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1、 微机与PLC第1部分 计算机基础电子信息与电气工程电子信息与电气工程系系 李建兴李建兴 ( ()第1章 计算机概论n1.1 1.1 什么是计算机什么是计算机n1.2 1.2 计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展n1.3 1.3 计算机的分类计算机的分类n1.4 1.4 计算机的特点计算机的特点n1.5 1.5 计算机的应用计算机的应用n1.6 1.6 计算机的发展趋势计算机的发展趋势 n1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示 1.2 计算机的诞生与发展计算机的诞生计算机的诞生 1946年年2月世界上第一台数字电子计算机月世界上第一台数字电子计算机ENIAC（Electronic
2、 Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机）在美国，电子数字积分计算机）在美国宾夕法尼亚大学诞生。宾夕法尼亚大学诞生。1.2 计算机的诞生与发展逻辑元件逻辑元件设计语言设计语言运算速度运算速度内存容量内存容量第一代第一代第一代第一代1949-19571949-19571949-19571949-1957电子管电子管机器语言或机器语言或汇编语言汇编语言几千次每秒几千次每秒几几KB第二代第二代第二代第二代1958-19641958-19641958-19641958-1964晶体管晶体管FORTRANALGOL COBOL几十万次每几十万次每秒秒几
3、十几十KB第三代第三代第三代第三代1965-19701965-19701965-19701965-1970中、小规模中、小规模集成电路集成电路操作系统和操作系统和会话式语言会话式语言百万次每秒百万次每秒第四代第四代1971-1971-大规模或超大规模或超大规模集成大规模集成电路电路几百万亿次几百万亿次每秒每秒第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，可像人一第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等1.2 计算机的诞生与发展n微型计算机属于
4、第四代计算机。微型计算机属于第四代计算机。 n在在微微处处理理器器集集成成度度不不断断提提高高的的同同时时，性性能能也也在在飞飞速速增增强强。集集成成度度愈愈高高，芯芯片片内内部部集集成成的的功功能能部部件件就愈多，芯片内部结构也愈加复杂。就愈多，芯片内部结构也愈加复杂。n从从其其时时钟钟频频率率来来说说，由由开开始始的的8086(88)的的5MHz，增增加加到到Pentium-的的600MHz。这这还还不不是是最最快快的的微微处处理理器器，今今天天就就有有达达到到1000MHz以以上上的的处处理器。理器。1.3 计算机的分类n按计算机中信息的表示形式分类按计算机中信息的表示形式分类 （1）电
5、子数字计算机）电子数字计算机 （2）电子模拟计算机）电子模拟计算机 （3）数模混合计算机）数模混合计算机1.3 计算机的分类n按计算机的应用范围分类按计算机的应用范围分类 （1）专用计算机）专用计算机 （如：（如：IPC、PLC等）等） （2）通用计算机）通用计算机 1.3 计算机的分类n按计算机规模分类按计算机规模分类 1. 巨型机巨型机运算速度快、存储容量大，可达1亿次每秒以上运算速度，主存容量高达几百兆至几千兆字节，字长可达64位2. 大型机大型机运算速度一般在100万次/秒几千万次/秒，字长32位64位，主存容量在几百兆字节以上。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系
6、统。3. 中型机中型机中型机规模介于大型机和小型机之间。4. 小型机小型机规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而得以广泛推广应用。5. 微型机微型机采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。6. 工作站工作站工作站实际上就是一台高档微机，运算速度快，主存储器容量大，易于联网，特别适合于CAD/CAM和办公室自动化。1.4 计算机的特点1. 运算速度快高性能计算机每秒能进行10亿次加减运算2. 计算精度高一般的计算机均能达到15位有效数字3. 记忆能力强存储器的容量可以做得非常大，能记忆大量
7、信息。既能记忆各类数据信息，又能记忆处理加工这些数据信息的程序4. 复杂的逻辑判断能力5. 具有执行程序的能力计算机是个自动化程度极高的电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序1.5 1.5 计算机的应用计算机的应用1. 科学计算科学计算在自然科学中，诸如数学、物理、化学、天文、地理等领域；在工程技术中，诸如航天、汽车、造船、建筑等领域，计算工作量是非常大的2. 信息处理信息处理已广泛地应用于办公室自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、电影电视动画设计、会计电算化、图书管理、医疗诊断等各行各业3.实时控制实时控制微机控制系统除了应用于工业生产外，还广泛应用于交
8、通、邮电、卫星通信等4.计计算算机机辅辅助助系统系统(1)计算机辅助设计。已广泛应用于服装、机械、飞机、船舶、水坝、集成电路等设计中(2)计算机辅助制造。直接控制产品的加工和生产(3)计算机辅助教学。CAI课件的CAI；利用计算机网络的远程教育5. 人工智能人工智能利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断专家系统、推理证明等各方面1.6 计算机的发展趋势计算机的发展趋势n巨型化巨型化n微型化微型化 n网络化网络化1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示 数制数制 十十 进进 制制 二二 进进 制制 八八 进进 制制 十十 六六 进进 制制 基数基数R102816位权位权Rk10
9、k2k8k16k数字符数字符号号0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,10,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F进位规进位规则则逢十进一逢十进一逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十六进一逢十六进一计算机中常用的几种数制计算机中常用的几种数制1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示 为了方便运算，计算机中对有符号数常采用为了方便运算，计算机中对有符号数常采用3种表示方法，即原码、补码和反码。种表示方法，即原码、补码和反码。（1）原码）原码正正数数的的符符号号为为0，负负数数的的符符号号为为1，其其它它
10、位位按按一一般般的方法表示数的绝对值。的方法表示数的绝对值。原原码码简简单单易易懂懂，但但用用这这种种码码进进行行两两个个异异号号数数相相加加或两个同号数相减时都不方便。或两个同号数相减时都不方便。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示（2 2 2 2）反码）反码）反码）反码正正数数的的反反码码与与原原码码相相同同，负负数数的的反反码码为为其其原原码码除符号位外的各位按位取反（除符号位外的各位按位取反（0变变1，而，而1变变0）例如：例如：1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示（3）补码）补码正正数数的的补补码
11、码与与其其原原码码相相同同，负负数数的的补补码码为为其其反反码码在其最低位加在其最低位加1。例如：例如：1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示综上可见：综上可见： (1) 对于正数，原码对于正数，原码=反码反码=补码。补码。 (2) 对于负数，补码对于负数，补码=反码反码+1。 (3) 引入补码后，使减法统一为加法。引入补码后，使减法统一为加法。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示（4 4）定点数）定点数定点数是一种小数点位置固定的数。定点数是一种小数点位置固定的数。 在计算机中，常把小数点固定在最高位之前，
12、称为纯小数，比如0.1011101；或者把小数点固定在最低位之后，称为整型数，如01110001。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.1 数值型信息的表示（5）浮点数）浮点数n浮点数是小数点位置不固定的数，也是一种指数浮点数是小数点位置不固定的数，也是一种指数表示法。表示法。n如110.011可表示为： N=110.011=1.100112+10=0.1100112+111.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.2 字符型信息的表示 字字符符型型信信息息包包括括数数字字、字字母母、符符号号和和汉汉字字，它它们们在在计计算算机机中中都都是是用用二二进进制
13、制数数编编码码的的形形式式来来表表示的，并为此制定了国际或国家标准。示的，并为此制定了国际或国家标准。n（1）字符编码（ASCII码）n（2）汉字编码1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.3 图形图像信息的表示(1) (1) 位图图像位图图像（Bitmap）：）： 它是通过图像扫描仪或数码摄像机采集并输它是通过图像扫描仪或数码摄像机采集并输入到计算机的图像，是由入到计算机的图像，是由离散行列组成的图像点离散行列组成的图像点阵，称为数字图像阵，称为数字图像。 计计算算机机上上的的图图像像以以多多种种格格式式进进行行存存储储。如如微微机机中中常常用用的的位位图图格格式式的的文
14、文件件扩扩展展名名为为：.BMP、.PCX、.TIF、.JPG和和.GIF等。等。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.3 图形图像信息的表示(2) (2) 矢量图形矢量图形（Vector Graphics）：）： 矢矢量量图图形形是是用用一一组组描描述述构构成成该该图图形形的的所所有有图图形形单单元元（如如点点、直直线线、圆圆、矩矩形形、曲曲线线等等）的的位位置、形状等参数的指令来表示该图形。置、形状等参数的指令来表示该图形。 计计算算机机中中常常用用位位图图来来表表示示图图像像，而而用用矢矢量量图图来表示图形。来表示图形。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息
15、的表示1.7.4 视频信息的表示 视视频频（Video）是是由由一一幅幅幅幅静静止止的的图图像像（称称为为帧帧frame）组组成成的的序序列列。这这些些静静止止图图像像以以一一定定的的速速率率（即即每每秒秒显显示示的的帧帧数数目目frames per second，称称为为帧帧率率fps）连连续续地地显显示示在在屏屏幕幕上上。典典型型的的帧帧率率从从24 fps到到30 fps，这这样样的的视视频频图图像像看起来是平滑和连续的。看起来是平滑和连续的。1.7 1.7 计算机中信息的表示计算机中信息的表示1.7.5 音频信息的表示 声声音音或或音音频频信信息息在在计计算算机机中中常常以以数数字字音
16、音频频的的形形式式表表示示。数数字字音音频频是是声声波波数数字字化化的的结结果果。数数字字化化就就是是将将连连续续的的声声音波形离散化，主要包括采样和量化。音波形离散化，主要包括采样和量化。 数数字字音音频频的的质质量量取取决决于于采采样样频频率率和和量量化化位位数数，采采样样频频率率越越高高、量量化化位位数数越越多多，音音频频质质量量就就越越好好。计计算算机机中中，声声音音的的采采样样频频率率为为40 kHz左左右右，量量化化位位数数有有8位位、16位位或或32位。位。第第2章章 微型计算机微型计算机n2.1 微型计算机硬件组成及原理微型计算机硬件组成及原理n2.2 微型计算机软件系统微型计算机软件系统n2.3 微型计算机的特点微型计算机的特点n2.4 性能指标性能指标n2.5 病毒与安全病毒与安全第第2章章 微型计算机微型计算机n1946年匈牙利数学家冯诺依曼等人第一次提出了计算机组成和工作方式的基本思想。n其主要思想是 （1）计算机应由运算器、 控制器、 存储器、 输入和输出设备等五大部分组成。 （2）存储器不但能存放数据， 也能存放程序。 数据和指令均以二进制数形式存放，计算
