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《 大学计算机基础 》. 第 1 章 计算机基础知识. 桂林电子科技大学 汪瑾. 适用教材:周娅等 . 大学计算机基础 . 桂林:广西师范大学出版社, 2013. 1.1 计算机你知多少. PC 启动时做了什么 计算机是如何工作的 从史前恐龙到现代宠物 计算机的能与不能. 1.1.1 PC 启动时做了什么. PC 启动需要具备的条件 PC 启动成功的标志 热启动、冷启动 PC 启动时做了什么. 1.1.1 PC 启动时做了什么. BIOS ( Basic Input Output System ) :
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《大学计算机基础》 第1章 计算机基础知识 桂林电子科技大学 汪瑾 适用教材:周娅等. 大学计算机基础.桂林:广西师范大学出版社,2013
1.1 计算机你知多少 • PC启动时做了什么 • 计算机是如何工作的 • 从史前恐龙到现代宠物 • 计算机的能与不能
1.1.1PC启动时做了什么 • PC启动需要具备的条件 • PC启动成功的标志 热启动、冷启动 • PC启动时做了什么
1.1.1PC启动时做了什么 • BIOS (Basic Input Output System) : 基本输入输出系统。一组固化在计算机主板上一个ROM芯片上的程序,它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 • CMOS: 存储计算机必备的启动信息和重要系统信息(如日期、时间、启动设置等)的芯片。可读写的RAM芯片,由纽扣电池供电。
1.1.2 计算机是如何工作的 • 计算机的工作原理: 存储程序 逐条执行 程序控制工作方式 冯·诺伊曼
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 第一台计算机 1946年2月由美国宾州大学研制成功的ENIAC 电子计算机时代的到来 重达30吨 占地250平方米 启动工耗150000瓦 18000个电子管 保存80个字节 5000次加法/秒
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变 电子管时代 迟延线或磁鼓做存储器,主要使用机器语言。 速度慢,功耗惊人,用于科学计算和军事方面
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变 晶体管时代 磁芯做主存储器,磁盘机及磁带机做外存。使用汇编语言,出现FORTRAN、BASIC等。数据处理,事物管理
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变 集成电路时代 主存采用半导体,出现批处理,分时及实时操作系统。开展了程序设计语言标准化及结构化工作。应用于科学计算、工业控制、数据处理等。
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变 大规模、超大规模集成电路 摩尔定律:芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。
1.1.3 从史前恐龙到现代宠物 第五代计算机 专家系统 知识工程 语音合成 语音识别 智能机器人 电子计算机 的发展
计算工具史料图片 1822年 巴贝奇 差分机 唐朝 1642年 Pascal 加法器 1833年 巴贝奇 分析机 1946年 ENIAC 1944年 阿肯 MARK I
计算机大家族家谱 按信息的表示和处理方式划分 数字电子计算机 模拟电子计算机 数字模拟混合电子计算机 用电流、电压等连续变化的物理量直接进行运算的计算机。
计算机大家族族谱 按计算机用途划分 专用计算机 通用计算机
计算机大家族族谱 按计算机规模与性能分 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 “天河一号” 6144个CPU,5120个GPU,103个机柜,占地面积近千平方米,总重量达到155吨。 字长64位 主存1G~4G 时钟频率3GHz
计算机大家族族谱 天河1号 曙光“星云”
1.1.4 计算机的能与不能 • 计算机能做什么 • 科学计算 • 实时控制 • 数据处理 • 计算机辅助设计、制造、教学等 • 文字处理和办公室自动化 • 人工智能 • 计算机网络应用
1.1.4 计算机的能与不能 • 不能用计算机处理的情况: • 信息不能数字化 • 不能找到处理数据的算法
1.2 计算机内如何表示信息 • 计算机内如何表示信息 • 计算机内如何表示英文符号 • 计算机内如何表示汉字符号
1.2.1 计算机内如何表示信息 计算机为什么采用二进制编码? • 受制于元器件 • 二进制的运算规则很简单 • 物理上容易实现数据的存储 • 便于逻辑判断
十进制: 方法:用0~9十个数字字符表示数的大小规则:逢十进一,借一当十 一、基本概念 3.基数:一个计数制所包含的数字符号的个数。 1.数制:表示数的方法和规则。 2.进位(计数)制:按进位方式计数的数制。 4.权值:基数R的i次幂Ri。 任何一个R进制都是由一串数码表示的,其中每一位数码所表示的实际大小,除了数码本身的数值以外,还与它所在的位置有关,由位置决定的值称为位值(或权值)。 常用R来表示,例如:二进制的R为2,十进制的R为10等等
n 2 =∑ai×10i =∑ai×10i i=-2 i=0 权值 基数 其中:ai为数字字符0~9中的一个,10i为第i项的权值 以这种方式表示数的方法也称为“按权展开法” • 例如:有十进制数如下 =200+20+2+0.2+0.02 222.22 =2×102+2×101+2×100+2×10-1+2×10-2 由此可知,任何一个十进制数整数都可以表示为: N10=an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100
二、数制的种类 计算机使用八(十六)进制原因: 二进制书写麻烦、容易出错、很难记忆,十进制与二进制之间的转换过程复杂,二进制与八(十六)进制之间转换简单。 表1-1 数制种类
二、数制的种类 十进制、二进制、八进制和十六进制对照表
二进制与十进制的转换 从“0”开始计位数 • 二进制转化为十进制: • 按权相加,逢十进一 76543210 例1:11001101.01011B=? 11001101.01011B=127+ 126 + 025 + 024 + 123 + 122 + 021 + 120 + 02-1 + 12-2 + 02-3 + 12-4 + 12-5 = 205.345或(205.345)10
二进制与十进制的转换 • 十进制转化为二进制: • 整数部分除2取余,逆序排列, • 小数部分乘2取整,顺序排列。 • 例2:十进制转化为二进制, • 205.345=?
0.345 2 2 205 0.690 2 102 1 2 2 51 0 2 1.380 25 2 1 0.760 2 12 1 2 2 2 2 6 0 1.520 1 0 3 0 1 1 2 1.04 余数 低位 高位 高位 低位 205.345=11001101. 01011B
二进制转换为八(十六)进制 • 转换规则: 整数部分:从右向左按三(四)位进行分组 小数部分:从左向右按三(四)位进行分组 例: 1101101110.110101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 1101101110.110101(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4 0100
二进制→八(十六)进制: 4E3 2343 举例 10011100011(B)= (O)= (H) 10011100011(B) =010 011 100 011 提示 数值较大的十进制数转换为二进制数,可以先转化为十六进制。再转化为二进制,这样可减少长除法的步数。 =2 3 4 3 10011100011(B) =0100 1110 0011 =4 E 3 八(十六)进制→二进制 : 011110101 101011100101 AE5(H)= (B) 365(O)= (B) 举例 AE5(H)= A E 5 365(O)= 3 6 5 =011 110 101 = 1010 1110 0101
64(H)= 01100100(B) 6 4 144(O)=001100100(B) 1 4 4 八(十六)进制转换为二进制 • 转换规则 • 一位八进制数对应三位二进制数 • 一位十六进制数对应四位二进制数 例如:
1.2.2 计算机内如何表示英文符号 • 英文符号指的是英文字母、标点符号和特殊符号,以及作为符号使用的数字。 • ASCII码—美国标准信息交换码 用7位二进制数表示一个字符的编码,共有27=128个不同的编码值. • 计算机内部用一个字节存放一个7位ASCII码.(最高位置0)
654 3210 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 @ P ′ p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v ASCII码表 “A”所对应的ASCII码为1000001,十进制大小是65 “e”所对应的ASCII码为0101110
B6B5B4 B3B2B1B0 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE (sp)空格32 0(48) @ P 、 p 0001 SOH DC1 ! 1 A(65) Q a(97) q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB ' 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS , < L \ l | 1101 CR回车(13) GS - = M ] m } 1110 SO RS · > N ^ n ~ 1111 SI US / ? O _ o DEL 附录1 ASCII码 (美国标准信息交换码)表
ASCII码的比较 • 空格的ASCII码是:010 0000B=20H=32D • 0~9的ASCII码是:30H(48D)~39H(57D) • A~Z的ASCII码是:41H(65D)~5AH(90D) • a~z的ASCII码是:61H(97D)~7AH(122D) • 结论: 空格<0~9<A~Z<a~z
1.2.3 计算机内如何表示汉字符号 • 我国于1981年颁布了国家标准GB2312-80,即信息交换用汉字编码字符集,由两个字节构成一个汉字交换码,简称国标码。为区别ASCII码而将字节的最高位置1。 • 国标代码表中,纵向分为94行,横向分为94列。行与列分别为七位,其值(0100001->1111110)
国 标 码 • 例如,汉字“中国”在两个字节中的存放为: 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 中 5650H 国 397AH 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1
区 位 码 • 将GB2312-80代码表中的行号称为区号,列号称为位号,共94个区和94个位。每个汉字的区号和位号连起来就称为汉字的区位码。 • 区号和位号都用两位十进制数表示,不足前面补零。每个汉字或符号都用4位十进制数表示区位码是汉字的输入编码。 • 将区位码的区号和位号分别由十进制转化成对应的十六进制数,然后加上十六进制数2020H,就得到对应的国标码。 汉字 第一字节 第二字节 国标码 区位码 啊 0011 0000 0010 0001 30 21H 16 01D
00……20 21 22 23 24 25 26 …………7C 7D 7E 7F 00~20 1 2 3 4 5 6 ………………91 92 93 94 21~2F 1~15 非汉字图形符号(常用符号、数字序号、俄文、英文、法文、希腊字母、日文平、片假名等) 30~57 16~55 啊 阿 埃 一级汉字 (3755个) 58~77 56~87 二级汉字(3008个) 78~7E 88~94 空白区域 7F 国标字符集结构 十六进制编码 十进制编码 位 区 区位编码 国标码编码
机 内 码 • 机内码是指在计算机内部实际用来表示汉字的代码。 • 汉字机内码是以国标码规定的代码为依据,经转换后用两个字节表示一个汉字。每个字节的最高位均为1. • 转换规则:将十六进制的国标码加上8080H
1.3 计算机如何实现计算 • 计算机如何实现数值运算 • 计算机如何实现逻辑运算
1.3 计算机如何实现计算 • 计算机的计算可以分为数值计算(函数计算、方程求解、微分、积分、概率统计等)和非数值计算(逻辑推理、比较、排序、查找等)两大类,它们都可通过一些基本运算来实现。
1.3.1 计算机如何实现数值计算 所有复杂的数值计算都可以用四则运算来实现 加法运算规则 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 乘法运算规则 0 ×0 = 0 1 ×0 = 0 0 ×1 = 0 1 ×1 = 1
逻辑“非” NOT 0 = 1 1 = 0 1.3.2 计算机如何实现逻辑运算 所有复杂的数值计算都可以用四则运算来实现 逻辑“与” 0 AND 0 = 0 1 . 0 = 0 0 AND 1 = 0 1 . 1 = 1 逻辑“或” 0 OR 0 = 0 1 + 0 = 1 0 OR 1 = 1 1 + 1 = 1
1.4 计算系统如何组成 • 计算机的基本结构和部件的功能 • 微型机的硬件系统组成 • 微型机的软件系统组成 • 计算机的性能如何评价
1.4.1 计算系统如何组成 计算机系统由硬件(hardware)和软件(software)两大部分组成 各种程序和文档的总和 计算机所有实体部件的集合
运算器 控制器 输出设备 1 3 5 存储器 输入设备 2 4 冯.诺依曼式计算机的基本结构
程序、数据 控制信号线 数据信号线 冯·诺依曼式计算机工作流程 存储器 外存储器 主 机 内存储器 输入设备 输出设备 控制器 运算器 中央处理器