《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》第1 章

第一章計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)COMPUTER1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（慕課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.1.1早期的計(jì)算工具按時(shí)間的先后順序來(lái)講，早期的計(jì)算工具有4種。1234小石頭算籌算盤計(jì)算尺1.1.2機(jī)械計(jì)算機(jī)和電機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展機(jī)械計(jì)算機(jī)就是由一些機(jī)械部件，如齒輪、桿、軸等來(lái)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。機(jī)械計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程中有5位代表人物，達(dá)芬奇、什卡爾、帕斯卡、萊布尼茲、巴貝奇。達(dá)芬奇曾經(jīng)設(shè)計(jì)了加法器，但最終未能實(shí)現(xiàn)。德國(guó)人什卡爾1623年發(fā)明了計(jì)算器，但遺憾的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)快研制成功的時(shí)候毀于大火。帕斯卡1642年發(fā)明了加法器，利用一個(gè)有10個(gè)齒的齒輪表示1位數(shù)字，幾個(gè)齒輪并排起來(lái)表示一個(gè)數(shù)，通過(guò)齒輪與齒輪之間的關(guān)系來(lái)表示數(shù)的進(jìn)位，這是世界上第一個(gè)研制成功的加法器。萊布尼茲是德國(guó)著名的數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家，在1674年發(fā)明了能直接進(jìn)行乘法運(yùn)算的乘法器。以前數(shù)學(xué)用表是人工手動(dòng)計(jì)算的，巴貝奇想使用機(jī)器計(jì)算而避免人工計(jì)算錯(cuò)誤。1.1.3電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展——探索奠基期探索奠基期主要的事件。技術(shù)基礎(chǔ)的建立理論基礎(chǔ)的建立ABC計(jì)算機(jī)Colossus計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)、EDVAC方案1.1.4電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展——蓬勃發(fā)展期1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展展望1．計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展展望2．制作中的新型計(jì)算機(jī)010203DNA生物計(jì)算機(jī)光計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（慕課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.2.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)和分類1．計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)2．計(jì)算機(jī)的分類字長(zhǎng)速度存儲(chǔ)容量外部設(shè)備的配置軟件的配置巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)1.2.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和工作模式1．計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域2．計(jì)算機(jī)的工作模式科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理和信息管理過(guò)程控制人工智能計(jì)算機(jī)輔助網(wǎng)絡(luò)通信多媒體技術(shù)單機(jī)模式網(wǎng)絡(luò)模式1.2.4計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1．計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)2．計(jì)算機(jī)的工作原理以運(yùn)算器為核心的結(jié)構(gòu)以存儲(chǔ)器為核心的結(jié)構(gòu)以總線為核心的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理是“存儲(chǔ)程序”原理，馮·諾依曼在EDVAC方案中提出。計(jì)算機(jī)的工作原理包括兩方面：①將編寫(xiě)好的程序和原始的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，即“存儲(chǔ)程序”；②計(jì)算機(jī)按照存儲(chǔ)的程序逐條取出指令加以分析，并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作，即“程序控制”。1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（慕課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.3.1實(shí)證思維自洽性：思維結(jié)論在邏輯上不能自相矛盾。合理性：思維結(jié)論既能合理解釋以往出現(xiàn)的現(xiàn)象，又能合理解釋未來(lái)發(fā)生的現(xiàn)象。檢驗(yàn)性：思維結(jié)論能經(jīng)得起不同人的重復(fù)檢驗(yàn)。1.3.2邏輯思維同一律：在同一個(gè)思維過(guò)程中，一個(gè)對(duì)象必須始終保持同一個(gè)含義，不能隨便改變。矛盾律：在同一個(gè)思維過(guò)程中，一個(gè)結(jié)論必須始終保持一致，不能自相矛盾。排中律：在同一個(gè)思維過(guò)程中，兩個(gè)相互矛盾的結(jié)論只能一真一假，不能都真，也不能都假。1.3.3計(jì)算思維計(jì)算思維的發(fā)展和以下幾位人物有關(guān)。笛卡爾：笛卡爾發(fā)明了解析幾何，他曾設(shè)想把現(xiàn)實(shí)問(wèn)題化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，把數(shù)學(xué)問(wèn)題化為代數(shù)問(wèn)題，把代數(shù)問(wèn)題化為代數(shù)方程求解問(wèn)題，這些都體現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。萊布尼茨：萊布尼茨提出了數(shù)理邏輯的思想，希望構(gòu)造一種邏輯演算，使得邏輯判斷能夠用計(jì)算來(lái)解決。這也體現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。希爾伯特：著名數(shù)學(xué)家希爾伯特在《幾何基礎(chǔ)》一書(shū)中，提出了從公理化走向機(jī)械化的思想。戴克斯特拉：戴克斯特拉曾提出：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響我們的思維能力?！斌w現(xiàn)了計(jì)算思維的思想。周以真：周以發(fā)表了《計(jì)算思維》的論文，給出了計(jì)算思維的定義、論述了計(jì)算思維的特性，確立了計(jì)算思維的概念。1.3科學(xué)思維目錄1.2計(jì)算機(jī)的基本概念CONTENTS1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（慕課版）1.4計(jì)算機(jī)中的信息表示1.4.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示定點(diǎn)數(shù)常用的編碼方案有4種。1234原碼反碼補(bǔ)碼移碼1.4.2計(jì)算機(jī)中非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示信息一般表示為數(shù)據(jù)、圖形、聲音、文本和圖像，在計(jì)算機(jī)中只能識(shí)別二進(jìn)制，因此需要對(duì)其進(jìn)行編碼。字母和常用符號(hào)的編碼漢字編碼1.4.3進(jìn)位計(jì)數(shù)制數(shù)制是指用一組固定的符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)值的方法。其中，按照進(jìn)位方式計(jì)數(shù)的數(shù)制稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。在日常生活中，人們習(xí)慣用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制是十進(jìn)制，而計(jì)算機(jī)則使用二進(jìn)制，除此以外，還包括八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。二進(jìn)制顧名思義，就是逢二進(jìn)一的數(shù)字表示方法；依此類推，十進(jìn)制就是逢十進(jìn)一，八進(jìn)制就是逢八進(jìn)一等。1.4.4不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換1．非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制數(shù)3．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)4．八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)1.4.5二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1．二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算也就是通常所說(shuō)的四則運(yùn)算，包括加、減、乘、除。2．二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算包括“與”“或”“非”“異或”4種。課后練習(xí)●選擇題操作題課后練習(xí)（1）1946年誕生的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是（）。A．UNIVAC-I B．EDVAC C．ENIAC D．IBM（2）第二代計(jì)算機(jī)的劃分年代是（）。A．1946～1957年 B．1958～1964年 C．1965～1970年 D．1971年至今（3）在關(guān)于數(shù)制的轉(zhuǎn)換中，下列敘述正確的是（）。A．采用不同的數(shù)制表示同一個(gè)數(shù)時(shí)，基數(shù)（R）越大，則使用的位數(shù)越少B．采用不同的數(shù)制表示同一個(gè)數(shù)時(shí)，基數(shù)（R）越大，則使用的位數(shù)越多C．不同數(shù)制采用的數(shù)碼是各不相同的，沒(méi)有一個(gè)數(shù)碼是一樣的D．進(jìn)位計(jì)數(shù)制中每個(gè)數(shù)碼的數(shù)值不僅取決于數(shù)碼本身（4）十進(jìn)制數(shù)55轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)等于（）。A．111111 B．110111 C．111001 D．111011（5）與二進(jìn)制數(shù)101101等值的十六進(jìn)