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1、计算机基础与应用第1章 计算机基本概念与基础知识第一节 计算机基本概念一、计算机概况1、第一台计算机的诞生世界上第一台电子计算机于1946年在美国研制成 功，取名 ENIAC ，全称“Electronic Numerical Integrator And Calculator”，即“电子数字积分机” ，由宾西法尼亚大学物理学家约翰莫奇利教授和埃 克特博士等人设计制造。ENIAC这台计算机使用了 18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电 140千瓦，耗资40多万美元。但ENIAC每秒只可进 行5000次加法运算，和今天的计算机无法相比。2、电子计算机的发展概况计算机 发展阶段速度(
2、 次 每秒 ）起止 年份代表机 型 硬 件 软件应用 范围电子元件主存储器第一代几千 至几 万1946 1957ENIAC/ EDSAC电电子管水银延迟 线机器语 言、汇 编程序科学 计算第二代几十 万1958 1964IBM7090 /UNIVA CII/ TRADIC晶体管磁芯高级程 序设计 语言科学计 算/数据 处理/工 业控制第三代几十 万 至几 百万1965 1969IBM360/ HONEY WELL60 00/F230中小规规 模集成 电电路磁芯/半导 体存储器操作系 统/多 种高级 程序语 言广泛应 用于众 多科学 领域第四代几百 万 甚至 上 亿1970 至今IBM4300
3、/IBM900 0等大规规模 集成电电 路半导体 存储器操作系 统语 言 的完善/ 应用软 件已形 成产业计算机 应用已 经深入 到社会 生活各 方面3、计算机工作原理计算机的工作过程就是执行程序的过程，程序中的 每一个操作步骤都是指示计算机做什么和如何做的 命令，这些用以控制计算机、告诉计算机进行怎样 操作的命令称为计算机指令。只要这些指令能被计 算机理解，则将程序装入计算机并启动该程序后， 计算机便能自动按编写的程序一步一步地取出 指令 ，根据指令的要求控制机器各个部分运行。这就是 计算机的基本的工作原理，我们现在的计算机都是 根据美籍匈牙利科学家冯诺依曼提出的工作原理设 计制造的，也称为
4、冯诺依曼思想。(1)计算机采用二进制形式表示数据和指令，即计算 机接受的信息只有0和1两个信号 (2)计算机的硬件设备主要有 、 、 和 (3)计算机能够实现程序的存贮自动运行冯诺依曼思想:输入设备 运算器 逻辑控制器存贮器输出设备输入设备：负责向计算机发送各种指令的设备， 如键盘和鼠标等。运算器与逻辑控制器：合称为中央处理器 (CPU)，它是计算机的核心部件，负责数据的 各种运算以及向其它部件发出各种控制信息。存贮器：是指可以和CPU直接交换信息的主存贮器( 又称为内存贮器)，功能是存放程序和数据。输出设备：负责将计算机的处理结果转换成人们或 其它设备所能接收的形式，如显示器和打印机等。二、
5、计算机的分类和特点1、计算机的分类(1)巨型机：指运算速度达每秒1亿次以上的高性能计算机。主要用于军事、气象和尖端科技方面。 (2)大型机：速度、规模上次于巨型机。主要用于机关企业、高校等部门。 (3)小型机：速度、规模上次于大型机。主要用于中小企事业单位。 (4)微型机：速度、规模上次于小型机。又称为“个人计算机“(Personal Computer)，简称PC。所以主要用于个人。 2、计算机的特点(1)运算速度快：计算机的高速运算大大提高了工作效率，解决了很多复杂的科学问题。 (2)计算精度高：精度取决于表示数据的二进制位数，称为机器字长。字长越长，精度越高 。 (3)存储功能强：冯诺依曼
6、原理最重要之处就是“程序存储”。即要让计算机工作就是要先把编制好的程序输入计算机的存储器中存储起来，然后准确无误地依次取出指令执行。 (4)具有逻辑判断能力：计算机可以对文字或符号进行判断和比较，进行逻辑推理和证明。 (5)具有自动运行的能力：计算机可以把事先编制好的程序存储起来，再依次取出自动执行。三、计算机的应用1、数值计算与分析 2、信息处理 3、自动控制与实时处理 4、计算机辅助工程(1)计算机辅助设计(简称CAD)(2)计算机辅助制造(简称CAM)(3)计算机辅助教学(简称CAI) 5、人工智能第二节 计算机数据表示一、常用数制及其相互转换在计算机内部，信息广泛采用二进制形式表示，有
7、时还 会使用十进制、八进制、十六进制。十进制：使用广泛，主要用在计算机外部。特点：一是 十进制由十个不同的数字组成：0、1、2、3、4、5、6、 7、8、9，即基数为“10”；二是十进制遵循每相邻两位“ 逢十进一”的原则。1389.57203 2 1-1 -2 -3十进制数的展开：例 (1389.572)10=1103+3102+8101+9100+510-1+710-2+210-3二进制数的展开：例 (110101.101)2=125+124+023+122+021+120+12-1+02-2+12-3110101.10103 2 1-1 -2 -345二进制：用于计算机内部描述各种信息的一
8、种数制。特点 ：一是二进制由“0”和“1”两个符号构成，即基数为“2”；二 是每相邻两位遵循“逢二进一”的原则。八进制：是为了弥补二进制数字过长而出现在计算机中 的，它们主要用来描述存储单元的地址。特点：一是八 进制由八个不同的数字组成：0、1、2、3、4、5、6、7 ，即基数为“8”；二是八进制遵循每相邻两位“逢八进一” 的原则。八进制数的展开：例 (2673.412)8=283+682+781+380+48-1+18-2+28-32673.41203 2 1-1 -2 -3十六进制数的展开：例 (3C9A.0F5)16=3163+12162+9161+10160+016-1+1516-2+
9、516-33C9A.0F50321-1 -2 -3十六进制：也是为了弥补二进制数字过长而出现在计算机 中的，它们也主要用来描述存储单元的地址。特点：一是十 六进制由十六个不同的数符组成：0、1、2、3、4、5、6、7 、8、9、A、B、C、D、E、F，即基数为“16”；二是十六进 制遵循每相邻两位“逢十六进一”的原则。数制之间的相互转换：1、二进制与十进制之间的相互转换(1)二进制数转换成十进制数 把一个二进制数转换成十进制数，只需将二进制数按权展 开求和即可，称为“乘权求和”法。例(10110.011)2=124+023+122+121+020+02-1 +12-2+12-3=16+0+4+
10、2+0+0+0.25+0.125=(22.375)10(2)十进制数转换成二进制数十进制整数部分转换成二进制数：“除2取余”法 十进数小数部分转换成二进制数：“乘2取整”法例 (236.439)10=(11101100.0111)2236 118 59 29 14 7 3 1 02 22 2 22220 0 1 11 1 1010110.4392 0.8782 0.7562 0.5122 0.0242、二进制与八进制之间的相互转换 (1)二进制数转换成八进制数 将二进制数以圆点为起点，向左/向右每三位用括号括起来 ， 不足三位用0补齐，然后分别把每个括号中的二进制数转换 成十进制数，最后把这些
11、十进制数合并起来即为八进制数。 例 (10011.11)2=(23.6)8(10011.11)2(010)(011).(110)2236(2)八进制数转换成二进制数 将八进制数中的每一个数看作一个十进制数，再把每一个 十进制数转换成相应的二进制数，但要求满足三位长度， 最后把这些二进制数合并起来即可。 例 (23.6)8=(10011.11)2(23.6)8010 011 110(10011.11)23、二进制与十六进制之间的相互转换 (1)二进制数转换成十六进制数 将二进制数以圆点为起点，向左/向右每四位用括号括起来 ， 不足四位用0补齐，然后分别把每个括号中的二进制数转换 成十进制数，最后
12、把这些十进制数合并起来即为十六进制数 。 例 (10011.11)2=(13.C)16(10011.11)2(0001)(0011).(1100)213C(2)十六进制数转换成二进制数 将十六进制数中的每一个数看作一个十进制数，再把每一 个十进制数转换成相应的二进制数，但要求满足四位长度 ，最后把这些二进制数合并起来即可。 例 (13.C)16=(10011.11)2(13.C)16000100111100(10011.11)2二、计算机中数据的表示方法计算机中可直接表示和使用的数据分为两大类， 即数值数据和非数值数据。其中非数值数据又称符 号数据。 数值数据用来表示数量的多少，它包括定点小数
13、 、整数、浮点数和十进制数串四种类型。它们通常 都带有表示数值正负的符号位。 而符号数据则用于表示一些符号标记。如英文字 母、数字、标点符号、运算符号、汉字、图形、语 言信息等等。由于在计算机中，这些数据都是用二 进制编码的，所以，这里提到的数据的表示，实质 上是它们在计算机中的组成格式和编码方法。 三、非数值数据的表示非数值数据不表示数量的多少，只表示有关符号。 1) 字符编码 计算机中的字符按一定的规则用二进制编码表示， 一般是用八个二进制位进行编码的，目前最普遍采 用的编码是ASCII（American Standard Code for Information Interchange）
14、即“美国信息交换标准码” 。这种编码规定：八个二进制位的最高位为零，余 下的七位可进行编码。因此，可表示128个字符，这 其中的95个编码对应着计算机终端能敲入并可显示 的95个字符，另外的33个编码对应着控制字符，它 们不可显示。2) 汉字编码 对于汉字，在计算机中通常用两个字节编码表示。我 国制定了“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码 ”，简称国标码，代号“GB2312-80”。该编码集中收录 了汉字和图形符号7445个，其中一级汉字3755个，二 级汉字3008个，图形符号682个。第三节 计算机系统组成硬件系统：构成计算机的各个元器件。计算机系统软件系统：存在于计算机中用于完成各种
15、功能的数据或程序。一、计算机的硬件系统打印机硬件系统运算器控制器存储器输入设备输出设备中央处理器(CPU)内存储器外存储器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)硬盘软盘光盘键盘鼠标显示器二、微型计算机的硬件系统1、主机箱：主机的外壳，正面提供电源开关，重启键；背面提供电源插座，用于连接电源 ，还提供串行口用于连接鼠标，并行口用于连接打印机。 并行口孔串行口针2、微处理器：即微机的中央处理器(CPU)，由运算器和控制器组成。运算器负责数据的运算，控制器负责指挥控制计算机各部件有条不紊的工作。目前主要有Intel和AMD两种微处理器，运算频率可高达3GHZ。3、内存储器：也叫主存储器，用来存放当
16、前计算机运行所需的程序和数据。 (1)随机存储器(RAM):用于暂存计算机工作时的数据 和程序。具有信息易失性，需要电力来维持其内 的数据。 (2)只读存储器(ROM):用于存放专用或固定的程序和 数据。信息永久保留，不需要电力来维持其内的 数据。存储容量单位：位(bit)：计算机中最小的信息单位。字节(Byte)：计算机中存储容量的最小单位。1字节=8位 即 1Byte=8bits1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB计算机中1个字符占据的存储空间为1Byte1个汉字占据的存储空间为2Byte4、磁盘存储器：利用磁性介质制成的存储器，可以永久保留。 (1)软盘：容量较小，读写速度慢，但便于携带。3.
