第1章 计算机系统概述与社会信息化

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1、授课对象：授课对象： 09级本科生理论学时：理论学时： 56 学时，14周实验学时：实验学时： 计划16 学时 + 课外30学时学学 分：分： 4考试形式：考试形式： 平时10+实验10+无纸化考试80考试时间：考试时间： 预计第16周授课教师：授课教师： 李锐E-MailE-Mail： 计算机的发展历程、分类及应用； 信息技术概述； 计算机硬件组成及各主要部件的功能； 计算机系统组成； 计算机软件分类； 计算机工作原理及主要技术指标； 数制及其转换； 文字信息编码。本本章章主主要要内内容容 数值型数据的存储； 计算机的算术与逻辑运算；一种可以接受输入、处理数据、存储数据、一种可以接受输入、

2、处理数据、存储数据、可编程并能产生输出的一种电子装置。可编程并能产生输出的一种电子装置。 计算机主要特点：计算精度高、处理速度快、存储容量大、自动化程度高、适用范围广和通用性强。19361936年英国科学家年英国科学家图灵图灵，首次提出逻辑机模型，首次提出逻辑机模型图灵机图灵机, ,并建立算法理论并建立算法理论, ,被誉为被誉为计算机之父计算机之父。计算机理论奠基人：图灵的主要贡献：图灵的主要贡献： 建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础；建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础； 提出图灵测试，阐述机器智能概念提出图灵测试，阐述机器智能概念 。图灵奖图灵奖, ,创于创于1966,1966,每年由美

3、国计算机学会每年由美国计算机学会(ACM)(ACM)颁发。颁发。计算机最高奖项：计算机最高奖项：1919世纪世纪5050年代，英国数学家年代，英国数学家乔治乔治布尔布尔创立逻辑创立逻辑代数，奠定电子计算机的数学理论基础代数，奠定电子计算机的数学理论基础 。1946年2月诞生于美国宾州大学，电子数值积分计算电子数值积分计算机机，ENIACENIACElectronic Numerical Integrator And Calculator）。第一台计算机的诞生50005000次加法次加法/ /秒秒体重体重2828吨吨占地占地170m170m2 21880018800只电子管只电子管1500150

4、0个继电器个继电器功率功率150KW150KWENIACENIAC存在明显缺存在明显缺点：点：是存储容量很小；是存储容量很小；是采用外接线路是采用外接线路连接的方法设计连接的方法设计计算程序。计算程序。 存储程序控制：存储程序实现自动计算存储程序控制：存储程序实现自动计算采用采用二进制数二进制数：便于硬件实现，又有简单的运算规则。：便于硬件实现，又有简单的运算规则。 1948年8月，著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出EDVAC EDVAC (electronic Discrete Variable Automatic Computer,离散变量自动电子计算机)计算机方案。冯诺依曼计算机方案：计算

5、机计算机基本结构基本结构：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备冯诺依曼计算机体系结构 计算机发展的4个阶段一代一代： 电子管电子管计算机计算机二代二代： 晶体管计算机晶体管计算机三代三代：中小规模集成电路计算机：中小规模集成电路计算机四代四代：大规模、超大规模集成电路计算机：大规模、超大规模集成电路计算机 1946194619581958体积大体积大; ;运算速度慢运算速度慢(1(1万次万次/ /秒秒) )；电子管电子管存储容量存储容量(2KB)(2KB)小；小；程序设计为机器语言。程序设计为机器语言。 1958195819641964晶体管、磁芯存储

6、器，内存晶体管、磁芯存储器，内存储器容量可以达到储器容量可以达到32KB32KB；运算速度为运算速度为300300万次万次/ /秒；秒；程序设计有汇编语言、程序设计有汇编语言、FORTRAN FORTRAN 等。等。 1964196419701970小规模集成电路、半导体存小规模集成电路、半导体存储器、磁盘，内存储器容量储器、磁盘，内存储器容量8MB8MB256MB256MB；运算速度运算速度1 11010亿次亿次/ /秒；秒；软件有操作系统、结构化程软件有操作系统、结构化程序设计语言、数据库等序设计语言、数据库等 。 19711971年至今年至今用大规模、超大规模集成用大规模、超大规模集成电

7、路、半导体存储器、磁盘、电路、半导体存储器、磁盘、磁带、光盘和微处理器，内磁带、光盘和微处理器，内存储器容量可达存储器容量可达256MB256MB4096MB4096MB；运算速度已经达到运算速度已经达到1010亿次亿次以上以上/ /秒；秒；软件增加专家系统、面向软件增加专家系统、面向对象开发工具和支撑环境等。对象开发工具和支撑环境等。 计算机网络技术更加完善计算机网络技术更加完善 计算机的发展趋势 一些简单的自动装置（如机械手）将得到广泛应一些简单的自动装置（如机械手）将得到广泛应用。它们用微电脑内核，带有用。它们用微电脑内核，带有“眼睛眼睛”( (摄像机摄像机) )，甚，甚至用自然语言与人

8、类进行交流，完成特定的使命。至用自然语言与人类进行交流，完成特定的使命。 人工智能进一步发展人工智能进一步发展 计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体；世界范围内的高速宽带网即将建成。一体；世界范围内的高速宽带网即将建成。 将由磁、光或将由磁、光或DNADNA来制造，即所谓磁计算机、光子来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生物计算机和量子计算机。计算机、生物计算机和量子计算机。 未来新型计算机未来新型计算机 采用磁场来控制晶体管采用磁场来控制晶体管, ,能使每平方厘米所容纳的晶体管数能使每平方厘米所容纳的晶体管数量增加近千倍。预计其性能将比目前微处

9、理器性能提高量增加近千倍。预计其性能将比目前微处理器性能提高4 4万倍。万倍。 磁计算机磁计算机 利用光的高速和无干扰性，使用光学元件利用光的高速和无干扰性，使用光学元件( (光触发器光触发器) )构成构成处理器。处理器。光子计算机光子计算机 以生物工程技术产生的蛋白分子为主要原料，具有巨大的存以生物工程技术产生的蛋白分子为主要原料，具有巨大的存储能力；信息以波的形式传输。储能力；信息以波的形式传输。 生物计算机生物计算机 是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。 量子计算机量子计算机 计算机分类计算机分类 按计算机按计算机运算速度运算速度、字长

10、字长、存储容量存储容量、软件配置软件配置及及用途用途等多项性能指标划分为：高性能计算机、微型等多项性能指标划分为：高性能计算机、微型计算机、工作站、服务器和嵌入式计算机等。计算机、工作站、服务器和嵌入式计算机等。 高性能计算机高性能计算机是指运算速度最快、处理能力最强的计算机，传统是指运算速度最快、处理能力最强的计算机，传统称之为称之为巨型机巨型机或或大型计算机大型计算机。目前，高性能计算机的。目前，高性能计算机的运算速度可达到运算速度可达到3535万亿次万亿次/ /秒，峰值运算速度可达到秒，峰值运算速度可达到4040万亿次万亿次/ /秒。秒。 介于微机与小型机之间的高档微机系统，介于微机与小

11、型机之间的高档微机系统，配有高速配有高速运算处理部件；有很大虚拟存储空间；人机交互图形接运算处理部件；有很大虚拟存储空间；人机交互图形接口和网络通信接口口和网络通信接口, ,有功能齐全的软件；可达有功能齐全的软件；可达2020个个CPUCPU。 工作站工作站计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备。中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备。软件软件固化到计算机内部，用户不可修改。固化到计算机内部，用户不可修改。 嵌入式计算机嵌入式计算机 微型计算机微型计算机发展速度较快，性能价格比高，应用广泛。也发展速度较快，

12、性能价格比高，应用广泛。也称称个人计算机（个人计算机（PCPCPersonal ComputerPersonal Computer）。）。 高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员的信息请求等。理网络工作站成员的信息请求等。分为文件服务器、分为文件服务器、应用程序服务器和数据库服务器等。应用程序服务器和数据库服务器等。 服务器服务器机目前计算机技术正朝着目前计算机技术正朝着高性能高性能和和微型化微型化两个两个方向发展。方向发展。 计算机的主要应用 指信息收集、转换、分类、统计、存储和输出等，指信息收集、转换、分类、统计、存储和输出

13、等，从中筛选出有价值数据。也称非数值计算，虽然数据从中筛选出有价值数据。也称非数值计算，虽然数据量大，但计算方法简单。量大，但计算方法简单。主要解决科学研究和工程中数值计算问题。主要解决科学研究和工程中数值计算问题。 科学计算科学计算 数据处理数据处理 又称实时控制，是指利用计算机的高速度和善判又称实时控制，是指利用计算机的高速度和善判断特点，将计算机用于实时采集和分析处理数据，根断特点，将计算机用于实时采集和分析处理数据，根据控制模型进行计算和判断，直接干预生产过程，校据控制模型进行计算和判断，直接干预生产过程，校正偏差，对所控制的对象进行调整，实现对生产过程正偏差，对所控制的对象进行调整，

14、实现对生产过程的自动控制。的自动控制。 过程控制过程控制包括计算机辅助设计（包括计算机辅助设计（CADCAD）、计算机辅助）、计算机辅助制造（制造（CAMCAM）和计算机辅助教学（）和计算机辅助教学（CAICAI）等）等。 计算机辅助系统 CADCAD是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAICAI是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是一类教学软件。一类教学软件。CAMCAM用计算机代替人控制和操作设备（如车床）进用计

15、算机代替人控制和操作设备（如车床）进行生产或加工产品（如零件），它的输入可能是产品行生产或加工产品（如零件），它的输入可能是产品工艺图或控制开关信号，输出是对相关设备的控制信工艺图或控制开关信号，输出是对相关设备的控制信号。号。将人脑演绎推理的思维过程、规则、策略和技巧等将人脑演绎推理的思维过程、规则、策略和技巧等编成计算机程序；在计算机中存储一些公理和推理规编成计算机程序；在计算机中存储一些公理和推理规则，使计算机自动解决问题和推导结论。则，使计算机自动解决问题和推导结论。 人工智能机器人机器人 ：是一种自动化机器，具备一些与人或生是一种自动化机器，具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、

16、规划能力、动作能力和物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。协同能力。专家系统：专家系统：是模拟专家智能的一类软件。将专家的是模拟专家智能的一类软件。将专家的丰富知识和经验总结出来预先存入计算机，配上相应丰富知识和经验总结出来预先存入计算机，配上相应软件。软件。模式识别：模式识别：重点研究图形（含符号和图像）识别和重点研究图形（含符号和图像）识别和语言识别，给机器人装备视觉器官和听觉器官。如：语言识别，给机器人装备视觉器官和听觉器官。如：指纹识别。指纹识别。 又称假想现实，是指又称假想现实，是指“用计算机及相关设备合成的用计算机及相关设备合成的人工世界人工世界”。通过多种传感设

17、备使应用者。通过多种传感设备使应用者“投入投入”到到该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。信息高速公路（信息高速公路（Information Super-HighwayInformation Super-Highway）的）的概念源于美国，概念源于美国， 19911991年美国参议员戈尔提出：将美国年美国参议员戈尔提出：将美国所有信息库及信息网络连成一个全国性大网，使各种所有信息库及信息网络连成一个全国性大网，使各种形态的信息在计算机网络中高速传输。形态的信息在计算机网络中高速传输。 。 信息高速公路 虚拟现实虚拟现实 多媒体计算机集声音、图像和文字于

18、一体，集电视、多媒体计算机集声音、图像和文字于一体，集电视、录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，将计算机应用引入无所不能的广阔领域。将计算机应用引入无所不能的广阔领域。 多媒体技术多媒体技术信息技术以计算机技术、通信技术和控制技信息技术以计算机技术、通信技术和控制技术为核心术为核心 客观存在事物及其运动状态的表征。客观存在事物及其运动状态的表征。 信息信息信息的载体，是信息的具体表示形式。信息的载体，是信息的具体表示形式。 数据数据学生信息 学号学号姓名姓名性别性别民族民族出生日期出生日期年级年级状态状态210301022103010

19、2 张晓伟 男男 汉族族 19841984年年6 6月月1818日日 具体学生数据二年二年听课听课时效性时效性信息的基本特征普遍性普遍性寄载性寄载性共享性共享性可识别性可识别性可加工性可加工性只要有事物存在或变化，就存在信息。只要有事物存在或变化，就存在信息。信息寄载于事物上，不能独立于事物之外。信息寄载于事物上，不能独立于事物之外。信息是一种资源，可以为人类所共享。信息是一种资源，可以为人类所共享。信息价值因时间或地点不同而发生变化。信息价值因时间或地点不同而发生变化。直接直接( (通过眼、耳和鼻等通过眼、耳和鼻等) )和间接识别。和间接识别。从中提炼出有价值的信息。从中提炼出有价值的信息。

20、 数据数据 数据数据是信息的载体。数据包括各种数值数据、字符是信息的载体。数据包括各种数值数据、字符数据（如英文字母、汉字、标点符号和运算符等）、数据（如英文字母、汉字、标点符号和运算符等）、图形、图像数据和声音数据等。在计算机内，任何形图形、图像数据和声音数据等。在计算机内，任何形式的数据都用二进制数表示。式的数据都用二进制数表示。 数据处理数据处理通常是指对各种数据进行采集、存储、通常是指对各种数据进行采集、存储、传送、转换、分类、排序、计算和输出等操作。传送、转换、分类、排序、计算和输出等操作。信息数字化信息数字化 信息数字化是将事物的信息进一步抽象、提取信息数字化是将事物的信息进一步抽

21、象、提取和规范化，使之成为计算机能够处理的数据。和规范化，使之成为计算机能够处理的数据。高速度、网络化高速度、网络化多媒体化多媒体化多学科结合多学科结合智能化智能化 信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。 现代信息技术 信息技术信息技术是利用信息科学原理和方法，研究产生、获是利用信息科学原理和方法，研究产生、获取、变换、传输、存储、处理和利用信息的技术取、变换、传输、存储、处理和利用信息的技术，又称又称信息工程。信息技术由计算机、通信和控制技术构成。信息工程

22、。信息技术由计算机、通信和控制技术构成。 信息技术的发展趋势信息化社会信息化社会信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活动。是以信息活动为社会发展的基本活动。硬件系统软件系统外存储器运算器控制器应用软件内存储器输出设备主机外设中央处理器(cpu)ROMRAM系统软件输入设备硬磁盘软磁盘光盘键盘鼠标显示器打印机绘图仪操作系统语言处理程序编辑程序连接程序调试程序、故障检查程序监控程序、诊断程序各种软件包数据库应用程序汇编程序编译程序解释程序扫描仪 计算机硬件计算机硬件（HardwareHardware）：是指计算机系统是指计算机系统中看得中看得见、摸得着的物理实体。硬件系统的基本功能是执行计见、摸

23、得着的物理实体。硬件系统的基本功能是执行计算机指令系统中的各种指令。算机指令系统中的各种指令。 内存储器和中央处理器内存储器和中央处理器构成构成主机主机。在计算机硬件系统中不在计算机硬件系统中不属于主机的设备都是外属于主机的设备都是外部设备，简称部设备，简称外设外设。主机和外设合在一起构主机和外设合在一起构成成计算机硬件系统计算机硬件系统。通常将一个仅由硬件组通常将一个仅由硬件组成的计算机称为成的计算机称为裸机裸机。 计算机硬件组织结构由计算机硬件组织结构由控制器控制器、运算器运算器、存储器存储器、输入输入和和输出设备输出设备5 5大部件组成。大部件组成。输入数据或程序1 12 23 31 1

24、执行运算指令2 23 34 45 56 61 1输出设备2 23 34 46 65 54 4各部件运行状态控制流数据流中央处理器 运算器 中央处理器是计算机硬件系统的核心，中央处理器是计算机硬件系统的核心，计算机的主要性能取决于计算机的主要性能取决于CPUCPU。计算机用来进行算术、逻辑运算的部件。计算机用来进行算术、逻辑运算的部件。算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU寄存器组寄存器组内部总线内部总线运算器运算器算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU：执行算术和逻辑运算的装置，执行算术和逻辑运算的装置，其核心是其核心是加法器加法器。 内部总线：内部总线：中央处理器内部信息传送的公

25、共通道。中央处理器内部信息传送的公共通道。 寄存器组：寄存器组：用于暂存参加运算的操作数和中间结果。用于暂存参加运算的操作数和中间结果。 是整个计算机的神经中枢，负责从存储器中取出是整个计算机的神经中枢，负责从存储器中取出指令、翻译指令、分析指令，向其他部件发出控制信号（指指令、翻译指令、分析指令，向其他部件发出控制信号（指令），控制、协调计算机各组件自动、连续地执行指令，控令），控制、协调计算机各组件自动、连续地执行指令，控制整个计算机有条不紊地工作。制整个计算机有条不紊地工作。 控制器的功能：控制器的功能： 控制器程序计数器程序计数器(PC)(PC)指令译码器指令译码器(ID)(ID)指令

26、寄存器指令寄存器(IR)(IR)控制器控制器时序控制时序控制电路电路 微操作微操作控制电路控制电路 取指令：取指令：控制器生成指令地址，发出取指令信号，从存储器中控制器生成指令地址，发出取指令信号，从存储器中取出指令暂存在指令寄存器中。取出指令暂存在指令寄存器中。 分析指令：分析指令：由指令译码器分析指令的操作要求，将指令分解成由指令译码器分析指令的操作要求，将指令分解成一系列微操作。一系列微操作。 执行指令：执行指令：执行一系列微操作命令，使各部件完成相应的动作。执行一系列微操作命令，使各部件完成相应的动作。 中断处理：中断处理：用于处理非预期事件。用于处理非预期事件。 存储器是用于存储程序

27、和数据的部件。存储器是用于存储程序和数据的部件。存储器基本操作：存储器基本操作：读操作读操作写操作写操作存储器读操作：读操作：从存储器中取出指定内容，存储器中从存储器中取出指定内容，存储器中原有内容不变。原有内容不变。写操作：写操作：将指定的内容存入存储器中。将指定的内容存入存储器中。 在计算机内部，程序中的指令和数据都以在计算机内部，程序中的指令和数据都以二进二进制制代码形式存储。存储器的基本功能就是存储二代码形式存储。存储器的基本功能就是存储二进制形式的各种信息。进制形式的各种信息。 字节（字节（ByteByte）：）：在计算机中以字节为单位存储信息在计算机中以字节为单位存储信息, ,一一

28、个字节由个字节由8 8位二进制数组成，简写成大写位二进制数组成，简写成大写B B。存储容量单位：存储容量单位：存储器比特比特( (bitbit) )：1 1位二进制数为位二进制数为1 1个比特，简写成小写个比特，简写成小写b b。字长字长：CPUCPU一次能处理的二进制数的位数。一次能处理的二进制数的位数。位位(bit)字长字长字节字节Byte (8位位)KB(KB(千字节千字节) )MB(MB(兆字节兆字节) )GB(GB(千兆字节千兆字节) )。其它常用单位：1B1B8b8b1GB1GB1024MB1024MB1MB1MB1024KB1024KB1KB1KB1024B1024B换算关系：

29、=2 =21010B B=2=220 20 B B=2=230 30 B B 外部长久存储区域。外部长久存储区域。 辅助存储器有磁盘、辅助存储器有磁盘、光盘光盘以以及及U U盘盘等。等。半导体材料半导体材料访问速度快访问速度快暂时性暂时性价高价高光、磁材料光、磁材料访问速度慢访问速度慢永久性永久性价低价低 主存储器（内存）主存储器（内存） 辅助（外）存储设备辅助（外）存储设备内存包含随机存储器内存包含随机存储器（RAMRAM）和只读存储器）和只读存储器（ROMROM）。）。只读存储器只读存储器（ReadonlyReadonly Memory, Memory, ROM）: :只读存储只读存储器在

30、出厂时已写入含有系统初始化程序、操作系统器在出厂时已写入含有系统初始化程序、操作系统引导程序及多种硬件驱动等程序，并被固化。引导程序及多种硬件驱动等程序，并被固化。只能只能读取，不能写入。读取，不能写入。系统断电系统断电掉电后信息不丢失。掉电后信息不丢失。 主存储器（内存）主存储器（内存）随机存储器随机存储器（Random Access Memory, Random Access Memory, RAM）: :保保存正在执行的程序和数据，它由记忆元件和电子存正在执行的程序和数据，它由记忆元件和电子线路构成，是临时存储区域，系统断电后信息丢线路构成，是临时存储区域，系统断电后信息丢失失软盘标签软

31、盘标签软盘标签软盘标签读读/ /写保护口写保护口轴空轴空索引空索引空磁头磁头读读/ /写窗口写窗口软软盘盘存存储储器器 辅助存储器（外存）辅助存储器（外存） 硬盘存储器柱面扇区磁道正面背面打开磁头磁头电源口电源口信息口信息口输入输出设备 输入输出（输入输出（I/OI/O）系统的主要功能是对指定外部设备）系统的主要功能是对指定外部设备进行输入输出操作。进行输入输出操作。 输入设备输入设备 向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备，常用输入设备有备，常用输入设备有键盘键盘、鼠标鼠标、扫描仪扫描仪、光笔光笔、数字数字化仪等。化仪等。 输出设备输出设备

32、 将计算机处理后的信息转换成人们能识别的形式。将计算机处理后的信息转换成人们能识别的形式。常用输出设备有常用输出设备有显示器显示器、打印机打印机、绘图仪绘图仪等。等。 系统软件和应用软件。系统软件和应用软件。 软件分类：软件分类： 为运行、管理和维护计算机所编制的各种程为运行、管理和维护计算机所编制的各种程序和文档的总和。序和文档的总和。 软件：数据及相关文档Int x,y,z；Scanf(“%d%d”,&x,&y);If(xy) z=x；Else z=y；+ 管理计算机系统资源，指挥计算机管理计算机系统资源，指挥计算机系统自动协调地运行，高效率地工作，是用户与计系统自动协调地运行，高效率地工

33、作，是用户与计算机之间的接口。算机之间的接口。系统软件用于计算机系统内部管理、维护、控制和运行；计用于计算机系统内部管理、维护、控制和运行；计算机程序编辑、翻译、装入、控制和运行等软件。为应算机程序编辑、翻译、装入、控制和运行等软件。为应用软件提供运行平台，为开发应用系统提供工具。用软件提供运行平台，为开发应用系统提供工具。 操作系统(OS)操操作作系系统统其其他他软软件件DOSDOS硬件 通过计算机语言可以编写程序，控通过计算机语言可以编写程序，控制计算机完成预定任务。计算机语言分为机器语言、制计算机完成预定任务。计算机语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。如汇编语言和高级语言。如C C语言

34、、语言、VBVB和和VCVC等。等。 语言处理系统语言处理系统 数据库管理系统数据库管理系统 服务程序服务程序 完成一些与管理计算机系统资源及文件完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。有关的任务。 管理数据库的软件，主要面向解管理数据库的软件，主要面向解决数据处理的非数值计算问题。决数据处理的非数值计算问题。应用软件应用软件针对某一应用目的而开发的软件。针对某一应用目的而开发的软件。 通用应用软件通用应用软件 专用应用软件专用应用软件支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所有专业领域。有专业领域。如：如：PhotoShopPhotoShop、Author

35、WareAuthorWare等。等。 专用于某一个专业领域的应用软件，专用于某一个专业领域的应用软件，如如应用应用于医院、金融、铁路、无纸化考试、选课和成绩于医院、金融、铁路、无纸化考试、选课和成绩管理等方面。管理等方面。计算机工作过程是执行程序的过程。计算机工作过程是执行程序的过程。程序程序为一系列为一系列指令的有序集合。指令的有序集合。计算机的指令系统 指令指令是使计算机完成某个操作所发出的命令，是计是使计算机完成某个操作所发出的命令，是计算机能识别并执行的二进制代码。算机能识别并执行的二进制代码。所有指令集合称为该计算机的所有指令集合称为该计算机的指令系统指令系统。操作码操作码 操作数操

36、作数指令要完成的操作功能及其特性。指令要完成的操作功能及其特性。操作对象或其所在的内存单元地址。操作对象或其所在的内存单元地址。1011100010111000 0000100000001000 0000000000000000；将；将8 8存入累加器存入累加器A A中中1011100010111000 0000011100000111 0000000000000000；7 7与与A A中内容相加中内容相加, ,存于存于A A如，计算如，计算A=8+7A=8+7Int x,y,z；Scanf(“%d%d”,&x,&y);If(xy) z=x；Else z=y；执行指令两个阶段： 取指周期取指周

37、期 执行周期执行周期将要执行的指令从内存中取出送入将要执行的指令从内存中取出送入CPUCPU。 由由CPUCPU对指令进行分析译码，判断指令要对指令进行分析译码，判断指令要完成的操作，向各部件发出控制信号，完成指令。完成的操作，向各部件发出控制信号，完成指令。两种信息流两种信息流： 数据流数据流 控制流控制流 指原始数据、中间数据、结果数据和源程指原始数据、中间数据、结果数据和源程序等。序等。 由控制器对指令进行分析、解释后向各部由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令件发出的控制命令 。计算机的工作过程计算机主要技术指标主主 频频运算速度运算速度存储容量存储容量存储周期存储周期计

38、算机中计算机中CPUCPU的时钟频率，单位是的时钟频率，单位是兆赫兹兆赫兹（MHzMHz）。主频与）。主频与CPUCPU运算速度相关。运算速度相关。每秒执行加法指令次数，单位是每秒执行加法指令次数，单位是百万次百万次/ /秒秒(MIPS) (MIPS) 。包括主存容量和辅存容量包括主存容量和辅存容量, ,主要指主存储器主要指主存储器容量。容量。存储器进行一次完整的存取操作所需时间。存储器进行一次完整的存取操作所需时间。字字 长长指指CPUCPU一次能处理二进制数的位数。字长总一次能处理二进制数的位数。字长总是是8 8的整数倍。的整数倍。 现行计算机系统采用二进制。为书写和表示方便，现行计算机系

39、统采用二进制。为书写和表示方便，引进八进制和十六进制。引进八进制和十六进制。进位计数制三要素进位计数制三要素: :位权位权是按所采用的基数和对应数位来表示一个固定数。是按所采用的基数和对应数位来表示一个固定数。 数码数码基数基数位权位权基数基数是指在某种进位计数制中所使用的数码个数。是指在某种进位计数制中所使用的数码个数。 十进制数的基数是十进制数的基数是1010。数码有。数码有0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8和和9 9共共1010个数字符号。个数字符号。 数码处于不同位置代表不同数值。数码处于不同位置代表不同数值。 十进制计数制十进制计数制3 31010

40、2 20 010101 11 110100 06 610101 18 810102 27 710103 36 610104 4 如：如：301.6876=将此式称为将此式称为按权展开表达式按权展开表达式。 任意任意R R进制计数制同样有基数进制计数制同样有基数R R、位权、位权R Ri i和按权展开和按权展开的表达式。的表达式。R R可以是任意正整数。可以是任意正整数。 用基数用基数R R的的i i次幂次幂R Ri i表示表示 。数码数码基数基数位权位权一个计数制所采用基本符号的个数。一个计数制所采用基本符号的个数。 = a an-1n-1R Rn-1n-1+a+an-2n-2R Rn-2n-

41、2+ +a+a1 1R R1 1+a+a0 0+a+a-1-1R R-1-1+a+a-2-2R R-2-2+ + +a+a- -m mR R-m-m数值的按权展开数值的按权展开 :(a:(an-1n-1a an-2n-2a a1 1a a0 0 .a .a-1-1a a-2-2a a-m-m) ) R进制计数制进制计数制进位制进位制 二进制二进制 八进制八进制 十进制十进制 十六进制十六进制规则规则 逢二进一逢二进一 逢八进一逢八进一 逢十进一逢十进一 逢十六进一逢十六进一基数基数 r = 2 r = 8 r = 10 r = 16数符数符 0，1 0,1,7 0,1,9 0,1,9,A,B,

42、C,D,E,F位权位权 2i 8i 10i 16i表示符号表示符号 B O D H常用进制数的表示(101.11)(101.11)B如：如：(8323.68)(8323.68)D(E3.F)(E3.F)H(756.7)(756.7)O=8=810103 3+3+310102 2+2+210101 1+3+310100 0+6+61010-1-1+8+81010-2-2= 1= 12 22 2 +0+02 21 1+1+12 20 01 12 21 11 12 22 2= 7= 78 82 2 +5+58 81 1+6+68 80 07 78 81 1= 14= 1416161 1 +3 +31

43、6160 0 +15 +1516161 1进位计数制的共同特点是：进位计数制的共同特点是：每一种数制都有固定的基本符号（数码）；每一种数制都有固定的基本符号（数码）；处于不同位置的数码所代表的值不同，与它所在位处于不同位置的数码所代表的值不同，与它所在位置的置的“权权”值有关。值有关。 方法：用权展开法将任意进制数转换成十进制数。 R R进制数转换为十进制数进制数转换为十进制数(301.6875)(301.6875)D【例1】将二进制数转换为十进制数。(13.6875)(13.6875)D(1101.1011)(1101.1011)B1 12 23 31 12 22 20 02 21 11 1

44、2 20 01 12 21 10 02 22 2 + +1 12 23 31 12 24 4【例2】将八进制数转换为十进制数。4 48 82 25 58 81 15 58 80 05 58 8-1-14 48 8-2-2(455.54)(455.54)O(301.6875)(301.6875)D 25625640405 50.6250.6250.06250.0625【例3 】将十六进制数转换为十进制数。(12D.B)(12D.B)H1 116162 22 216161 1131316160 0111116161 1思考： 由由n n个个1 1组成的二进制数对应的十进制数是多少？组成的二进制数对

45、应的十进制数是多少？各进制间数据的转换2 2| |2 2| | 十进制数转换为十进制数转换为R R进制数进制数将整数与小数两部分分别转换，然后将结果用小将整数与小数两部分分别转换，然后将结果用小数点连接起来。数点连接起来。整数部分转换方法：整数部分转换方法：采用“除R取余法”。【例】将(301)D 转换成二进制数:2 2| | 301301 150 1501 1余数余数 75 750 0 37 371 12 2| | 18 181 12 2| | 9 90 02 2| | 4 41 12 2| | 2 20 02 2| | 1 10 02 2| | 0 01 1最低位最低位最高位最高位(100

46、101101)(100101101)B整数商整数商小数部分转换方法：小数部分转换方法：采用“乘R取整法”。 【例 】将(0.6876)D 转换成二进制数(保留小数点后4位)。纯小数纯小数0.68760.68762 21.1.375237520.37520.37522 20.0.750475040.75040.75042 2 1.1.5008 5008 0.50080.50082 2 1.1.00160016最高位最高位最低位最低位（301.6876301.6876）D (100101101.1011)(100101101.1011)B(0.1011)(0.1011)B乘乘 积积计算到第5位0.

47、00160.00162 2 0.0.00320032注：注：任何十进制整数都能精确地转换成任何十进制整数都能精确地转换成R R进制数；某些进制数；某些十进制小数不能精确地转换成十进制小数不能精确地转换成R R进制数。进制数。 二进制、八进制、十六进制数间的相互转换二进制、八进制、十六进制数间的相互转换二进制、八进制和十六进制之间：二进制、八进制和十六进制之间：8 81 12 23 3、16161 12 24 4，即一位八进制数对应，即一位八进制数对应3 3位位二进制数二进制数; ;一位十六进制数对一位十六进制数对应应4 4位位二进制数。二进制数。二进制二进制 八进制八进制二进制二进制 十六进制

48、十六进制二进制二进制 十六进制十六进制000 0000 00000 00000 01000 81000 8001 1001 10001 10001 11001 91001 9010 2010 20010 20010 21010 1010 A A011 3011 30011 3 0011 3 1011 1011 B B100 4100 40100 40100 41100 1100 C C101 5101 50101 50101 51101 1101 D D110 6110 60110 60110 61110 1110 E E111 7111 70111 70111 71111 1111 F F【

49、例1】将二进制数100101101.1011转换成十六进制数（0000001 0010 1101.1011 1 0010 1101.1011 ）BD21B（12D.B412D.B4）H【例2】将二进制数100101101.1011转换成八进制数（100 101 101.101 1100 101 101.101 10000）B55454（455.54455.54）O【例3】将八（十六）进制数转换成二进制数（ ）B（2 2C C1 1D D. .A A1 1）H0001000100100010 11001100 00010001 11011101. .10101010（7123.147123.14

50、）O（ ）B111111 001001 010010011011. .001001 1 10000机器数的概念将机器内存储的带符号数称为将机器内存储的带符号数称为机器数机器数，而由正、负号加绝对值表示的实际数称为而由正、负号加绝对值表示的实际数称为真值数真值数。 计算机内部信息只有计算机内部信息只有0 0和和1 1两种形式。规定最高位为符两种形式。规定最高位为符号位，用号位，用0表示表示“”号；用号；用1表示表示“”号，称为号，称为数符数符，其余位表示数值。其余位表示数值。 如：如：十进制数十进制数193193的机器数表示：的机器数表示：（193193）D （1100000111000001）

51、B数符数符1 1数值部分数值部分1 11 10 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 0思考题：用一个字节，分别表示无符号数和有符号数，各自的最大和最小十进制数是多少？机器内部小数点是隐含的，位置可以固定，也机器内部小数点是隐含的，位置可以固定，也可以可变动。前者称为可以可变动。前者称为定点数定点数，后者称为，后者称为浮点数浮点数。定点整数定点整数定点小数定点小数小数点位置固定在数值最低位后面小数点位置固定在数值最低位后面, ,表示整数表示整数小数点位置定在数值最高位前面小数点位置定在数值最高位前面, ,表示纯小数表示纯小数（193）D （11000001）B

52、数符数符0 0数值部分数值部分1 11 10 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 0小数点位置小数点位置数符数符1 1数值部分数值部分1 10 01 11 10 00 00 00 00 00 00 0小数点位置小数点位置(0.6875)D =(0.1011)B0 00 00 00 0定点数表示方法当用当用M M位二进制数存储数据时，位二进制数存储数据时， 定点数范围和精度定点数范围和精度 定点整数定点整数N N的取值范围是的取值范围是:-:-（2 2M-1M-1-1-1）NN（2 2M-1M-1-1-1）定点小数定点小数N N的取值范围是的取值范围是:-(:

53、-(1-21-2- -（M-1M-1）) )N(1-2N(1-2-(M-1)-(M-1) )例例: :计算机内用计算机内用2 2个字节（个字节（1616位二进制数）位二进制数）能够存储定点小数能够存储定点小数N N的范围是：的范围是：能够存储定点整数能够存储定点整数N N的范围是：的范围是：- -（2 21515-1-1）NN（2 21515-1-1），即），即 -32767N32767-32767N32767；- -（1-21-2-15-15）NN（1-21-2-15-15），），即即-0.999969482421875N0.999969482421875-0.999969482421875

54、N0.999969482421875。任何任何R R进制数都可以表示成进制数都可以表示成：NSR j阶码阶码尾数尾数数符数符阶符阶符如：如：十进制数十进制数 356.21356.210.356210.3562110103 3二进制数二进制数 0.00110010.00110010.110010.110011010101011001110011010111111356213562110102 2浮点数存放形式浮点数存放形式阶符阶符阶码阶码数符数符尾数尾数( (110.11)110.11)B =(=(0.110110.110111010+11+11) )B0 011111 11101111011浮

55、点数表示方法规范化形式规定：规范化形式规定：尾数值的最高位为尾数值的最高位为1 1。 1.10011.100110101111要考虑机器字长。原码原码补码补码反码反码 最高位存放数的符号（最高位存放数的符号（0 0为正为正,1,1为负）为负）, ,数值部数值部分以二进制形式表示。分以二进制形式表示。如：如：X X=+1010011=+1010011【X X】原原0 0101 0011101 0011 Y Y=-1010011=-1010011【Y Y】原原1 1101 0011101 0011 正数的反码是原码本身；负数的反码为对原码正数的反码是原码本身；负数的反码为对原码按位（除符号位外）取

56、反，即按位（除符号位外）取反，即0 0变变1 1，1 1变变0 0。【X X】反反0 0101 0011101 0011【Y Y】反反1 1010 1100010 1100 正数的补码表示与原码相同；负数的补码等正数的补码表示与原码相同；负数的补码等于其相应反码加于其相应反码加1 1（在最低位加（在最低位加1 1）。）。 【X X】补补0 0101 0011101 0011【Y Y】补补1 1010 1101010 1101原码、反码和补码(1010)(1010)B+ +(1101)(1101)B=(10111)=(10111)B(1101)(1101)B- -(1010)(1010)B=(1

57、1)=(11)B(1101)(1101)B(1010)(1010)B=(10000010)=(10000010)B(10111)(10111)B(11)(11)B=(111)=(111)B 补码运算规则补码运算规则 两个两个n n位二进制数之和（差）的补码等于这两个数位二进制数之和（差）的补码等于这两个数的补码之和（差）的补码之和（差）, ,即：即：XXY Y 补补=X =X 补补Y Y 补补 。 二进制算术运算补码运算补码运算例例: :用补码进行加法运算：用补码进行加法运算：(+20)+(-10)=(+10)(+20)+(-10)=(+10)。0001 01000001 0100+20 +2

58、0 补补+ +1111 01101111 0110-10 -10 补补10000 101010000 1010进位，自然丢掉进位，自然丢掉+10 +10 补补 通过补码加法实现减法运算通过补码加法实现减法运算 设两个带符号数分别为设两个带符号数分别为X X和和Y Y，X-Y=X+X-Y=X+（-Y-Y） X-YX-Y 补补= =（X+-YX+-Y ）补补=X =X 补补+-Y +-Y 补补 进位，自然丢掉进位，自然丢掉例例: :设设X=-20X=-20，Y=15Y=15，用加法进行，用加法进行X-YX-Y运算。运算。X X 补补=11101100=11101100Y Y 补补=00001111

59、=00001111-Y -Y 补补=11110001=111100011110 11001110 1100-20 -20 补补+ +-35 -35 补补-15 -15 补补1111 00011111 000111101 110111101 1101 逻辑值用于判断某个条件成立与否，成立为逻辑值用于判断某个条件成立与否，成立为1(1(真真) )，反之为反之为0(0(假假) )。逻辑与运算逻辑与运算逻辑或运算逻辑或运算逻辑非运算逻辑非运算用用“”、“”或或“andand”表示表示用用“+ +”、“”或或“oror”表示表示用用“-” 或或“notnot”表示表示逻辑运算 采用ASC码。即美国信息交

60、换标准字符码。用7位二进制数表示一个字符编码，用8位二进制存储，最高位为“0”。西文字符编码d d6 6d d5 5d d4 4d d3 3d d2 2d d1 1d d0 0，0000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100

61、FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL注意：注意：表中从09、AZ、az都是顺序排列的，且同一字母的小写比大写码值大32。 符号符号1：(011 0001)B=(49)D符号符号a：(110 0001)B=(97)D符号符号A：(100 0001)B=(65)D中文字符编码输入码输入码国标码国标码汉字内码汉字内码字型码字型码指使用键盘输入汉字时的编码，也称外码。指使用键盘输入汉字时的编码，也称外码。方法有区位码、方法有区位码、 拼音和字形等。拼音和字形等。国家标准国家标准GB23l2-80GB23l2-80定义的定义的信息交换用汉字信息交换用汉字基本字符集基本字符集规定了规定了7 445

62、7 445个字符编码，其中个字符编码，其中有有6 7636 763个汉字和个汉字和682682个其他符号。国标码是个其他符号。国标码是4 4位十六进制数位十六进制数汉字内码是计算机内部对汉字存储和处理所汉字内码是计算机内部对汉字存储和处理所使用的代码使用的代码，各字节最高位为，各字节最高位为1 1。输出码，也称字模。在输出码，也称字模。在N NN N表格中画字，字表格中画字，字覆盖的单元格用覆盖的单元格用“1 1”表示，其余用表示，其余用“0 0”表表示。示。用一个点阵来表示一个汉字用一个点阵来表示一个汉字 。 000000000000000000001 11 11 11 11 11 11 1

63、1 1000000001 11 11 11 11 11 11 11 100000000001 11 11 100000000000001 11 11 100000000000001 11 11 10000000001 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 100001 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1000000001 11 11 10000000000001 11 11 11 11 100000000001 11 11 101 11 11 1000000001 11 11 10001 11 11 10000001 11 11 1

64、000001 11 11 100001 11 11 100000001 11 11 1001 11 100000000001 11 11 11 10000000000000000 用用16161616点阵输出汉字，每个字模需要点阵输出汉字，每个字模需要256256位二进制位二进制数，即数，即3232个字节。个字节。 描述一个汉字点阵信息的二进制代码串称为汉字的描述一个汉字点阵信息的二进制代码串称为汉字的字模字模。所有汉字和各种符号的点阵信息就组成了汉字。所有汉字和各种符号的点阵信息就组成了汉字的的字模库字模库（简称字库）。（简称字库）。 输入输入汉字汉字输入码输入码机内码机内码地址码地址码字型

65、码字型码汉字输出汉字输出在字库找到在字库找到字模字模输出输出 汉字的显示原理汉字的显示原理 键盘键盘输入输入的的“汉字输入码汉字输入码”变换成机内码，进行处理变换成机内码，进行处理和存储；和存储；输出输出汉字时，从字模库中检索出汉字点阵信息送到输汉字时，从字模库中检索出汉字点阵信息送到输出设备（如显示器或打印机）。出设备（如显示器或打印机）。图图灵灵生生平平简简介介一一1912.6.231912.6.23出生于英国伦敦。出生于英国伦敦。1931-19351931-1935，英国剑桥大学国王学，英国剑桥大学国王学院研究量子力学、概率论和逻辑学。院研究量子力学、概率论和逻辑学。2323岁被选为剑桥

66、大学国王学院院士。岁被选为剑桥大学国王学院院士。19361936，研究可计算理论，提出，研究可计算理论，提出“图图灵机灵机”的构想。的构想。19461946，因计算机和程序设计原始理论上的构思，因计算机和程序设计原始理论上的构思和成果，英国皇室授予和成果，英国皇室授予OBEOBE爵士勋衔。爵士勋衔。19451945，在英国国家物理实验室从事计算机理论研，在英国国家物理实验室从事计算机理论研究工作。究工作。 二战爆发后，曾协助军方破解德国的著名密码电二战爆发后，曾协助军方破解德国的著名密码电报系统报系统EnigmaEnigma，帮助盟军取得了二战的胜利。，帮助盟军取得了二战的胜利。图图灵灵生生平

67、平简简介介二二1954.6.71954.6.7，死于家中床上，死于家中床上, ,死因是氰化物中毒。死因是氰化物中毒。19471947，从事计算机程序理论研究，在神经网络和，从事计算机程序理论研究，在神经网络和人工智能领域做出开创性的理论研究。人工智能领域做出开创性的理论研究。19481948，英国曼彻斯特大学从事研究工作，担任曼，英国曼彻斯特大学从事研究工作，担任曼彻斯特大学计算实验室副主任。彻斯特大学计算实验室副主任。19491949，世界上第一位把计算机用于数学研究的科，世界上第一位把计算机用于数学研究的科学家。学家。19511951，生物非线性理论研究，为英国皇家学会会，生物非线性理论研

68、究，为英国皇家学会会员。员。19501950，发表，发表“计算机器与智能计算机器与智能”，提出，提出“图灵测图灵测试试”理论。理论。图图灵灵机机19361936年，图灵发表年，图灵发表论数字计算在决论数字计算在决断难题中的应用断难题中的应用。图灵提出著名的。图灵提出著名的“图灵机图灵机”（Turing MachineTuring Machine）设想。）设想。“图灵机图灵机”不是具体机器不是具体机器，而是一种，而是一种思想模型，可用于制造一种十分简单但思想模型，可用于制造一种十分简单但具有极强运算能力的计算模型，用于计具有极强运算能力的计算模型，用于计算所有能想象得到的可计算函数。算所有能想象

69、得到的可计算函数。这一理论奠定了计算机的理论基础。这一理论奠定了计算机的理论基础。“图灵机图灵机”更在电脑史上与更在电脑史上与“冯冯诺伊诺伊曼机曼机”齐名，被永远载入计算机的发展齐名，被永远载入计算机的发展史中。史中。约约翰翰 冯冯 诺诺依依曼曼生生平平简简介介John John VonNoumaVonNouma，1903190319571957，美藉，美藉匈牙利人，匈牙利人，19211921至至19231923在苏黎世大学学习。在苏黎世大学学习。19261926年以优异成绩获得布达佩斯大年以优异成绩获得布达佩斯大学数学博士学位。学数学博士学位。19331933年美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院等院年美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院等院的院土。的院土。19301930年接受了普林斯顿大学客座教授的职位，年接受了普林斯顿大学客座教授的职位，19311931年成为该校终身教授。年成为该校终身教授。19481948年年8 8月，提出月，提出EDVACEDVAC计算机方案。计算机方案。 19511951年至年至19531953年任美国数学会主席。年任美国数学会主席。19061906年年Le De ForestLe De Forest发明了电子管发明了电子管电电 子子 管管