第1章

計算機基礎知識北京科技大學天津學院計算機教研室1第1章

計算機基礎知識北京科技大學天津學院1本章內容1.1計算機概述1.2計算機系統的組成1.3計算機中的數據1.4計算機安全2本章內容1.1計算機概述2什么是計算機計算機是一種能快速、高效地按照指令對各種信息進行存儲和處理的電子設備。具有以下幾個特征：

⑴運算速度快 ⑵計算精度高 ⑶可靠性高

⑷具有記憶能力和邏輯判斷能力

⑸程序運行自動化等3什么是計算機計算機是一種能快速、高效地按照指令對各種信息進行1.1.1計算機的發展占地160平方米重達30噸使用近18,000個電子管ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）即“埃尼阿克”,電子數值積分計算機美國賓夕法尼亞大學的技術人員于1946年2月14日研發成功運算速度達到每秒鐘5000次加法標志信息時代的到來缺點：無法存儲程序電子管太多經常出現故障41.1.1計算機的發展占地160平方米ENIAC（El第一臺現代意義的通用計算機

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EDVAC馮·諾依曼在長達101頁的“關于EDVAC的報告草案”的總結報告，提出：

(1)5個組成部分：運算器;控制器;存儲器;輸入裝置;輸出裝置(2)采用二進制(3)“存儲程序”和“程序控制”結合的原理計算機之父--馮·諾伊曼離散變量自動電子計算機5第一臺現代意義的通用計算機--EDVAC馮·諾依曼在長達1.1.1計算機的發展電子管晶體管集成電路大規模集成電路第一代19世紀四五十年代存儲器磁鼓、紙帶、卡片磁盤、磁帶半導體存儲器高集成度半導體存儲器性能幾千次~幾萬次/秒存儲幾千個字節幾十萬次/秒存儲幾十萬字節幾十萬~幾百萬次/秒存儲達到“兆字節”幾百萬次~上億次/秒大容量存儲應用使用機器語言和匯編語言高級語言：FORTRAN、COBOL等軟件技術大發展操作系統走向成熟面向用戶的應用軟件出現數據庫技術分布式系統技術應用軟件成為產業第二代19世紀五六十年代第三代19世紀六七十年代第四代19世紀六七十年代以來61.1.1計算機的發展電子管晶體管集成電路大規模集成電路第71.1.2計算機的特點計算機是一種可以進行自動控制、具有記憶功能的現代化計算工具和信息處理工具。具有以下幾個特征： ⑴運算速度快 ⑵計算精度高⑶記憶能力強（存儲容量大） ⑷可靠性高

⑸工作全自動（存儲程序控制）、通用性強771.1.2計算機的特點計算機是一種可以進行自動控制、具有81.1.3計算機的分類按照處理數據分類數字計算機、模擬計算機按照使用范圍分類專用計算機、通用計算機按照性能分類巨型機、大型機、小型機、工作站、微型機（PC）881.1.3計算機的分類按照處理數據分類89科學計算數據處理（信息處理）：MIS，OA等自動控制計算機輔助系統：CAD，CAM等人工智能多媒體應用：CAI計算機網絡1.1.4計算機的應用99科學計算1.1.4計算機的應用91.2計算機系統的組成硬件:是計算機中“看得見”、“摸的著”的所有物理設備軟件:是用來指揮計算機運算的各種程序的總和

兩者協同工作，缺一不可計算機系統=硬件系統+軟件系統硬件系統軟件系統101.2計算機系統的組成硬件:是計算機中“看得見”、“摸的著控制器擔負著對程序的每一條指令進行分析、判斷，發出各種控制信號，使計算機的有關設備實現協調工作的任務，它是整個計算機的指揮中心。運算器負責計算機中的各類運算，如加、減、乘、除四則運算；與、或、非、比較等邏輯運算；還能進行代碼的傳送、移位等操作。1、硬件系統數據流控制流控制器+運算器=CPU輸入設備存儲器輸出設備控制器運算器11控制器擔負著對程序的每一條指令進行分析、判斷，發出各種控制信存儲器是電子計算機的“記憶”裝置，用來存放原始數據、中間結果、最終計算結果和程序等。存儲器是由若干個單元組成的，每個單元依次給予一個編號，這就是地址每個單元只可以存儲一個二進制信息(即0或1)，這樣的單元就叫做位，也叫比特位8位(bit)=1字節(Byte)1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1、硬件系統字節是存儲器的基本單位一個英文字母存儲占多少字節？一個漢字？什么叫字長？12存儲器是電子計算機的“記憶”裝置，用來存放原始數據、中間結果存儲器分為內存儲器和外存儲器簡稱為內存與外存。兩者主要區別ROM、RAM、Cache和CMOS內存外存磁表面存儲器{磁盤（計算機中的硬盤）、磁帶、移動硬盤}；光介質存儲器{CD、DVD等}；半導體存儲器{優盤}13存儲器分為內存儲器和外存儲器13輸入設備用來向計算機輸入人們編寫的程序和數據，可分為字符輸入設備、圖形輸入設備和聲音輸入設備等。有鍵盤、鼠標、掃描儀等。1、硬件系統14輸入設備1、硬件系統14輸出設備向用戶報告計算機的運算結果或工作狀態，它把存儲在計算機中的二進制數據轉換成人們需要的各種形式的信號。常用的輸出設備有顯示器、打印機、音箱等。

打印機液晶（LED）顯示器CRT顯示器1、硬件系統15輸出設備打印機液晶（LED2、計算機的工作原理輸入設備存儲器輸出設備控制器運算器162、計算機的工作原理輸入設備存儲器輸出設備控制器運算器163、微機的硬件組成微機輸入設備主機輸出設備CPU內存儲器外存儲器主板輸入輸出接口電路、電源系統兩個組成部分兩個技術指標173、微機的硬件組成微輸入設備主機輸出設備CPU內存儲器外存儲AMD公司的CPUIntel公司的CPU還有Cyrix公司CPU18AMD公司的CPUIntel公司的CPU還有Cyrix公司C隨機讀寫存儲器RAM存放運算器正在處理和待處理的數據、程序和運算結果。程序和數據信息必須調入內存后才能被CPU處理。特點：斷電后信息會消失內存19隨機讀寫存儲器RAM內存19只讀存儲器ROM特點：斷電信息不丟失掩膜ROM：存放由廠家預先寫入的程序和數據，用于啟動計算機與控制計算機的工作方式，如BIOS信息等。用戶只能讀取這些信息，而不能修改這些信息，ROM一般固化在主板上。PROMEPROMEEPROM內存20只讀存儲器ROM內存20高速緩沖存儲器CacheCache是介于CPU和內存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決CPU速度快而內存速度慢的矛盾問題。CMOS安裝在主板上，存放計算機當前配置信息內存CPUCacheRAM21高速緩沖存儲器Cache內存CPUCacheRAM21外存磁表面存儲器光介質存儲器{CD、DVD等}半導體存儲器{優盤}磁盤（硬盤）磁帶移動硬盤22外存磁表面存儲器磁盤（硬盤）22磁盤分為：硬磁盤和軟磁盤，簡稱硬盤和軟盤。存取數據都是通過磁盤驅動器對盤片進行讀寫來實現的。存數據叫做寫磁盤，取數據叫做讀磁盤。軟驅的盤符命名為A。外存——磁介質存儲器23磁盤分為：硬磁盤和軟磁盤，簡稱硬盤和軟盤。外存——磁介質存光盤即CD-ROM，是目前常用的一種存儲介質，全稱為“只讀光盤存儲器”。一片光盤可存儲600多MB的信息。光驅的盤符一般緊跟硬盤的盤符。例如，某計算機硬盤已占用“C”、“D”兩個盤符，則光驅符號一般是E。光驅的盤符外存——光介質存儲器光盤驅動器24光盤即CD-ROM，是目前常用的一種存儲介質，全稱為“只讀光DVD——數字通用光盤。它利用MPEG2的壓縮技術來存儲影像，集計算機技術、光學記錄技術和影視技術等于一體的存儲媒體。其優點主要基于以下幾個方面:容量很大、讀取速度快高分辨率的視頻高保真的音質外存——光介質存儲器正反面25DVD——數字通用光盤。外存——光介質存儲器正反面25可以熱插拔。攜帶方便。標準統一。可以連接多個設備。

外存——半導體存儲器26可以熱插拔。外存——半導體存儲器26補充：U盤操作關閉U盤左鍵單擊布告欄區的優盤圖標，彈出一個提示框。單擊選擇提示框中的“安全刪除USBMassStorageDevice–驅動器(F:,G:)”，將U盤關閉，并拔下U盤?；蛘哂覔舨几鏅趨^的U盤圖標，彈出一個“安全刪除硬件”對話框。27補充：U盤操作關閉U盤27鍵盤鍵盤區的劃分鍵盤上的基本指法金山打字程序功能鍵CtrlAltShiftCapsLockNumLockEnterBackSpace……28鍵盤鍵盤區的劃分功能鍵28鼠標鼠標分類機械鼠標與光電鼠標還可以分有線鼠標與無線鼠標鼠標操作鼠標指向單擊左鍵單擊右鍵雙擊左鍵鼠標拖動滾動左鍵右鍵滾輪29鼠標鼠標分類左鍵右鍵滾輪291.2.2計算機的軟件系統軟件=系統軟件+應用軟件系統軟件是使用計算機必不可少的，是維護計算機正常工作的一些軟件。如操作系統;各種語言的編譯程序、匯編程序；計算機的故障診斷程序；數據庫管理程序以及網絡管理程序等。應用軟件是為了各種具體的用途而編寫的程序的集合。例如，用來處理文字及編輯文章的“Word”等字處理軟件，用來處理圖像的“Photoshop”等圖像處理軟件。301.2.2計算機的軟件系統軟件=系統軟件+應用軟件總結與作業總結作業計算機系統有哪幾部分構成？系統軟件與應用軟件的區別？位、字節、字長的概念分別是什么？31總結與作業總結31概念引入計算機是如何表示信息的？二進制日常生活中我們怎么來表示物品的件數？鐘表（時針、分針、秒針）？十進制、二十四進制和六十進制等是不同的數制。1.3計算機中的數據32概念引入計算機是如何表示信息的？二進制日常生活中我們怎么來表計算機為什么要采用二進制1、在計算機中,具體的“數”是按照電子器件的穩定狀態來決定的。二進制在物理上容易實現，兩種狀態即可。2、二進制的編碼、計數、加減運算規則簡單，可以使得計算機的運算器結構簡化。3、二進制的兩個符號“1”和“0”正好與邏輯中的“是”“否”或“真”“假”對應，為邏輯運算與邏輯判斷提供便利。1.3計算機中的數據33計算機為什么要采用二進制1、在計算機中,具體的“數”是按照電計算機中的數據分類數值數據整數，純小數，實數有符號數與無符號數非數值數據以數值形式表示1.3計算機中的數據34計算機中的數據分類數值數據1.3計算機中的數據34計算機中的數制數制是用一組固定的符號和統一的法則來表示數值的方法。數制分為非進位計數制和進位計數制兩種按進位的原則進行計數，稱為進位計數制，反之就是非進位計數制。平常生活中大部分是進位計數制35計算機中的數制數制是用一組固定的符號和統一的法則來表示數值的

幾個重要概念數碼：一組用來表示某種數制的符號。如：1、2、3、4、A、B、C、D、E、F等。基數：數制所使用的數碼個數稱為“基數”或“基”，常用“R”表示，稱R進制。如二進制的數碼是：0、1，基為2。位權：指數碼在不同位置上的權值。在進位計數制中，處于不同數位的數碼，代表的數值不同。1、進位計數制36

幾個重要概念1、進位計數制361)十進制（Decimal）十進制的計數規則為：有十個不同的數碼：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。每位逢十進一。一個十進制數可以寫成一個多項式的形式。常用進位計數制的編碼規則例如:

756.34可以寫成：756.34=7×102+5×101+6×100

+3×10-1+4×10-2371)十進制（Decimal）常用進位計數制的編碼規則例如:2）二進制（Binary）二進制的計數規則為：有兩個不同的數碼：0和1。每位逢二進一。一個二進制數同樣也可寫成一個多項式的形式。常用計數制的編碼規則例如:

11101.01可以寫成：11101.01=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2382）二進制（Binary）常用計數制的編碼規則例如:1113)八進制（Octal）->Q八進制的計數規則為：有八個不同的數碼：0，1，2，3，4，5，6，7。每位逢八進一。一個八進制數316.74可以寫成如下的多項式形式

316.74=3×82+1×81+6×80+7×8-1+4×8-2常用計數制的編碼規則393)八進制（Octal）->Q常用計數制的編碼規則394)十六進制（Hexadecimal）十六進制的計數規則為：有十六個不同的數碼：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。每位逢十六進一。其中，數碼A、B、C、D、E、F代表的數值分別對應十進制數的10、11、12、13、14和15。十六進制數4C21.A5的按權相加展開式：4C21.A5=4×163+12×162+2×161+1×160+10×16-1+5×16-2常用計數制的編碼規則404)十六進制（Hexadecimal）常用計數制的編碼規則計算機中常用計數制數制后綴英文字母數碼進位方法基數位權十進制D0~9逢十進一1010i二進制B0,1逢二進一22i八進制Q0~7逢八進一88i十六進制H0~9,A~F逢十六進一1616i在多種數制混合使用時，可以采用“右下角標”的形式來表示不同進制的數?；蚴褂煤缶Y字母。例如:(101)2，101B表示二進制的數“101”，(438)16，438H表示十六進制數“438”。41計算機中常用計數制數制后綴英數碼進位方法基數位權十進制D0~十進制轉換為其他進制的數整數部分的轉換方法：“除R取余法”——除以R取余數，直到商為0，余數逆序排列。小數部分的轉換方法：“乘R取整法”——乘以R取整數，直到乘積小數部分為0，整數順序排列。將整數與小數部分再加上小數點就構成結果。R為某進制的基數。42十進制轉換為其他進制的數整數部分的轉換方法：“除R取余法”例如：

將(35.6875)10轉換為二進制數。①

用除2取余法將整數部分(35)10轉換為二進制整數：235…………余數為1低位217…………余數為128…………余數為024…………余數為022…………余數為021…………余數為1高位0故：(35)10=(100011)2

驗證：1×25+0×24+0×23+0×22+1×21+1×20

=32+2+1=3543例如：將(35.6875)10轉換為二進制數。43②

用乘2取整法將小數部分(0.6875)10轉換為二進制0.6875×21.3750……整數部分為1高位0.3750×20.7500……整數部分為00.7500×21.5000……整數部分為10.5000×21.0000……整數部分為1低位44②

用乘2取整法將小數部分(0.6875)10轉換為二進制4注意：在上例中，將十進制小數轉換成為二進制小數的過程中，乘積小數部分變成“0”，表明轉換結束。實際上將十進制小數轉換成二進制、八進制、十六進制小數過程中小數部分可能始終不為零，因此只能限定取若干位為止。將十進制數轉換為八進制、十六進制數的規則和方法與之相同，只是R（基數）的取值不同。③整數部分與小數部分合并，可得：(35.6875)10=(100011.1011)245注意：③整數部分與小數部分合并，可得：45十進制轉換為其他進制的數（續）例:把十進制數“135”轉換成八進制數8|135 余78|16 余08|2 余20(135)10=(207)8例:將十進制數“986”轉換成十六進制數16|986余數為10，即十六進制的A16|61余數為13，即十六進制的D16|3余數為3，即十六進制的30(986)10=(3DA)16高位低位高位低位46十進制轉換為其他進制的數（續）例:把十進制數“135”轉換成轉換方法：按權展開法，即用該數制的各位數乘以各自權數，然后將乘積相加。例如（111010.1）2

=1×25＋1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋0×20+1×2-1=32+16+8+2+0.5=58.5例如（26A）16=2×162+6×161+10×160=512+96+10=618其它進制的數轉換為十進制的數47轉換方法：按權展開法，即用該數制的各位數乘以各自權數，然后將二轉八的原則：以小數點為中心，分別向前、后每三位一組，不足三位時以“0”補足，再分別將改組的二進制數轉換為八進制數即可。八轉二的原則：將八進制數的每一位數分別轉換成等值的三位二進制數。二進制與八進制的轉換例如：將八進制數214.74轉換為二進制數(214.74)8=(010

001

100.111

100)2

=(10001100.1111)2例如：將二進制數11010111100.11011轉換為八進制數

(11010111100.11011)2=(011010

111100.110110)2

=(3274.66)848二轉八的原則：以小數點為中心，分別向前、后每三位一組，不足三二轉十六的原則：以小數點為中心，分別向前、后每四位一組，不足四位時以“0”補足，并將每組二進制數轉換為相應的十六進制數即可。十六轉二的原則：把十六進制數的每一位數分別轉換為等值的四位二進制數。

二進制與十六進制的轉換例如：將十六進制數1C2.A4轉換為二進制數(1C2.A4)16=(0001

1100

0010.1010

0100)2

=

(111000010.101001)2例如：將二進制數11010111100.11011轉換為十六進制數(11010111100.11011)2=(0110

10111100.11011000)2

=(6BC.D8)1649二轉十六的原則：以小數點為中心，分別向前、后每四位一組，不足十進制與其它數制的對應關系十進制二進制八進制十六進制100011120010(進位)22300113340100445010155601106670111778100010(進位)89100111910(進位)101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010(進位)50十進制與其它數制的對應關系十進制二進制八進制十六進制10001.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算1、算術運算加法０＋０＝００＋１＝１＋０＝１１＋１＝１０（有進位）減法乘法除法511.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算1、算術運算511.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算“與”運算０∧０＝００∧１＝0１∧０＝0１∧１＝１“或”運算０∨０＝００∨１＝１１∨０＝１１∨１＝１2、邏輯運算——與、或、非、異或521.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算“與”運算“或”運算1.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算“非”運算2、邏輯運算——與、或、非、異或“異或”運算００＝００１＝１１０＝１１１＝0531.3.2二進制數的算術運算與邏輯運算“非”運算2、邏輯運1.3.3計算機中數據的表示數值的表示方法字符的表示方法聲音和圖像的表示方法541.3.3計算機中數據的表示數值的表示方法54?如何用二進制來表示數值型數據(有正負數，有整數亦有小數)無符號數與有符號數有符號數的編碼數的正負號也用“0”和“1”表示。通常規定一個數的最高位作為符號位，“0”表示正數，“1”表示負數。計算機中有符號數的編碼有三種方式：原碼、反碼和補碼。1、數值的表示方法55?如何用二進制來表示數值型數據(有正負數，有整數亦有小數)1原碼：數的原碼表示指最高位為符號位，“0”表示正，“1”表示負，數值部分是原數的絕對值。反碼：數的反碼表示法是指正數的反碼和原碼相同，負數的反碼是對其原碼除符號位外各位求反，即0變1，1變0。補碼：數的補碼表示法是指正數的補碼和原碼相同，負數的補碼是在其反碼的最后一位上加1。

二進制數的原碼、反碼和補碼的表示+77的二進制表示為:01001101-77的原碼為:11001101-77的反碼為:10110010-77的補碼為:1011001156原碼：數的原碼表示指最高位為符號位，“0”表示正，“1”表示?小數如何確定小數點的位置通常有兩種方法：一種是規定小數點位置固定不變，稱為定點數。在計算機中，通常是用定點數來表示整數和純小數，分別稱為定點整數和定點小數。

另一種是小數點的位置不固定，可以浮動，稱為浮點數（科學計數法）。

N=尾數S（有效數字）×階碼P（指數）例如:253=0.253×1031、數值的表示方法57?小數如何確定小數點的位置1、數值的表示方法57BCD碼用四位二進制數來表示一位十進制數8421BCD碼用0000~1001分別表示十進制中的0~91010~1111為非法編碼例：53對應的BCD碼為01010011，其中高4位表示5，低4位表示31、數值的表示方法58BCD碼1、數值的表示方法58ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）美國國家信息交換標準代碼ASCⅡ碼由7位二進制代碼組成，可表示128個字符（27=128），其中包括大、小寫英文字母，阿拉伯數字（0~9），控制碼，標點和運算符號。為了便于計算機識別與處理，這些字符在計算機中是用二進制形式來表示的，通常稱為二進制字符編碼。

2、字符的表示方法——英文59ASCII碼（AmericanStandardCode西文在計算機中，輸入、內部處理、存儲和輸出都可以使用同一代碼。但漢字沒有西文那樣的規律性，相比之下編碼困難較多。因此，在輸入、計算機內部處理、輸出時要使用不同的編碼，各種編碼之間要進行轉換。輸入碼:將漢字通過鍵盤輸入到計算機采用的代碼稱為漢字輸入碼內碼:漢字在計算機中的編碼方案輸出碼:用來將漢字顯示到屏幕上或打印到紙上所需要的圖形數據2、字符的表示方法——漢字60西文在計算機中，輸入、內部處理、存儲和輸出都可以使用同一代碼輸入碼(外碼)的類型(1)音碼:如全拼,雙拼,微軟拼音等(2)形碼:如五筆字型,鄭碼,表形碼等(