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1、第一章 计算机应用的基础知识 第一节 计算机的发展、组成与应用1.1.1 计算机的发展与应用1、 计算机的发展历程早期计算机每隔 810 年性能提升 10 倍，价格下降为原来的 1/10。80 年代后每 3 年计算机的性能提升 4 倍，价格下降为原来的 1/2。第一台计算机，18000 多个电子管，1500 多个继电器，170 平方米，30 多吨，140 千瓦。现在计算机 CPU 芯片，几平方厘米有几千万上亿个晶体管。代别 年代 主要元件 软件类型 运用领域第一代 40 年代中到50 年代中CPU：电子管内存：磁鼓机器语言和汇编语言编写程序科学和工程计算第二代 50 年代中到60 年代中CPU
2、：晶体管内存：磁芯FORTRAN 高级程序设计语言广泛数据处理领域第三代 60 年代中到70 年代初CPU：SSI MSI内存：SSI MSI的半导体存储器操作系统、数据库管理系统科学计算、工业控制和数据处理第四代 70 年代到现在CPU：LSI VLSI内存：LSI VLSI 的半导体存储器软件开发工具和平台、分布式计算机、网络软件各行各业2、 计算机的发展趋势性能不断提高（2020 年前每 1.5 年提高一倍） ，体积不断缩小，价格持续下降，信息处理功能走向多媒体化，进入网络计算时代，3、 计算机的作用和对人类社会的影响。1.1.2 计算机的分类与 PC 机的组成。1、 计算机的分类巨型计
3、算机、大型计算机、小型计算机、PC、嵌入式计算机。2、 PC 的组成中央处理器（控制器和预算期） 、存储器（内存和外存）现在高速存储器（存储周期 10ns缓存）已经被集成在中央处理中、输入设备、输出设备、总线 连接以上设备的一组信号线及其控制电路(计算机中的 I/O 设备通过 I/O 接口与各自的控制器连接然后在与控制总线连接)3、 PC 的性能参数（1） CPU 性能指标正相关于工作频率（主频） 、Cache 容量，还和指令系统、运算器的逻辑结构有关。（2） 内存容量与速度正相关，用存取周期存储器完成一次全盘的存取操作所需的时间(DRAM 做内存，周期几十纳秒)来衡量。（3） 硬盘存储性能与
4、硬盘容量和平均访问时间。（4） 总线的传输速度与数据线宽度、总线工作频率和每次数据传输所需的总线周期数目。（5） 系统可靠性（平均无障碍时间和平均障碍修复时间） 。1.1.3 PC 软件1、 软件的功能与分类系统软件BIOS（基本输入输出系统）和应用软件。2、 系统软件 与硬件具有很强的交互性和具有一定的通用性。包括操作系统、语言处理程序、实用程序工具软件。（1）操作系统（2）程序设计语言和处理程序3、应用软件第二节 二进制与数值信息的表示1.2.1 二进制1、 十进制整数换算为二进制整数：除以 2 取余法2、 十进制小数换算为二进制小数：乘以 2 取整法。3、 八进制换算为二进制。4、 十六
5、进制换算为二进制5、 二进制换算为八进制6、 二进制换算为十六进制7、 二进制数的计量单位TB GB MB KB B 1.2.2 整数在计算机中的表示1、 整数（定点数）的表示：整数分为不带符号和带符号的整数。分别可以用 8、16、32、64 位二进制位表示。其中 (1)原码表示法不带符号的整数用二进制位可以表示的数的大小二进制数位 整数的大小8 28-116 216-132 232-164 264-1带符号的整数用二进制位可以表示的大小其中二进制数的第一位 “0 表示+，1 表示-”二进制数位 整数的大小8 -27+127-116 -215+1215-132 -231+1231-164 -2
6、63+1263-1表示负整数还有补码和反码表示法（2）反码表示法负数的符号位仍用 1 表示，但绝对数上的数与原码相反，0 用 1 表示，1 用 0 表示.（3）补码表示法负数的符号位也用 1 表示，但绝对数上的数是反码加 1 后的结果。补码要比原码和反码多表示一个数。二进制编码的十进制（BCD 码）Pentium 处理器的四种带符号整数的表示整数类型 数值范围 长度 格式16 位整数 -3276832767 二进制 16 位 16 个二进制位，补码表示短整数 -231231-1 二进制 32 位 32 个二进制位。补码表示长整数 -263263-1 二进制 64 位 64 个二进制位，补码表示
7、BCD 整数 -1018+11018-1 十进制 18 位 80 个二进制位，其中左端第一个为符号位，余 7 位无效，另外 72 位为 18 位 BCD 码，原码表示2、 整数的运算(长度是 4 位或 8 位，补码表示的运算) （1）不同长度整数之间的转换（4 位到 8 位）（短整数可以换成长整数值不变，而长整 数换成短整数值就要变。 ）方法：把符号位向左延长到所需要的位数。（2）整数的变号操作（取负）方法将二进制位的每个数字取反，再在末位加 1.（3）整数的移位操作1）算术移位（快速完成对整数的进行乘法和除法运算）算术左移 n 位相当于乘以 2n，方法是将原来的数向左移 n 位，左面移出的高
8、位丢弃，右边空出的低位空出的位置用 0 补齐，如果正数移出的位包括 1 或负数的移出位中有 0 则表示结果（超出范围）溢出，不正确。算术右移 n 位，相当于除以 2n ，方法是把原来的数中每一位向右移动 n 位个位置，右边移出的低位丢弃，左边空出的高位用 1（原来高位是 1）占位或用 0（原来高位是 0）占位2）逻辑移位逻辑左移 n 位，就是把二进制数向左移 n 位，左边移出的高位全部丢弃，右边的低位全部用 0 补齐。逻辑右移 n 位，就是把二进制数右移 n 位，右边移出的低位全部丢弃，左边的高位全部用 0 补齐。3）循环移位循环移位就是逻辑移位的一种，循环左移 n 位就是把每个数向左移 n
9、位，左移出的高位不丢弃，补在右边移出的空位，循环右移 n 位就是把每个数向右移 n 位，右移出的低位不丢弃，补在左边移出的高位。4）逻辑运算（布尔运算）按位进行处理，对对应位进行规定的逻辑运算，不考虑位与位之间的进位。基本逻辑运算有四种：“非”运算 NOT、 “或”运算 OR、 “与”运算 AND、 “按位加”运算 XOR。按位加：不考虑低位间产生的进位。5）整数的加法6）整数的减法先把减号变号，再把变号后的数字与被减数相加。1.2.3 实数在计算机中的表示1、 实数（浮点数）的表示实数包括小数和整数 (定点数） 。一个实数总可以表示为一个纯小数和一个乘幂的乘积。浮点表示法：任何一个实数可以用
10、“指数（整数） ”和“尾数” （纯小数）的乘积组成。美国电气与电子协会（IEEE）制定浮点数的工业标准 IEEE 754Pentium 处理器的浮点数表示格式：特点：1）最高位是符号位，它表示的是浮点数的正负。2）规格化的浮点数的位数的最高位（第一位）是 1，不必在位数中表示出来。 3）浮点数的 0 有两种，+0 表示全是 0,表示为 0 00000000 00000000000000000000000，-0 表示为 1 00000000 00000000000000000000000。4）浮点数的表示范围虽然很大，但运算中还是可能出现超出它允许范围的结果，这种叫做“向上溢出” 。5）浮点数能
11、表示绝对值很小的数，当绝对值中出现更小的数时，这种情况叫做“向下溢出” ，这时处理器表示为 0.Pentium 系列处理器的 3 中不同类型浮点数的表示方法。例 1.34 将十进制数 178.125 表示成单精度浮点数2、 实数的运算第三节 文字符号在计算机中的表示与处理1.3.1 西文字符的编码 西文包括拉丁文、数字、标点符号、特殊符号统称为字符，每个字符都有一个二进制代码表示。目前计算机中使用广泛的西文字符集及其编码表是 ASCIIAmerican Stadard Code for Imformation Interchange代码表。是国际 ISO 标准。ASCII 码用 7 个二进制位
12、 b6b5b4b3b2b1 b0 组成。从 0000000 到 1111111 总共有 128 个编码，代表 10 个数字，26 个小写字母、26 个大写字母、算术运算符、标点符号、商业符号。虽然 ASCII 用 7 个二进制位编码，但计算机中以字节作为基本的处理单位，任用一个字节存储一个 ASCII 字符，每个字节中对出来的一位（最高位 b7） ，在计算机中一般保持为 0，在数据传输位中作为奇偶校验位使用。1.3.2 汉字的编码我国汉字 6 万多个，编码、传输造成问题。1、GB 2312（1981）汉字编码，选出 6763 个常用汉字和 682 个非汉字字符为每个字符制定标准代码。由三部分组
13、成，第一部分由 682 个拉丁字母、日文平假名和片假名、俄文、希腊字母和汉族拼音。第二部分由 3755 个常用汉字组成，第三部分由不常用的 3008个汉字组成。GB2312 编码有一个 94 行94 列的二位表组成。2、GBK（1995）汉字内码扩充规范.。 一共有 21003 个汉字和 883 个图形符号。包括繁体字和生僻字。3、UCS/Unicode 与 GB18030（2001）编码标准。GB18030 采用不等长的编码方法，单字节（129 个）编码表示 ASCII 字符，与 ASCII码兼容，双字节编码（23940 个汉字）与 GBK(GB2312)兼容。GB18030 与以前的 GB
14、2312和 GBK 兼容还与 UCS/Unicode 兼容。1.3.3 计算机中的文字处理使用计算机文字处理包含文稿的输入、文本的编辑、文本的排版和文档的存储与输出几个步骤。1、 文稿的输入。汉字输入编码有四种：数字编码、字音编码、字形编码、音形混合编码。汉字输入编码与汉字内码是完全不同的概念。2、 文本的编辑与排版。3、文档的存储与输出。第四节 图形在计算机中的表示与处理。图在计算机中的表示有两种方法，1、点阵图像dot matrix image或位图图像bitmap image ，简称图像image.2、几何图形和矢量图形vector graphics,j 简称图形graphics。1.4
15、.1 图像及其处理1、 数字图形的获取和基本参数图像的获取实质上是信号扫描和数字化的过程。分为取样（网格化取图-取样点 矩阵图） 、分色（将彩色图分为三基色R/G/B表示，每个取样点的值都用一组（3 个）基色的亮度值表示） 、量化。像素picture element , pel一幅图像由 M（行）N （列）个取样点组成，每一个取样点是组成图像的基本元素。彩色图像的像素是矢量，它由多个（3 个或 4 个）彩色分量亮度值组成。灰色图像或黑白图像的像素由一个分量组成。行数 M 成为图像的垂直分辨率，列数 N 成为图像的水平分辨率。像素的每个分量由整数表示，由 812 个人位，可以表示28212 个不
16、同的亮度等级。每一副数字图像的几个基本参数1）图像的大小（分辨率） 。2）位平面bitplane的数目（像素彩色分量的数目） ,彩色图像的位平面有多个，黑白或灰度图像的位平面只有 1 个。3）彩色空间（彩色模型）的类型（彩色图像采用哪些基色进行描述） 。常用的有 RGB空间，CMYK(青、橙、黄、黑) 空间，YUV( 亮度色差)空间。4）像素的深度（每个像素需要多少位二进制位表示） 。所有像素分量的位数之和，2、图像压缩编码与图像文件格式。图像数据量=水平分辨率垂直分辨率像素深度/8图像的压缩分为有损压缩(预测编码、变换编码、矢量编码和基于模型的编码) 和无损压缩（行程长度编码 RLC、哈弗曼 huffman 编码）两种。
