大學計算機基礎(chǔ)第一章概論第一章概論主要內(nèi)容1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.2計算機分類與應用1.3未來計算機展望計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置。什么是計算機?1.1.1計算機的產(chǎn)生1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展手指計數(shù)、木棍、石塊算盤:幾百年前我國發(fā)明手動式計算工具計算尺:1621年英國數(shù)學家岡特根據(jù)對數(shù)表設(shè)計1642年法國數(shù)學家帕斯卡發(fā)明了加法器，人類有史以來第一臺機械計算機。采用齒輪旋轉(zhuǎn)進位方式執(zhí)行運算，但是只能做加法和減法。1673年在此基礎(chǔ)上，德國數(shù)學家萊布尼茨設(shè)計制造了計算器。1822年英國數(shù)學家巴貝奇發(fā)明了差分機1834年研制出分析機（有3個主要部分：保存數(shù)據(jù)的存儲庫、運算裝置和對操作順序進行控制）1.1計算機的發(fā)展過程機械計算（齒輪傳動）1.1計算機的發(fā)展過程第一臺計算機的誕生（ENIAC）

1946年2月14日（艾尼亞克）美國賓夕法尼亞大學電子數(shù)字積分計算機重達30噸占地170m2耗電150千瓦使用18000個電子管5000次加減運算/秒機電方法制造計算機電子管1958年8月我國第一臺電子管計算機103誕生缺點：沒有存儲器，用布線接板進行控制，計算速度也就被這一工作抵消了。ENIAC1.1.2計算機發(fā)展的四個階段時代年份器件存儲器軟件應用運算速度一1946—1957電子管內(nèi)存:汞延遲線外存:磁鼓使用機器語言和匯編語言軍事研究科學計算幾千次/s二1958—1964晶體管內(nèi)存:磁芯外存:磁盤,磁帶使用高級語言數(shù)據(jù)處理事務(wù)處理工業(yè)控制幾十萬次/s三1965—1971集成電路內(nèi)存:磁芯,半導體存儲器外存:磁盤操作系統(tǒng)、編譯程序、網(wǎng)絡(luò)軟件開始廣泛應用幾十萬到幾百萬/s四1972—

大規(guī)模集成電路內(nèi)存:半導體存儲器外存:磁盤,光盤操作系統(tǒng)完善、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機軟件的開發(fā)廣泛應用于各領(lǐng)域幾百萬到幾億萬/s晶體管超大規(guī)模集成電路電子管集成電路1.2計算機的分類1.2.1計算機的分類按用途和使用范圍，計算機分為：

通用計算機和專用計算機。按計算機處理數(shù)據(jù)的方式又分為：

數(shù)據(jù)計算機和模擬計算機。（1）電子數(shù)字計算機以數(shù)字量（也稱不連續(xù)量）作為運算對象進行運算，特點是運算速度快，精確度高，具有記憶和邏輯判斷能力。計算機的內(nèi)部操作和運算是在程序控制下自動進行的。一般不特別說明，計算機指的是電子數(shù)字計算機。

1.2計算機的分類（2）電子模擬計算機以連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來模擬實際所需要計算的對象）作為運算量的計算機。主要用于過程控制和模擬仿真。

按計算機的運算速度和性能指標分為：巨型機：運算速度最快、存儲能力最大、處理能力最強。例如：銀河、曙光系列,曙光5000A,速度可達每秒230萬億次。IBM研制Roadrunner(走娟),運算速度達到每秒1.105千萬億次，Cray公司的捷豹位居第二

。

微型機：以小、巧、輕、使用方便、價格便宜、軟件豐富、功能齊全等優(yōu)勢而擁有廣大的用戶。大型機：大型、通用、較快、較強,承擔服務(wù)器功能.例如：IBM-360,IBM-370,IBM-900等。

小型機：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計試制周期短,工藝先進、使用維護簡單。如:IBM的AS/400。工作站：

介于PC與小型機之間,高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強。Sun、HP都是著名的工作站廠家。服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的計算機系統(tǒng)。1.2.2計算機的應用1.科學計算天文、地質(zhì)、核物理2.數(shù)據(jù)處理企業(yè)管理、辦公自動化、統(tǒng)計3.過程控制冶金、機械、化工、航天4.計算機輔助系統(tǒng)

CAD(輔助設(shè)計）CAM（輔助制造）CAE（輔助教育、CAI輔助教學、CMI計算機管理教學）5.人工智能模擬人腦，計算機診斷6.計算機仿真虛擬實驗室，工廠，仿真，汽車、航天員模擬訓練7.計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代，人們的工作幾乎每天都要面對計算機，借助計算機完成各項工作。計算機網(wǎng)絡(luò)改變了人們傳統(tǒng)的生活工作方式信息交流與傳播

電子郵件、聊天、通訊、傳媒

電子商務(wù)網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上購物等電子政務(wù)虛擬政府、網(wǎng)上辦公

文化教育瀏覽新聞、查閱書刊、接受教育遠程教育、網(wǎng)上招生、報名、信息共享8.多媒體技術(shù)的應用

利用計算機的數(shù)字化技術(shù)和人機交互技術(shù)，將文字、聲音、圖形、圖像、音頻、視頻和動畫等集成處理，提供信息表達形式。1.3未來計算機展望

巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化更快的運算速度、更大的存儲容量、更強的處理能力以及更高的可靠性。運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、衛(wèi)星圖像處理等大量科學計算的高科技領(lǐng)域。集中體現(xiàn)了計算機科學技術(shù)的發(fā)展水平。銀河億次巨型計算機

1.計算機發(fā)展趨勢1.3未來計算機展望

巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化使用方便、體積小，成本低和功能齊全方向發(fā)展嵌入式技術(shù)家電、儀器儀表，筆記本電腦，掌上計算機1.3未來計算機展望

巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化利用計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合,把分布在不同地點的計算機互連起來,組成規(guī)模強大的計算機網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)方便、及時、可靠、安全、高效的信息服務(wù)1.3未來計算機展望

巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化使計算機具有視覺、聽覺、語言、行為、思維、邏輯推理等能力。第一代機器人機械手（1962年出現(xiàn)）第二代機器人具有“感覺”的機器人第三代機器人裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”1.3未來計算機展望未來計算機有人預測除電子計算機技術(shù)外，還有光子計算機、生物計算機和量子計算機等新型計算機。2.計算機新技術(shù)領(lǐng)域

（1）嵌入式計算機嵌入式計算機是指作為一個信息處理部件，嵌入在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之中的計算機，其特點是系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。

應用領(lǐng)域：如手機電視機頂盒數(shù)碼相機電視機汽車遙控電風扇電子顯示屏等等1.3未來計算機展望

（2）高性能計算(HighPerformanceComputing，HPC)高性能計算是計算機科學的一個分支，主要是指從體系結(jié)構(gòu)、并行算法和軟件開發(fā)等方面研究開發(fā)高性能計算機的技術(shù)，通常使用很多處理器或者某一集群中組織的幾臺計算機的計算系統(tǒng)和環(huán)境。高性能計算是以速度為核心，它包括兩方面途徑：一是提高單一處理器的計算性能，二是把這些處理器集成，由多個CPU構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)，進行并行計算。目前世界上頂級的高性能計算機有成百上千、甚至上萬個CPU，這些處理器協(xié)同計算，才能夠提供需要的速度。

1.3未來計算機展望（3）普適計算（PervasiveComputing)

普適計算強調(diào)和環(huán)境融為一體的計算，指在任何時間、任何地點都可以計算，也稱無處不在的計算。在普適計算的模式下，人們可以在任何時間、任何地點、以任何方式進行信息的獲取與處理。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，普適計算正在逐漸成為現(xiàn)實。未來的普適計算將集移動通信技術(shù)、計算技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體，通過將普適計算設(shè)備嵌入人們生活的各種環(huán)境中，將計算從桌面上解放出來，使用戶能以各種靈活的方式享受計算能力和資源服務(wù)。那時候，人們周圍到處都是計算機，這些計算機將依據(jù)不同的計算要求而呈現(xiàn)不同的模樣，不同的名稱。1.3未來計算機展望

（4）云計算

云計算是一種能夠?qū)討B(tài)伸縮的虛擬化資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的方式提供給用戶的計算模式，用戶不需要知道如何管理那些支持云計算的基礎(chǔ)設(shè)施。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源。云計算是并行計算、分布式計算和網(wǎng)格計算的融合和發(fā)展，是這些計算機科學概念的發(fā)展和商業(yè)實現(xiàn)。用戶可以按需計量使用這些資源，從而實現(xiàn)讓計算成為一種公用設(shè)施來按需而用的夢想。云計算最基本的概念：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的計算機資源，并以統(tǒng)一的界面同時向大量用戶提供服務(wù)。借助云計算，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬間處理數(shù)以萬計甚至億計的信息，實現(xiàn)和超級計算機同樣強大的效能。1.3未來計算機展望（5）物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。1.3未來計算機的發(fā)展趨勢信息(Information)是對各種事物變化和特征的反映，是事物間相互作用和聯(lián)系的表征。信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計算機能夠處理的數(shù)據(jù)，同時也是經(jīng)過計算機處理后作為問題解答而輸出的數(shù)據(jù)。1.3.3計算機與信息化社會1.信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是記錄下來可以鑒別的符號，是信息的載體，是對客觀實體的一種描述形式，這種描述形式可以進行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖像、音頻和視頻等。1.3未來計算機展望數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系：

既有聯(lián)系，又相互區(qū)別。數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)形式，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是有用的、經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。信息有意義，數(shù)據(jù)則沒有。活動數(shù)據(jù)信息決策示例1：“2008年農(nóng)村居民人均純收入4761元，扣除價格上漲因素，比上年實際增長8.0%”

。經(jīng)過大量的原始數(shù)據(jù)資料分析后得出的結(jié)論，其表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù)。示例2：“某個病人的體溫是39℃”

。病歷卡上記載病人的體溫39℃是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)39℃本身是沒有意義的。當數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時，才能成為信息。1.3未來計算機展望2.信息技術(shù)信息技術(shù)：指獲取信息、處理信息、存儲信息和傳播信息中所用到的技術(shù)。信息技術(shù)的組成微電子技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)傳感技術(shù)微電子技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，它擴展了人類對信息的控制和使用能力；計算機技術(shù)是信息技術(shù)的核心，計算機的信息處理能力在不斷加強；

通信技術(shù)加快了信息傳遞的速度和廣度，擴展了人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息能力傳感技術(shù)擴展了利用人的感覺器官收集信息的能力。1.3未來計算機展望信息化社會的特征完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施先進的信息技術(shù)高素質(zhì)的信息人才廣泛的信息產(chǎn)業(yè)良好的信息環(huán)境3.信息社會信息社會給人類帶來全新的工作方式和生活方式。在信息化社會里，信息是知識，是技術(shù)，是一種最寶貴的資源。人們利用各種方式獲取信息，了解世界，也讓世界了解自己。在信息時代，人們的許多活動都與網(wǎng)絡(luò)有著密切的聯(lián)系，通過網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)。1.3未來計算機展望本章小結(jié)本章主要介紹了計算機的發(fā)展過程、計算機的分類與應用、計算機的發(fā)展趨勢，以及信息技術(shù)的基本概念。信息化社會對人才的培養(yǎng)提出了更高的標準，對人才的需求也越來越強，具備計算機的基本應用能力已成為現(xiàn)代社會公民的基本素質(zhì)之一。通過本章的學習，能夠幫助讀者認識和了解計算機，建立自覺、主動學習計算機相關(guān)知識的意識和興趣。思考題1.計算機的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段？各階段的主要特征是什么？2.按綜合性能指標，計算機一般分為幾類？3.信息與數(shù)據(jù)的區(qū)別是什么？4.現(xiàn)代計算機的主要應用領(lǐng)域。5.計算機發(fā)展趨勢。作業(yè)閱讀第一章，完成第一章習題利用網(wǎng)絡(luò)，了解計算機的最新發(fā)展及應用第二章信息的表示與存儲大學計算機基礎(chǔ)第二章信息的表示與存儲主要內(nèi)容2.1二進制編碼2.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及其運算

2.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示方法

2.4數(shù)據(jù)壓縮

思考：我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的進制……

最常用的十進制

星期：七進制

小時：24進制，分鐘：60進制，秒：60進制

月份：12進制1．二進制編碼2.1二進制編碼及運算理解0和1在計算機中采用二進制存儲和表示信息。二進制數(shù)只有兩個數(shù)碼，0和1，低位向高位進位是逢二進一，借一當二。為什么計算機中采用二進制而不采用我們熟悉的十進制計數(shù)呢？因為計算機中大量的電子元器件一般都具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，如電壓的高與低、晶體管的導通與截止，開關(guān)的開與關(guān)等，這兩種狀態(tài)正好用來表示二進制數(shù)的兩個數(shù)碼0和1。采用二進制使信息數(shù)字化容易實現(xiàn)，并適合用二值邏輯元件進行表示和處理。另外，二進制數(shù)運算規(guī)律簡單，可靠性高，易于物理實現(xiàn)，適合邏輯運算。

理解0和1二進制的優(yōu)點：物理上容易實現(xiàn)，可靠性高，運算規(guī)律簡單，適合邏輯運算。

1010

0

101二進制是計算機中采用的計數(shù)制。

只有0和1兩個數(shù)字符號，基數(shù)是“2”，低位向高位進位規(guī)則是“逢二進一”。

二進制數(shù)中小數(shù)點向右移1位，數(shù)值就擴大2倍；小數(shù)點向左移1位，數(shù)值就縮小2倍。

減法：

0-0=0

0-1=1（有借位）

1-0=11-1=0

1011+110010111

1100-10110001

加法：0+0=0

0+1=1

1+0=11+1=0(有進位)2．二進制數(shù)的算術(shù)運算

在計算機內(nèi)部，二進制加法是基本運算，而二進制的減法則是采用補碼運算，將減法轉(zhuǎn)換成加上一個負數(shù)來實現(xiàn)的；二進制乘、除法運算可以通過加、減和移位來實現(xiàn)。

例2.2例2.1

11+12232025/2/2637邏輯與：0∧0=0

0∧1=0

1∧0=01∧1=13.二進制的邏輯運算邏輯或：0∨0=0

0∨1=1

1∨0=11∨1=1邏輯非0=11=0邏輯運算是指對某一給定條件，判斷其是否成立的一種運算。運算結(jié)果不表示數(shù)值的大小，而是表示條件成立與否。2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換及其運算在討論數(shù)的進位制之前，先介紹進位計數(shù)制的“基數(shù)”和“位權(quán)”的概念。因為無論采用哪種計數(shù)制表示數(shù)據(jù)，都涉及到“基數(shù)”和“位權(quán)”。

在日常生活中,人們除了使用十進制外，也經(jīng)常使用其他進制，如六十進制、十二進制等。由于計算機中所有信息都是以二進制數(shù)的形式表示和存儲的，因此需要了解二進制和其他進制之間的轉(zhuǎn)換與運算。我們先來看一個例子：十進制數(shù)

678.34我們怎么能正確識別這個數(shù)呢？根據(jù)每個數(shù)字所在的位置，我們可以判斷數(shù)的大小。678.3410210110010-110-26*1027*1018*1003*10-14*10-2位權(quán)任何一種進位計數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按權(quán)展開的多項式之和1.數(shù)的進位計數(shù)制進位計數(shù)制定義：

進位計數(shù)制是一種數(shù)的表示方法，按進位的方法來計數(shù)。采用位權(quán)表示法；逢r進一。基數(shù)：每種進位計數(shù)制都有自己基本的符號，若某種進位計數(shù)制中使用了r個符號（0，1，2，…,r-1），r

稱為該進位計數(shù)制的基數(shù)。位權(quán)：進位制中基數(shù)的某次冪值稱為“位權(quán)”。r進制r進制數(shù)N可表示為：基數(shù)：rrn-1，rn-2，…,r0，r-1，r-2，…

r-m分別是某位的權(quán)數(shù)碼：0，1，2，…，r-1Nr=an-1×rn-1+……+a1×r1+a0×r0+a-1×r-1+……+a-m×r-m或r進制數(shù)N可以表示為：按權(quán)展開的多項式之和即;該數(shù)各位的數(shù)碼乘以所在位的權(quán)值的和。基數(shù)位權(quán)數(shù)碼（1）十進制數(shù)基數(shù)：10102，101，100，10-1，10-2分別是數(shù)的百位、十位、個位、十分位、百分位的權(quán)數(shù)碼：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（2）二進制數(shù)二進制數(shù)按“權(quán)”展開的形式為:基數(shù)：22n-1，2n-2，…,20,2-1，2-2…,

2-m分別是數(shù)某位的權(quán)數(shù)碼：0，1用英文字母標識來標識進位制：字母“D”代表十進制，“B”代表二進制，字母“O”代表八進制，“H”代表十六進制。（3）八進制數(shù)和十六進制數(shù)二進制數(shù)書寫位數(shù)多，難以記憶和識別，為了便于書寫和記憶，常用八進制數(shù)或十六進制數(shù)作為二進制數(shù)的助記符形式。進制十進制二進制八進制十六進制基數(shù)102816數(shù)字符號0～90，10～70～9A（10）B（11）C（12）D（13）E（14）F（15）2025/2/2645十進制數(shù)非十進制數(shù)非十進制數(shù)十進制數(shù)二、八、十六進制之間的轉(zhuǎn)換2.不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換2.不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(1)r進制數(shù)（非十進制數(shù)）轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)

各種進位制轉(zhuǎn)換為十進制的方法：分別寫出二進制數(shù)、八進制數(shù)和十六進制數(shù)的按權(quán)展開式，計算所得的值，即為轉(zhuǎn)換后的十進制數(shù)。

其中：ai為系數(shù)（數(shù)碼）

r為基數(shù)

n為項數(shù)例2.5:（10101)2=

=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20

=24+22+1=(21)10舉例例2.6：(3506.2)8=

=3×83+5×82+0×81+6×80+2

×8-1=1536+320+6+0.25=(1862.25)10例2.7：(A3E.5)16==10×162+3×161+14×160+5×16-1

=2560+48+14+0.31=(2622.31)10舉例由以上幾個例子看出：由R進制轉(zhuǎn)換到十進制。可以把小數(shù)點作為起點，分成向左右兩邊進行，即對于其整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。即：

非十進制數(shù)十進制數(shù)(1011.1)2232221202-12025/2/2650

875余數(shù)為3（a0）

8

9余數(shù)為1（a1）

8

1余數(shù)為1（a2）

0結(jié)果為:(75)10=(113)8余數(shù)法：除基數(shù)取余數(shù)、由下而上排列。例：將十進制的75轉(zhuǎn)換成八進制十進制整數(shù)非十進制整數(shù)2025/2/26512751

2371

2180

291

240

220

211

0又例：結(jié)果為:(75)10=(1001011)22025/2/2652進位法：用十進制小數(shù)乘基數(shù)，當積為0或達到所要求的精度時，將整數(shù)部分由上而下排列。示例：

0.625

╳2

1.250整數(shù)=1

╳2

0.50整數(shù)=0

╳2

1.0

整數(shù)=1小數(shù)值=0十進制小數(shù)非十進制小數(shù)結(jié)果為:(0.625)10=(0.101)2如果十進制的數(shù)即有整數(shù)也有小數(shù)，將其兩部分合起即可。2025/2/26530210050202250122163221200110.23×2

0.46×2

0.92×2

1.84例：將（100.23）10化為二進制。0.84×2

1.68

若小數(shù)保留4位：結(jié)果為:(100.23)10=(1100100.001)23.二進制、八進制、十六進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換八進制對應二進制00001001201030114100510161107111每3位二進制對應一位八進制數(shù)十六進制對應二進制十六進制對應二進制0000081000100019100120010A101030011B101140100C110050101D110160110E111070111F1111每4位二進制對應一位十六進制數(shù)

整數(shù)部分從右向左三位并一位小數(shù)部分從左向右三位并一位二進制八進制二、八與十六進制之間的轉(zhuǎn)換一位拆三位一位拆四位

整數(shù)部分從右向左四位并一位小數(shù)部分從左向右四位并一位二進制十六進制

例2.10將二進制數(shù)10110011.10101轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)。010

110

011.101

010(B)=263.52(O)26352（高位和低位各補1個0）例2.11將二進制數(shù)1011010101.101011轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。0010

1101

0101.1010

1100

(B)=2D5.AC(H)

2D5AC（高位和低位各補2個0）二進制轉(zhuǎn)化成八(十六)進制

整數(shù)部分：小數(shù)點為基準從右向左按三(四)位進行分組小數(shù)部分：小數(shù)點為基準從左向右按三(四)位進行分組不足補零例2.12將八進制數(shù)(6415.64)8轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。(6415.64)8

=(110

100

001

101.110

100)2

6415.64例2.13將十六進制數(shù)(6A1D.C4)16轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。(6A1D.C4)16

=(0110

1010

0001

1101.1100

0100)26A1D.C4

八（十六）進制轉(zhuǎn)換為二進制

將八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：只需將1位八進制數(shù)轉(zhuǎn)為3位二進制數(shù)；

將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：只需將1位十六進制數(shù)轉(zhuǎn)為4位二進制數(shù).4.二-十進制數(shù)（BCD碼）日常習慣使用十進制，為了讓計算機能夠識別、存儲十進制數(shù)，向計算機輸入數(shù)據(jù)時仍采用十進制。計算機先將十進制按位編碼，每位十進制對應4位二進制表示，計算機自動將其轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，這種編碼稱為BCD編碼(又稱8421碼）。主要用途幫助計算機自動實現(xiàn)十進制向二進制相互轉(zhuǎn)換。BCD碼取10種狀態(tài)表示十進制數(shù)碼0～9.既具有二進制的形式，又具有十進制的特點，逢“十”進位。二--十進制數(shù)（BCD碼）（75.4）D=（01110101.0100)BCD(10000101.0101)BCD＝(85.5)D

BCD碼與二進制之間的轉(zhuǎn)換不能直接進行，應先轉(zhuǎn)換為十進制后再轉(zhuǎn)換為二進制。2.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示方法主要內(nèi)容

1.計算機中數(shù)據(jù)的存儲單位2.帶符號數(shù)的機器數(shù)表示3.數(shù)的原碼、反碼和補碼表示

4.定點數(shù)與浮點數(shù)

2.帶符號數(shù)的表示

數(shù)值數(shù)據(jù)是指通常所說的數(shù)或數(shù)據(jù)，它有正負和大小之分，有整數(shù)和小數(shù)之分。下面介紹帶符號數(shù)的表示方法。但是在計算機中是不能存儲負號的，只能存儲0和1.因此，就提出一個想法，正、負也要用“0”和“1”來表示，將表示數(shù)的位數(shù)拿出來一位表示數(shù)的符號。一般指定最左邊一位表示數(shù)的符號，用0代表正數(shù)，用1代表負數(shù)。原來八位存儲一個數(shù)，現(xiàn)在就用七位存儲數(shù)值了。問題：十進制數(shù)6用八位二進制表示為：00000110

十進制-6如何表示？-00000110可以嗎？2.帶符號數(shù)的表示

符號位“0”表示正、“1”表示負10000110

若一個數(shù)用8位二進制表示，+6和-6表示形式為：00000110+6-6通常稱這種符號數(shù)字化的數(shù)為機器數(shù)。數(shù)的原碼、反碼和補碼表示這種用0和1表示數(shù)的符號的數(shù)稱為機器數(shù)，也稱為數(shù)的原碼。但是實際上計算機中不是用這種方法存儲有符號數(shù)的。為什么呢？機器數(shù)在進行運算時，若將符號位和數(shù)值位同時參與運算，則會得出錯誤的結(jié)果。例2.12：X=+6[X]原碼=00000110Y=-3[Y]原碼=10000011X+Y=+6+（-3）=6-3=3原碼相加：得到-9

00000110+1000001110001001……

（-9）因此，為了運算方便，計算機中引入了反碼和補碼的概念，將加減法運算統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為補碼的加法運算。原碼相減：得到-300000110-1000001110000011……-3數(shù)的原碼、反碼和補碼表示0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111-0：10000000[X]原=數(shù)的原碼、反碼和補碼表示表示數(shù)的范圍：-127~127

1111111101111111整數(shù)X的原碼表示是：整數(shù)的符號位用“0”表示正，“1”表示負，其數(shù)值部分是該數(shù)的絕對值的二進制表示。在原碼表示中，0有兩種表示方法。正數(shù)的原碼、反碼和補碼形式完全相同，而負數(shù)則有不同的表示形式。（2）反碼0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000-7：11111000-0：11111111[X]反=負數(shù)的反碼是對該數(shù)的原碼除了符號位外各位取反。在反碼表示中，0有兩種表示方法。反碼是求補碼的中間過渡。補碼表示中：0有唯一的表示形式，即[+0]=[-0]=00000000因此，可以用多出來的編碼10000000來擴展補碼的表示范圍值為-128，最高位1即可看做符號位負數(shù)，又可表示為數(shù)值。表示數(shù)的范圍：-128～127+7：00000111+0：000000000X1|X|+10<=XX<=0-7：11111001-0：00000000[X]補=負數(shù)的補碼是在其反碼的基礎(chǔ)上末位加1。（3）補碼例2.13：利用補碼進行（+6）+（-6）運算。X=+6[X]原=00000110[X]補=00000110Y=-6[Y]原=10000110[Y]補=11111010

兩數(shù)相加00000110…………+6的補碼+11111010…………-6的補碼

100000000…………0的補碼例2.14：利用補碼進行（+6）+（-3）運算。X=+6[X]原=00000110[X]補=00000110Y=-3[Y]原=10000011[Y]補=11111101

兩數(shù)相加00000110…………+6的補碼+11111101…………-3的補碼

100000011…………+3的補碼計算機中數(shù)據(jù)存儲與時鐘一樣，是個模數(shù)系統(tǒng)。超過了它所能表示的最大值后，就又會恢復到初始狀態(tài)。當運算結(jié)果超出其表示范圍時，會產(chǎn)生“溢出”（得出不正確的結(jié)果）。兩個8位二進制數(shù)相加11111111：25500000001：1100000000：0

數(shù)表示的范圍受到字長的限制若表示一個整數(shù)：用8位，最大值為01111111，即27-1=127用16位，最大值為0111111111111111，即215-1=327673.無符號數(shù)的表示在無符號數(shù)據(jù)處理的過程中，如不需要設(shè)置符號位時，可用全部字長來表示數(shù)值大小。如8位無符號數(shù)的取值范圍是0～255，

255=2８－１同樣位數(shù)的數(shù)據(jù)在機器中,采用無符號表示或有符號表示其取值范圍是不同的。111111114.定點數(shù)與浮點數(shù)定點整數(shù)定點數(shù)分為定點整數(shù)和定點小數(shù)。（1）定點數(shù)表示小數(shù)點固定在機器數(shù)的最低位之后整數(shù)表示數(shù)據(jù)精確，數(shù)的范圍有限。如機器字長16位，補碼范圍-32768-32767定點數(shù)是指規(guī)定小數(shù)點固定在某一位置上。浮點數(shù)是指小數(shù)點位置可以任意浮動。符號位4.定點數(shù)與浮點數(shù)S小數(shù)點

定點小數(shù)

（1）定點數(shù)表示小數(shù)點固定在符號位之后定點數(shù)表示方法使數(shù)的表示范圍受到限制。當超出規(guī)定的范圍時，就無法表示了。因此，就有另外一種表示數(shù)的方法，即浮點數(shù)。（2）浮點數(shù)表示尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍

科學記數(shù)法表示：十進制數(shù)-1234.567可表示為：-1234.567

=-1.234567

103采用以2為底的科學記數(shù)法存儲：

N=數(shù)符

尾數(shù)

2階碼

（其中：數(shù)符0為正，1為負，尾數(shù)和階碼都用二進制數(shù)表示）浮點數(shù)也稱為實數(shù)，是指小數(shù)點位置不固定的數(shù)，它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。利用浮點數(shù)可以擴大實數(shù)的表示范圍。IEEE754標準（美國電氣電子工程師協(xié)會IEEE，1985）將浮點數(shù)分成兩類:單精度數(shù)用32位表示：數(shù)符1位，階碼8位，尾數(shù)23位雙精度數(shù)用64位表示：數(shù)符1位,階碼11位,尾數(shù)52位為了處理負指數(shù)的情況，實際數(shù)據(jù)的指數(shù)存儲時數(shù)值加上127（27-1）后進行存儲。尾數(shù)只存儲小數(shù)部分。單精度浮點數(shù)機內(nèi)存儲格式（占4個字節(jié)，32位）階碼數(shù)符尾數(shù)1位8位23位由于不同計算機所選的基值、尾數(shù)和階碼的長度不同，因此對浮點數(shù)表示有較大差別，這就不利于軟件在不同計算機之間的移植。為此，1985年，美國電氣電子工程師協(xié)會IEEE制定了IEEE754標準。2.4非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示與存儲主要內(nèi)容1.字符編碼2.漢字編碼3.多媒體信息表示

計算機除了能處理數(shù)值數(shù)據(jù)外，也能識別各種符號、字符，如英文字母、漢字、運算符號等。這些數(shù)據(jù)在計算機中有特定的二進制編碼，也就是非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼。編碼就是按照一定編碼要求和規(guī)則進行排列，將1和0組成的符號串賦予一定的含義，符號串的位數(shù)決定了可以容納的編碼的數(shù)目。在現(xiàn)實生活中，有許多編碼的例子。例如學校學生學號的編碼要根據(jù)招生規(guī)模來設(shè)定，每一位都被賦予一定的含義。編碼還必須具有唯一性，在一所學校中，不允許出現(xiàn)重復的學號，每個學號唯一的對應一位學生。如，電話號碼128個常用字符，用7位二進制編碼，最高位為0，從0到127控制字符34個：0～32，127；普通字符：94個。例如：“a”字符的編碼為1100001，61H,對應的十進制數(shù)是97；空格 20H 32

‘0’～‘9’30H～39H48～57

‘A’～‘Z’ 41H～5AH65～90

‘a(chǎn)’～‘z’61H～7AH 97～122

1.字符編碼（ASCII碼）

(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)目前在微型計算機中普遍使用的字符編碼是ASCII碼，每個字符采用7位二進制數(shù)進行編碼，27可以表示128種符號，包括了計算機處理信息常用的英文字母、數(shù)字符號、算術(shù)與邏輯運算符號、標點符號等。存儲字符的編碼采用1個字節(jié)存儲，最高位設(shè)置為0.在ASCII字符編碼表中：每種符號唯一的對應著一個編碼。數(shù)字0～9、字母A～Z和a～z在表中都是順序排列的，小寫字母比大寫字母的編碼值大32。這里需要記住幾個常用的編碼：例如：字符“0”的編碼不是整數(shù)，而是二進制的00110000（30H），對應十進制數(shù)為48；字母“A”的ASCII編碼是1000001（41H），對應的十進制數(shù)為65；“a”的ASCII編碼是1100001（61H），對應的十進制數(shù)為97。掌握了這幾個字符的編碼，就可以容易寫出后續(xù)字母數(shù)字的ASCII編碼。還有一些擴展編碼，采用8位編碼，可以有256個編碼狀態(tài)。在了解了數(shù)值和字符在計算機中的表示后，同學們可能會產(chǎn)生一個問題：數(shù)和字符在計算機中都是二進制數(shù)，計算機如何區(qū)分呢？一個字節(jié)的內(nèi)容是65，它究竟是數(shù)值65，還是字符A？面對孤立的字節(jié)，是不能區(qū)分，但是存放和使用這個數(shù)據(jù)的軟件，會以其他方式進行區(qū)分。2.漢字編碼拼音五筆等GB2312-1980標準漢字字符集，規(guī)定在不同的漢字系統(tǒng)中進行漢字交換時使用的編碼，簡稱國標碼，兩個字節(jié)。漢字在機器內(nèi)部的表示形式，是內(nèi)部存儲，處理，傳輸漢字的代碼，兩個字節(jié)表示一個漢字。為了區(qū)分西文字符的機內(nèi)碼，每個字節(jié)的最高位設(shè)為1.每個漢字字形碼在漢字字庫中的相對位移地址漢字在計算機中也是字符，也要表示為二進制，也應有統(tǒng)一的編碼。但是漢字字符多，字型復雜，處理起來比西文字符復雜的多，要解決輸入、存儲、交換和顯示的編碼問題。(1)漢字輸入碼

①數(shù)字編碼：

用4位數(shù)字代表一個漢字，如國標區(qū)位碼、電報碼等。GB2312標準將6763個漢字和700多個符號分成94個區(qū)，每個區(qū)存放94個漢字和符號。無重碼，但是記憶困難。如：大2083工2504十進制②拼音編碼：以漢語拼音為基礎(chǔ)的輸入法，常用有智能ABC、微軟拼音、紫光、全拼、搜狗等。（簡單易學，重碼，拼音為基礎(chǔ)）③字形編碼：以漢字的形狀確定的編碼，如五筆字型、表形輸入法。（無重碼，快，專業(yè)人員）漢字國標碼(GB2312－80）也稱漢字交換碼,

共收錄7445個漢字符號。能表示6763個常用漢字和一些符號。每個漢字用兩個字節(jié)、以16進制表示。漢字分成94個區(qū),每個區(qū)存放94個漢字或符號。由區(qū)號和位號構(gòu)成區(qū)位碼。區(qū)位碼加上32就構(gòu)成國標碼。

計算機是如何區(qū)分字符與漢字的編碼呢？

（2）漢字國標碼為了在計算機中使用漢字，1981年，國家標準局公布了GB2312-80標準漢字字符集，規(guī)定了在不同的漢字系統(tǒng)中進行漢字交換時使用的編碼，簡稱國標碼。

漢字機內(nèi)碼是漢字在機器內(nèi)部的表示形式，是計算機內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字的代碼。

為區(qū)別ASCII碼,機內(nèi)碼采用將漢字國標碼的每個字節(jié)的最高位設(shè)為1，形成了在計算機內(nèi)部用來進行漢字存儲、運算的編碼。以漢字“大”為例，國標碼為3473H，二進制：0011010001110011國標碼二進制：1011010011110011機內(nèi)碼

B4F33473H＋8080H＝B4F3H，得到機內(nèi)碼為B4F3H

國標碼轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼：國標碼+8080H=機內(nèi)碼（3）漢字機內(nèi)碼漢字區(qū)位碼國標碼漢字機內(nèi)碼

大20833473(0011010001110011)B(1011010011110011)B

工25041904(0001100100000100)B(1001100110000100)B

計算機處理字符數(shù)據(jù)時，當遇到最高位為1的字節(jié)，便將該字節(jié)連同其后續(xù)最高位為1的另一個字節(jié)看做一個漢字；當遇到最高位為0時，則可看做一個ASCII碼西文字符，這樣就實現(xiàn)了漢字、西文字符的共存和區(qū)分。（4）漢字字形碼漢字的字形碼通常有兩種表示方式，即點陣和矢量表示方式。為了能在屏幕上和打印機上輸出漢字，必須將漢字的字形以點陣的形式事先存入計算機中，字形碼也稱為漢字的字模。點陣字形的構(gòu)成是把每個漢字放在一個矩型區(qū)域里，對每一個位置用二進制的0和1來編碼，有筆劃經(jīng)過的地方為“1”，即發(fā)亮，無筆劃經(jīng)過的地方為“0”，發(fā)暗。然后把這樣形成的二進制序列存儲起來，就得到了漢字的點陣字型。當需要顯示一個漢字時，根據(jù)漢字的機內(nèi)碼，在字庫中檢索到漢字的字形點陣，把對應的二進制編碼序列放入顯示存儲器中適當?shù)牡胤剑涂稍谠谄聊簧巷@示該漢字。點陣表示：用點陣表示的碼，是漢字的輸出形式。它把漢字排成點陣常用16×16、24×24、32×32、48×48或更高二進制位來存儲。一個16*16點陣的漢字字形占用32個字節(jié)，24*24要占用72個字節(jié)。編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出這類點陣字庫漢字最大的缺點是不能放大，一旦放大后就會發(fā)現(xiàn)文字邊緣的鋸齒。ASCII碼的字母存儲的也是字母的圖片，編碼與點陣圖片一一對應，需要時調(diào)用這個圖片，就可以顯示對應的字符。矢量表示：該方式存儲的是描述漢字字形的輪廓特征。矢量方式與點陣相反，矢量字庫保存的是對每一個漢字的描述信息，比如一個筆劃的起始、終止坐標，半徑、弧度等等。需要時，通過計算機的計算，由漢字字形描述程序生成所需大小和形狀的漢字點陣。

矢量表示方式可以得到高質(zhì)量的漢字輸出，與最終文字顯示的大小和分辨率無關(guān)。放大后，不會變形。

Unicode國際標準編碼標準：為了規(guī)范編碼，采用雙字節(jié)編碼統(tǒng)一表示世界上的主要文字。鍵盤輸入與屏幕顯示一個漢字從輸入到輸出，需要經(jīng)過在鍵盤上根據(jù)輸入碼輸入、計算機將其自動翻譯成機內(nèi)碼進行存儲和傳輸，最后根據(jù)字形碼顯示或打印出來這樣幾個過程。3.多媒體信息表示

（1）音頻信息

為了要使計算機能夠處理音頻信息，便于存儲和操作，必須首先要將聲音的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。按照固定的時間間隔對聲波的振幅進行采樣，記錄所得到的值序列，并轉(zhuǎn)化為二進制序列，得到聲波的數(shù)字化表示。常見的幾種聲音文件格式擴展名特點WAV記錄真實聲音，對存儲空間需求太大,不便于交流和傳播，是Windows系統(tǒng)使用的標準數(shù)字音頻波形文件MIDI比波形文件小，節(jié)省空間，但缺乏重現(xiàn)真實自然聲音的能力，常用來存放背景音樂WMA與MP3格式類似的一種新的音頻格式，壓縮比和音質(zhì)方面都超過了MP3，適合網(wǎng)絡(luò)實時低速率傳輸Mp3、Mp4數(shù)字音頻編碼和有損壓縮格式，壓縮比高，基本不失真多媒體信息是指以文字、聲音、圖形、圖像為載體的信息。計算機除了能夠處理、存儲數(shù)值和文字，還能處理大量多媒體信息。這些多媒體信息雖然表示形式不同，進入到計算機中也要轉(zhuǎn)換為二進制形式表示。3.多媒體信息表示

（2）視頻信息

視頻信號數(shù)字化的原理與音頻信息數(shù)字化相似，以一定的頻率對單幀視頻信號進行采樣、量化、編碼等，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換、彩色空間變換和編碼壓縮等。

擴展名特點AVI采用有損壓縮，壓縮比高，解決了音頻與視頻信息的同步問題，已成為Windows視頻文件的標準，用于保存電影、電視信息MPG按照MPEG標準壓縮的全視頻文件WMV獨立于編碼方式的標準，可以直接在網(wǎng)上實時觀看視頻，屬于網(wǎng)絡(luò)流媒體，播放器是MediaPlayer。rm壓縮比高，文件小、適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，屬于流媒體文件格式，文件的播放器是RealPlayerASF可以直接在網(wǎng)上觀看的視頻文件格式，壓縮和圖像質(zhì)量高，屬于流媒體格式，播放器是MediaPlayer。FLV增長最快、最為廣泛的視頻傳播格式，許多在線視頻網(wǎng)站都采用此視頻格式，屬于流媒體格式。CPU占有率低、視頻質(zhì)量良好、體積小、加載速度極快等特點。常見的視頻文件和流媒體文件格式

（3）圖形圖像圖形圖像文件是多媒體軟件中最重要的信息表現(xiàn)形式之一。不同的圖像采用不同的處理方式。常用文件格式：BMP、GIF、JPEG、WMF等。①位圖：

將圖像表示成一組點，每一個點稱為一個像素，每個像素的顯示被編碼，編碼方式隨著應用的不同而不同，分為黑白圖像和彩色圖像。整個圖像就是這些像素的集合。計算機中的許多設(shè)備如顯示器和打印機，都是根據(jù)像素進行操作的。文件擴展名：BMP（3）圖形圖像②矢量圖：

把圖像分解為幾何結(jié)構(gòu)（如曲線和直線）的組合，通過數(shù)學公式定義這些幾何結(jié)構(gòu)。這些數(shù)學公式是重構(gòu)圖像的指令，計算機存儲這些指令，需要生成圖像的時候，只要輸入圖像的尺寸，計算機就能夠按照這些指令生成圖像。

位圖和矢量圖的表示方法各有利弊。

位圖圖像質(zhì)量高，占用存儲空間大，當無限放大時會失真，不夠清晰，數(shù)碼相機使用的就是這種方法。矢量圖像放大或縮小時，能夠保持原來的清晰度，不會失真。而且矢量圖像比位圖占用的存儲空間小。（3）圖形圖像2.4數(shù)據(jù)壓縮2.4.1數(shù)據(jù)壓縮的概念數(shù)據(jù)壓縮就是在保留數(shù)據(jù)原有內(nèi)容的前提下，對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行壓縮處理。經(jīng)過壓縮后的文件能減小體積，節(jié)省磁盤存空間，減少感染病毒的機會，提高數(shù)據(jù)的安全性，方便多個文件打包傳輸。經(jīng)過壓縮后的數(shù)據(jù)不能直接使用，必須要通過解壓縮后將信息還原才能使用。有損壓縮：有損壓縮在壓縮過程中可能會發(fā)生信息丟失，有損壓縮比無損壓縮能提供更大的壓縮比。無損壓縮：無損壓縮在壓縮過程中不會丟失信息，壓縮后的信息可以完全恢復為原始信息，多用于一般文本壓縮以及通信方面的壓縮。2.4.2文件壓縮文件壓縮的實現(xiàn)有幾種方式，提供的各種工具能夠每次壓縮一個文件，或壓縮一組文件。一組文件能壓縮成單個文件，更易于傳送到其它用戶，解壓縮工具把文件解開。WinRAR是目前較為流行的文件壓縮解壓縮軟件，是適用于Windows系統(tǒng)的32位壓縮工具。2.4.3圖像壓縮1.GIF2.JPEG3.TIFF2.4.4音頻和視頻壓縮MPEGMP3MP4作業(yè)：第二章習題必做第三章計算機系統(tǒng)大學計算機基礎(chǔ)第三章

計算機系統(tǒng)主要內(nèi)容

3.1計算機結(jié)構(gòu)

3.2計算機系統(tǒng)組成

3.3計算機的工作過程

3.4微型計算機硬件組成引入：人是如何處理事務(wù)的呢？接收信息完成結(jié)果計算控制眼睛、手記憶數(shù)據(jù)計算機也是模仿人來處理事務(wù)的計算機是如何實現(xiàn)按高效運算的？計算機的運行原理是什么？計算機由哪幾部分組成？……英國科學家阿蘭.圖靈（1912-1954）1.圖靈機——計算機的理論模型20世紀30年代，圖靈提出了算法的定義，建立了圖靈機模型，奠定了可計算理論基礎(chǔ)。由于圖靈提出的圖靈機模型直觀形象，用圖靈機模型能夠解釋算法的概念，很快得到了人們的認同。這也是圖靈一生中最大的貢獻。

3.1計算機結(jié)構(gòu)圖靈機——計算機的理論模型什么是圖靈機？

圖靈機由一條無限長的磁帶、讀/寫頭及控制器構(gòu)成。控制器內(nèi)包括控制規(guī)則表，它能夠通過讀/寫頭對磁帶上的符號進行讀或?qū)懀x寫頭可以在磁帶上左右移動。磁帶分成了一個個的小方格，每個方格中可以記錄機器字母表里的符號，如0或1等。

圖靈機模型圖靈機磁帶--圖靈機就是一個最簡單的計算機模型，圖靈機將控制處理的規(guī)則用0和1表述，將處理的信息及處理的結(jié)果也用0和1表達，處理即是對0和1的變換（可以用機械/電子系統(tǒng)實現(xiàn)）。--用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學運算的過程，該過程可分為如下兩個簡單動作：在紙上寫上或擦除某個符號把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置--而在每個階段，人要決定下一步的動作，依賴于：此人當前所關(guān)注的紙上某個位置的符號此人當前思維的狀態(tài)。圖靈機工作原理視頻圖靈機不是一種具體的機器，而是一種理論模型，可用來指導制造一種十分簡單但運算能力極強的計算裝置，使得這種機器能夠?qū)θ魏巍翱捎嬎恪钡暮瘮?shù)進行有效的計算，在有限步內(nèi)求出函數(shù)的計算結(jié)果。圖靈機模型理論是計算學科最核心的理論之一，圖靈機模型是算法分析和程序語言設(shè)計的基礎(chǔ)，為計算機設(shè)計指明了方向。

2.馮·諾依曼計算機數(shù)學家馮·諾依曼根據(jù)圖靈機的設(shè)想提出設(shè)計計算機的體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)也稱為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。

馮·諾依曼計算機主要有三個特點：①計算機由五大部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。②指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在主存儲器中，并按地址訪問、以順序的方式執(zhí)行。③程序和數(shù)據(jù)以二進制表示。

EDVAC：馮

諾依曼與莫爾小組合作，研制出了EDVAC計算機。該計算機根據(jù)馮諾依曼提出的原理制造,改進了第一臺計算機的不足。馮·諾依曼計算機的特點是：以運算器和控制器作為計算機結(jié)構(gòu)的核心；指令和數(shù)據(jù)都采用二進制代碼的形式來表示；采用存儲程序控制方式，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在同一個存儲器中；指令在存儲器中按其執(zhí)行順序存放。馮·諾伊曼計算機結(jié)構(gòu)運算器輸出設(shè)備存儲器控制器輸入設(shè)備數(shù)據(jù)指令結(jié)果3.現(xiàn)代計算機主機根據(jù)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)主要以存儲器為中心，由運算器、控制器、存儲器和輸入、輸出設(shè)備五大部分組成。現(xiàn)代計算機組成框圖由于運算器和控制器在邏輯關(guān)系和電路結(jié)構(gòu)上聯(lián)系緊密，特別是在大規(guī)模集成電路制作工藝下，這兩大部件通常被集成在同一個集成電路芯片上，統(tǒng)稱為中央處理器；而將輸入設(shè)備與輸出設(shè)備簡稱為I/O設(shè)備。因此，現(xiàn)代計算機可以認為是由CPU、I/O設(shè)備及主存儲器和輔助存儲器組成。計算機硬件組成的變化隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來計算機的硬件組成也有一些變化。采用雙核或多核CPU設(shè)計先進的總線結(jié)構(gòu)超高速計算機采用平行處理技術(shù)結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的設(shè)計理念等。3.2計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件硬件由電子線路和機電設(shè)備組成的設(shè)備實體。為運行、維護管理、應用計算機所編制的計算機程序。軟件3.2.1計算機硬件系統(tǒng)硬件內(nèi)存CPU外存：軟、硬盤、光盤、閃存外設(shè)主機運算器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、掃描儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)控制器計算機硬件系統(tǒng)組成硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)作為一個完整的計算機系統(tǒng)，硬件和軟件是按一定的層次關(guān)系組織起來的。操作系統(tǒng)向下控制硬件、向上支持軟件，所有的其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下運行。對計算機的操作轉(zhuǎn)化為對操作系統(tǒng)的使用。為軟件開發(fā)、擴充和使用提供了條件。軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)：Windows、Unix、Linux辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

專業(yè)應用軟件工具軟件

服務(wù)性程序：診斷程序、排錯程序等

語言處理程序：C、C++、Java、VB等計算機軟件系統(tǒng)組成3.2.2計算機軟件系統(tǒng)…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件…用戶程序應用軟件包工具軟件1.操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件,是計算機系統(tǒng)軟件的核心，是對計算機硬件、軟件資源進行管理、調(diào)度、控制和運行的一組程序，它也是用戶與計算機之間的接口。用戶通過操作系統(tǒng)方便、順利地操作計算機，而不必過問計算機硬件的具體細節(jié)。

常用的操作系統(tǒng)有：系統(tǒng)軟件

2.程序設(shè)計語言及語言處理程序

機器語言：用二進制代碼編寫，機器能直接執(zhí)行。為了應用存儲程序概念，CPU被設(shè)計成可以識別二進制模式編碼的指令。這組指令以及編碼系統(tǒng)稱為機器語言。系統(tǒng)軟件如：機器語言指令示例：0011010110100111完成的功能是將第5寄存器中的值存儲到指定的存儲單元。

2.程序設(shè)計語言及語言處理程序

匯編語言：用符號表示指令代碼，需要匯編程序?qū)⑵浞g成機器指令后才能運行。

如:用ADD表示加、SUB表示減、HLT表示停機匯編語言程序示例：計算S=12+6系統(tǒng)軟件MOVS,12把12放入累加器S中ADDS,66與累加器S中的值相加，結(jié)果仍放入S中HLT結(jié)束，停機

2.程序設(shè)計語言及語言處理程序

高級語言：采用接近自然語言的字符或表達式、按照一定的語法規(guī)則編寫程序，需要高級語言編譯程序?qū)⒃闯绦蚓幾g生成目標程序后才能運行。

程序設(shè)計語言分為面向過程和面向?qū)ο髢深悺?/p>

高級語言程序示例：計算S=12+6

系統(tǒng)軟件S=12+612與6相加結(jié)果放入S中PRINTS輸出SEND程序結(jié)束(1)面向過程語言

特點：強調(diào)用計算機能夠理解的邏輯來描述解決問題的方法和步驟，不僅要說明做什么，還要說明如何做。過分強調(diào)求解過程的描述，程序難以重復使用。如：

系統(tǒng)軟件(2)面向?qū)ο笳Z言

特點：能夠直接描述客觀世界的事物，將一切事物都看成具有屬性和行為的對象。通過抽象找出同一類對象的共同屬性和行為，并抽象成類。通過類的繼承實現(xiàn)代碼重用，編程效率高。如：

任何一種高級語言或匯編語言編寫的程序(稱為源程序)，都不能由計算機直接執(zhí)行，必須通過相應的編譯程序翻譯成機器語言程序(稱為目標程序)后才能執(zhí)行,或者通過解釋程序邊解釋邊執(zhí)行。不同的語言所對應的語言處理程序也是不同的。系統(tǒng)軟件應用軟件是指除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件,它是用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編制的計算機程序。

--用于科學計算的軟件包、辦公自動化軟件

--計算機輔助設(shè)計、輔助制造、輔助教學軟件

--圖形軟件、工具軟件應用軟件是在系統(tǒng)軟件支持下開發(fā)的，可以分為兩種：

（1）用戶程序

用戶程序是用戶為了解決自己特定的具體問題而開發(fā)的軟件，在系統(tǒng)軟件和應用軟件包的支持下開發(fā)。

（2）應用軟件包應用軟件包是為實現(xiàn)某種特殊功能或特殊計算，經(jīng)過精心設(shè)計的獨立軟件系統(tǒng)，可以滿足同類應用許多用戶需要的軟件。應用軟件主要內(nèi)容指令和程序的概念計算機執(zhí)行的指令過程

計算機中常用數(shù)據(jù)單位3.3計算機的工作過程為使計算機自動解決各種實際問題，必須首先把各種程序、數(shù)據(jù)以及圖形圖像等信息輸入到計算機的內(nèi)存中。若要長期保存信息，還要將內(nèi)存的信息保存到外存儲器中，需要時再將外存的信息取回到內(nèi)存中來。

程序是由一條條指令按一定順序組合而成，它告訴計算機要完成什么功能和具體步驟。程序必須事先輸入到計算機中，才能被執(zhí)行。計算機執(zhí)行了相應的指令序列，就完成了預定的任務(wù)。計算機的一切操作都是在事先編制好的、存儲在計算機中的程序控制下進行的。

1、指令和程序的概念

指令:

計算機硬件可執(zhí)行的、完成某種操作的命令。指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成,其格式如下:

操作碼操作數(shù)操作碼：指明該指令要完成操作:加、減、乘、除、傳送等操作數(shù):指出被操作的對象所在存儲單元地址,寄存器地址及立即數(shù)。或指出運算的結(jié)果應送到哪個單元中。程序：根據(jù)解決某一問題的步驟，編制的指令序列。①數(shù)據(jù)傳送指令：將數(shù)據(jù)在內(nèi)存與CPU之間進行傳送。②數(shù)據(jù)處理指令：對數(shù)據(jù)進行算術(shù)、邏輯或關(guān)系運算。如＋－×÷AndOr等③程序控制指令：控制程序中指令的執(zhí)行順序。如條件轉(zhuǎn)移、無條件轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、返回、停機等。如IfGoto等④輸入/輸出指令:實現(xiàn)外部設(shè)備與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸。⑤其它指令:對計算機硬件進行管理等。

計算機的指令系統(tǒng)：

一臺計算機所有指令的集合稱為該計算機的指令系統(tǒng)，不同種類計算機指令系統(tǒng)所包含的指令數(shù)目與格式也不相同。指令系統(tǒng)不僅是硬件設(shè)計的依據(jù)，而且是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。計算機的指令系統(tǒng)：2、計算機執(zhí)行指令的過程存儲程序控制原理是計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計和自動連續(xù)工作的基礎(chǔ)。計算機依靠硬件和軟件的配合進行工作，計算機的工作過程就是執(zhí)行指令的過程（三個階段）。

取指令：控制器據(jù)程序計數(shù)器PC的內(nèi)容，將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存單元中取出，并送到CPU的指定寄存器中。分析指令：CPU對取出的指令通過譯碼器進行分析，判斷指令要完成的操作。如果需要操作數(shù)，則到內(nèi)存中取操作數(shù)，如果需要運算，則通知運算器進行計算，計算結(jié)果再保存到內(nèi)存中。執(zhí)行指令：CPU根據(jù)指令分析的結(jié)果，向各部件發(fā)出完成該操作的控制信號，相關(guān)部件進行執(zhí)行指令工作，完成指令規(guī)定的操作，并為執(zhí)行下一條指令做好準備。程序的執(zhí)行過程計算機執(zhí)行指令的工作過程取指令分析指令執(zhí)行指令

PC+1控制器運算器內(nèi)存計算機根據(jù)程序計數(shù)器的內(nèi)容，將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存單元中取出，并送到CPU指定的寄存器中。CPU對取出的指令通過譯碼器進行分析譯碼，判斷指令要完成的操作。CPU根據(jù)指令分析結(jié)果，向各部件發(fā)出完成該操作的控制信號，相關(guān)部件進行工作，完成指令規(guī)定的動作，并為下一條指令做好準備。位(bit,縮寫為b)

是計算機中表示信息的最小單位，符號為b,代碼為0和1;n位二進制數(shù)能表示2n種狀態(tài)。字節(jié)

(Byte,縮寫為B)是計算機中存儲信息的基本單位，每個字節(jié)由8位二進制數(shù)組成。計算機是以字節(jié)來計算存儲容量的。1Byte=8bit

1KB=1024B=210

1MB=1024KB=2201GB=1024MB=2301TB=1024GB=240字（Word）

是計算機進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位，即CPU在單位時間內(nèi)能一次處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，稱為字長。由若干字節(jié)組成，如16位、32位、64位等.目前常用的是32位計算機。字長較長的計算機在相同的時間內(nèi)能處理更多的數(shù)據(jù)。3、計算機中常用數(shù)據(jù)的存儲單位3.4微型計算機硬件組成主要內(nèi)容微型計算機概述微型計算機硬件系統(tǒng)微型計算機主要性能指標微型計算機概述計算機分為巨型計算機、大型計算機、小型計算機和微型計算機。微型計算機包含了多種系列、不同檔次、型號的計算機，微型計算機的體系結(jié)構(gòu)采用總線結(jié)構(gòu)，其硬件系統(tǒng)包括主板、微處理器、存儲器和各種外設(shè)等。微型計算機性能飛速提高，不同種類計算機之間界限變得模糊，大、小、微型計算機的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相類似。微型計算機可分為IBM-PC兼容機和蘋果機兩大類。微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖微型計算機硬件系統(tǒng)是由中央處理器、存儲器、I/O（輸入/輸出）設(shè)備及其接口電路和總線組成。中央處理器地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線內(nèi)存插槽外存接口I/O接口其他I/O主存儲器硬盤等各種外設(shè)鍵盤顯示接口電路臺式機筆記本工作站掌上電腦平板電腦工作站平板電腦

掌上電腦筆記本臺式機典型微型計算機1.主板2.CPU3.存儲器4.總線與接口5.輸入設(shè)備6.輸出設(shè)備微型計算機硬件系統(tǒng)1.主板主板：主板是微型計算機硬件系統(tǒng)的核心，是各種設(shè)備的連接載體，為所有硬件提供接口或插槽

。計算機通過主板把CPU和其他硬件連接成一個完整的系統(tǒng)。不同的主板，結(jié)構(gòu)和布線略有不同。

CPU插槽芯片組內(nèi)存插槽系統(tǒng)BIOS，提供最基本的硬件控制功能

CMOS,存放硬件配置參數(shù)微機主板結(jié)構(gòu)圖主板的板載功能隨著主板技術(shù)的發(fā)展，主板已經(jīng)不單一的是搭載CPU、內(nèi)存、硬盤以及外設(shè)的平臺，而是可以附加許多原來由各種類型的卡