1、第一章 計算機基礎知識本章主要內容計算機發展的四個階段計算機的主要特點馮諾依曼原理和馮諾依曼結構圖計算機的主要技術指標進制及其相互轉換表示方法計算機中數的表示方法第一節 概述一、計算機的定義 計算機是一種自動地、高速地、精確地、具有記憶（存儲）能力、邏輯判斷能力、可靠性能的數字化信息 處理電子設備。二、計算機的誕生 1941年，阿塔納索夫，雛形計算機ABC 1945年，埃克特、戈德斯坦等，第一臺計算 機ENIAC第一節 概述三、計算機的發展 第一代電子管電子管計算機（1946-1958） 特點：速度慢，內存小，體積大，造價貴 第二代晶體管晶體管計算機（1958-1964） 特點：速度稍快，內存

2、稍大，體積縮小，成本降低 第三代中小規模集成電路中小規模集成電路計算機（1964-1974） 特點：速度較快，體積更小，造價更低 第四代大規模大規模/超大規模集成電超大規模集成電 路路計算機（1974-至今） 特點：速度最快，內存最大，體積最小，成本最低第一節 概述四、計算機的特點 運算速度快、計算機精度高（計算精度32 位以上） 具有邏輯判斷和記憶個能力 高度的自動化和靈活性五、計算機系統組成 計算機系統由硬件系統硬件系統和軟件系統軟件系統組成第一節 概述1. 硬件：硬件：構成計算機的電子的、機械的物理 實體，即看得見摸得著的電子元器件2.硬件系統硬件系統=輸入設備+輸出設備+存儲器+運算器

3、+控制器（見書P5 馮諾依曼圖） 存儲器=主存儲器（內存）+輔存儲器（外存） 運算器+控制器=中央處理器（CPU） 運算器+控制器+主存儲器=主機 輸入設備+輸出設備+輔助存儲器=外部設備第一節 概述3. 計算機系統主要技術指標（P5-6） 字長：指CPU內部數據總線的寬度或位數。 主頻：CPU內核電路的實際運行頻率，也是CPU 自身工作頻率。 運算速度：常用單位時間內執行多少條指令來表 示。（MIPS） 內存容量：常以字節字節作為單位 （存儲器單位換算） 數據輸入輸出速率：主機與外部設備交換速率第一節 概述六、計算機的系統軟件 1.軟件：軟件：提高計算機使用率、擴大計算機功能的 程序總稱，它

4、由各種程序和數據組成。 2.軟件系統的組成 軟件系統軟件系統=系統軟件+應用軟件 系統軟件：系統軟件：操作系統和各種各種系統使用程序。 應用軟件：應用軟件：為特定目的開發或購置的應用程序。 操作系統：操作系統：操作系統是對計算機系統的硬件、 軟件資源進行控制和管理，方便用戶， 提高系統資源利用率的程序系統(圖示)第一節 概述七、計算機的應用（P18） 1. 科學計算 2. 事務處理 3. 過程控制 4. 輔助設計 5. 人工智能 6. 網絡應用第二節 數制與編碼 計算機中的信息用二進制的形式表示一、計算機中的數制及其轉換 1. 數制的基本概念 一個數的展開式：N=dn-1bn-1 + dn-2

5、bn-2 + d1b1 + d0b0 + d-1b-1 + +d-mb-m 其中：n 整數的總位數 m 小數的總位數 d下標 表示該位的數碼 b 表示進位制的基數 b上標 表示該位的位權 第二節數制與編碼經常使用的表示數制的方法： a. 在數字后面加相應的英文字母 B表示二進制，O表示八進制，D表示十進制 （常可省略），H表示十六進制數。 相應表示：1101B 、126O、879D、570Hb. 在括號外面加數字下標 相應表示：(1101)2 、(126)8、(879)10 、(570)16 （不同數制的基數、數碼、進位關系和表示法見書本P9表1.1）第二節數制與編碼2. 數制之間的轉換 例1

6、.1 將十進制整數(103)10轉換為二進制數。 采用“除2倒取余”法： 例1.2 將十進制小數(0.8125)10轉換為二進制小數。 采用“乘2順取整”法： 例1.3 將十進制整數(1685)10轉換為八進制小數。 采用“除8倒取余”法： 第二節數制與編碼例1.4 將十進制整數(2347)10轉換為十六進制數。 采用“除16倒取余”法：例1.5 將十進制整數(0.7125)10轉換為八進制數。 采用“乘8順取整”法：例1.6 將十進制小數(0.8129)10轉換為十六進制小數。 采用“乘16順取整”法：第二節數制與編碼例1.7 將二進制數(1011001.101)2轉換為十進制數。 采用“按

7、位權展開求和”法：例1.10 將八進制整數(3157.462)8轉換為二進制數。 采用“一分為三”法：例1.11 將二進制整數(10011010110.10101011)2轉換為二進制數。 采用“三合一”法：第二節 數制與編碼關于2-8、2-16進制之間轉換運算的補充： 采用8421法，即記住0-3號上的二進制權數，然后將八或十六進制數拆成8421的和。在8421的權中，含有哪個，就將該權所在的位置置1。權數與編號的對應如下表：編號 3 2 1 0權數 8 4 2 1 23 22 21 20第二節 數制與編碼二、計算機中數值數據的表示 1. 基本概念基本概念 a. 數值編碼：計算機內部表示二進

8、制數的方法。 b. 機器數：把一個數及其符號在機器中的表示 加以數值化，這樣的數稱為機器數。 c. 真值：機器數所代表的數。 計算機中正負號的表示：計算機中正負號的表示： 通常規定每個字長的最高位為符號位，用“0”表示正數，用“1”表示負數。第二節 數制與編碼2. 帶符號數的原碼、反碼、補碼表示帶符號數的原碼、反碼、補碼表示 在計算機中對帶符號數的表示方法有原碼原碼、補碼補碼和反碼反碼三種形式。 原碼原碼表示法規定符號位用數碼符號位用數碼0 0表示正號，用數碼表示正號，用數碼1 1表表示負號，數值部分按一般二進制形式表示。示負號，數值部分按一般二進制形式表示。 反碼反碼表示法規定正數的反碼和原

9、碼相同正數的反碼和原碼相同，負數的反碼負數的反碼是對該數的原碼除符號位外各位求反。是對該數的原碼除符號位外各位求反。 正數的補碼正數的補碼與原碼相同，與原碼相同，負數補碼負數補碼則先對該數的原碼則先對該數的原碼除符號外各位取反，然后末位加除符號外各位取反，然后末位加第二節 計算機中的信息表示三、計算機中常用的編碼 1. 美國信息交換標準代碼（ASCII） 2. 二-十進制編碼BCD碼 8421編碼：用4位二進制數表示1位十進制數， 自左至右每位對應的權位是8、4、2、1。 如356D的BCD碼為：0011 0101 0110 3.漢字編碼 見課本P18作業P21 1-1、 1- 3 、 1-

10、4 、 1- 8、 1- 9、 1-10 下個星期一交 十進制數13689.2576的展開式表示： 13689.2576 =1*105-1+3*105-2+6*105-3 +8*105- 4+9*105-5+2*10-1+5*10-2+ 7*10-3+ 6*10-4=1*104+3*103+6*102+8*101+9*100+ 2*10-1+5*10-2+ 7*10-3+6*10-4 十進制數的展開式舉例數制轉換 例1.1 2 103 2 51 余數為1 2 25 余數為1 2 12 余數為1 2 6 余數為0 2 3 余數為0 2 1 余數為1 2 0 余數為1所以， (103)10= (1

11、100111)2數制轉換 例1.2 0.81522=1.625 取整數位1 0.6252=1.25 取整數位1 0.25 2=0.5 取整數位0 0.5 2=1.0 取整數位1 所以，(0.8125)10= (0.1101)2數制轉換 例1.3 8 1685 8 210 余數為5 8 26 余數為2 8 3 余數為2 8 0 余數為3 所以， (1685)10= (3225)8數制轉換 例1.4 16 2347 16 146 余數為11（十六進制為B） 16 9 余數為2 16 0 余數為9 所以， (1685)10= (92B)16數制轉換 例1.5 0.7125 8 =5.7 取整數位5

12、0.78 = 5.6 取整數位5 0.6 8 = 4.8 取整數位4 0.8 8 = 6.4 取整數位6 所以，(0.7125)10 (0.5546)8注意：注意： 有些轉換不一定使得小數為0，只要按要求取夠有效位數即可。數制轉換 例1.6例1.6 0.8129 16=13.0064 取整數位13（十六進制為D） 0.0064 16=0.1024 取整數位0 0.1024 16=1.6384 取整數位1 0.6384 16=10.2144 取整數位10（十六進制為A） 取數據的計算精度為小數后4位數。 所以，(0.8129)10=(0.D01A)16數制轉換 例1.7、1.10例1.7 (10

13、11001.101)2=126 +1 24 +123+1 20 +12-1+12-3= 64+16+8+1+0.5+0.125 = (89.625)10 例1.10 3 1 5 7. 4 6 2 011 001 101 111. 100 110 010所以， (3157.462)8=(11001101111.100110010)2 數制轉換 例1.11例1.11 010 011 010 110. 101 010 110 2 3 2 6. 5 2 6 所以， (10011010110.101010110)2= (2326.526)10 8421轉換法舉例二進制數 1 1 1 1 0 1 八進制數

14、 7=4 + 2 + 1 5=4 + 0 + 1對應的權數 22 21 20 22 21 20二進制位號 2 1 0 2 1 0二進制數 1 1 1 0十六進制數 E=8 + 4+ 2+ 0對應的權數 23 22 21 20 二進制位號 3 2 1 0原、反、補碼舉例例 （設機器字長為8） 若 N1=+1000100， N2=1000100， 則 N1原=01000100 N2原=11000100 N1反=01000100 N2反=10111011 N1補=01000100 N2補=10111100數據的存儲單位及其轉換1、位（bit):一位二進制數0或12、字節：8位二進制數3、字：2 個字節4、千字節（KB） 1KB=1024B5、兆字節（MB） 1MB=1024K