上册第1章知识分享

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1、第1章 计算机基础知识,主编：杨绍增,制作：陈伟,2009年8月,欢迎学习,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述,1.2 计算机的数制,1.3 计算机内部数据的表示方法,1.4 小结,学习目的与要求,通过计算机基础知识的学习，了解计算机的发展、分类、特点及应用，熟悉计算机的数制和计算机内部数据的表示方法。,1.1 计算机概述,1.1.1 计算机的发展历程,几十年来，计算机随着电子元器件的发展而迅速发展，计算机的性能得到了极大提高，其体积大大缩小，功能越来越强，应用也越来越广泛。计算机的发展阶段通常按照计算机中所采用的电子元器件来划分，可分为4个阶段。,2. 第二代计算机(19581965

2、年) 第二代计算机使用的元器件为晶体管，内存储器以磁芯为主。磁芯是用铁氧化物制成的直径不到1mm的小圆环，一个磁芯可以记录一位0或1。随着高级语言(如FORTRAN、COBOL、ALGOL60等语言)的开发，出现了管理程序、监控程序(两者为操作系统的一部分)。第二代计算机的体积减小、重量减轻、能耗降低、速度加快，每秒运算速度可达几万到几十万次，可靠性大大提高，除了大量用于科学计算外，还可以用于数据处理和事务处理。,3. 第三代计算机(19651971年) 第三代计算机使用的元器件为集成电路，内存储器为半导体存储器。集成电路就是把几十个、几百个电子元件集成在一块几平方毫米的硅片上。第三代计算机使

3、用的高级语言的数量开始增多，出现了操作系统软件。集成电路计算机的体积和重量进一步减小，运算速度和可靠性有了进一步提高，每秒运算速度可达几十万次到几百万次。此时计算机的应用范围得以进一步扩大。,4. 第四代计算机(1971年以后) 第四代计算机使用的元器件为大规模和超大规模集成电路，内存储器为半导体存储器。此时的计算机在硅片上集成了几十万甚至上百万个电子元件。在这个阶段，出现了面向对象的高级语言、数据库管理系统，操作系统更加完善。其每秒的运算速度达几百万次以上，并开始广泛应用于人类生活的各个领域。,计算机各个发展阶段的主要特点比较,1.1.2 计算机的发展趋势,21世纪是信息和网络的时代，也是计

4、算机技术继续高速发展的时代。从目前计算机科学的现状和发展趋势上看，它将向着巨型化、微型化、网络化和智能化四个方向发展。,1.巨型化 巨型化是指发展高速、大存储量和强功能。巨型机的研制开发，是为了适应尖端科学技术的需要，是一个国家计算机科学发展水平的标志，也反映了一个国家的综合国力。巨型机主要应用于军事、高科技、空间技术、气象预报、地球物理勘探等领域。,2.微型化 微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小、价格进一步降低。微型计算机自从1971年问世以来得到迅速发展，从台式机到笔记本电脑，再到掌上电脑，硬件和软件技术不断升级换代，价格不断下降，并且广泛地应用于社会

5、生活的各个方面。,3. 网络化 网络化是计算机发展的又一个重要趋势，所谓网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络。网络化的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。 由于计算机网络实现了多种资源的共享，提高了资源的使用效率，因而深受广大用户欢迎，得到了越来越广泛的应用。,4. 智能化 智能化是指用计算机模拟人脑的思维方式，要求计算机具有人工智能。其研究领域包括图像识别、专家系统、自然语言理解等。未来的智能化计算机，能代替人的体力和脑力劳动，将对人类的生活产生重要影响。,1.1.3 计算机的分类,计算机发

6、展到今天，已是琳琅满目、种类繁多，并表现出各自不同的特点，可以从不同的角度对计算机进行分类。按照计算机规模大小，分成以下5种。 1. 巨型机 巨型机是目前各类计算机中占地最大、速度最快、功能最强、价格最高的计算机，运算速度每秒达1亿次以上。它采用高速器件和并行处理的体系结构来实现高速度，主要用于大数据量、高速度处理的情况，如天气预报、国防应用等。 如美国Cray公司研制的Cray系列机，我国自主研制的银河巨型机，IBM公司的GF-11等，都属于巨型机。,2. 大中型机 这种计算机也有很高的运算速度和很大的存储量并允许相当多的用户同时使用，结构比巨型机简单，价格相对巨型机便宜，因此使用的范围较巨

7、型机普遍，主要用作科学计算和银行、铁路等大型应用系统中的计算机网络服务器等。 如IBM370系列机，DEC公司的VAX8000系列机等，都属于大中型机。,3. 小型机 小型机的规模和运算速度不如大中型机，但具有体积小、价格低、性能价格比高等优点，适合中小企业及事业单位用于工业控制、数据采集、分析计算、企业管理及科学计算等。 如DEC的PDP系列机，IBM的AS400系列计算机等，都属于小型机。,4. 微型计算机 微型计算机又称为微机，是使用最普遍、产量最大的一类计算机。其体积小、功耗和成本低、灵活性大，性能价格比明显优于其他类型计算机，因而得到了广泛应用。 微型计算机有台式、手提、掌上等多种类

8、型。,5. 工作站 工作站也称为超级微机，是介于微型计算机和小型机之间的一种高档计算机。它易于联网，配有大容量内存，大屏幕显示器，主要用于电脑动画、图像处理、电视视频、计算机辅助设计等专业领域。,1.运算速度快 2.计算精度高 3.存储量大 4.具有逻辑判断能力 计算机不仅可以进行数值运算，还可以进行逻辑运算，可以对文字或符号进行判断和比较，进行逻辑运算和证明，这是其他任何计算工具都无法相比的。 5.具有自动运行能力 计算机内部操作是按照事先编制的程序自动一步一步地进行的，不需要人工操作和干预。计算机的这种自动运行能力是与其他计算工具本质的区别。,1.1.4 计算机的特点,计算机以其卓越的性能

9、，在科学技术、国民经济、社会生活等各个方面得到了广泛应用，取得了明显的社会效益和经济效益。计算机的应用几乎包括了人类生活的一切领域，据统计，计算机已应用于8000多个领域，并且还在不断扩大。根据计算机的应用特点可以归纳为以下六大类。,1.1.5 计算机的应用领域,1. 数值计算 数值计算即科学计算。数值计算是指应用计算机处理科学研究和工程技术中所遇到的数学计算。应用计算机进行科学计算，如卫星运行轨迹、水坝应力、气象预报、油田布局、潮汐规律等，可为问题求解带来质的发展，使过去需要几百名专家几周、几个月甚至几年才能完成的计算，现在只要几分钟就可得到正确结果。,2.信息处理 信息处理是对原始数据进行

10、收集、整理、分类、选择、存储、制表、检索、输出等的加工过程。信息处理是计算机应用的一个重要方面，涉及的范围和内容十分广泛，如自动阅卷、图书检索、财务管理、生产管理、医疗诊断、编辑排版、情报分析等。 3.实时控制 实时控制是指及时搜集检测数据，按最佳值对事物进程的调节控制，如工业生产的自动控制。利用计算机进行实时控制，既可提高自动化水平，保证产品质量，也可降低成本，减轻劳动强度。,4. 辅助设计 计算机辅助设计为设计工作自动化提供了广阔的前景，得到了普遍的重视。利用计算机的制图功能，实现各种工程的设计工作，称为计算机辅助设计，即CAD，如桥梁设计、船舶设计、飞机设计、集成电路设计、计算机设计、服

11、装设计等。 5. 智能模拟 智能模拟亦称人工智能。利用计算机模拟人类智力活动，以替代人类部分脑力劳动，这是一个很有发展前途的学科方向。第五代计算机的开发，将成为智能模拟研究成果的集中体现；具有一定“学习、推理和联想”能力的机器人的不断出现，正是智能模拟研究工作取得进展的标志。智能计算机作为人类智能的辅助工具，将被越来越多地应用于人类社会的各个领域。,6. 网络与通信 计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络解决了计算机之间的通信和各种资源的共享。目前遍布全球的因特网，已把地球上的大多数国家联系在一起，使得人类社会信息化程度日益提高，给人类生活的各个方面都带来便利。,随着大规模

12、集成电路工艺的发展，芯片的集成度越来越高，也越来越接近工艺甚至物理的极限。人们开始认识到，在传统计算机的基础上大幅度提高计算机的性能必将遇到难以逾越的障碍，而从基本原理上寻找计算机发展的突破口才是正确的道路。从物理原理上看，科学家们认为以光子、生物和量子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。,1.1.6 未来新型计算机,1.2 计算机的数制,1.2.1 数制的基本概念,1.基数 在一种数制中，只能使用一组固定的数字符号来表示数的大小，具体使用多少数字符号，称为该数制的基数。 1)十进制(decimal) 基数是10，它有10个数字符号，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。其中

13、，最大的数字符号是9，最小的是0。 2)二进制(binary) 基数是2，它只有两个数字符号，即0和1。,3)八进制(octal) 基数是8，它有8个数字符号，即0、1、2、3、4、5、6、7。其中，最大的数字符号是7，最小的是0。 4)十六进制(hexadecimal) 基数是16，它有16个数字符号，除了十进制中的10个数字符号外，还使用了6个英文字母。它的16个数字符号依次是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 其中，A-F分别代表十进制数中的10-15。,2.进制和位权 对于N进制，逢N进1是数制运算最基本的规则。 对于多位数，处在某一位上的“1”所表示数值

14、的大小，称为该位的位权，例如：十进制的第2位的位权为101，第3位的位权为102；而二进制第2位的位权为21，第3位的位权为22。一般情况下，对于N进制数，整数部分第i位的位权为Ni-1，而小数部分第j位的位权为N-j。,下面列举几个实例。 (1011)10=1103+0102+1101+1100 (1011)2=123+022+121+120=(11)10 (1011)8=183+082+181+180=(521)10 (1011)16=1163+0162+1161+1160=(4113)10 (8A)16=8161+10160=(138)10,1.2.2 数制之间的转换,1.非十进制数转换

15、成十进制数 要将非十进制数转换成十进制数，只需把非十进制数按位权展开求和即可。 (1)二进制数转换成十进制数。例如： (1001.11)2= 123+022+021+120+12-1+12-2 = 8 + 0 + 0 + 1 + 0.5 + 0.25 = (9.75)10,(2)八进制数转换成十进制数。例如： (25.64)8 = 281 + 580 + 68-1 + 48-2 =16 + 5 + 0.75 + 0.0625 = (21.8125)10,(3)十六进制数转换成十进制数。 例如： (CF.4A)16 = 12161 + 15160 + 416-1 + 1016-2 = 192 +

16、 15 + 0.25 + 0.0390625 = (207.2890625)10,2. 十进制数转换成非十进制数 十进制整数转换成二进制整数时，采用“除2取余”法。先得到的余数为二进制整数的低位，后得到的余数为二进制整数的高位。,【例1-1】 把十进制整数(28)10转换成二进制整数，结果是(11100)2,将十进制小数转换成二进制小数时，采用“乘2取整”法。第一个乘积的整数为转换结果的最高位，最后一个乘积的整数为转换结果的最低位。 【例1-2】 把十进制小数(0.375)10转换成二进制小数，结果是(0.011)2,上面的例子通过有限次“乘取整”过程而告结束。但是，有些情况可能是无限的，在出现无限的情况下，要根据精度的要求选取适当的位数。 如：(0.3)10转换成(0.010011001)2，无论二进制小数多少位都是十进制0.3的近似值。这说明十进制小数和二进制小数不是一一对应的。 同理，可将十进制数转换成八进制数和十六进制数，即“除8取余，乘8取整”和“除16取余，乘16取整”。,3. 二进制数、八进制数和十