大学计算机基础知识

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1、大学计算机基础 (第2版)张钧良 张世波 编著第1章 计算机基础知识1.1 信息时代与计算机 1.2 计算机的运行基础 1.3 计算机硬件基础 1.4 计算机软件基础内容1.1.1 信息时代 1.1.2 电子计算机的诞生和发展 1.1.3 微型计算机 1.1.4 计算机的特点 1.1.5 计算机的性能指标 1.1.6 计算机的应用领域 1.1.7 计算机的发展展望 1.1.8 我国计算机的发展情况1.1 信息时代与计算机什么是Computer？（计算机）术语和概念 计算机（Computer）是一种能够接收 和存储信息，并按照存储在其内部的程序 (这些程序是人们意志的体现)对输入的信 息进行加工

2、、处理，得到人们所期望的结 果，然后把处理结果输出的高度自动化的 电子设备。 一、什么是信息信息是事物运动状态和特征的反映和表 示，它是社会的三要素（材料、能源、信 息）之一。 信息是经过加工、具有一定含义的且对 决策有价值的数据。数据和信息是密不可分的，信息之间的 联系又可以得到抽象层次更高的信息。1.1.1 信息时代与计算机二、信息的特征 信息在使用中不会有损耗。 信息可以大量地复制。 信息可以脱离所反映的事物而被保存 、传播。 信息可以不断增长。 所有事物都有信息。 （信息具有普遍性、无限性、寄载性、时效性、可处 理性、共享性、层次性、传递性）。1.1.1 信息与信息技术三、信息科技它由

3、信息的获取，信息的传输，信息 的处理和信息的应用这四部分所组成。 信息技术包括以下几方面1.1.1 信息与信息技术感测与识别技术 信息传递技术 信息处理与再生技术 信息使用技术n控制技术n显示技术现代信息技术是一种综合性的技术， 它的支柱技术是：计算机技术、通信技 术和控制技术，即3C技术。信息科技包括以下几方面：四、信息社会与计算机 计算机不仅是现代社会使用最广泛的 现代化工具,而且是信息社会的重要支柱 。信息社会与计算机密切相关。 20世纪90年代开始，信息革命悄然在 世界各地兴起。这意味着21世纪人类将 进入信息社会。 1.1.1 信息与信息技术一、电子计算机的诞生 世界上第一台计算机是

4、1946年2月在 美国诞生的，它的名字叫ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机 ，译作“埃尼克”)。 1.1.2 电子计算机的诞生和发展 二、电子计算机的发展电子计算机的发展，通常是按照计算机 中所采用的电子逻辑器件来划分阶段，可 以分成4个阶段：电子管计算机(第一代计 算机)、晶体管计算机(第二代计算机)、 中小规模集成电路计算机(第三代计算机) 、大规模超大规模集成电路计算机(第四 代计算机)，现在正在向智能计算机、神经 网络计算机和生物计算机的方向发展。 1.1.2 电子计算机的诞生和发展 一、微型计

5、算机的分类 按照计算机的规模、运算速度、使用 范围等综合考虑，可以把计算机分为： 高性能计算机、微型计算机（PC机）、 工作站、服务器、嵌入式计算机等。 1.1.3 微型计算机二、微型计算机的发展 以微处理器为核心的微型计算机属于 第四代计算机。微型计算机以微处理器 的型号为标志，微处理器的发展从1971 年Intel公司用PMOS工艺制成世界上第一 代4位微处理器4004算起，30多年的历史 ，迄今已发展了五代产品。 1.1.3 微型计算机一、计算机特点 处理速度快 存储容量大、存储时间长 计算精度高 具有逻辑判断能力 应用领域广泛1.1.4 计算机的特点二、微型计算机的特点 体积小，重量轻

6、 价格便宜，成本低 使用方便，运行可靠 对工作环境无特殊要求 1.1.4 计算机的特点一、计算机的性能指标主频主频即时钟频率，是指计算机CPU在单位时 间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了计 算机的运行速度。主频的单位是兆赫兹(MHz) ，如486DX/66的主频为66MHz，Pentium/100的 主频为100MHz，P4的主频在1GHz以上。1.1.5 计算机的性能指标字长字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进 制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大 的关系。字长决定了计算机的运算精度，字长越长，计 算机的运算精度就越高。其次，字长决定了指令直接寻址的能力。字长 也影响机器的运算

7、速度，字长长，计算机的运算 速度就快。 1.1.5 计算机的性能指标内存容量内存储器中能存储的信息总字节数称为 内存容量。单位是字节。（目前，P4型微 机的内存容量一般都在128MB以上）。也 有用所存储的二进制位的总数来表示存储 容量的。内存容量越大，处理数据的范围就越广 ，运算速度一般也快。 1.1.5 计算机的性能指标存取周期把信息代码存入存储器，称为“写”，把信息 代码从存储器中取出，称为“读”。存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时 间称为存储器的访问时间(或读写时间)，而连续 启动两次独立的“读”或“写”操作(如连续的两 次“读”操作)所需的最短时间，称为存取周期( 或存储周期)

8、。微型机的内存储器目前都由超大规 模集成电路制成，其存取周期很短，约为几十纳 秒（ns）左右。1.1.5 计算机的性能指标运算速度运算速度是一项综合性的性能指标，其单位 是MIPS(百万条指令/秒)。因为各种指令的类型不 同，执行不同指令所需的时间也不一样。过去以 执行定点加法指令作标准来计算运算速度，现在 用一种等效速度或平均速度来衡量。等效速度是 由各种指令平均执行时间以及相对应的指令运行 比例计算得出来的，即用加权平均法求得。影响 机器运算速度的因素很多，主要是CPU的主频和存 储器的存取周期。 1.1.5 计算机的性能指标v科学计算 v数据处理 v过程控制v计算机辅助系统 v计算机通信

9、 1.1.6 计算机的应用领域 十亿晶体管芯片下一代个人计算机嵌入式系统1.1. 7 计算机的发展展望 我国的计算机产业起步于50年代中期。自发展开 始，我国的计算机产业走过了坎坷的道路，大致可分 以下几个阶段。v面对封锁，走“自力更生、奋发图强”之路v改革开放，我国计算机产业实现两大转变v“抓应用，促发展”，培育市场成倍增长 v广泛普及计算机知识，PC进入家庭v推动国民经济信息化建设成绩斐然v软件产业与计算机研究同步发展1.1.8 我国计算机的发展情况1.2.1 进位计数制 1.2.2 二进制数的运算规则 1.2.3 信息在计算机内的表示 1.2.4 信息在计算机中的存储地址1.2 计算机的

10、运行基础一、进位计数制 数制进位计数制，是人们利用符号来计 数的方法 数制的种类：二进制、十进制、八进制、十 六进制、及十二进制、六十进制等。数制中的一些名词术语： 数码：用数字表示一种数制的数值 基：数制所使用的数码个数 权：某数制每一位所具有的值1.2.1 进位计数制十进制：10个数码 二进制：2个数码0和1，逢2进1。 十六进制：16个数码，0、1、2、3、4、 5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，逢16 进1一、进位计数制二进制、十六进制转换为十进制：按权 展开 十进制数转换为二进制数：n整数部分：“除2取余”法，即逐次除以2， 直至商为0，得出的余数即为二进制数各位的 数码。

11、 n小数部分：“乘2取整”法，即逐次乘以2， 从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数 码。 二、数制之间的转换二进制数与十六进制数的转换 二进制数转换成十六进制数的方法，是将 二进制数从小数点开始分别向左(对二进 制整数)或向右(对二进制小数)每4位组成 一组，每一组有4位二进制数，转换成十 六进制数码中的1个数字，连接起来即可 。不足4位的补0。 二、数制之间的转换一、 二进制数的算术运算规则二进制数的算术运算规则类似于十进 制数的运算。v加法规则 v减法规则 v乘法规则 v除法规则 1.2.2 二进制数的运算规则二、逻辑运算规则v 逻辑或运算v 逻辑与运算v 逻辑非运算 v 逻辑异或运算

12、 1.2.2 二进制数的运算规则一、二进制数的原码、补码和反码表示 整数的表示原码：最高位为符号位，其余为数值位，数值 部分用二进制数的绝对值表示的方法。+57原=00111001 -57原=10111001反码：正数的反码与原码相同，负数的反码符 号位为1，然后将原码的数值位各位取反。+57反=00111001 -57反=110001101.2.3 信息在计算机内的表示补码：正数的补码与原码相同，负数的 补码符号位为1，然后将原码的数值位各 位取反后最低位加1。+57补=00111001 -57补=11000111引出补码的目的是为了做减法，减法用补 码的加法来实现。这样运算器中只要有加 法

13、器和移位器就能完成加减乘除运算。1.2.3 信息在计算机内的表示【知】 X=+44，Y=+50，求X-Y？（用补码的 加法运算来求） 【解】 X-Y=X+(-Y)X=+101100，-Y=-110010，X补=0 101100，-Y补=1 001110X+(-Y) 补=X补+-Y补=0 101100+1 001110=1 111010 所以，真值X+(-Y)=-000110 即 X-Y=-6举例说明二、定点数和浮点数 所谓定点数和浮点数，是指在计算机中一个 数的小数点位置是固定的，还是浮动的，如 果一个数中小数点的位置是固定的，则叫定 点数，否则为浮点数。采用定点数表示法的 计算机叫定点计算机

14、，采用浮点数表示法的 计算机叫浮点计算机。1.2.3 信息在计算机内的表示1. 定点数表示法： （1）纯小数表示法：把小数点固定在数 值部分的最高位之前。 （2）整数表示法：把小数点固定在数值 部分的最后面。1.2.3 信息在计算机内的表示2. 浮点数表示法：小数点位置可以浮动的表示方法.一个浮点数包括阶码和尾数两个部分，阶码表示 这个数的范围，尾数表示这个数的精度。任一个二进制数N可以表示成：N2EM式中，M为数N的尾数或数码，E为指数，是数N的 阶码，是一个二进制整数。因此，一个浮点数分为 阶码和尾数两个部分。 1.2.3 信息在计算机内的表示1.2.3 信息在计算机内的表示对一个真值为+

15、23.25的十进制数，用浮 点数表示法表示其原码。(23.25)10(10111.01)2， 用浮点数表示其原码为：2+1010.1011101 ，则在机器中表示为：这里阶码和尾数都用原码表示，实际上往 往是尾数用补码表示，阶码用移码表示。 浮点数表示实例1.2.3 信息在计算机内的表示3.计算机中字符的表示方法 （1）西文字符的编码 计算机中的字符，目前世界上用ASCII码 (American Standard Code for Information Interchange)来表示 1.2.3 信息在计算机内的表示1.2.3 信息在计算机内的表示（2）汉字的编码v“GB2312-80” 汉

16、字编码：我国1981年公布的“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，是一种国家标 准编码。简称国标码。用连续的两个字节对一个汉字进行 编码，并且规定每个字节的最高位均为1。国标码用两个字节的16进制数表示，例如“文”的国 标码是“4E44H”，“中华人民共和国”的国标码分别是 “5650H、3B2AH、484BH、4371H、3932H、3A4DH、 397AH”。 1.2.3 信息在计算机内的表示（2）汉字的编码v “GB18030-2000”汉字编码：信息技术 信息交换 用汉字编码字符集 基本集的扩充新标准。GB18030于 2000年3月17日由信息产业部和国家技术监督局颁布，自 颁布之日起实施。该标准共收录了27000多个汉字，总编 码空间超过150万个码位。vGBK：是对