1、 第第1章章 計算機基礎知識計算機基礎知識1.1 計算機發展與應用計算機發展與應用 1.2 計算機中數據的表示方法計算機中數據的表示方法 1.3 計算機硬件系統計算機硬件系統 1.4 計算機軟件系統計算機軟件系統 1.5 微型計算機的硬件系統微型計算機的硬件系統1.6 多媒體技術基礎知識多媒體技術基礎知識 1.1計算機發展與應用計算機發展與應用 1.1.1計算機的發展歷史計算機的發展歷史 1946年年2月，美國賓夕法尼亞大學成功研制出月，美國賓夕法尼亞大學成功研制出世界上第一臺計算機世界上第一臺計算機ENIAC。它的誕生標志著計算。它的誕生標志著計算機時代的到來。機時代的到來。 按采用的電子元

2、器件不同，劃分為四個時期。按采用的電子元器件不同，劃分為四個時期。1第一代第一代 (19461957年年):電子管計算機時代。電子管計算機時代。2第二代第二代 (19581964年年):晶體管計算機時代。晶體管計算機時代。3第三代第三代 (19651970年年):集成電路計算機時代。集成電路計算機時代。4第四代第四代(1971年以后年以后):大規模和超大規模集成電路大規模和超大規模集成電路 計算機時代。計算機時代。 集成電路是通過半導體集成技術把幾十個、集成電路是通過半導體集成技術把幾十個、 幾百個電子元件集中在一塊芯片上。幾百個電子元件集中在一塊芯片上。 1.1.2計算機的分類計算機的分類1

3、按計算機處理數據的類型分類按計算機處理數據的類型分類 數字計算機數字計算機 數字計算機輸入、處理、輸出和存儲的數數字計算機輸入、處理、輸出和存儲的數據都是數字數據。當今使用的計算機絕大據都是數字數據。當今使用的計算機絕大多數都是數字計算機。多數都是數字計算機。 模擬計算機模擬計算機 模擬計算機輸入、處理、輸出和存儲的數模擬計算機輸入、處理、輸出和存儲的數據都是模擬數據。據都是模擬數據。 數字模擬混合計算機數字模擬混合計算機 兼有數字計算機和模擬計算機的功能，既兼有數字計算機和模擬計算機的功能，既能處理數字數據，又能處理模擬數據。能處理數字數據，又能處理模擬數據。 2按計算機的用途分類按計算機的

4、用途分類 通用計算機通用計算機 專用計算機專用計算機 3按計算機的規模分類按計算機的規模分類 巨型機巨型機 大型機大型機 小型機小型機 微型機微型機 工作站工作站 服務器服務器 1.1.3計算機的特點計算機的特點1運算速度快運算速度快2計算精度高計算精度高3具有強大的記憶存儲能力具有強大的記憶存儲能力 4具有邏輯判斷功能具有邏輯判斷功能5具有自動控制能力具有自動控制能力1.1.4 計算機的應用領域計算機的應用領域 1科學計算科學計算2數據處理數據處理3過程控制過程控制4計算機輔助系統計算機輔助系統5人工智能人工智能6多媒體技術應用多媒體技術應用7電子商務電子商務1.1.5 計算機的發展趨勢計算

5、機的發展趨勢1巨型化巨型化2微型化微型化3網絡化網絡化4智能化智能化1.2計算機中數據的表示方法計算機中數據的表示方法 1.2.1 進位計數制進位計數制 1.2.2 常用數制常用數制 1.2.3 數制轉換數制轉換 1.2.4 計算機中數的表示方法計算機中數的表示方法 1.2.5 編碼編碼 在計算機中數據都是以二進制形式表示的。在計算機中數據都是以二進制形式表示的。計算機內部采用二進制表示數據，主要原計算機內部采用二進制表示數據，主要原因：因： 易于實現易于實現 運算簡單運算簡單 邏輯性強邏輯性強 可靠性高可靠性高1.2.1 進位計數制進位計數制 1數符數符 數符是數制中所使用的基本符號。例如，

6、十進制有數符是數制中所使用的基本符號。例如，十進制有10個數符：個數符： 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。2基數基數 基數是數制中的數符的個數。基數決定了所采用的基數是數制中的數符的個數。基數決定了所采用的進位計數制，例如，十進制共有進位計數制，例如，十進制共有 10個數符，其基數個數符，其基數為為10；而二進制有；而二進制有2個數符，則其基數為個數符，則其基數為2。3位權位權 不同數制表示數值時，處于不同位置的數符所代表不同數制表示數值時，處于不同位置的數符所代表的值不同，即數符在不同位置上代表不同的數值，的值不同，即數符在不同位置上代表不同的數值，我們將每一數位對應的數值稱為位權。

7、我們將每一數位對應的數值稱為位權。4進位原則進位原則 對于任意對于任意R進制，其進位原則是逢進制，其進位原則是逢R進進1。如，十進。如，十進制是逢制是逢10進進1；二進制是逢；二進制是逢2進進1。 采用位權表示法可以將任意數制的一個采用位權表示法可以將任意數制的一個數表示為它的各位數字與位權乘積之和。數表示為它的各位數字與位權乘積之和。1.2.2 常用數制常用數制數制數制基數基數基本數符基本數符進位原則進位原則位權位權十進制十進制100 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十進一逢十進一10 r二進制二進制20 1逢二進一逢二進一2 r八進制八進制80 1 2 3 4 5 6 7逢八進一逢八進

8、一8 r十六進十六進制制160 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F逢十六進一逢十六進一16 r1.2.3 數制轉換數制轉換1非十進制數轉換為十進制數非十進制數轉換為十進制數2十進制數轉換為非十進制數十進制數轉換為非十進制數3二進制數與八、十六進制數之間的轉換二進制數與八、十六進制數之間的轉換1非十進制數轉換為十進制數非十進制數轉換為十進制數 轉換規則：轉換規則：“位權法位權法”。將非十進制數的各位數字按權展開相加，將非十進制數的各位數字按權展開相加，所得的和即為相應的十進制數。所得的和即為相應的十進制數。 【例【例1-1】將二進制數】將二進制數(10101.11 )2轉

9、換轉換成十進制數。成十進制數。解：解： (1011.11)2124023+122021 120 12- 112- 2(21.75 )10 【例【例1-2】將八進制數】將八進制數(237 )8轉換成十進轉換成十進制數。制數。 解解: (237 )8282+381+780(159 )10 【例【例1-3】將十六進制數】將十六進制數(2FA )16轉換成十轉換成十進制數。進制數。解解: (2FA )162162+F161+A160 216215161+10160 (762 )102十進制數轉換為非十進制數十進制數轉換為非十進制數（1）十進制整數轉換為）十進制整數轉換為R進制整數進制整數 轉換規則：轉

10、換規則：“除除R取余法取余法”。 用十進制數反復地除以用十進制數反復地除以 R，直到商為，直到商為 0。 將所得余數按由下而上排列。將所得余數按由下而上排列。（2）十進制小數轉換成）十進制小數轉換成R進制小數進制小數 轉換規則：轉換規則：“乘乘R取整法取整法”。 用十進制小數乘以用十進制小數乘以 R，取乘積的整數部分，取乘積的整數部分，將剩下的小數部分再乘以將剩下的小數部分再乘以 R，重復以上過程，重復以上過程，直至乘積的小數部分為直至乘積的小數部分為 0或滿足轉換精度要求或滿足轉換精度要求為止，最后將取得的整數由上而下排列。為止，最后將取得的整數由上而下排列。 【例1-4】將十進制數(164

11、)10轉換成二進數。 解: 余數 結果：(164)10 (10100100)2 2 1640 （最低位） 2 82 0 2 41 12 20 02 10 02 5 12 2 0 2 1 1 （最高位） 0 【例1-5】將十進制數(267)10轉換成八進制數。解: 余數 結果：(267)10 (413)8 8 267 3（最低位）8 33 18 4 4 （最高位） 0 【例1-6】將十進制數(398)10轉換成十六進制數。解: 余數 結果：(398)10 (18E)16 8 398 14(E)（最低位）8 24 88 1 1 （最高位） 0 十進制小數轉換成十進制小數轉換成R進制小數：進制小數：

12、“乘乘R取整法取整法”。 用十進制小數乘以用十進制小數乘以 R，取乘積的整數部分，將剩，取乘積的整數部分，將剩下的小數部分再乘以下的小數部分再乘以 R，重復以上過程，直至乘積，重復以上過程，直至乘積的小數部分為的小數部分為 0或滿足轉換精度要求為止，最后將或滿足轉換精度要求為止，最后將取得的整數由上而下排列。取得的整數由上而下排列?！纠纠?-7】將十進制數】將十進制數(0.125)10轉換成二進制數。轉換成二進制數。 解解: 0.12520.25取整取整 0 (最高位最高位) 0.2520.5 取整取整 0 0.521.0 取整取整 1 (最低位最低位) 結果：結果：(0.125)10 (0

13、.001)2 。 【例1-8】將十進制數(0.3125)10轉換成八進制數。 解: 0.312582.5取整 2 (最高位) 0. 584.0 取整 4 (最低位) 結果：(0.3125)10 (0.24)8 。 【例1-9】將十進制數(0.95)10轉換成十六進制數。 解: 0.951615.2 取整 15 (F) (最高位) 0.2163.2 取整 3 0.2163.2 取整 3 (最低位) 若精度要求轉換到三位小數 結果：(0.95)10 (0.F33)2 。 【例1-10】將(164.125)10 轉換成二進制數。 解: (164)10(10100100)2 (0.125)10(0.0

14、01)2 所以 (164.125)10(10100100.001)2 一個十進制數既有整數部分，又包括小數部分，要將其轉換成非十進制數，可將該十進制數的整數部分和小數部分分別進行轉換，然后將兩個轉換結果合起來即可。3二進制數與八、十六進制數轉換二進制數與八、十六進制數轉換 每一位八進制數與三位二進制數相對應。每一位八進制數與三位二進制數相對應。 每一位十六進制數與四位二進制數相對應。每一位十六進制數與四位二進制數相對應。 二進制數的分組位置：二進制數的分組位置： 以小數點為界分別向左向右三位（或四位）以小數點為界分別向左向右三位（或四位）一組，不足三位（或四位）用一組，不足三位（或四位）用0補

15、足。補足。 【例1-11】將二進制數(1100110101.01101 )2 轉換為八進制數。解: 001 100 110 101 . 011 010 1 4 6 5 . 3 2 結果：(1100110101.01101 )2 (1465.32)8 【例1-12】 將二進制數(1011000101.101101101 )2 轉換為十六進制數。解: 0010 1100 0101 . 1011 0110 1000 2 C 5 . B 6 8結果： (1011000101.101101101)2(2C5.B68 )16 【例1-13】將八進制數(5162.73 )8 轉換為二進制數。解: 5 1 6

16、 2 . 7 3 101 001 110 010 . 111 011 結果：(5162.73 )8(101001110010.111011 )2 【例1-14】將(5BF.84 )16 轉換成二進制數。解: 5 B F . 8 4 0101 1011 1111 . 1000 0100 結果： (5BF.84 )16(10110111111.100001 )2八進制數與十六進制數的相互轉換可借助二進制或十進制作為橋梁來進行。 例如： (732 )8=(111011010 )2=(1DA )161.2.4 計算機中數的表示方法計算機中數的表示方法 計算機中數的正負用高位字節的最高位來表示，正數用“

17、 0”表示，負數用“1” 表示，稱為符號位。這種把符號數值化了的數，其符號和數字都用二進制的機內表示形式，稱為機器數。例如，二進制數1101001在機器內的表示形式 機器數： 符號位符號位 01101001(1)定點數定點數定點純小數定點純小數符號位符號位數值位數值位符號位符號位數值位數值位2.小小 數數定點整數定點整數隱含小數點位置隱含小數點位置隱含小數點位置隱含小數點位置(2)浮點數浮點數階符階符階碼階碼數符數符尾數尾數例如：例如： 84. 53102(0.8453)10的指數的指數2稱為階碼，稱為階碼，0.8453稱為尾稱為尾數。數。 數的表示方法有原碼、反碼和補碼三種方式。在數的表示方

18、法有原碼、反碼和補碼三種方式。在計算機中，數據是以補碼的形式存儲并進行運算計算機中，數據是以補碼的形式存儲并進行運算的。的。(1)原碼原碼 符號位正數用符號位正數用0表示用表示用1表示，數值部分用二進表示，數值部分用二進制形式表示，這種表示法稱為原碼。制形式表示，這種表示法稱為原碼。(2)反碼反碼 負數的反碼是按位取反。負數的反碼是按位取反。(3)補碼補碼 負數的補碼是該數的反碼加負數的補碼是該數的反碼加1。 1.2.5 編碼編碼1BCD碼碼(二十進制編碼二十進制編碼) 用若干個二進制數表示一個十進制數的編碼用若干個二進制數表示一個十進制數的編碼 2西文字符的編碼西文字符的編碼ASCII碼碼

19、用來表示字符的二進制編碼用來表示字符的二進制編碼3漢字編碼漢字編碼 輸入碼、國標碼、機內碼、字形碼輸入碼、國標碼、機內碼、字形碼1.3 計算機硬件系統計算機硬件系統 1.3.1 計算機的工作原理計算機的工作原理 1.3.2 計算機的基本結構計算機的基本結構 馮馮諾依曼結構諾依曼結構計算機硬件系統由運算器、存儲器、控制器、計算機硬件系統由運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備五大部件組成并規定了它輸入設備、輸出設備五大部件組成并規定了它們的基本功能；們的基本功能；計算機內部采用二進制形式表示數據和指令。計算機內部采用二進制形式表示數據和指令。指令由操作碼和地址碼構成，其中操作碼表示指令由操作

20、碼和地址碼構成，其中操作碼表示操作類型，地址碼指出操作數在存儲器中的地操作類型，地址碼指出操作數在存儲器中的地址；址；巧妙地提出了巧妙地提出了“存儲程序存儲程序”的基本原理。程序的基本原理。程序也被當作數據存進了計算機內部，以便電腦能也被當作數據存進了計算機內部，以便電腦能自動一條接著一條地依次執行指令，再也不必自動一條接著一條地依次執行指令，再也不必去接通什么線路。即把數據和程序裝入內存中，去接通什么線路。即把數據和程序裝入內存中，計算機無需操作人員干預，能自動在程序的控計算機無需操作人員干預，能自動在程序的控制下一步一步進行處理，直到完成。計算機的制下一步一步進行處理，直到完成。計算機的工

21、作過程是運行程序的過程。工作過程是運行程序的過程。1.3.1 計算機的工作原理計算機的工作原理按照馮按照馮諾依曼思想，計算機的基本工作原理是諾依曼思想，計算機的基本工作原理是“存儲程序存儲程序”和和“程序控制程序控制”。 “存儲程序存儲程序”是先編好程序，通過輸入設備送到是先編好程序，通過輸入設備送到存儲器中存儲。接著該執行程序了，即存儲器中存儲。接著該執行程序了，即“程序控程序控制制”。計算機能自動執行程序，而執行程序又歸。計算機能自動執行程序，而執行程序又歸結為逐條執行指令，步驟是：取一條指令、分析結為逐條執行指令，步驟是：取一條指令、分析指令、執行指令、再取下一條指令。具體地，執指令、執

22、行指令、再取下一條指令。具體地，執行程序時行程序時C P U先從內存中取出第一條指令，通過先從內存中取出第一條指令，通過譯碼器譯出該指令對應的操作，然后在控制器的譯碼器譯出該指令對應的操作，然后在控制器的指揮下完成規定操作，再取出下一條指令并執行，指揮下完成規定操作，再取出下一條指令并執行，如此循環下去直到遇到結束指令時才停止執行。如此循環下去直到遇到結束指令時才停止執行。1.3.2 計算機的基本結構計算機的基本結構1運算器運算器 負責算術運算、邏輯運算和其他操作負責算術運算、邏輯運算和其他操作2控制器控制器 控制著計算機各部件按照指令的要求工作?？刂浦嬎銠C各部件按照指令的要求工作。3存儲器

23、存儲器 內存儲器：臨時存儲數據內存儲器：臨時存儲數據 外存儲器：長期存儲數據外存儲器：長期存儲數據 4輸入設備：模擬輸入設備：模擬-數字數字 5. 輸出設備：數字輸出設備：數字-模擬模擬 存儲器的存儲容量存儲器的存儲容量 最小單位：位（最小單位：位（b:一個一個0或或1） 基本單位基本單位:字節（字節（B:一個存儲單元）一個存儲單元） 地址：存儲單元地址：存儲單元(字節字節)在內存中的編號在內存中的編號 1B8b 1KB= 1024B=210B 1MB= 1024KB 1GB= 1024MB 1TB= 1024GB 1.4 計算機軟件系統計算機軟件系統 1.4.1 系統軟件系統軟件 1.4.2

24、 應用軟件應用軟件 1.4.3 指令和程序指令和程序1.4.1 系統軟件系統軟件 1操作系統操作系統 2語言處理程序語言處理程序 3支撐服務軟件支撐服務軟件 4數據庫管理系統數據庫管理系統1.操作系統操作系統:控制和管理計算機硬件和軟件資源控制和管理計算機硬件和軟件資源2.語言處理程序語言處理程序(1)機器語言機器語言:由由0和和1組成指令和數據組成指令和數據, 可直接執行可直接執行(2)匯編語言匯編語言:面向機器，使用直觀易記的助記符面向機器，使用直觀易記的助記符 (3)高級語言高級語言:面向應用，面向問題求解過程面向應用，面向問題求解過程翻譯翻譯(匯編語言、高級語言匯編語言、高級語言) 編

25、譯方式編譯方式:將源程序翻譯成目標程序連接運行將源程序翻譯成目標程序連接運行 解釋方式解釋方式:翻譯一句執行一句翻譯一句執行一句 3支撐服務軟件支撐服務軟件 4數據庫管理系統數據庫管理系統1.4.2 應用軟件應用軟件 是在計算機系統支持下，為了解決各類是在計算機系統支持下，為了解決各類實際問題而編制的應用程序及其相關文實際問題而編制的應用程序及其相關文檔的總稱。檔的總稱。 1辦公軟件辦公軟件 2數據處理軟件數據處理軟件 3實時處理軟件實時處理軟件 4計算機輔助工程應用計算機輔助工程應用 5多媒體編輯工具多媒體編輯工具 1.4.3 指令和程序指令和程序 1指令與指令系統指令與指令系統 指令：計算

26、機完成某個基本操作的命令指令：計算機完成某個基本操作的命令,用一用一串二進制代碼表示的。串二進制代碼表示的。 組成：操作碼和地址碼組成：操作碼和地址碼 指令系統：一臺計算機所能執行的全部指令指令系統：一臺計算機所能執行的全部指令的集合的集合 2程序程序 指一組計算機能識別的指令，這組指令為指一組計算機能識別的指令，這組指令為解決某一個問題而設計。解決某一個問題而設計。1.5 微型計算機的硬件系統微型計算機的硬件系統1.5.1 主機系統主機系統1.5.2 外部存儲器外部存儲器 1.5.3 輸入輸出設備輸入輸出設備微機系統的三個層次微機系統的三個層次1微處理器微處理器CPU具有控制器和運算器功能的

27、中央處理器具有控制器和運算器功能的中央處理器 2微機微機 CPU+存儲器存儲器+I/O接口接口+系統總線系統總線 3微機系統微機系統 微機微機+外部設備外部設備+軟件軟件 1.5.1 主機系統主機系統1CPU 字長字長:CPU同時處理的二進制數據的位數同時處理的二進制數據的位數 主頻主頻:CPU內核的時鐘頻率內核的時鐘頻率2內存內存 只讀存儲器只讀存儲器(ROM) 隨機存儲器隨機存儲器(RAM) 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器(Cache)3主板主板 是微機內最大的一塊集成電路板，是由各是微機內最大的一塊集成電路板，是由各種接口，擴展槽，插座以及芯片組組成，是連接種接口，擴展槽，插座以及芯片組組成，是連接 C P U、內存儲器、外存儲器、各種適配卡、外部、內存儲器、外存儲器、各種適配卡、外部設備的中心樞紐。設備的中心樞紐。 4總線總線內部總