工學(xué)chapter01計算機(jī)基礎(chǔ)知識另

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)§1計算機(jī)基礎(chǔ)知識1第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1計算機(jī)概述計算機(jī)的產(chǎn)生計算機(jī)的分代與分類 計算機(jī)的發(fā)展趨勢 計算機(jī)的應(yīng)用 1.2計算機(jī)中信息的表示與編碼數(shù)制的概念 數(shù)制的轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)系統(tǒng)的組成

計算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系21.1計算機(jī)概述1.1.1計算機(jī)的產(chǎn)生算籌:春秋戰(zhàn)國時期算盤:唐朝機(jī)械式計算機(jī)1642年,機(jī)械式齒輪加減法器1673年,四則運(yùn)算機(jī)械式計算器數(shù)字式電子計算機(jī):巴貝齊-差分機(jī)和分析機(jī)電子計算機(jī):ENIAC（二次大戰(zhàn)時期、1946年）3數(shù)字式電子計算機(jī)1812年差分機(jī)1834年設(shè)計的分析機(jī)

4ENIAC1946年2月由賓州大學(xué)研制成功重達(dá)30噸啟動電力150千瓦18800個電子管保存80個字節(jié)占地160平方米進(jìn)行加法運(yùn)算：5000次/秒、乘法運(yùn)算：500次/秒ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)值積分和計算機(jī)56電子計算機(jī)理論基礎(chǔ)阿蘭·圖靈建立圖靈機(jī)（Turingmachine）模型，奠定了可計算理論的基礎(chǔ)；提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能的概念。馮·諾依曼提出“存儲程序”的概念。7

提出“圖靈機(jī)模型”，探討了計算機(jī)的基本概念，證明了通用數(shù)字計算機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的。提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能的概念。人工智能領(lǐng)域之父馮·諾依曼提出“存儲程序”的思想；確立現(xiàn)代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；五十多年來，雖然計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，但計算機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)沒有變。

8馮·諾依曼的三個重要設(shè)計思想

○五大基本部件;○采用二進(jìn)制數(shù)表示指令和數(shù)據(jù);○將程序和數(shù)據(jù)存放在計算機(jī)的內(nèi)存中，并讓計算機(jī)自動執(zhí)行91.1.2計算機(jī)的分代與分類101.1.2計算機(jī)的分代與分類111.1.2計算機(jī)的分代與分類121.1.2計算機(jī)的分代與分類131.1.2計算機(jī)的分代與分類14151.1.2計算機(jī)的分代與分類計算機(jī)的分代時代年份器件軟件應(yīng)用一

46-58電子管機(jī)器語言匯編語言科學(xué)計算二58-64晶體管高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三64-71集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四71年迄今大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等社會的各個領(lǐng)域第五代計算機(jī)：是把信息采集、存儲、處理、通信同人工智能結(jié)合在一起的智能計算機(jī)系統(tǒng)。研制中。。16計算機(jī)的分類按綜合性能指標(biāo)分類巨型機(jī)：速度最快、處理能力最強(qiáng)，浮點(diǎn)運(yùn)算達(dá)每秒數(shù)百萬億次大型機(jī)：主要用于大企業(yè)、銀行、高校和科研院所小型機(jī)：高可靠性、高可用性、高服務(wù)性，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用于中小企業(yè)

工作站：圖形功能較強(qiáng)，高分辨率、大容量內(nèi)外存微型計算機(jī)：小巧、輕便、價格便宜，適合個人用戶嵌入式計算機(jī)：以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，嵌入于各種設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部17微型計算機(jī)微型計算機(jī)又稱為個人計算機(jī)(（PersonalComputer,PC)，其最主要的特點(diǎn)是體積小、重量輕、價格便宜、適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用面廣，除臺式機(jī)外，還有體積更小的微機(jī)，如筆記本電腦、便攜機(jī)、掌上型微機(jī)和PDA等。微型機(jī)按字長可分為：8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)按結(jié)構(gòu)分為：單片機(jī)、單板機(jī)、多芯片機(jī)和多板機(jī)按CPU芯片分為：286機(jī)、386機(jī)、486機(jī)、Pentiun機(jī)、PII機(jī)、PⅢ機(jī)和PⅣ機(jī)等。18微型計算機(jī)第一代微型計算機(jī)（1971~1972）微處理器：4位或8位第二代微型計算機(jī)（1973~1977)微處理器：8位，但集成度大幅度提高第三代微型計算機(jī)16位的Intel8086第四代微型計算機(jī)32位集成度更高，INtel的Pentium系列；AMDk6系列等191.1.3計算機(jī)的發(fā)展趨勢馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化、智能化非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)光子計算機(jī)、生物計算機(jī)、量子計算機(jī)、納米計算機(jī)20212223241.1.4計算機(jī)的應(yīng)用計算機(jī)是一種高度自動化的信息處理設(shè)備。主要特點(diǎn)有：

1．運(yùn)算速度快；

2．計算精度高；

3．記憶能力強(qiáng)；

4．可靠的邏輯判斷能力；

5．可靠性高，通用性強(qiáng)。251.1.4計算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計算數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫應(yīng)用過程控制計算機(jī)輔助工程CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）CAM（計算機(jī)輔助制造）EDA（電子設(shè)計自動化）CAI（計算機(jī)輔助教學(xué)）人工智能（計算機(jī)仿真、專家系統(tǒng)）電子商務(wù)娛樂261.2計算機(jī)中信息的表示與編碼數(shù)據(jù)、信息與編碼數(shù)據(jù):計算機(jī)能夠處理的數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像等。信息：數(shù)據(jù)中包含的意義。編碼：使用少量符號、按照一定規(guī)則、表示大量信息的方案。

271.2.1數(shù)制的概念數(shù)制：是指用一組固定數(shù)字和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。基數(shù)：數(shù)制所包含的數(shù)碼的個數(shù)。

位權(quán)：任何一個數(shù)都是由一串?dāng)?shù)碼表示的，每一位所表示的值除其本身的數(shù)值外，還與它所處的位置有關(guān)，由位置決定的值就叫權(quán)。28常用數(shù)制數(shù)制數(shù)碼位權(quán)運(yùn)算規(guī)則尾符十進(jìn)制0～910n-1逢十進(jìn)一D或10Decimal二進(jìn)制0～12n-1逢二進(jìn)一B或2Binary八進(jìn)制0～78n-1逢八進(jìn)一O或8Octal十六進(jìn)制0～9、A～F16n-1逢十六進(jìn)一H或16Hexadecimal2954145.14510410310010110210-310-210-1萬位千位個位十位百位千分位百分位十分位讀作:五萬四千一百四十五位碼位權(quán)例如：十進(jìn)制數(shù)54154.145數(shù)碼權(quán)基數(shù)30計算機(jī)為何采用二進(jìn)制:可行性只有0，1兩個數(shù)碼，采用電子器件很容易物理上實(shí)現(xiàn)。可靠性只有兩種狀態(tài)，在傳輸和處理時不容易出錯工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)。簡易性二進(jìn)制的運(yùn)算法規(guī)簡單，使得計算機(jī)的運(yùn)算器結(jié)構(gòu)簡化，控制簡單。邏輯性0、1兩種狀態(tài)代表邏輯運(yùn)算中的“假”和“真”，便于用邏輯代數(shù)作為工具研究邏輯線路。31萊布尼茨（1646-1716），德國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、唯心主義哲學(xué)家。１７００年，系統(tǒng)提出二進(jìn)制的運(yùn)算法則。

1與0，一切數(shù)字的神奇淵源。這是造物的秘密美妙的典范，因?yàn)椋磺袩o非都來自上帝。二進(jìn)制的發(fā)明者萊布尼茨德國圖靈根著名德郭塔王宮圖書館保存著一份萊布尼茨珍貴的手稿，其標(biāo)題：從中國八卦圖參悟出二進(jìn)制數(shù)之真諦32二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制00000100010800111100111901022101012A01133101113B10044110014C10155110115D11066111016E11177111117F331.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換1．非十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制按權(quán)展開求和，即各數(shù)位與相應(yīng)位權(quán)值相乘以后再相加即為對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)由0~9數(shù)碼組成，位權(quán)為10n-1二進(jìn)制數(shù)：由0、1組成，位權(quán)為2n-1八進(jìn)制數(shù)：由0~7組成，位權(quán)為8n-1十六進(jìn)制數(shù)：由0~F組成，位權(quán)為16n-134二進(jìn)制數(shù)

10110.101=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1×2－1+0×2－2+1×2－3

=16+0+4+2+0+0.5+0+0.125=22.625十進(jìn)制數(shù)

1232.25=1×103+2×102+3×101+2×100+2×10－1+5×10－2轉(zhuǎn)換示例35八進(jìn)制數(shù)

127.21=1×82+2×81+7×80+2×8－1+1×8－2=64+16+7+0.25+0.15625=87.265625十六進(jìn)制數(shù)

1AF.C=1×162+A×161+F×160+C×16－1=1×256+10×16+15+12×0.0625

=256+160+15+0.75=431.75362.十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制整數(shù)部分：除以R取余法，先余為低后余為高。即整數(shù)部分不斷除以R取余數(shù)，直到商為0為止，最先得到的余數(shù)為最低位，最后得到得余數(shù)為最高位。小數(shù)部分：乘R取整法，即小數(shù)部分不斷乘以R取整數(shù)，直到積為0或達(dá)到有效精度為止，最先得到的整數(shù)為最高位（最靠近小數(shù)點(diǎn)），最后得到的整數(shù)為最低位。37十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)部分：除以2取余法，先余為低后余為高。即整數(shù)部分不斷除以2取余數(shù)，直到商為0為止，最先得到的余數(shù)為最低位，最后得到得余數(shù)為最高位。小數(shù)部分：乘2取整法，即小數(shù)部分不斷乘以2取整數(shù)，直到積為0或達(dá)到有效精度為止，最先得到的整數(shù)為最高位（最靠近小數(shù)點(diǎn)），最后得到的整數(shù)為最低位。38394041整數(shù)部分除2取余小數(shù)部分乘2取整

【例】100.345(D)=110010001011(B)1002502252122623210201011.040.3800.3452.690

22

.760

2

.520

2繼續(xù)×××××1.十化二

.010011042【例】100(D)=1008128180

4

41100166046163.十化十六144(O)64(H)除八取余倒序排列除16取余倒序排列2.十化八【例】

100(D)

=433.八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制因?yàn)?3=8，24=16，所以，一位十六進(jìn)制數(shù)可由四位二進(jìn)制數(shù)來表示，一位八進(jìn)制數(shù)可由三位二進(jìn)制數(shù)來表示。作反向轉(zhuǎn)換：三位二進(jìn)制數(shù)可用一位八進(jìn)制數(shù)表示四位二進(jìn)制數(shù)可用一位十六進(jìn)制數(shù)來表示444.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制

整數(shù)部分：從右向左進(jìn)行分組。轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制三位一組,不足補(bǔ)零。轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制四位一組，不足補(bǔ)零。小數(shù)部分：從左向右進(jìn)行分組，方法同上然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換45轉(zhuǎn)化示例

11

0110

1110.1101

0100

B)=36E.D4(H)

36E.D4 =36E.d1(H)

1

101

101

110.110

101(B)=1556.65(O)155665

(0011

0110

1111

0111.1100

0100)2=(36F7.C4)1636F7c401不足4位后邊補(bǔ)兩個零變?yōu)?100!461.2.3數(shù)據(jù)存儲的組織形式位一個二進(jìn)制代碼稱為一位，記為bit（讀為比特)。是度量數(shù)據(jù)的最小單位，計算機(jī)中最直接、最基本的操作就是對二進(jìn)制位的操作。字節(jié)以8位二進(jìn)制代碼為一個單元存放在一起，稱為一個字節(jié)，記為Byte。47字節(jié)是信息存儲中最常用的基本單位。計算機(jī)的存儲器(包括內(nèi)存與外存)通常也是以多少字節(jié)來表示它的容量容量單位1B=8bit1KB=1024B=210B“K”讀“千”1MB=1024KB=210KB“M”讀“兆”1GB=1024MB=210MB“G”讀“吉”1TB=1024GB=210GB“T”讀“太”48字、字長CPU在單位時間內(nèi)能一次處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱為字（Word），這組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)就是字長。常見的有8位、16位、32位、64位等。49地址為了便于存放、查找和使用，每個存儲單元必須有唯一的編號，稱之為地址。通過地址可以找到數(shù)據(jù)所在的存儲單元，讀取或存入數(shù)據(jù)。50信息的編碼512.十進(jìn)制數(shù)的編碼——BCD碼它是一種用四位二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)的數(shù)字編碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼01234567000000010010001101000101011001118910111213141510001001000100000001000100010010000100110001010000010101523．字符的編碼西文字符1963年，ASCII之父鮑勃·比默爾制定了ASCII，1968年才成為美國標(biāo)準(zhǔn)。他的汽車牌照為“德克薩斯ASCII”533．字符的編碼ASCII碼是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱ASCII碼包括0—9十個數(shù)字，大小寫英文字母及專用符號等95種可打印字符，還有33種控制字符。一個字符的ASCII碼通常占一個字節(jié)，用七位二進(jìn)制數(shù)碼組成，所以ASCII碼最多可表示128個不同的符號。例如：數(shù)字0—9用ASCII碼表示為30H—39H；大些英文字母A—Z的ASCII碼為41H——5AH，”H”表示十六進(jìn)制。30H轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制位0110000，十進(jìn)制48，這就是機(jī)器內(nèi)數(shù)字0的ASCII碼。分基本集和擴(kuò)展集。前128個ASCII碼為基本集，表示基本字符的編碼，隨后出現(xiàn)的擴(kuò)展集在英語國家用于存放制表符，非英語國家用于自己文字的編碼?！癮”的ASCII碼：97“A”的ASCII碼：6554漢字處理大致可分為三個步驟

(1)漢字信息輸入(鍵盤輸入、語音輸入或字形輸入)

(2)漢字信息的加工處理(從某種意義上說，漢字處理過程實(shí)際上就是對漢字代碼的轉(zhuǎn)換過程)(3)漢字信息的輸出(顯示輸出、打印輸出和語音輸出等)55564.漢字的編碼漢字處理流程57（1）漢字輸入碼區(qū)位碼音碼形碼音形碼手寫輸入語音輸入掃描輸入58漢字區(qū)位碼全部漢字及符號組成94*94的矩陣，在這矩陣中，每一行稱為一個“區(qū)”，每一列稱為一個“位”。這樣，就組成了94個區(qū)（01～94區(qū)），每個區(qū)94個位（01～94）的漢字字符集。（6763個漢字,及一些符號）區(qū)碼和位碼簡單地組合在一起（即兩位區(qū)碼居高位，兩位位碼居低位）就形成了“區(qū)位碼”。區(qū)位碼可唯一確定某一個漢字或漢字符號，反之，一個漢字或漢字符號都對應(yīng)唯一的區(qū)位碼.如漢字“?！钡膮^(qū)位碼為“1803”(即在18區(qū)的第3位)。59（3）國標(biāo)碼(GB2312－80)GB2312－80碼，我國的《信息交換用漢字編碼字符基本集》，又叫國標(biāo)碼，。共收集漢字6763個，682個圖形字符。其中漢字按其使用頻度、組詞能力、用途分為：一級漢字，3755個，以拼音順序排列，同音以筆劃順序排列二級漢字，3008個，以筆劃順序排列與區(qū)位碼一一對應(yīng)，在區(qū)位碼的區(qū)號和位號上各自加32（即20H），就構(gòu)成了該漢字的國標(biāo)碼。國標(biāo)碼中每個漢字的高位低位的最高二進(jìn)制位仍為06061“?！钡膮^(qū)位碼為“1803”(即在18區(qū)的第3位)。國標(biāo)碼為18+32\03+32=(5035)10=3223H

62（4）機(jī)內(nèi)碼在計算機(jī)內(nèi)部存儲、處理和傳輸用的信息編碼。內(nèi)碼=國標(biāo)碼＋8080H（1000000010000000）高位置163５．漢字字形碼確定一個漢字點(diǎn)陣信息的代碼。也叫字模或漢字輸出碼存儲漢字用的點(diǎn)陣越高存儲質(zhì)量越好。所占用的存儲容量越高分為通用型和精密型兩類，通用型：16*16、24*24、32*32。精密型：96*9664

點(diǎn)陣方式漢字字形點(diǎn)陣16×16、24×24、32×32、48×48。圖16×16漢字點(diǎn)陣特點(diǎn)：編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出，但字形放大失真，而且同一種字體不同的點(diǎn)陣需要不同的字庫。５．漢字字形碼65

矢量方式存儲的是描述漢字字形的輪廓特征，字符中每一筆畫的頂點(diǎn)坐標(biāo)。

特點(diǎn)：存儲量小，字體放大不失真。矢量字形66其它漢字編碼其他漢字編碼有BIG5、GBK、UCS等。BIG5碼俗稱“大五碼”，是通行于臺灣、香港地區(qū)的一個繁體字編碼方案。GBK(漢字?jǐn)U展內(nèi)碼規(guī)范)是中華人民共和國全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會于1995年12月制定的一個漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)，它向下與GB編碼兼容，向上支持ISO/IEC10646國際標(biāo)準(zhǔn)。一共收錄了20902個漢字和圖形符號，簡、繁體字融于一庫。ISO/IEC10646(通用多8位編碼字符集)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1993年公布的一個編碼標(biāo)準(zhǔn)，簡稱UCS。它用于對世界各國文字進(jìn)行統(tǒng)一編碼。671.3計算機(jī)系統(tǒng)的組成1.3.1計算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成語言處理程序應(yīng)用軟件包計算機(jī)軟件中央處理器存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)硬件運(yùn)算器控制器只讀存儲器高速緩存隨機(jī)存儲器操作系統(tǒng)工具軟件面向問題的各種應(yīng)用程序68計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件是微機(jī)的靈魂。沒有安裝軟件的微機(jī)稱為“裸機(jī)”，無法完成任何工作。微機(jī)軟件分成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。69系統(tǒng)軟件用來管理和控制計算機(jī)資源的軟件。操作系統(tǒng)就是微機(jī)必不可少的系統(tǒng)軟件。微機(jī)常用的操作系統(tǒng)有：DOS、Windows、Linux等。系統(tǒng)軟件70程序設(shè)計語言發(fā)展過程