大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)：第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述與社會信息化改進(jìn)

課程名稱：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容

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計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程、分類及應(yīng)用；

信息技術(shù)概述；

計(jì)算機(jī)硬件組成及各主要部件的功能；

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成；

計(jì)算機(jī)軟件分類；

計(jì)算機(jī)工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)；

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換；

數(shù)值型數(shù)據(jù)的存儲；

計(jì)算機(jī)的算術(shù)與邏輯運(yùn)算；一種可以接受輸入、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、可編程并能產(chǎn)生輸出的一種電子裝置。計(jì)

計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)：計(jì)算精度高、處理速度快、存儲容量大、自動化程度高、適用范圍廣和通用性強(qiáng)。算機(jī)1936年英國科學(xué)家圖靈,首次提出邏輯機(jī)模型-圖靈機(jī),并建立算法理論,被譽(yù)為計(jì)算機(jī)之父。計(jì)算機(jī)理論奠基人：圖靈的主要貢獻(xiàn)：建立圖靈機(jī)模型，奠定了可計(jì)算理論基礎(chǔ)；提出圖靈測試，闡述機(jī)器智能概念。圖靈獎,創(chuàng)于1966,每年由美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(ACM)頒發(fā)。計(jì)算機(jī)最高獎項(xiàng)：19世紀(jì)50年代，英國數(shù)學(xué)家喬治·布爾創(chuàng)立邏輯代數(shù)，奠定電子計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。1.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展1946年2月誕生于美國賓州大學(xué)，電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)，ENIAC—ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator。第一臺計(jì)算機(jī)的誕生5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KWENIAC存在明顯缺點(diǎn)：是存儲容量很??；是采用外接線路連接的方法設(shè)計(jì)計(jì)算程序。

存儲程序控制：存儲程序?qū)崿F(xiàn)自動計(jì)算。采用二進(jìn)制數(shù)：便于硬件實(shí)現(xiàn)，又有簡單的運(yùn)算規(guī)則。1948年8月，著名美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出EDVAC(electronicDiscreteVariableAutomaticComputer,離散變量自動電子計(jì)算機(jī))計(jì)算機(jī)方案。馮?諾依曼計(jì)算機(jī)方案：計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)發(fā)展的4個階段一代：電子管計(jì)算機(jī)二代：晶體管計(jì)算機(jī)三代：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

1946～1958體積大;運(yùn)算速度慢(1萬次/秒)；電子管存儲容量(2KB)?。怀绦蛟O(shè)計(jì)為機(jī)器語言。

1958～1964晶體管、磁芯存儲器，內(nèi)存儲器容量可以達(dá)到32KB；運(yùn)算速度為300萬次/秒；程序設(shè)計(jì)有匯編語言、FORTRAN等。

1964～1970小規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體存儲器、磁盤，內(nèi)存儲器容量8MB～256MB；運(yùn)算速度1～10億次/秒；軟件有操作系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫等。1971年至今用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體存儲器、磁盤、U盤、光盤和微處理器，內(nèi)存儲器容量已達(dá)GB級；運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到數(shù)千萬億次/秒；軟件增加專家系統(tǒng)、面向?qū)ο箝_發(fā)工具和支撐環(huán)境等。

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加完善

計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

一些簡單的自動裝置（如機(jī)械手）將得到廣泛應(yīng)用。它們用微電腦內(nèi)核，帶有“眼睛”(攝像機(jī))，甚至用自然語言與人類進(jìn)行交流，完成特定的使命。?

人工智能進(jìn)一步發(fā)展

計(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)調(diào)、相互補(bǔ)充，融于一體；世界范圍內(nèi)的高速寬帶網(wǎng)即將建成。

將由磁、光或DNA來制造，即所謂磁計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。

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未來新型計(jì)算機(jī)

采用磁場來控制晶體管,能使每平方厘米所容納的晶體管數(shù)量增加近千倍。磁計(jì)算機(jī)

利用光的高速和無干擾性，使用光學(xué)元件(光觸發(fā)器)構(gòu)成處理器。光子計(jì)算機(jī)

以生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白分子為主要原料，信息以波的形式傳輸；有巨大的存儲能力。

生物計(jì)算機(jī)

利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)下的原子進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)分類

按計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度、字長、存儲容量、軟件配置及用途等多項(xiàng)性能指標(biāo)劃分為：高性能計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器和嵌入式計(jì)算機(jī)等。

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高性能計(jì)算機(jī)是指運(yùn)算速度最快、處理能力最強(qiáng)的計(jì)算機(jī),傳統(tǒng)稱之為巨型機(jī)或大型計(jì)算機(jī)。中國國防科技大學(xué)研制的天河二號超級計(jì)算機(jī)，峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居世界運(yùn)算速度榜首。1.2

計(jì)算機(jī)分類及應(yīng)用具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力,為滿足工程設(shè)計(jì)、動畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)開發(fā)的高性能計(jì)算機(jī)。?

工作站計(jì)算機(jī)作為一個信息處理部件，嵌入到其他設(shè)備中，使其成為智能化和自動化程度更高的設(shè)備。軟件固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，用戶不可修改。

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嵌入式計(jì)算機(jī)?

微型計(jì)算機(jī)發(fā)展速度較快，性能/價(jià)格比高，應(yīng)用廣泛。也稱個人計(jì)算機(jī)(PC—PersonalComputer)。用于網(wǎng)絡(luò)管理、運(yùn)行應(yīng)用程序、處理網(wǎng)絡(luò)工作站成員信息請求的高性能計(jì)算機(jī)。分為文件服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。

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服務(wù)器服務(wù)器機(jī)目前計(jì)算機(jī)技術(shù)正朝著高性能和微型化兩個方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

指信息收集、轉(zhuǎn)換、分類、統(tǒng)計(jì)、存儲和輸出等，從中篩選出有價(jià)值數(shù)據(jù)。也稱非數(shù)值計(jì)算，雖然數(shù)據(jù)量大，但計(jì)算方法簡單。主要解決科學(xué)研究和工程中數(shù)值計(jì)算問題。

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科學(xué)計(jì)算

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數(shù)據(jù)處理

即實(shí)時(shí)控制，是利用計(jì)算機(jī)的高速度和善判斷特點(diǎn)，將計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)采集和分析處理數(shù)據(jù)，根據(jù)控制模型進(jìn)行計(jì)算和判斷，直接干預(yù)生產(chǎn)過程，校正偏差，對所控制的對象進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。

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過程控制包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）等。?

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

CAD是以計(jì)算機(jī)為工具，對產(chǎn)品或工程進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動的總稱。CAI是借助課件系統(tǒng)完成教學(xué)的方法，課件系統(tǒng)是一類教學(xué)軟件。CAM用計(jì)算機(jī)代替人控制和操作設(shè)備（如車床）進(jìn)行生產(chǎn)或加工產(chǎn)品（如零件），它的輸入可能是產(chǎn)品工藝圖或控制開關(guān)信號，輸出是對相關(guān)設(shè)備的控制信號。將人腦演繹推理的思維過程、規(guī)則、策略和技巧等編成計(jì)算機(jī)程序；在計(jì)算機(jī)中存儲一些公理和推理規(guī)則，使計(jì)算機(jī)自動解決問題和推導(dǎo)結(jié)論。?

人工智能機(jī)器人：是一種自動化機(jī)器，具備一些與人或生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力。專家系統(tǒng)：是模擬專家智能的一類軟件。將專家的豐富知識和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來預(yù)先存入計(jì)算機(jī)，配上相應(yīng)軟件。模式識別：重點(diǎn)研究圖形（含符號和圖像）識別和語言識別，給機(jī)器人裝備視覺器官和聽覺器官。如：指紋識別。

指“用計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備合成的人工世界”。通過多種傳感設(shè)備使應(yīng)用者“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境直接進(jìn)行交互的目的。信息高速公路（InformationSuper-Highway）的概念源于美國，1991年美國參議員戈?duì)柼岢觯簩⒚绹行畔旒靶畔⒕W(wǎng)絡(luò)連成一個全國性大網(wǎng)，使各種形態(tài)的信息在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中高速傳輸。?

信息高速公路

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虛擬現(xiàn)實(shí)

集聲音、圖像和文字于一體，集電視、錄像、光盤存儲、電子印刷和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)之大成，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用引入無所不能的廣闊領(lǐng)域。?

多媒體技術(shù)信息技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為核心。客觀存在事物及其運(yùn)動狀態(tài)的表征。?

信息信息的載體，是信息的具體表示形式。?

數(shù)據(jù)學(xué)生信息

學(xué)號姓名性別民族出生日期年級狀態(tài)21030102

張曉偉男漢族1984年6月18日具體學(xué)生數(shù)據(jù)二年閑談聽課1.3信息技術(shù)概述時(shí)效性信息的基本特征普遍性寄載性共享性可識別性可加工性

只要有事物存在或變化，就存在信息。

信息寄載于事物上,不能獨(dú)立于事物之外

信息是一種資源，可以為人類所共享。

信息價(jià)值因時(shí)間或地點(diǎn)不同而發(fā)生變化。

直接(通過眼、耳和鼻等)和間接識別。

從中提煉出有價(jià)值的信息。?

數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)包括各種數(shù)值數(shù)據(jù)、字符數(shù)據(jù)(如英文字母、漢字、標(biāo)點(diǎn)符號和運(yùn)算符等)、圖形、圖像數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)等。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，任何形式的數(shù)據(jù)都用二進(jìn)制數(shù)表示。

數(shù)據(jù)處理通常是指對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、傳送、轉(zhuǎn)換、分類、排序、計(jì)算和輸出等操作。信息數(shù)字化信息數(shù)字化是將事物的信息進(jìn)一步抽象、提取和規(guī)范化，使之成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。高速度、網(wǎng)絡(luò)化多媒體化多學(xué)科結(jié)合智能化現(xiàn)代信息技術(shù)信息技術(shù)是利用信息科學(xué)原理和方法，研究產(chǎn)生、獲取、變換、傳輸、存儲、處理和利用信息的技術(shù)，又稱信息工程。信息技術(shù)由計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)構(gòu)成。

信息技術(shù)的發(fā)展趨勢信息化社會

是以信息活動為社會發(fā)展的基本活動硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)外存儲器運(yùn)算器控制器應(yīng)用軟件內(nèi)存儲器輸出設(shè)備主機(jī)外設(shè)中央處理器(cpu)ROMRAM系統(tǒng)軟件輸入設(shè)備硬磁盤軟磁盤光盤鍵盤鼠標(biāo)顯示器打印機(jī)繪圖儀操作系統(tǒng)語言處理程序編輯程序連接程序調(diào)試程序、故障檢查程序監(jiān)控程序、診斷程序各種軟件包數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序匯編程序編譯程序解釋程序掃描儀1.4

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)硬件(Hardware)：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中看得見、摸得著的物理實(shí)體。硬件系統(tǒng)的基本功能是執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中的各種指令。

內(nèi)存儲器和中央處理器構(gòu)成主機(jī)。在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中不屬于主機(jī)的設(shè)備都是外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。主機(jī)和外設(shè)合在一起構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。通常將一個僅由硬件組成的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。

1.5

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)硬件組織結(jié)構(gòu)主要由控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備5大部件組成。輸入數(shù)據(jù)或程序1231執(zhí)行運(yùn)算指令234561輸出設(shè)備234654控制流數(shù)據(jù)流執(zhí)行指令兩個階段：?取指周期?執(zhí)行周期將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存中取出送入CPU

CPU對指令進(jìn)行分析譯碼,判斷指令的操作,向部件發(fā)出控制信號,完成指令兩種信息流：?

數(shù)據(jù)流

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控制流

指原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)和源程序等。

由控制器對指令進(jìn)行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令。計(jì)算機(jī)的工作過程中央處理器(CentralProcessingUnit)

控制器和運(yùn)算器和在一起稱為中央處理器，簡稱CPU。計(jì)算機(jī)的主要性能取決于CPU，它是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的核心。微型計(jì)算機(jī)的CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖負(fù)責(zé)從存儲器中取出指令、翻譯指令、分析指令，向其他部件發(fā)出控制信號（指令），控制、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各組件自動、連續(xù)地執(zhí)行指令，控制整個計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。

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控制器控制器通用寄存器組程序計(jì)數(shù)器(PC)指令寄存器(IR)指令譯碼器(ID)操作控制器(OC)用于存放CPU正在執(zhí)行的指令。存儲下一條指令的內(nèi)存地址，為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備。

分析指令寄存器中的指令,根據(jù)指令的功能,將指令分解成一系列的操作控制信號

將指令譯碼器分析出的各種控制信號發(fā)送給相關(guān)部件(如運(yùn)算器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備)，使其完成要求的操作。

存儲待使用的操作數(shù)或中間結(jié)果，避免頻繁地訪問內(nèi)存儲器，以便提高CPU的運(yùn)算速度。組成控制器的各個部件及功能操作控制器:指令譯碼器:程序計(jì)數(shù)器:指令寄存器:通用寄存器組:?

運(yùn)算器在控制器的控制下執(zhí)行程序中的運(yùn)算型指令，完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算。

執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的裝置，核心是加法器。

用于存儲算術(shù)邏輯單元運(yùn)算的兩個操作數(shù)之一，并且，保存當(dāng)前運(yùn)算的結(jié)果。自動記載算術(shù)邏輯單元運(yùn)算結(jié)果的重要狀態(tài)。為進(jìn)一步處理累加器A中的數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

標(biāo)志寄存器(FR)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU累加器A運(yùn)算器暫存寄存器用于存儲算術(shù)邏輯單元運(yùn)算的操作數(shù)，但不用于保存運(yùn)算的結(jié)果。

算術(shù)邏輯運(yùn)算單元:累加器A:暫存寄存器:標(biāo)志寄存器:用于存儲程序和數(shù)據(jù)的部件。由若干個存儲單元組成，存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量。

寫操作

讀操作存儲器基本操作：?存儲器讀操作：從存儲器中取出指定內(nèi)容，存儲器中原有內(nèi)容不變。寫操作：將指定的內(nèi)容存入存儲器中。

程序中的指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制代碼形式存儲。每個存儲單元存放8位二進(jìn)制(1個字節(jié))信息，系統(tǒng)對每個存儲單元進(jìn)行編號，將其稱為存儲單元的物理地址。字節(jié)(Byte)：在計(jì)算機(jī)中以字節(jié)為單位存儲信息,一個字節(jié)由8位二進(jìn)制數(shù)組成，簡寫成大寫B(tài)。存儲容量單位：比特(bit)：1位二進(jìn)制數(shù)為1個比特，簡寫成小寫b。字長：CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)?！?bit)字長字節(jié)Byte(8位)KB(讀作：

k字節(jié))MB(讀作：兆字節(jié))GB(讀作：吉字節(jié))TB(讀作：太字節(jié))其它常用單位：1B=8b1GB=1024MB1MB=1024KB1KB=1024B換算關(guān)系：=210B=220B=230B1TB=1024GB=240B外部長久存儲區(qū)域。輔助存儲器有磁盤、光盤以及U盤等。半導(dǎo)體材料訪問速度快暫時(shí)性價(jià)高光、磁材料訪問速度慢永久性價(jià)低?

主存儲器(內(nèi)存)?

輔助(外)存儲設(shè)備內(nèi)存包含隨機(jī)存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。只讀存儲器(ReadonlyMemory,ROM):只讀存儲器在出廠時(shí)已寫入含有系統(tǒng)初始化程序、操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序及多種硬件驅(qū)動等程序，并被固化。只能讀取，不能寫入。系統(tǒng)斷電掉電后信息不丟失。?

主存儲器(內(nèi)存)隨機(jī)存儲器(RandomAccessMemory,RAM):保存正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，它由記憶元件和電子線路構(gòu)成，是臨時(shí)存儲區(qū)域，系統(tǒng)斷電后信息丟失。?

硬盤存儲器柱面扇區(qū)磁道正面背面打開磁頭電源口信息口輸入輸出設(shè)備

輸入輸出(I/O)系統(tǒng)的主要功能是對指定外部設(shè)備進(jìn)行輸入輸出操作。?

輸入設(shè)備

向主機(jī)輸入程序、原始數(shù)據(jù)和操作命令等信息的設(shè)備，常用輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。?

輸出設(shè)備

將計(jì)算機(jī)處理后的信息轉(zhuǎn)換成人們能識別的形式。常用輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。?軟件分類：

為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)所編制的各種程序和文檔的總和。?

軟件：數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔Intx,y,z；Scanf(“%d%d”,&x,&y);If(x>y)z=x；Elsez=y；+1.6

計(jì)算機(jī)軟件分類

管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，指揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動協(xié)調(diào)地運(yùn)行，高效率地工作，是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。系統(tǒng)軟件用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部管理、維護(hù)、控制和運(yùn)行；計(jì)算機(jī)程序編輯、翻譯、裝入、控制和運(yùn)行等軟件。為應(yīng)用軟件提供運(yùn)行平臺，為開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)提供工具。

?操作系統(tǒng)(OS)操作系統(tǒng)其他軟件DOS硬件

通過計(jì)算機(jī)語言可以編寫程序，控制計(jì)算機(jī)完成預(yù)定任務(wù)。計(jì)算機(jī)語言分為機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。如C語言、VB和VC等。

?語言處理系統(tǒng)?數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)?服務(wù)程序

完成一些與管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源及文件有關(guān)的任務(wù)。

管理數(shù)據(jù)庫的軟件，主要面向解決數(shù)據(jù)處理的非數(shù)值計(jì)算問題。應(yīng)用軟件針對某一應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件?通用應(yīng)用軟件?專用應(yīng)用軟件支持最基本的應(yīng)用，廣泛地應(yīng)用于幾乎所有專業(yè)領(lǐng)域。如:PhotoShop、AuthorWare等。

專用于某一個專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用軟件，如:應(yīng)用于醫(yī)院、金融、鐵路、無紙化考試、選課和成績管理等方面。硬件擴(kuò)充能力

運(yùn)算速度主存儲器外存儲器允許配接哪種類型設(shè)備，可配接多少設(shè)備，是否允許擴(kuò)充或更換部件等。計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度主要取決于CPU的頻率，微型計(jì)算機(jī)一般采用主頻來描述運(yùn)算速度。

是CPU直接訪問的存儲器，要執(zhí)行的程序和所要處理的數(shù)據(jù)都存放在主存中。常指硬盤(包括內(nèi)置硬盤和移動硬盤)，其容量體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)存儲信息的能力。

字長指CPU一次能處理二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。字長總是8的整數(shù)倍。

性能指標(biāo)決定著計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力、程序執(zhí)行速度、數(shù)據(jù)存儲容量和硬件擴(kuò)充能力等。1.7

計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

現(xiàn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用二進(jìn)制。為書寫和表示方便，引進(jìn)八進(jìn)制和十六進(jìn)制。進(jìn)位計(jì)數(shù)制三要素:位權(quán)是按所采用的基數(shù)和對應(yīng)數(shù)位來表示一個固定數(shù)。

數(shù)碼基數(shù)位權(quán)基數(shù)是指在某種進(jìn)位計(jì)數(shù)制中所使用的數(shù)碼個數(shù)。

1.8

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)是10。數(shù)碼有0、1、2、3、4、5、6、7、8和9共10個數(shù)字符號。數(shù)碼處于不同位置代表不同數(shù)值。?十進(jìn)制計(jì)數(shù)制3×102＋0×101＋1×100＋6×10－1＋8×10－2＋7×10－3＋6×10－4

如：301.6876=將此式稱為按權(quán)展開表達(dá)式。

任意R進(jìn)制計(jì)數(shù)制同樣有基數(shù)R、位權(quán)Ri和按權(quán)展開的表達(dá)式。R可以是任意正整數(shù)。

用基數(shù)R的i次冪Ri表示。數(shù)碼基數(shù)位權(quán)一個計(jì)數(shù)制所采用基本符號的個數(shù)。=

an-1×Rn-1+an-2×Rn-2+……+a1×R1+a0+a-1×R-1+a-2×R-2+……+a-m×R-m數(shù)值的按權(quán)展開

:(an-1an-2……a1a0.a-1a-2……a-m)?

R進(jìn)制計(jì)數(shù)制N:an-1an-2…a0.a-1…a-m進(jìn)位制二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制規(guī)則逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)r=2 r=8r=10r=16數(shù)符0，10,1,…,70,1,…,90,1,…,9,A,B,C,D,E,F位權(quán)2i8i10i16i表示符號BODH常用進(jìn)制數(shù)的表示(101.11)B如：(8323.68)D(E3.F)H(756.7)O=8×103+3×102+2×101+3×100+6×10-1+8×10-2=1×22+0×21+1×20＋1×2－1＋1×2－2=7×82+5×81+6×80＋7×8－1=14×161+3×160+15×16－1進(jìn)位計(jì)數(shù)制的共同特點(diǎn)：①每一種數(shù)制都有固定的基本符號(數(shù)碼)；②處于不同位置的數(shù)碼所代表的值不同，與它所在位置的“權(quán)”值有關(guān)。

方法：用權(quán)展開法將任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。?

R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)＝(301.6875)D【例1】將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。＝(13.6875)D(1101.1011)B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2+1×2－3＋1×2－4【例2】將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。＝4×82＋5×81＋5×80＋5×8-1＋4×8-2(455.54)O＝(301.6875)D

＝256＋40＋5＋0.625＋0.0625【例3】將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。(12D.B)H＝1×162＋2×161＋13×160＋11×16－1思考：由n個1組成的二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少？各進(jìn)制間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換2|2|?十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)將整數(shù)與小數(shù)兩部分分別轉(zhuǎn)換，然后將結(jié)果用小數(shù)點(diǎn)連接起來。整數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：采用“除R取余法”?！纠繉?301)D

轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù):2|301150……1余數(shù)75……037……12|18……12|9……02|4……12|2……02|1……02|

0……1最低位最高位(100101101)B整數(shù)商小數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：采用“乘R取整法”。

【例

】將(0.6876)D

轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)(保留小數(shù)點(diǎn)后4位)。純小數(shù)0.6876×2＝1.37520.3752×2＝0.75040.7504×2＝1.50080.5008×2＝1.0016最高位最低位(301.6876)D

≈

(100101101.1011)B(0.1011)B乘積計(jì)算到第5位0.0016×2＝0.0032注：任何十進(jìn)制整數(shù)都能精確地轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)；某些十進(jìn)制小數(shù)不能精確地轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)。

?二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制之間：81＝23、即一位八進(jìn)制數(shù)對應(yīng)3位二進(jìn)制數(shù);161＝24，一位十六進(jìn)制數(shù)對應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制00000000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F【例1】將二進(jìn)制數(shù)100101101.1011轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)(000100101101.1011)BD21B＝(12D.B)H【例2】將二進(jìn)制數(shù)100101101.1011轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)(100101101.101100)B55454＝(455.54)O【例3】將十六(八)進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)＝()B(2C1D.A1)H00010010110000011101.1010(7123.14)O＝()B111001010011.001100機(jī)器數(shù)的概念

將機(jī)器內(nèi)存儲的帶符號數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，而由正、負(fù)號加絕對值表示的實(shí)際數(shù)稱為真值數(shù)。

計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息只有0和1兩種形式。規(guī)定最高位為符號位，用0表示“＋”號；用1表示“－”號，稱為數(shù)符，其余位表示數(shù)值。

如：十進(jìn)制數(shù)-193的機(jī)器數(shù)表示：(-193)D＝(-11000001)B數(shù)符1數(shù)值部分110000010000000思考題：用一個字節(jié)，分別表示無符號數(shù)和有符號數(shù)，各自的最大和最小十進(jìn)制數(shù)是多少？1.9

數(shù)值型數(shù)據(jù)的存儲

機(jī)器內(nèi)部小數(shù)點(diǎn)是隱含的，位置可以固定，也可以變動。前者稱為定點(diǎn)數(shù)，后者稱為浮點(diǎn)數(shù)。

定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置固定在數(shù)值最低位后面，表示整數(shù)。小數(shù)點(diǎn)位置定在數(shù)值最高位前面,表示純小數(shù)（193）D

＝（11000001）B數(shù)符0數(shù)值部分110000010000000小數(shù)點(diǎn)位置數(shù)符1數(shù)值部分10110000000小數(shù)點(diǎn)位置(－0.6875)D

=(－0.1011)B0000定點(diǎn)數(shù)表示方法當(dāng)用M位二進(jìn)制數(shù)存儲數(shù)據(jù)時(shí)，?

定點(diǎn)數(shù)范圍和精度

定點(diǎn)整數(shù)N的取值范圍是:-(2M-1-1)≤N≤(2M-1-1)定點(diǎn)小數(shù)N的取值范圍是:-(1-2-(M-1))≤N≤(1-2-(M-1))例:計(jì)算機(jī)內(nèi)用2個字節(jié)(16位二進(jìn)制數(shù))能夠存儲定點(diǎn)小數(shù)N的范圍是：能夠存儲定點(diǎn)整數(shù)N的范圍是：-(215-1)≤N≤(215-1)，即-32767≤N≤32767-(1-2-15)≤N≤(1-2-15)，即-0.999969482421875≤N≤0.999969482421875?

無符號整數(shù)

如:

計(jì)算機(jī)內(nèi)用2個字節(jié)(16位二進(jìn)制數(shù))能存儲無符號整數(shù)N的范圍是：

0≤N≤(216-1)，

即0≤N≤65535(二進(jìn)制數(shù)16位全1)。

省略符號位的正整數(shù)被稱為無符號整數(shù)。

在計(jì)算機(jī)中存儲無符號整數(shù)時(shí)，不留符號位，所有數(shù)位都用于存儲數(shù)值。任何R進(jìn)制數(shù)都可以表示成：N＝±S×R±

j階碼尾數(shù)數(shù)符階符如：十進(jìn)制數(shù)356.21=＋0.35621×10＋3二進(jìn)制數(shù)－0.0011001=－0.11001×10－10=－11001×10－111=＋35621×10－2浮點(diǎn)數(shù)存放形式階符階碼數(shù)符尾數(shù)(－110.11)B

=(－0.11011×10+11)B011111011浮點(diǎn)數(shù)表示方法規(guī)范化形式規(guī)定：尾數(shù)值的最高位為1。=－1.1001×10－11要考慮機(jī)器字長。原碼補(bǔ)碼反碼最高位存放數(shù)的符號(0為正,1為負(fù)),其余位以二進(jìn)制形式存儲數(shù)值部分，用[X]原表示X的原碼。如：X=+1010011【X】原＝01010011Y=-1010011【Y】原＝11010011

正數(shù)的反碼是原碼本身；負(fù)數(shù)的反碼為對原碼按位(除符號位外)取反，即0變1，1變0。【X】反＝01010011【Y】反＝10101100

正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其相應(yīng)反碼加1(在最低位加1)。

【X】補(bǔ)＝01010011【Y】補(bǔ)＝10101101原碼、反碼和補(bǔ)碼(1010)B+(1101)B=(10111)B(1101)B-(1010)B=(11)B(1101)B×(1010)B=(10000010)B(10111)B÷(11)B≈(111)B

兩個n位二進(jìn)制數(shù)之和(差)的補(bǔ)碼等于這兩個數(shù)的補(bǔ)碼之和(差),即：[X±Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)±[Y]補(bǔ)。

二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則例:用補(bǔ)碼進(jìn)行加法運(yùn)算：(+20)+(-10)=(+10)。00010100[+20]補(bǔ)+11110110[-10]補(bǔ)100001010進(jìn)位，自然丟掉[+10]補(bǔ)1.10

計(jì)算機(jī)的算術(shù)與邏輯運(yùn)算用加法實(shí)現(xiàn)其他算術(shù)運(yùn)算

設(shè)兩個帶符號數(shù)分別為X和Y，根據(jù)補(bǔ)碼加減運(yùn)算的分配律,有[X-Y]補(bǔ)=[X+(-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)成立，因此，通過補(bǔ)碼的加法運(yùn)算很容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算。

進(jìn)位，自然丟掉例:設(shè)X=-20，Y=15，用加法進(jìn)行X-Y運(yùn)算。[X]補(bǔ)=11101100[Y]補(bǔ)=00001111[-Y]補(bǔ)=1111000111101100[-20]補(bǔ)+[-35]補(bǔ)[-15]補(bǔ)11110001111011101對補(bǔ)碼運(yùn)算的結(jié)果還是補(bǔ)碼，對其再次求補(bǔ)碼運(yùn)算，可以得到原碼或真值。對補(bǔ)碼進(jìn)行加法運(yùn)算的特點(diǎn)：運(yùn)算過程不需要考慮數(shù)的符號問題，并且，用加法可以實(shí)現(xiàn)減法、乘法和除法運(yùn)算;能簡化計(jì)算機(jī)中運(yùn)算器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的數(shù)都用補(bǔ)碼表示，在普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器中只有加法器。如：前例題運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼11011101其原碼為00100011， 真值為-100011，十進(jìn)制數(shù)為-35。

邏輯值用于判斷某個條件成立與否，成立為1(真)，反之為0(假)。邏輯與運(yùn)算邏輯或運(yùn)算邏輯非運(yùn)算用“×”、“∧”或“and”表示用“+”、“∨”或“or”表示用“-”或“not”表示

邏輯運(yùn)算1.11

文字信息編碼形式

采用ASCⅡ碼。即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)字符碼。用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符編碼，用8位二進(jìn)制存儲，最高位為“0”。西文字符編碼

d6d5d4d3d2d1d0，0000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS－=M]m}1110SORS.>N↑n~1111SIUS/?O←oDEL注意：表中從0～9、A～Z、a～z都是順序排列的，且同一英文字母的小寫比大寫碼值大32。符號1：(011

0001)B=(49)D符號a：(110

0001)B=(97)D符號A：(100

0001)B=(65)D中文字符編碼輸入碼國標(biāo)碼漢字內(nèi)碼字型碼指使用鍵盤輸入漢字時(shí)的編碼，也稱外碼。方法有區(qū)位碼、拼音和字形編碼等國家標(biāo)準(zhǔn)GB23l2-80定義的《信息交換用漢字基本字符集》規(guī)定了7445個字符編碼，其中有6763個漢字和682個其他符號。國標(biāo)碼是4位十六進(jìn)制數(shù)。漢字內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)內(nèi)部對漢字存儲和處理所使用的代碼，各字節(jié)最高位為1。輸出碼，也稱字模。在N×N表格中畫字，字覆蓋的單元格用“1”表示，其余用“0”表示。用一個點(diǎn)陣來表示一個漢字。00000000000000000000111111110