计算机发展和应用基础

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1、1.1 计算机的发展和应用,电子计算机的诞生 1世界上第一台计算机ENIAC，1946年2月在美国诞生，它不具备现代计算机的主要原理特征存储程序和程序控制。 2世界上第一台按存储程序功能设计的计算机EDVAC，美国1946年开始设计，1950年研制完成。 3世界上第一台实现存储程序功能的计算机EDSAC，英国1947开始设计，1949年5月投入运行。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的发展 电子计算机的发展按电子逻辑器件可划分为4个阶段： 1第一代计算机（从ENIAC问世20世纪50年代初期），电子管时代。 2第二代计算机（20世纪50年代中期20世纪60年代中期），晶体管时代。 3第三代计

2、算机（20世纪60年代中期20世纪70年代初期），中小规模集成电路时代。 4第四代计算机（20世纪70年代中期至今），大规模超大规模集成电路时代。,1.1 计算机的发展和应用,计算机分类 1按用途划分 （1）通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。 （2）专用机：用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。,1.1 计算机的发展和应用,2按规模划分 （1）巨型计算机：应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次，研制巨型机是衡量一个

3、国家经济实力和科学水平的重要标志。 （2）大/中型计算机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。 （3）小型计算机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。 （4）微型计算机：中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。 （5）工作站：工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形

4、、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。 （6）服务器：在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。,1.1 计算机的发展和应用,3按处理对象划分 （1）数字计算机：计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。 （2）模拟计算机：处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。 （3）数字模拟混合计算机：输入输出既可是数字也可是模拟数据。,1.1 计算机的发展和应用,计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有： 运算速度快； 计算精度高； 记忆能

5、力强； 可靠的逻辑判断能力； 可靠性高，通用性强。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。 1主频（时钟频率）：是指计算机CPU在单位时间内输出的脉冲数。它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位MHz。 2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。字长决定了计算机的运算精度。 3内存容量：是指内存贮器中能存贮的信息总字节数。通常以8个二进制位(bit)作为一个字节（Byte）。,1.1 计算机的发展和应用,4存取周期：存贮器连续二次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间，单位为纳秒。存储器完成一次“读”或“写”

6、操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间）。 5运算速度：是个综合性的指标，单位为MIPS（百万条指令/秒）。影响运算速度的因素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。 其他指标：机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容）、系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF）、系统的可维护性（平均修复时间MTTR）、机器允许配置的外部设备的最大数目、计算机系统的汉字处理能力、数据库管理系统及网络功能等。性能/价格比是一项综合性评价计算机性能的指标。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的应用范围，按其应用特点可分为科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统、多媒体技

7、术、计算机通信、人工智能。 计算机辅助系统：有计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。,1.2 计算机中信息的表示与存储,计算机的基本功能是对数据进行运算和加工处理。数据有两种，一种是数值数据，另一种是非数值数据（信息）。 无论哪一种数据在计算机中都是用二进制数码表示的。 计算机中只有二进制数值，所有的符号都是用二进制数值代码表示的，数的正、负号也是用二进制代码表示。数值的最高位用“0”、“1”分别表示数的正、负号。 采用二进制编码，它们具有运算简单、电路实现方便、成本低廉等优点。,1.2 计算机

8、中信息的表示与存储,十进制数 数码：0、1、23456789 基数：10 权：数码处于不同的位置表示的大小是不同的 十进制数的运算规则是：逢10进1。 二进制 计算机中的数据是以二进制形式存放的， 二进制数的数码是用0和1来表示的。 二进制的基数为2，权为2n， 二进制数的运算规则是：逢2进1。,1.2 计算机中信息的表示与存储,八进制 数码：0、1、2、3、4、5、 6、7。 八进制数基数为8，权为8n 八进制数的运算规则是：逢8进1。 十六进制 数码:0、1、 9、A、B、C、D、E、F基数:16，权为16n 运算规则是：逢16进1。 其中符号A对应十进制中的10，B表示11，F表示十进制

9、中的15。,1.2 计算机中信息的表示与存储,数制之间的转换 二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数 各种进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。 例1.1 将二进制数（1011.101）2转换成等值的十进制数。 （1011.101）2 = 123+022+121+120 +12-1 + 02-2+12-3= 8 + 0 + 2 + 1 +1/2 + 0 +1/8（11.625）10 八进制数和十六进制数均可按位权展开转换成十进制数。 例1.2 将（2576）8、（3D.B）16分别转换成十进制数。 （2576）8283+582781680（1406）10 （3D.B）163161131

10、6011161（61.6875）10,1.2 计算机中信息的表示与存储,十进制数转换为二进制数 对于十进制数的整数部分和小数部分在转换时须作不同的计算，分别求得后再组合。 1. 十进制整数转换为二进制数（除2取余法） 方法：逐次除以2，每次求得的余数即为二进制数整数部分各位的数码，直到商为0。 2. 十进制纯小数转换为二进制数（乘2取整法） 方法：逐次乘以2，每次乘积的整数部分即为二进制数小数各位的数码。 例1.3 把十进制数69.8125转换为二进制数。对整数部分69转换，得：（69）10（1000101）2 将小数0.8125转换为二进制小数，得：（0.8125）10（0.1101）2 因

11、此69.8125D=1000101.1101B,1.2 计算机中信息的表示与存储,二进制数与八进制数的互相转换 （1）二进制数转换成八进制数 二进制数转换成八进制数的方法是： 将二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位二进制数码分成一组，转换成八进制数码中的一个数字，连接起来。不足3位时，对原数值用0补足3位。 例1.4 把二进制数（11110010.1110011）2转换为八进制数。 011 110 010 . 111 001 1003 6 2 . 7 1 4,1.2 计算机中信息的表示与存储,（2）八进制数转换成二进制数 八进制数转换成二进制数的方法是：将每一位八进

12、制数写成相应的3位二进制数，再按顺序排列好。 例1.5 把八进制数（2376.14）8转换为二进制数。 八进制： 2 3 7 6 . 1 4 二进制：010 011 111 110. 001 100（2376.14）8（10011111110.0011）2 （3）二进制与十六进制的转换,1.2 计算机中信息的表示与存储,1.2 计算机中信息的表示与存储,一、ASCII码 ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）是美国信息交换标准代码的简称。ASCII码占一个字节，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII

13、码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩充ASCII码。7位二进制数给出了128个不同的组合，表示了128个不同的字符。其中95个字符可以显示，包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点符号等。另外的33个字符，是不可显示的，它们是控制码，编码值为031和127。例如回车符（CR），编码为13，如表1.2为ASCII码字符编码表。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字编码 在GB2312-80中共收录了汉字6763个，各种字母符号682个，合计7445个。这些汉字根据其常用程度又分为一级汉字、二级汉字。一级常用汉字3755个，以拼音为序，约占近代文献汉字累计使用频度99.9%左右；二级汉

14、字3008个，以偏旁部首为序。一级、二级汉字约占累计使用频度99.99%以上。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字机内码 计算机系统中用来表示中文或西文信息的代码称为机内码，简称内码 ASCII码是一种西文机内码，用一个字节表示。 汉字机内码用连续两个字节表示，每个字节的最高位是1。 GB2312-80的内码编码的范围为：A1A1HFEFEH。 汉字机内码与区位码的关系为： 汉字机内码高位字节区位码高位字节A0H 汉字机内码低位字节区位码低位字节A0H 例如，“”的区位码是0133，则： 高字节：（01）10+（A0）16=（01）16+（A0）16=（A1）16 低字节：（33）10+（

15、A0）16=（21）16+（A0）16=（C1）16 则“”的内码为A1C1。 又如，“山”的区位码是4129，则： 高字节：（41）10+（A0）16 =（29）16+（A0）16=（C9）16 低字节：（29）10+（A0）16=（1D）16+（A0）16=（BD）16 则“山”的内码为C9BD。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字输入码 汉字输入方法一般有两种实现途径：一是由计算机自动识别汉字，要求计算机模拟人的智能；二是由人来完成识别工作，将相应的计算机编码以手动方式用键盘输入计算机。 自动识别主要有3种方法： 一是利用汉字识别技术；二是利用语音识别技术；三是扫描识别输入， 键盘输

16、入方法。 汉字输入码主要分为4类：顺序码（无重码）、音码、形码和以汉字的音、形相结合的音形码或形音码。,1.3 计算机硬件系统,硬件系统的基本组成 计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器5部分组成。 CPU：控制器+运算器。 主机：控制器+运算器+内存储器。,1.3 计算机硬件系统,1、控制器：是计算机的控制中心，实现处理过程的自动化。计算机系统各个部件在控制器的控制下协调地进行工作： (1)、控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。 (2)、在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。 (3)、控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。 (4)、运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。,1.3 计算机硬件系统,2、运算器：运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，包括算术运算和逻辑运算，其内部有一个算术逻辑运算部件ALU（Arithmetical Logic Unit）和若干种寄存器。 运算器主要工作是数据处理（运算）和暂存运算数据。,