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1、第一章 计算机基础知识,1,第1章 计算机基础知识,1.1 概 论 1.2 计算机的数制 1.3 计算机中的数据表示 1.4 计算机系统组成 1.5 计算机与网络信息安全,2,1.1 概 论,1.1.1 计算机简史 1.1.2 计算机的特点 1.1.3 计算机的分类 1.1.4 计算机的发展趋势 1.1.5 计算机应用领域 1.1.6 我国计算机的发展,3,1.1.1 计算机简史,4,结绳计数 数字文字发明前算 筹 商周时代算 盘 中国唐代 第一种手动式计数器计算尺 1622年，英国William Oughtred手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算加法器 1642年，法国Blaise Pa
2、scal机械式，只能做加法计算器 1673年，德国Gottfried Leibniz机械式，加、减、乘、除和开方差分机 1812年，英国Charles Babbage分析机 1834年，英国Charles Babbage,将毛笔、砚、印章等结合在一起，形成一套珠算记录工具。,古印加人的结绳,我国汉代的琉璃算筹,5,查尔斯.巴贝奇 1812年差分机 1834年分析机,差分机和分析机,三部分组成： (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库； (2)运算装置； (3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,史料：查尔斯.巴贝奇,6,Howard Aiken博士发现了查尔斯.巴贝
3、奇的论文, 在IBM的支持下，用机电方式制造了MARK I MARK II和 MARK III是电子计算机,MARK I计算机 （1944年）,51尺长 重5吨 750,000部份合并而成,有72个累加器，每一个有自己的算术部件，及23位数的寄存器。,7,阿兰图灵和冯诺依曼,史料：阿兰.图灵冯诺依曼,计算机科学奠基人 英国科学家 阿兰.图灵,主要贡献：建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础提出图灵测试，阐述了机器智能的概念,电子计算机之父： 美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼,美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖,主要贡献：与同事研制人类第二台计算机EDVAC“存储程序”概念 冯诺依曼计算机
4、奠定了现代计算机体系结构和工作原理,电子计算机的问世 1946年， 历史上真正注册的第一台计算机诞生了，它的名字叫ENIAC。由于它是第一台注册专利的计算机，所以后人就将它公认为第一台计算机。,8,1946年2月由宾州大学研制的ENIAC 电子计算机时代的到来,Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,重达30吨 占地250m2 启动功耗150000瓦 18000个电子管,每秒5千次加减运算 没有存储器 采用十进制,计算机发展的四个阶段,9,电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路,1.1.2 计算机的特点,1. 计算机的
5、特点： （1）具有快速运算的能力 （2）具有逻辑判断和记忆功能 （3）高度的自动化 （4）通用性强 （5）计算精度高,10,1.1.3 计算机的分类,11,按综合性能指标分类,计算机的分类,12,按处理数据类型分类,数字计算机:所处理的数据是数字量，处理后的结果仍以数字的形式输出。,混合计算机:可以接受模拟量或数字量的运算，最后以连续的模拟量或离散的数字量为输出结果,模拟计算机:所处理的数据是连续的，称为模拟量机。,计算机的分类,13,按用途分类,通用机:面向多种应用领域和算法的计算机。,专用机:针对某一特定应用领域或面向某种算法而研制的计算机，如：工业控制机等。,1.1.4 计算机发展趋势,
6、1巨型化 2微型 3网络化 4多媒体化 5智能化,14,1.1.5 计算机的应用领域,（1）科学计算 （2）信息处理 （3）过程控制 （4）计算机辅助系统 （5）通信与网络另外，计算机在信息高速公路和电子商务等领域也得到了快速发展。,15,1.1.6 我国计算机的发展,1958年组装调试成功第一台电子管计算机（103机） 1959年研制成大型通用电子管计算机（104机）， 1960年研制成第一台我国自己设计的通用电子管计算机（107机） 1964年我国开始推出第一批晶体管计算机，如108、109机以及320机等 1971年研制成第三代集成电路计算机，如150机。 1974年后DJS-130晶体
7、管计算机形成了小批量生产。 1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-150机 1983年国防科技大学推出向量运算速度达1亿次的银河I型巨型计算机。,16,1.1.6 我国计算机的发展,1997年银河III投入运行，速度每秒130亿次，内存容量为9.15GB。 20世纪90年代以来，我国微型计算机形成大批量、高性能的生产局面，并且发展迅速，而且还产生了许多我国自己的知名微型计算机品牌，如联想等。 2009年10月中国国防科技大学研制成功的中国运算速度最快的超级计算机“天河一号” 2013年5月，我国研制成功世界上首台5亿亿次(50PFlops)超级计算机“天河二号”,17,18,“
8、天河二号”超级计算机,1.2 计算机的数制,1.2.1 数制概述 1.2.2 数制间的转换 1.2.3 二进制的算术运算 1.2.4 二进制的逻辑运算,19,1.2.1 数制概述,20,生活中我们常用的十进制数，实际上是一种各位带权的编码 678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2,N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m,r进制数 N可表示 为：,推广之，一个R进制数可用 r个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示数值,基数,权,数码,21,计算机能够识别和处理的信号都是二进制数字信号。二进制是逢二进一的数字表示方法，原因有四点： 1电路
9、简单计算机是由逻辑电路组成的，逻辑电路通常只有两个状态。如：开关的“通”和“断”，电压的“高”和“低”。这两种状态正好用二进制的0和1来表示。 2工作可靠两种状态电路表示两个数据，数字传输和处理不容易出错，因而电路更加可靠。 3简化运算二进制运算法则简单，便于用逻辑电路实现。如一位二进制加法运算法则只有4条：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(进位) 而一位十进制数的加法运算法则有100条。 4逻辑性强计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。二进制只有两个数码，正好代表逻辑代数的“true（真）”和“false（假）”。,1.2.2不同进位计数制间的转
10、换,22,1十进制与二进制的相互转换,（1）二进制数十进制数：以2为基数按权展开并相加。 二进制数用(N)2表示。如：(0)2，(1)2，(10)2，(101)2等。 二进制数转换为十进制数常用公式：Mn2n-1+Mn-12n-2M221+M120其中：M为每位二进制数(0或1)，N为二进制位数。例：求(1101.101)2的等值十进制数。 (1101.101)2 = 123 + 122 + 021 + 120 + 12-1 + 02-2 + 12-3 = 8 + 4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0.125 = (13.625)10,23,1十进制与二进制的相互转换,（2）十进制数
11、二进制数：整数部分和小数部分分别用不同的方法进行转换。整数部分的转换采用的是: 除以 2取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分的转换采用的是: 乘以2取整数，整数从左到右排列。,24,例：把(13.625)10转换为二进制数。,25,提示：在小数转换时，有些十进制小数不能转换为有限位的二进制小数，则只有用近似值表示。例：(0.57)10不能用有限位二进制表示，如果求6位小数近似值，则得(0.57)10 (0.100100)2,2十进制与八进制的相互转换,八进制数十进制数：以8为基数按权展开并相加。(125.5)8=1x82+2x81+5x80+5x8-1=64+16+5+0.625=
12、85.625,26,2十进制与八进制的相互转换,十进制数八进制数：整数部分，除8取余；小数部分，乘8取整。 (212.54)10 ：(212.52)10 324.412,27,3十进制与十六进制的相互转换,十六进制数十进制数：以16为基数按权展开并相加。 十进制数十六进制数：整数部分，除16取余；小数部分，乘16取整。,28,4二进制与八进制的相互转换,（1）二进制数八进制数：二进制数转换成八进制数所采用的转换原则是：“三位并一组 ”，即以小数点为界，整数部分从右向左每3位为一组，若最后一组不足3位，则在最高位前面添0补足3位，然后将每组中的二进制数按权相加得到对应的八进制数；小数部分从左向右
13、每3位分为一组，最后一组不足3位时，尾部用0补足3位，然后按照顺序写出每组二进制数对应的八进制数即可。 例：把(1101001.1011)2转换为八进制数。(1101001.1011)2 = (001) (101) (001) . (101) (100) = (151.54)8,29,4二进制与八进制的相互转换,（2）八进制数二进制数：八进制数转换成二进制数的转换原则是：“一位拆三位”，即把一位八进制数写成对应的3位二进制数，然后按顺序连接即可。例：把(166.47)8转换为二进制数 (166.47)8 = (1)(6)(6).(4)(7) =(001) (110) (110). (100)(
14、111)2 (166.47)8 = (1110110. 100111)2,30,5二进制与十六进制的相互转换,二进制数十六进制数：转换原则是“四位并一体”。 十六进制数二进制数：十六进制数转换成二进制数的转换原则是：“一位拆四位”，即把一位十六进制数写成对应的4位二进制数，然后按顺序连接即可。 例：把(5D.7A4)16转换为二进制数。 (5D.7A4)16 = (0101) (1101) . (0111) (1010) (0100) =(1011101.0111101001)2,31,1.2.3 二进制数的算术运算,32,1.二进制数的加法运算: 逢二进一,2.二进制数的减法运算: 借一当二
15、,加法运算法则 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0,减法运算法则 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1,33,3.二进制数的乘法运算,乘法运算法则 00=0 01=10=0 11=1,减法运算法则 00=0 01=0 11=1,4.二进制数的减法运算,1.2.4 二进制数的逻辑运算,34,1. 逻辑非运算,逻辑非的真值表,2. 逻辑与运算,逻辑与的真值表,35,3. 逻辑或运算,逻辑或的真值表,4逻辑异或运算,逻辑异或的真值表,1.3 计算机中的数据表示,1.3.1 数据的单位 1.3.2 数的表示 1.3.3 常用信息编码,36,1.3.1 数据的单位,37,计算机内部，数据存
16、储和运算时，通常要涉及的单位和术语有： 1位：计算机中数据都是以二进制来表示的，一个二进制代码称为一位，记为bit。位是计算机中最小的信息单位。 2字节： 将八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为Byte。字节是计算机中最基本的存储单位。 3字：一条指令或一个数据信息称为一个字。字是计算机信息交换、处理、存储的基本单元。,4字长： CPU中每个字所包含的二进制代码的位数，称为字长。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，数据所包含的位数越多，精度越高。 5指令 指挥计算机执行某种基本操作的命令称为指令。一条指令规定一种操作，由一系列有序指令组成的集合称为程序。 6容量 容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位是B、KB、MB、GB、TB，它们之间的换算关系是：1KB=1024B， 1MB=1024KB，1GB=1024MB ，1TB=1024GB 。,
