大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第一章

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),第一章 計(jì)算機(jī)概論,1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展與分類 1.2 計(jì)算機(jī)特點(diǎn)及其應(yīng)用 1.3 計(jì)算機(jī)文化與社會信息化 1.4 計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息表示 1.5 如何學(xué)好大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展與分類 1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史 1.1.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個階段 1.1.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史 1.計(jì)算機(jī)的發(fā)展史 世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)稱為“ENIAC”為”，它于1946年誕生于美國。它的誕生宣告了計(jì)算機(jī)時代的到來。 該計(jì)算機(jī)主要以電子管為元器件，內(nèi)存為磁鼓，外存為磁帶，操作由中央處理器控制，使用機(jī)器語言編程，速度為5000次/s,主要應(yīng)用于數(shù)值計(jì)算。,5000

2、次加法/秒 體重28噸 占地170m2 18800只電子管 1500個繼電器 功率150KW,第一臺電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）,2.馮諾伊曼設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī) 特征： （1）計(jì)算機(jī)由五大基本部件組成：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備； （2）計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制； （3）計(jì)算機(jī)工作原理采用存儲程序控制。,世界上第一臺程序存儲式計(jì)算EDSAC由英國劍橋 大學(xué)的莫利斯威爾克于1949年研制成功，它標(biāo)志 著計(jì)算機(jī)時代的真正開始。,第一臺程序存儲式計(jì)算機(jī),第一臺程序存儲計(jì)算機(jī) EDSAC 1949,計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個階段,第一代 （19461956） 電子管 5千4萬（次/秒）,第二代 （195719

3、64） 晶體管 幾十萬百萬（次/秒）,第三代 （19651970） 集成電路 百萬幾百萬（次/秒）,第四代 （197190年代） 大規(guī)模集成電路 幾百萬幾億（次/秒）,第一代 （19461956） 電子管 5千4萬（次/秒）,第一代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：采用電子管作為基本 物理器件。體積大、能耗高、速度慢、容量 小，應(yīng)用也僅限于科學(xué)計(jì)算和軍事目的。,第二代 （19571964） 晶體管 幾十萬百萬（次/秒）,第二代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：采用晶體管作為基本物 理器件。體積小、能耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)，這一時 期適用于事務(wù)處理得COBOL語言得到廣泛的應(yīng) 用，因此，應(yīng)用范圍從單純的科學(xué)計(jì)算和軍事 目的擴(kuò)展到事務(wù)處理、工程

4、設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等 方面。,第三代 （19651970） 集成電路 百萬幾百萬（次/秒）,第三代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：采用中小規(guī)模集成電路作 為基本物理器件。它具有通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn) 化的特點(diǎn)。,第四代 （197190年代） 大規(guī)模集成電路 幾百萬幾億（次/秒）,第四代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路作為基本物理器件。這一時期的計(jì)算機(jī)計(jì)算速度可達(dá)幾百萬甚至上億次每秒。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面發(fā)展了并行處理技術(shù)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等；軟件方面發(fā)展了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)、高效可靠的高級語言以及軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化等。,2.計(jì)算機(jī)的發(fā)展動向 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展動向： 巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化及多

5、媒體化。,Altair 8800,計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算的機(jī)器，而是一種 信息機(jī)器，一種個人的信息機(jī)器。,計(jì)算機(jī)發(fā)展微型化,CRAY-,運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的超級計(jì)算機(jī) 1975年世界上第一臺超級計(jì)算機(jī)“Cray-I” 超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機(jī)理研究、 石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì) 算的高科技領(lǐng)域。,中國超級計(jì)算機(jī)： 國防科技大學(xué)研制的 “銀河1號”、 “銀河2號”和“銀河3號” 中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所推出的 “曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,銀河,計(jì)算機(jī)發(fā)展巨型化,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)： 計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合 的產(chǎn)物。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力： 使用

6、遠(yuǎn)程資源，共享程序、 數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶 的通訊和合作。,計(jì)算機(jī)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化,“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的 沒有靈魂的機(jī)械來”。 笛卡爾（1637）,第一代機(jī)器人機(jī)械手（1962年出現(xiàn)） 第二代機(jī)器人具有“感覺”的機(jī)器人 第三代機(jī)器人裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智能機(jī)器人”,計(jì)算機(jī)發(fā)展智能化,3.計(jì)算機(jī)的分類 主機(jī) 小型機(jī) 個人計(jì)算機(jī) 巨型機(jī) 小巨型機(jī) 工作站,1.2 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1.計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高 記憶能力強(qiáng) 可靠地邏輯判斷能力 工作自動化,2. 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 主頻、字長、內(nèi)存容量、存取周期、運(yùn)算速度。 主頻是指CPU的時鐘頻率，它的高低在一定程度上

7、決定了計(jì)算機(jī)速度的高低，一般而言，主頻越高速度越快。主頻以兆赫茲（MHz）為單位，目前微處理器的主頻已高達(dá)3GHz以上。 機(jī)器字長是指計(jì)算機(jī)CPU中的運(yùn)算部件一次能同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長越長，作為存儲數(shù)據(jù)，數(shù)的表示范圍也越大，精度也越高；作為存儲指令，則計(jì)算機(jī)的處理能力就越強(qiáng)。機(jī)器的字長會影響機(jī)器的運(yùn)算速度。計(jì)算機(jī)的字長一般是8的整數(shù)倍，如8位、16位、32位、64位等，目前微機(jī)的字長通常是32位或64位。 容量包括主存容量和輔存容量，這里主要指內(nèi)存儲器的容量。內(nèi)存容量是指內(nèi)存中存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)。即：存儲容量 = 存儲單元個數(shù)存儲字長。 運(yùn)算速度與許多因素有關(guān)，如機(jī)器的主頻、執(zhí)行

8、什么樣的操作、主存本身的速度（主存速度快，取指、取數(shù)就快）等等都有關(guān)。 3.計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 科學(xué)計(jì)算、自動化控制、數(shù)據(jù)處理和信息加工、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、人工智能。,1.3 計(jì)算機(jī)文化與社會信息化 1 . 計(jì)算機(jī)文化的概念 2 . 計(jì)算機(jī)文化的主要特征 3 . 信息社會的主要特征,1.4 計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息表示 1.4.1 數(shù)制及其特點(diǎn) 常用的數(shù)制：二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制。 各種進(jìn)位計(jì)算值都可以統(tǒng)一表示為下面的形式： 其中，R表示基數(shù)，i為 位序號， ai 表示第i位上的一個數(shù)符，Ri 是第i位上的權(quán)，m和n是最低 位和最高位的位序號。,十進(jìn)制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8

9、,9 二進(jìn)制R=2 ，可使用0,1 八進(jìn)制R=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六進(jìn)制R=16 ，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R進(jìn)一，借一當(dāng)R”,進(jìn)制的概念,信息復(fù)制的精確性 運(yùn)算規(guī)則簡單（R(R+1)/2） 電子線路制造計(jì)算機(jī)成為可能,計(jì)算機(jī)的語言二進(jìn)制,計(jì)算機(jī)內(nèi)所有信息都用二進(jìn)制數(shù)表示,1十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如表所示。,1.4.2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換,十進(jìn)制數(shù)換算成二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù),將一個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)時，其整數(shù)部分和小數(shù)部分分別用“除R取余法”和“乘R取整法”轉(zhuǎn)換，然后將結(jié)果加小數(shù)點(diǎn)三部分合在一起(R為某

10、進(jìn)制的基數(shù)) 轉(zhuǎn)換規(guī)則如下： 整數(shù)部分：用除R取余法轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制的整數(shù)部分除以R，得到一個商數(shù)和余數(shù)；再將這個商數(shù)除以R，又得到一個商數(shù)和余數(shù)；反復(fù)執(zhí)行這個過程，直到商為0為止。將每次所得的余數(shù)從后往前讀（先得的余數(shù)為低位，后得的余數(shù)為高位）即為等值的二進(jìn)制數(shù)。 小數(shù)部分：用乘R取整法轉(zhuǎn)換。將小數(shù)部分乘以R，記下乘積的整數(shù)部分，再用余下的純小數(shù)部分乘以R，記下乘積的整數(shù)部分；不斷重復(fù)此過程，直至乘積小數(shù)部分為0或已滿足要求的精度為止。將所得各乘積的整數(shù)部分順序排列（先得的整數(shù)為高位，后得的整數(shù)為低位）即可。, 用乘2取整法將小數(shù)部分(0.6875)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式： 0. 6875 2

11、1.3750 整數(shù)部分為1 高位 0. 3750 2 0. 7500 整數(shù)部分為0 0. 7500 2 1. 5000 整數(shù)部分為1 0. 5000 2 1. 0000 整數(shù)部分為1 低位,即：(0.6875)10 = (0.1011)2, 整數(shù)部分與小數(shù)部分合并，可得： (35.6875)10 = (100011.1011)2 注意： 在上例中，將十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制小數(shù)的過程中，乘積小數(shù)部分變成“0”，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。實(shí)際上將十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制小數(shù)過程中小數(shù)部分可能始終不為零，因此只能限定取若干位為止。 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的規(guī)則和方法與之相同，只是R

12、（基數(shù)）的取值不同。,二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換,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,二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換原則：以小數(shù)點(diǎn)為中心，分別向前、后每三（或四）位一組，不足三（或四）位時以“0”補(bǔ)足，并將每組二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的八（或十六）進(jìn)制數(shù)即可。 例：將二進(jìn)制數(shù)11010111100.11011轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。 (11010111100.11011)2 = (011 010 111 100.110

13、110)2 = (3274.66)8 (11010111100.11011)2 = (0110 1011 1100.1101 1000)2 = (6BC.D8)16,八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換原則：將每位八進(jìn)制（或十六進(jìn)制）數(shù)碼用相應(yīng)的三位（或四位）二進(jìn)制數(shù)來代替，再去掉整數(shù)首部的零和小數(shù)尾部的零即可。 例：將八進(jìn)制數(shù)214.74和十六進(jìn)制數(shù)1C2.A4轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 (214.74)8 = (010 001 100.111 100)2 = (10001100.1111)2 (1C2.A4)16 = (0001 1100 0010.1010 0100)2 = (111000010

14、.101001)2,1.4.3 計(jì)算機(jī)中字符的表示方法 1 . ASCII碼 ASCII碼是被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采用的計(jì)算機(jī)相互通信時共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。,2 . 漢字的編碼 漢字交換碼 漢字機(jī)內(nèi)碼 漢字輸入碼 漢字字形碼,1.4.4 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)中可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 算術(shù)運(yùn)算 加、減、乘、除 邏輯運(yùn)算 或運(yùn)算、與運(yùn)算、非運(yùn)算、異或運(yùn)算,1.4.5 數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示和運(yùn)算 1. 二進(jìn)制數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和反碼運(yùn)算 源碼表示法 在源碼表示法中，數(shù)值用絕對值表示，在樹枝的最左邊用 “0” 和“1”分別表示正數(shù)和負(fù)數(shù)，寫作X原。 補(bǔ)碼表示法 求一個二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼的方法是：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是把其原碼除符號位外的各位先求其反碼，然后再最低位加1。,反碼表示法 正數(shù)的反碼等于這個數(shù)本身，負(fù)數(shù)的反碼等于其絕對值各位求反（符號位除外）。 X-Y = X + （