

19、個漢字 ，按其使用頻度分為一級漢字 3755 個和二級漢字 3008 個。一級漢字按拼音排序，二級漢字按部首排序。此外，該標準還包括標點符號、數(shù)種西文字母、圖形、數(shù)碼等符號 682 個。 國標碼是一個四位十六進制數(shù)，但因為十六進制數(shù)我們很少用到，所以大家常用的是十進制的區(qū)位碼，它的前兩位叫做區(qū)碼，后兩位叫做位碼。 區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼均采用從 01 到 94 的十進制，國標碼采用十六進制的 21H 到 73H （數(shù)字后加 H 表示其為十六進制數(shù)）。區(qū)位碼和國標碼的換算關(guān)系是：區(qū)碼和位碼分別加上十進制數(shù) 32 （20H）。如“國”字在表中的 25 行 90 列，其區(qū)位碼為 2590 ，國標碼是 3

20、97AH 。 *由于 GB2312 80 是 80 年代制定的標準，在實際應(yīng)用時常常感到不夠，所以，處理文字信息的產(chǎn)品通常采用新頒布的 GB18030 信息交換用漢字編碼字符集，這個標準繁、簡字均處同一平臺，可解決兩岸三地間 GB 碼與 BIG 5 碼 間的字碼轉(zhuǎn)換不便的問題。漢字輸入碼 漢字輸入方法很多，如區(qū)位、拼音、五筆字型等。不同輸入法有自己的編碼方案，所采用的編碼方案統(tǒng)稱為輸入碼。輸入碼進入機器后必須轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼進行存儲和處理。 漢字輸入方法大體可分為：區(qū)位碼（數(shù)字碼）、音碼、形碼、音形碼。區(qū)位碼：優(yōu)點是無重碼或重碼率低，缺點是難于記憶； 音碼：優(yōu)點是大多數(shù)人都易于掌握，但同音字多，重

21、碼率高，影響輸入的速度； 形碼：根據(jù)漢字的字型進行編碼，編碼的規(guī)則較多，難于記憶，必須經(jīng)過訓(xùn)練才能較好地掌握；重碼率低 音形碼：將音碼和形碼結(jié)合起來，輸入漢字，減少重碼率，提高漢字輸入速度； 漢字字形碼 （字形存儲碼） 字形存儲碼是指供計算機輸出漢字（顯示或打?。┯玫亩M制信息，也稱字模。通常，采用的是數(shù)字化點陣字模。它把漢字排成點陣。常用的點陣由 1616、 2424、 3232或更高。每一個點在存儲器中用一個二進制位（ bit ）存儲。例如，在 16 16 的點陣中，需 8 32 bit 的存儲空間，每 8 bit 為 1 字節(jié)，所以，可以存貯32字節(jié)的數(shù)據(jù)； 2424點陣要占 72個字節(jié)

22、（為什么？）。在相同點陣中，不管其筆劃繁簡，每個漢字所占的字節(jié)數(shù)相等。（ ）其他信息的編碼圖像的表示 一幅圖像可認為是由一個個像點構(gòu)成的，這些像點稱為像素。每個像素必須用若干二進制位進行編碼，才能表示出現(xiàn)實世界中的五彩繽紛的圖像。 將圖像分解成一系列像素、每個象素點用若干 bit表示時，這就是圖象的數(shù)字化。 數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量特別巨大，假定畫面上有 150000個點，每個點用 24個 bit來表示，則這幅畫面要占用 450000個字節(jié)。如果想在顯示器上播放視頻信息，一秒鐘需傳送 25幅畫面，相當(dāng)與 11250000個字節(jié)的信息量。因此，用計算機進行圖像處理，對機器的性能要求是很高的。 圖像文件的后

23、綴名有： bmp 、 gif 、 jpg 等；聲音的表示 聲音是一種連續(xù)變化的模擬量，我們可以通過 “模 /數(shù) ”轉(zhuǎn)換器對聲音信號按固定的時間進行采樣，把它變成數(shù)字量。一旦轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，便可把聲音儲存在計算機中并進行處理了。 聲音文件的后綴名有： wav 、 mp3 等； 視頻信息的數(shù)字化 視頻信息可以看成連續(xù)變換的多幅圖像構(gòu)成，播放視頻信息，每秒需傳輸和處理 25 幅以上的圖像。視頻信息數(shù)字化后的存儲量相當(dāng)大，所以需要進行壓縮處理。 視頻文件后綴名有： avi 、 mpg 等；六、計算機的系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)一般由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分組成 介紹：馮. 諾依曼(美籍匈牙利數(shù)學(xué)家) 計算機 19

24、44.81) 計算機硬件應(yīng)具有運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五個基本部分2) 采用二進制 可靠性高、運算簡單、實現(xiàn)方便、成本低(3) 采用存儲程序控制 存儲程序和程序控制原理的要點是，程序輸入到計算機中，存儲在內(nèi)存儲器中（存儲程序），在運行時，控制器按地址順序取出存放在內(nèi)存儲器中的指令（按地址順序訪問指令），然后分析指令，執(zhí)行指令的功能，遇到轉(zhuǎn)移指令時，則轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移地址，再按地址順序訪問指令（程序控制）。1、中央處理器CPU包括運算器和控制器兩部分，主要參數(shù)有主頻、字長（寬度）、最大可尋址范圍(2K，k為地址線數(shù)，如32位操作系統(tǒng)最大尋址范圍是232= 4294967296 Byte)

25、等， (1) 運算器 ALU對信息和數(shù)據(jù)進行運算和加工處理，包括進行算術(shù)運算或邏輯運算，主要由一個加法器、若干個寄存器和控制線路組成 （一）計算機硬件系統(tǒng)(2) 控制器CU控制和協(xié)調(diào)計算機各個部件的工作，主要有指令寄存器、譯碼器(將操作碼翻譯成相應(yīng)的控制信號)、時序節(jié)拍發(fā)生器(使計算機有次序、協(xié)調(diào)地工作)、操作控制部件、指令(程序)計數(shù)器(3)高速緩沖存儲器Cache在CPU內(nèi)設(shè)置的存儲部件，協(xié)調(diào)CPU與主存儲器RAM之間的速度差問題。由于主存儲器RAM在CPU外，影響了CPU執(zhí)行速度。 2、存儲器memory保存數(shù)據(jù)和程序、具有讀和(寫)功能。 按存取數(shù)據(jù)特點分只讀存儲器ROM（現(xiàn)在是EEP

26、ROM即電可擦除型只讀存儲器或FLASH ROM）：事先由軟件廠商“燒”進一些程序，如加電自檢程序，即使停電里面的信息也不會丟失。 隨機存儲器RAM：既能讀又能寫，掉電后數(shù)據(jù)全部丟失，成本高，隨機存儲器又分靜態(tài)RAM(存取速度快, 集成度低, 價格高) 和動態(tài)RAM(存取速度慢, 集成度高, 價格低, 要周期性刷新)按連接位置分內(nèi)(主) 存儲器和外存儲器；內(nèi)(主) 存儲器與CPU發(fā)出的地址線相連接的存儲部件，是CPU可以直接尋訪的唯一場所。外存儲器硬盤、軟盤、光盤、磁帶、優(yōu)盤有關(guān)概念介紹：存儲容量（各存儲單元容量之和）、地址（存儲單元的編號）。存儲器相關(guān)名詞概念bit位，存儲(二進制數(shù))的最小單位Byte字節(jié)，存儲的最小單元，并編上一個號碼，稱為地址1Byte=8bit，1KB=1024(210)Byte，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB 3、 輸入設(shè)備 Input device輸入程序和數(shù)據(jù)。 鍵盤、鼠標、掃描儀 鍵盤的作用：輸入程序和數(shù)據(jù)以及組成快鍵 熟練掌握各種符號鍵的使用及常用控制鍵的功能 （ CapsLock、Esc、Shift、Alt、Ctrl、PrintScreen、NumLock等的作用）。 4、 輸出設(shè)備 Output device輸出計算機處理結(jié)果。顯示器、打印機、繪圖儀（二）、計算機軟件系統(tǒng) 軟件就是程序及運