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1、,计算机科学与技术学院基础教学中心 崔 玉 文,大学计算机基础,希望!,挂了,课程导言,1、 计算机基础知识(存储、信息表示、系统组成） 2、 网络技术基础 3、数据库基础 4、数据结构基础,一、为什么要学习计算机？,二、学什么？,1、从我们生活方面计算机无所不在。 2、从专业角度来说计算机是必要的工具,第一章计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.2 计算机运算基础 1.3 计算机系统组成 1.4 计算机技术性能指标,多媒体 微型计算机,银河,1.1 计算机概述,是“电子数字计算机”的简称。它是一种能够存储程序和数据，并能通过自动、连续地运行程序来实现对数据处理的电子设备。 它能够代替人类完
2、成各种复杂的计算以及处理各类的信息。,它为什么能代替人类工作？,一、计算机是什么?,1、自然和手工计算装置阶段 2、机械计算机时代 3、电气计算机时代 4、电子计算机时代,二、计算工具的发展,1. 自然、手工阶段,算盘：六、七百年前,最初的计算工具：手指、石子、打绳结,算筹:2000多年前，春秋战国,计算尺：1621年，英国人 E.Gunter,机械计算机：齿轮为主要部件,1822英国数学家 Babbage 差分机,1833 分析机,2. 机械计算机时代,机电式计算机：继电器为主要部件,3. 电气计算机时代,电子管,4. 电子计算机时代 1946.2 美国费城大学“莫尔小组”,第一台通用数字电
3、子计算机-ENIAC,5000次/秒 体重30吨 占地170m2 17468只电子管 1500个继电器 功率150KW,主频仅为0.1MHz比炮弹还要快的计算机,2570万亿次/秒 当今速度最快的 属于：天河一号,第一代 （1946-1956） 电子管 5千-4万（次/秒）,第二代 （1957-1964） 晶体管 几十万-百万（次/秒）,第三代 （1965-1970） 中小规模集成电路 百万-几百万（次/秒）,第四代 （1971-90年代） 大规模集成电路 和超大规模集成电路 几百万-几亿（次/秒）,电子计算机的发展,体积小 耗能低 性能稳定,晶 体 管 数 目,4004,奔腾4,将电脑浓缩在
4、一颗芯片上,0.18微米芯片,10微米芯片,光蚀刻技术,未来计算机,1、光计算机 2、生物计算机 3、分子计算机 4、量子计算机,Deepblue,Garry Kasparov,智 能 化,网 络 化,微 型 化,多媒体化,中国计算机的发展,高性能计算机 曙光、银河、神威系列 微机：长城0520CH 芯片：龙芯,三、计算机的特点,运算速度快 计算精度高 “记忆”能力强 逻辑判断能力 自动化程度高,四、计算机的分类,1按用途分类 1) 通用计算机 2) 专用计算机 2按规模和处理能力分类 1) 巨型计算机 2) 小巨型计算机 3) 大型计算机 4) 小型计算机 5) 工作站 6) 微型机（个人计
5、算机）,五、计算机主要应用领域,1. 科学计算 2. 数据处理 3. 过程控制 4.网络应用 5.计算机辅助系统 6.人工智能,1.2 计算机运算基础,1. 计算机内部是一个二进制数字世界,一、 数制及其转换,只有“0”、“1”两个量 二进制数运算逢2进1 机器可靠性高、通用性强,加法： 减法： 1（借位） （进位） ,按进位的原则进行计数 逢N进1 采用位权表示法 十、二、八、十六进制,特点,数制转换,常用,276,常用进位计数制之间的关系,数制间的转换,非十进制数,十进制数,二、八、十六进制之间的转换,结果为：113,整 数,示例2: (75)10 ( ? )2,结果为：1001011,整
6、 数,小 数,结果为：0.101,进位法：乘基取整，当小数值为0或达到精度要 求时停止，将整数部分由上而下排。,保留3位：0.303,示例： (0.625)10 ( ? )5 0.625 5 3.125 整数为3 5 0.625 整数为0 5 3.125 整数为3,0.,.,数制间的转换-非十进制 十进制,位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式：(F)x =an-1xn-1 + an-2xn-2 + . + a1x1 + a0x0 + a-1x-1 + .,示例： (1011.1) B = 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5
7、 = (11.5)D (635) O =( ? )D (a2f)H=( ? )D,数制间的转换-非十进制数之间的转换,二进制 十六进制,二进制,八进制,1 1011 0111.010 ( 1 B 7 . )16,示例：,100 110 110 111 . 010 1 ( 4 6 6 7 . 2 )8,数制间的转换-非十进制数之间的转换,00,000,0,4,4,作业: 写到1张纸上 : 1.数制: (345.25 )10 =( )2=( )8=( )16 (10110110.11)2=( )10=( )8=( )16 (127 ) 8=( )10=( )2 (10101011.11)2=( )
8、16 =( )10=( )8 (1aa)16=( )10=( )2 (567)12=( )10 2. 书上习题答案(简答题除外),二、数据的存储单位,数据表示：一个逻辑量称为一个位( bit)。 多个位组合-表示多个信息。 3位二进制数有多少种不同的组合码? 8位逻辑量可以表示多少种信息？ 字节Byte： 1个字节= 8个位 1Byte = 8 bit 1B=8b,2n,表示数据的单位 1B (字节Byte） = 8b (位bit) 1KB = 210B =1024B 1MB = 220B =1024KB 1GB = 230B=1024MB 1TB = 240B=1024GB (PB EB),
9、字：CPU通过数据总线一次存取数据长度称为字。 字长：8位、16位、32位、64位,有1023个小球装在10个盒内,我可以取11023任意个。为什么？,11 1111 1111=29+28+27+26+25+24+23+22+21+20,三、计算机中数据的表示,机 器 数 与 真 值,机器数：符号及值均用二进制数表示的 数为机器数。 正号：0 负号：1 示例： -0111010 +1011011 ,真值数：用正负号表示的数称为真值 数。（D，B） 示例：-0111010 、 -18 、 +1011011,10111010,01011011,带 符 号 数 的 表 示,计算机中数据的表示数值数据
10、,原码：符号位，0表示正，1表示负； 数值部分，用二进制数形式。,反码：正数，反码与原码相同； 负数，原码符号位不变，数值位按位取反。,补码：正数，补码与原码相同； （0唯一） 负数，反码符号位不变，在数值位末位加1。2n-|x|,0不唯一,可实现“-”变“+”：(x-y)补=x补+(-y)补,计算机中数据的表示数值数据,定 点 数,定点小数：,定点整数：,符号位,隐含小数位（+0.5),符号位,隐含小数位（-125),31 30 24 23 22 0,如：-33=(-100001)B =1.1000010*20110 =1.0111110*20110 (补),阶符 阶码 数符 尾数 阶码部分
11、 尾数部分,计算机中数据的表示数值数据,浮 点 数,四、计算机中信息编码,三、数据分类及表示 1、数值型数据 2、非数值型数据,字符编码 数字编码 汉字编码 声音、 图形图像、 视频等,字符编码- 字符的表示,字 符 数 据 的 表 示,ASCII码,American Standard Code for Information Interchange,编码方式：1个字节的后7位二进制数的不同编码来表示128个不同的字符,字符种类： 字母: A-Z, a-z 数字: 0-9标点符号 运算符号及控制符,扩展ASCII码：用8位二进制数的不同编码来表示不同的字符256个，前128个与非扩展相同。,b
12、6b5b4,b3b2b1b0,统一码、万国码、单一码 是在计算机上用的字符编码。 为每种语言中的每个字符设定唯一的二进制编码，实现跨语言、跨平台的文本转换和处理。,Unicode码,BCD码（8421）：用4位二进制代码来表示 1位十进制数。因为位权分别为 23、22、21、20，所以也称为8421。,数 字 编 码,示例： （911)10,（100100010001)BCD,数字编码- 数值数据的表示,汉 字 编 码 和 表 示,机内码,如： “啊” 16区01位 1601 即 0001000000000001 (1001H)。,1001000010000001,汉字编码-汉字的表示,汉字字
13、形码 汉字输出的字形编码.,用“1”表示绿点、“0”表示白点,16*16=2B*16行=32B 32*32=4B*32行=128B,数字声音数字化过程,模拟 声音,采样 量化,采样值,编码值,数字图像,数 字 化 过 程,扫描,采样,量化,把一幅物理图像在空间上分割成MN个网格。每个小格称为一个像素 扫描分辨率： 像素/英寸,在一幅图像的每个像素位置上测量该点的颜色或灰度值，这个值称为像素值。,将像素值的取值范围分成若干个级别，将每个像素值近似为一个整数(四舍五入)。,数字图像,图像的扫描分辨率影响图像的质量,动态图像数字视频,将模拟信号的视频转换为数字信号表示，从而能够在计算机中对其进行操作
14、。,数字视频,时间采样 ： 每隔一定时间获取一帧图像 。 空间采样 同静态图像的数字化过程。,模拟视频数字化,数字视频： 是数字图像的集合,计算机系统的组成,计算机系统,计算机系统的层次结构,应用软件,系统应用程序,操 作 系 统,机 器 语 言,硬 件 系 统,各种应用程序,用户,1.3 计算机组成及工作原理,微处理器 内存储器 I/O接口 总线,硬件系统,微型计算机系统,微型计算机 (主机),外 设,运算器 控制器,外存储器（软驱、硬盘等） 输入设备（键盘、鼠标等） 输出设备（显示器、打印机等） 其他（网卡、显卡等）,系统软件（操作系统、系统应用程序） 应用软件,软件系统,计算机结构,冯
15、诺依曼计算机结构特点： 硬件由五大部件组成 （运算器、存储器、控制器、输入输出设备）, 采用二进制数来表示指令和数据。 00101100 00001010 ADD A，10 采用“存储程序”的方式,主机系统,I/O接口,总线,系统的核心,记忆设备,信息的 传输设备,与外设进行信息交换的“桥梁”,一、主机系统,系统主板,内存,总线插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB接口,六十四微处理器 Intel Conroe(2006) 双核,前端总线频率(MHz) ： 1066 64位技术：EM64T 双核心：支持,二、存储系统,脱 机 外 存,联 机 外 存,主 存 储 器,高 速 缓 存,通用寄存器,内存储器,半导体存储器,高速缓冲存储器技术Cache,Cache的基本概念:由于CPU与主存之间在执行速度上存在较大的差异，为提高CPU的效率，在CPU与主存之间增加的高速缓冲存储器 Cache技术。,Cache解决什么问题？ Cache放在什么地方？ Cache与
