第1章 计 算 机 基 础

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1、计 算 机 应 用 基 础,第1章 计 算 机 基 础 知 识,本章学习目标,计算机的发展历程、特点和应用;计算机中信息的表示;计算机系统的组成;多媒体计算机的概念。,第1章 计 算 机 基 础 知 识,1.1 计算机概述 1.2 计算机信息表示 1.3 计算机系统组成 1.4 多媒体技术概论,1.1计算机概述,1.1.1 计算机的发展1.1.2 计算机的特点及分类1.1.3 计算机的应用,1.1.1 计算机的发展,1946年，世界上第一台计算机（ENIAC）在美国诞生。这台计算机使用了18800个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电140千瓦，价格40多万美元，是一个昂贵耗电的“庞然大

2、物”。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而大大提高了运算速度。ENIAC每秒可进行5000次加法和减法运算、300次乘法运算，把计算一条弹道的时间缩短为30秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。,1.1.1 计算机的发展,1.第一代计算机：电子管计算机2.第二代计算机：晶体管计算机3.第三代计算机：集成电路计算机4.第四代计算机：大规模/超大规模集成电路计算机 5.第五代计算机：智能化计算机,1.1.2 计算机的特点及分类,1.计算机的特点计算机是一种能存储程序和数据、自动执行程序、快速而高效地完成对各种数字化信息处理的

3、工具。它有以下五个方面的特点：(1) 运算速度快:计算机的运算速度（也称处理速度）用MIPS（每秒百万指令）来衡量。 (2) 计算精度高:一般来说，现在的计算机有几十位有效数字，而且理论上还可更高。因为数在计算机内部是用二进制数编码的，数的精度主要由这个数的二进制码的位数决定，可以通过增加数的二进制位数来提高精度，位数越多精度就越高。,1.1.2 计算机的特点及分类,(3) 存储容量大、记忆力强。计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”（存储）大量的数据和计算机程序而不丢失，在计算的同时，还可把中间结果存储起来，供以后使用。(4) 具有逻辑判断能力、工作全自动。计算机在程序的执行过程中，会根

4、据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令。正是因为计算机具有这种逻辑判断能力，使得计算机不仅能解决数值计算问题，而且能解决非数值计算问题，比如信息检索、图像识别等。(5) 可靠性高、通用性强。由于采用了大规模和超大规模集成电路，现在的计算机具有非常高的可靠性。现代计算机不仅可以用于数值计算，还可以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造和办公自动化等，具有很强的通用性。,1.1.2 计算机的特点及分类,2.计算机的分类计算机按用途又可分为通用计算机和专用计算机。(1) 通用计算机超级计算机；大型计算机；小型计算机； 微型计算机；工作站。,图1.1 曙光超级计算机,1.1.

5、2 计算机的特点及分类,(2) 专用计算机专用计算机针对特定问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性，但它的适应性较差，不适于其他方面的应用。随着网络技术的发展，专用计算机以嵌入式系统为代表广泛应用于人们生产、生活的方方面面，对提高社会信息化水平具有巨大的促进作用。由于专用计算机涉及的专业知识较深，超出本书的范围，读者可查阅相关资料。,1.1.3 计算机的应用,由于计算机运算速度快、计算精度高、记忆能力强、可靠性高和通用性强等一系列特点，使其几乎进入了一切领域。概括起来，计算机的应用主要分以下几个方面。1.数值计算2.数据及事务处理3.自动控制与人工智能4.计算机辅助设计、辅助制造和辅助教育5

6、.通讯与网络,1.2 计算机信息表示,1.2.1 计算机中的数制1.2.2 信息基础知识1.2.3 数值数据信息的表示1.2.4 非数值数据信息的表示,1.2.1 计算机中的数制,数制指计数的方式。计算机中常用的数制有二进制、十进制和十六进制。1.二进制二进制指用2个数码0、1计数的方式。其特点是：逢二进一、借一为二；整数部分的位权为2，小数部分的位权为2，n、m分别为整数和小数的位数。通常，一个二进制数N可以写成如下形式：式中ai取值为0或1，2i-1或2-i为权，i的取值为-m n。,1.2.1 计算机中的数制,为区别不同进制的数，常用下标加以说明，如：(1011)2为二进制数、(1011

7、)10为十进制数、(1011)16为十六进制数。二进制数还可以用0b表示，如：0b1011。十六进制数也可以用0x或H表示，如：0x1011或24H。,1.2.1 计算机中的数制,二进制数的运算很简单，运算规则与十进制数类似，但要注意“逢二进一、借一为二”的特点。例如二进制加和乘的运算规则为： 000 000 011 010 101 100 1110 111,1.2.1 计算机中的数制,2.二进制数与十进制数的相互转换(1) 二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数的规则为：按权展开求和。即将每位的系数与相应的位权相乘，然后把每位乘积相加，得到的和就是对应的十进制数。 例1.2 试将转换为

8、十进制数。解： (1011.101)2123022121120121022123 80210.500.125 (11.625) 10,1.2.1 计算机中的数制,(2) 十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数需要分整数和小数两步来完成。整数部分的转换规则为：除2反序取余。小数部分的转换规则为：乘2正序取整。十进制整数转换为二进制数在十进制整数转换为二进制数的过程中，先将十进制数除以2，取出余数；然后将商不断除以2，取出每次的余数，直到商为0；最后，按“从后到前的顺序”读出余数，该余数即是所要得到的二进制数。,1.2.1 计算机中的数制,例1.3 试将(53)10转换为二进制数。 解： 故

9、：(53)10(110101)2,1.2.1 计算机中的数制,十进制小数转换为二进制数在十进制小数转换为二进制数的过程中，先将十进制小数乘以2，取出整数；然后将积的小数部分不断乘以2，取出每次的整数，直到积的小数部分为0；最后，按“从前到后的顺序”读出整数，该整数即是所要得到的二进制小数。例1.4 试将(0.375)10转换为二进制数。解： 故：(0.375)10(0.011)2,1.2.1 计算机中的数制,3.十六进制十六进制指用16个数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F的方式。计算机中每位十六进制数通常用4位二进制数来表示，它们的对应关系如表所示。,1.2.1

10、 计算机中的数制,十六进制数与二进制数之间的转换十分方便，只要把每位十六进制数转换成相应的二进制数，就得到了十六进制数对应的二进制数。反过来，只要把二进制数从小数点起，向左、向右每4位分成1组，不足4位的用“0”补齐，每组对应的十六进制数即是所转换的十六进制数。例1.5 试把(111101.111)2转换为十六进制数。 解： (111101.111)2(0011 1101.1110)2 (3D.E)16例1.6 试把0xFFF04转换为二进制数。 解： 0xF 0b1111 0x0 0b0000 0x4 0b0100故：0xFFF040b11111111111100000100,1.2.2 信

11、息基础知识,1.信息的特征 (1) 无处不在，无时不有(2) 信息可以传递和共享(3) 信息可以处理(4) 信息依附于载体,1.2.2 信息基础知识,2.数据信息 在计算机中，任何信息的存储和处理都是以数据形式实现的。计算机内部的数据分为数值型数据和非数值型数据 由于计算机只能识别0、1两个数码，因此，计算机中的数据都是二进制数。二进制的每一“位”记为bit或b。bit是计算数据信息的基本单元。在数据存储中，通常以8位二进制数为一组，这8个二进制位称为一个“字节”，记为Byte或B。字节是数据存储中最常用的基本单位。,1.2.2 信息基础知识,在实际应用中，字节单位太小，为了方便计算，引入了K

12、B、MB、GB、TB，它们的换算关系如下：1KB210B1024B1MB210KB1024KB1GB210MB1024MB1TB210GB1024GB习惯上1KB读作1千字节，但这里的“千”并不具有十进制数中“1000”的含义，它与十进制数中的“1024”等价。,1.2.3 数值数据信息的表示,1.机器数与真值在实际应用中，数不仅有正负，而且有小数。数的正负用“”、“”表示，而小数用“”表示。由于计算机不能识别正负号和小数点，因此必须把正负号和小数点加以数字化，才能被计算机运算时识别。通常，将计算机中数的最前一位用作符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。连同符号位一起表示的数称为机器

13、数，机器数所代表的数称为该机器数的真值。小数点的位置一般有两种约定。一是规定小数点的位置固定不变，这时机器数称为“定点数”；另一是规定小数点的位置可以变动，这时的机器数称为“浮点数”。,1.2.3 数值数据信息的表示,机器数可以表示的数值范围由计算机的字长决定。当字长为8位时，机器数的表示范围如下：无符号整数(11111111)2(255)10，即机器数的范围为0255。带符号整数(01111111)2(127)10，(11111111)2(127)10，即机器数的表示范围为127127。当字长为16位时，无符号整数的机器数表示范围为065535，而带符号位整数的机器数表示范围为3276732

14、767。字长为32位时的机器数表示范围依次类推。,1.2.3 数值数据信息的表示,2.原码、反码、补码(1) 原码规定正数的符号位为0，负数的符号位为1，其他位取真值的绝对值，用这种方法得到的码即是原码。(2) 反码正数的反码与原码相同，负数的反码为其原码除符号位外的各位按位取反。(3) 补码正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。补码与原码之间的转换比较方便，当对补码再求补码时，即可得到原码。,1.2.3 数值数据信息的表示,3.二十进制编码二十进制编码又称BCD编码，其编码方法是将每位十进制数统一用4位二进制数来表示。其中最自然简单的编码方法是8421码。所谓8421码是指从

15、左到右每一位对应的权分别是23、22、21、20，即8、4、2、1。8421码与十进制数之间的对应关系如下表所示。,1.2.4 非数值数据信息的表示,1.ASCII码字符的编码方案有很多，目前普遍采用的是ASCII码，即美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange）。这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符 2.汉字的编码 (1) 国标码：国标码又称交换码 (2) 机内码：机内码是汉字在计算机内部存储、处理、传输用的代码 (3) 输入码：输入码用于汉字输入，又称外码。(4) 字形码：字形码是汉字在显示器上显示或在打印机上打印时用来区分各种字体的编码。,