第一章计算机基础知识(课外阅读)讲解

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1、计算机文化基础,计算机基础教学部 2009年8月,第一章 计算机基础知识,第一章 计算机基础知识,人类追求的计算工具,计算机的发展简史,中国的算筹和算盘,帕斯卡加法器,1822 差分机,1834 分析机,西方的对数计算尺,人类追求的计算工具,Z-3型计算机,计算机的发展简史,MARK I,ENIAC电子计算机时代,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒 体重30吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,计算机的发展简史,计算机发展的几个阶段,第五代：具有人工智能的计算机研制中,计算机的发展简史,第一代 （1946-1956） 电子管 5千-4万（次/

2、秒）,第二代 （1957-1964） 晶体管 几万几十万（次/秒）,第三代 （1965-1970） 集成电路 几十万-百万（次/秒）,第四代 （1971-至今） 超大规模集成电路 几百万-百亿（次/秒）,计算机发展中各个阶段的主要特点,计算机第一定律摩尔定律,摩尔定律是指IC（半导体元件）上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 现在，摩尔定律主要有以下“版本“： 集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。 微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。 用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。,中国的计算机发展简介,1956年 开始研

3、制 1958年 完成第一台电子计算机103 1959年 完成大型电子计算机104 1965年 中国开始研制第三代计算机（集成电路） 1983年 银河-I巨型机，高速计算机 1999年 研制成“神威”并行计算机 2001年 我国第一款通用CPU“龙芯” 2008年 曙光5000A百万亿次数据处理超级计算机,计算机的发展简史,曙光5000A,龙芯,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,布尔：英国数学家，建立了布尔代数，构思了关于0和1的代数系统，为今后数字计算机开关电路的设计提供了重要的数学方法。,香侬：是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明

4、布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。,计算机的发展简史,G. Boole,C. Shannon,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,图灵：人工智能之父，提出了有限状态自动机图灵机的概念。为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”。“图灵奖”是计算机领域的最高荣誉。,维纳：控制论之父。1940年，维纳提出现代计算机应该是数字式的，应由电子元件构成，采用二进制，并在内部存储数据。,计算机的发展简史,Alan Turing,L. Wiener,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,阿塔纳索夫：提出了计算机的三条原则： 以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；

5、利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证计算速度； 采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。,计算机的发展简史,Atanasoff,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,冯诺依曼：美籍匈牙利数学家，提出了著名的“存储程序”设计思想。,存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。,计算机的发展简史,1949 EDSAC,John Von Nouma,第一章 计算机基础知识,计算机的概念,电子计算机是一种能根据程序要求快速而高效地自动完成信息处理并具有存储记忆功能的电子设备，俗称“电脑”。,计算机的定义和分类,自动化处理,分类1按信息表示与处

6、理方式分,电子数字计算机： 所有信息以二进制数表示。 电子模拟计算机： 内部信息形式为连续变化的模拟电压，基本运算部件为运算放大器。 混合式电子计算机： 既有数字量又能表示模拟量，设计比较困难。,计算机的定义和分类,分类2按用途分,通用计算机： 适用于各种应用场合，功能齐全、通用性好的计算机。 专用计算机： 为解决某种特定问题专门设计的计算机，如工业控制机、银行专用机、超级市场收银机（POS）等。,计算机的定义和分类,分类3按规模、速度分,大型机,巨型机,中型机,小型机,单片机,计算机的定义和分类,微型机,IA服务器,工作站,第一章 计算机基础知识,计算机的特点,运算速度快 计算精度高 存储能

7、力强 具有逻辑判断能力 具有自动运行能力,计算机的特点,曙光5000一天完成的工作量，相当于全中国所有人每天24小时、每年365天利用手持计算机不停地进行计算，46年时间工作量。,计算机的用途,科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 计算机辅助系统 人工智能 网络应用 家用电器与智能设备,计算机的用途,北京第一机床厂立体仓库系统单机自动控制和计算机管理,计算机的用途,科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 计算机辅助系统 人工智能 网络应用 家用电器与智能设备,计算机的用途,计算机辅助设计，最大程度地提高渲染性能可在生产效率方面提供巨大优势，从而缩短设计/分析周期和上市时间。,计算机的用途

8、,科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 计算机辅助系统 人工智能 网络应用 家用电器与智能设备,计算机的用途,采用人工智能技术的下一代呼叫中心。欧洲顶尖人工智能企业cognosense为欧洲青少年组织建立的人工智能网络售后系统www.ciao.ch,计算机的用途,科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 计算机辅助系统 人工智能 网络应用 家用电器与智能设备,计算机的用途,工地或矿区在车辆出、入口安装远距离读卡系统，当载有防拆电子标签的车辆进、出通道时，系统自动判断和记录车辆进出时间和次数，并自动生成报表供查询和打印。,第一章 计算机基础知识,计算机的语言二进制,在冯诺依曼型计算机中，所有

9、的信息都是采用二进制编码。 包括：数据、指令；图形、声音、视频等。 二进制系统仅有两个数0和1 二进制表示信息的优点： 易于物理实现 二进制数运算简单 机器可靠性 高通用性强,计算机的信息表示与存储,计算机中的信息单位,位（bit） 度量数据的最小单位，表示1位二进制数字。 字节（Byte） 信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。简写为B。 1 B = 8 bit,K（千）字节 1KB = 1024 B M（兆）字节 1MB = 1024 KB G（吉）字节 1GB = 1024 MB T（太）字节 1TB = 1024 GB,计算机的信息表示与存储,进位计数制的概念,思考十

10、进制数的特点： 一个十进制数的每一位可以出现哪些符号？ 两个十进制数进行加法运算的时候如何进位，那减法运算呢？ R进制：采用R个基本符号；遵循“逢R进一，退一当R”。 基数：一种计数制允许选用基本数字符号的个数。如：十进制基数为10。,计算机的信息表示与存储,十进制 基数10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 基数2，可使用0,1 八进制 基数8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 基数16，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,计算机科学中常用的数制,计算机的信息表示与存储,思考：计算机能不能直接读懂十、八、十六进制数？,数制的书写规则,采用括号外面加下标。如

11、： (1011)2 ：表示二进制数1011。 (9981)10 ：表示十进制数9981。 采用字母后缀： B：表示二进制数，如：101B。 O：表示八进制数，如：101O。 D：表示十进制数，可省略，如：101D或101。 H：表示十六进制数，如：101H。,计算机的信息表示与存储,各数制中数的对照表,思考：十进制数15，是个两位数。那么将它表示成二、八、十六进制，值为多少，分别是几位数？,计算机的信息表示与存储,进制的加减运算逢R进1，借1当R,二进制 运算法则：“逢2进1，借1当2”。 例如：,计算机的信息表示与存储,进制的加减运算逢R进1，借1当R,八进制 “逢8进1，借1当8”。,十六

12、进制 “逢16进1，借1当16”,计算机的信息表示与存储,不同进制数之间的转换,思考： (10010101)2 = (？)10 = (？)8 = (？)16,计算机的信息表示与存储,位权,数制中每一固定位置对应的单位值称为“权”。,=1102 + 5101+ 3100+ 210-1 + 910-2,10:基数；10-1是b-1位的位权,R进制按权展开式的一般形式为： N=dn-1bn-1+dn-2bn-2+d1b1+d0b0+d-1b-1+d-mb-m,十进制数153.29的按权展开式，如下：,式中：n 整数部分的总位数；m 小数部分的总位数；d下标 该位的数码；b 基数。b上标 位权。,“二

13、”、“八”、“十六” 转 “十” 进制,方法：按权展开，再求和。,1 0 0 1 0 1 0 1,=120 + 021+ 122+ 023 + 124 +025 + 026 + 127,=149,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,=20 + 22+ 24 + 27,=1 + 4+ 16 + 128,写出按权展开式,按十进制规则计算求和,2:进制的基数； 23=8是b3位的权值,计算机的信息表示与存储,例1：将(101.1)2转换成十进制数。 (101.1)2122 + 021 + 120 + 12-1 4+0+1+1/2 (5.5) 10 例2：将(113.6)8转换成十进制数。

14、 (113.6)8 182 + 181 + 380 + 68-1 64+8+3+6/8 (75.75) 10 例3：将(2B.C)16转换成十进制数。 (2B.C)16 2161 + 11160 + 1216-1 32+11+12/16 (43.75) 10,“二”、“八”、“十六” 转 “十” 进制,计算机的信息表示与存储,“十” 转 “二”、“八”、“十六” 进制,方法：整数部分和小数部分分别转换，两部分再求和。 整数部分：除以基数，取余数；当商为零时，余数倒排序。 小数部分：乘以基数，取整数；当小数部分为零时，整数顺排序。,计算机的信息表示与存储,“十” 转 “二”、“八”、“十六” 进

15、制,例1：将 (48.375)10转换成二进制数。 解：整数部分、小数部分 分别进行。 整数部分转换过程如下：,整数部分结果： (48)10= (110000)2,计算机的信息表示与存储,先计算出的数靠近小数点。,小数部分转换过程如下： 0.3752=0.75 b-1=0 0.752=1.5 b-2=1 0.52=1.0 b-3=1,小数部分结果： (0.375)10= (0.011)2,“十” 转 “二”、“八”、“十六” 进制,计算机的信息表示与存储,整数部分结果： (48)10= (110000)2 小数部分结果： (0.375)10= (0.011)2 整数部分 + 小数部分： (48

16、.375)10= (110000.011)2,“十” 转 “二”、“八”、“十六” 进制,例2：将 (47.39)10转换成二进制数。 解：整数部分、小数部分 分别进行。 整数部分转换过程如下：,整数部分结果： (47)10= (101111)2,计算机的信息表示与存储,小数部分转换过程如下： 0.392=0.78 b-1=0 0.782=1.56 b-2=1 0.562=1.12 b-3=1,小数部分结果： (0.39)10 (0.011)2,小数部分转换时，乘2的过程一直继续下去，直到达到小数部分为零或者达到所需要的位数（例如本例中取了3位）。,“十” 转 “二”、“八”、“十六” 进制,计算机的信息表示与存储,小数部分不一定精确,整数部分结果： (47)10