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计算机导论

计算机导论. 朱晓丽. 课程要求. 考勤及作业： 30% 期末 （ 70% ） 上机考： 30% 试卷成绩： 70%. 教学安排. 一、理论知识； 二、实用技术； 三、上机操作。. 计算机发展简史. 结绳记事； 算筹； 算盘。. 计算机发展简史. 1 、  Aristotle( 前 384-322) ：古希腊伟大的哲学家、思想家， Plato 的学生。为形式逻辑奠定了基础，成为一切推理活动的基础和出发点。 我国处于战国时代。

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Presentation Transcript

  1. 计算机导论 朱晓丽

  2. 课程要求 • 考勤及作业：30% • 期末（70%）上机考：30% • 试卷成绩：70%

  3. 教学安排 • 一、理论知识； • 二、实用技术； • 三、上机操作。

  4. 计算机发展简史 • 结绳记事； • 算筹； • 算盘。

  5. 计算机发展简史 1、  Aristotle(前384-322)：古希腊伟大的哲学家、思想家，Plato的学生。为形式逻辑奠定了基础，成为一切推理活动的基础和出发点。我国处于战国时代。 2、  Schichard（1592-1635）:德国数学家。1624年在海德堡大学研制成功了可进行+、-、*、/的计算钟，采用类似于今天机械钟表的技术实现计算。我国处于明朝天启末年，阉党魏忠贤专权。

  6. 3、 Pascal（1623-1662）:法国数学家、物理学家和哲学家。1642年发明了机械手动计算器，可做+、-法。我国处于明朝崇祯末年，李自成农民起义，满清威胁中原。3、 Pascal（1623-1662）:法国数学家、物理学家和哲学家。1642年发明了机械手动计算器，可做+、-法。我国处于明朝崇祯末年，李自成农民起义，满清威胁中原。 4、Leibnitz（1646-1716）：德国伟大的数学家、哲学家。把形式逻辑符号化，提出了数理逻辑和二进制。1673年还建造了一台能进行四则运算的机械计算机器。我国处于清朝康熙年间，该年康熙开始平三藩。

  7. 5、 Boole（1815-1864）：英国数学家、逻辑学家。提出了布尔代数，传统代数能解决的问题布尔代数也能解决，反之则极为困难。5、 Boole（1815-1864）：英国数学家、逻辑学家。提出了布尔代数，传统代数能解决的问题布尔代数也能解决，反之则极为困难。 6、 Babbage（1791-1871）:英国数学家。1822年发明了能自动完成四则运算的自动机械计算机器——差分机器，利用穿孔卡片来编制程序进行自动控制。Ada从1842年起为Babbage编制程序，成为人类历史上第一位程序员。 我国处于清朝道光-咸丰年间，鸦片战争、卖国条约和太平天国。

  8. ADA，我亲爱的女儿 英 · 拜伦 你的脸真像你的母亲， 我的宝贝。 我最后看一眼你笑意盈盈的蓝眼睛，我们三人何时才能再聚首？ Ada（1815-1853）：人类第一位程序员，英国著名浪漫派诗人拜伦的女儿。

  9. 7、 Hollerith（1860-1929）:美国工程师。1884年制造了第一台电动计算机。我国处于清朝光绪年间，帝后党争、卖国求荣。 8、 Godel（1906-1978）:奥地利数学家。30年代研究了数理逻辑中一些根本性的问题，提出了Godel不完备性定理，他让人们知道有些事情是做不到的。我国处于民国内战时期和抗战初期。

  10. 9、  Turing(1912-1954):英国数学家。30年代提出了理想计算机的数学模型（计算模型）——图灵机，为存储程序式电子数字计算机奠定了重要理论基础。 10、  Zuse（1910-1995）:德国工程师。1941年完成了一台全自动控制的机电式计算机，全部使用继电器构造。我国处于抗战最艰苦时期。

  11. 11、 Von Neumann（1903-1957）：匈牙利数学家。 1945年6月，提出了存储程序的概念（ Von Neumann 机）。法西斯投降，我国抗战胜利。 12、1946年：人类第一台电子数字式计算机ENIAC在宾夕法尼亚大学诞生。存储程序思想在其中发挥了关键作用。我国三年内战爆发。

  12. 第一代计算机（电子管） • 1946～1957, 由Vacuum Tube制作开关逻辑部件, 使用 Plugboard操作。第一代计算机的典型代表是ENIAC和EDVAC。

  13. ENIAC • ENIAC：于1946年2月14日在宾西法尼亚由莫克利和艾克特领导下完成。 • 占地170平方米 • 重 30吨 • 功率 150千瓦 • 18800个电子管、6000个开关、 7000个电阻、 10000个电容、50万条导线 • 5000次加法/秒。

  14. ENIAC

  15. 第二代计算机（晶体管） • 第二代计算机形成于1958～1964, 使用Transistor 制作开关逻辑部件, 以 批处理方式操作, 运算速度达到每秒几十到几百万次,开始使用汇编语言和Fortran等高级语言。

  16. 第三代计算机（集成电路） • 第三代计算机形成于1965～1972, 使用IC (Integrated Circuit, 集成电路)制作开关逻辑部件, 配有功能简单的操作系统, 运算速度达到每秒几百万到几千万次。

  17. 第四代（大规模集成电路） • 从1972至今的计算机都属于第四代计算机, 使用大规模集成电路和超大规模集成电路制作开关逻辑部件。 • CPU发展有：8088, 8086, 80286, 80386, 80486, 80586, Pentium, Pentium Pro，PII，PIII，P4……等

  18. P4中央处理器（CPU） --4200万个晶体管

  19. 14亿个晶体管

  20. 电子管 特征 项 目 第一代 1946—1957 第二代 1957—1964 第三代 1964—1972 第四代 1972—至今 逻辑元件 晶体管 中小规模集成电路 大规模与超大规模集成电路 存储器 延迟线，磁鼓，磁芯 磁芯，磁带，磁盘 磁芯，磁盘，磁带 半导体，磁盘，光盘 典型机器 举 例 IBM—701 IBM—650 IBM—7090 IBM—7094 IBM—370（大型） IBM—360（中型） PDP—11 （小型） ILLIAC—IV 巨型 IBM—3033 大型 VAX—11 小型 80486 微型 8098 单片机 年代 软 件 机器语言 汇编语言 高级语言 管理程序 结构化程序设计 操作系统 数据库，软件工程 程序设计自动化 应 用 科学计算 数据处理 工业控制 科学计算 系统模拟，系统设计大型科学计算 科技工程各个领域 事务处理，智能模拟，大型科学计算，普及到社会生活各个方面

  21. 计算机的发展动向 • 多极化 • 网络化 • 智能化 • 多媒体化

  22. 计算机分类 • 巨型机 • 小巨型机 • 工作站 • 主机 • 小型机 • 个人计算机 个人计算机中的台式机

  23. 笔记本电脑（便携式电脑） 服务器

  24. 未来的计算机 • 光子计算机： • 人们对光子计算机的设想是：1）根据光学空间的多维特性，为计算机设计新的逻辑结构和运算原理。2）充分利用光子元件体积小，传送信息速度快的特点，用超高速大容量的光子元件替代目前计算机中使用的硅化学元件，用光导纤维或光波代替普通金属导线。

  25. 未来的计算机 • 仿生计算机： • 仿生计算机的设计思路与光子计算机有异曲同工之妙：1）通过对生物的脑和神经系统中信息传递、信息处理等原理的进一步研究，设计全新的仿生模式计算机，并与人工智能的研究相互借鉴、共同发展。2）模拟生物细胞中的蛋白质和酶等物质的产生过程，制造出仿生集成芯片来替代目前计算机中使用的半导体元件。

  26. 计算机的特点与应用 • 计算机特点 • 运算速度快 • 记忆能力强 • 可靠的逻辑判断能力 • 工作自动化

  27. 计算机的特点与应用 • 计算机的性能指标 • 主频（450MHz、2.0GHz） • 字长（8位、16位、32位、64位...) • 内存容量（64MB、128MB、256MB） • 存取周期（ns 纳秒） • 运算速度（MIPS 每秒执行百万指令）

  28. 计算机的特点与应用 • 计算机的应用 • 科学计算机 • 自动控制系统 • 数据处理与信息加工 • 计算机辅助系统 • 人工智能

  29. 计算机内的信息表示 • 数制及其特点 • 10进制 • 7进制（星期） • 12进制（每年十二个月） • 24进制 • 二进制（只有0和1）

  30. 二进制的概念 00 01 10 11 0 1 两位二进制所能表示的状态 一位二进制的状态 1个比特 Bit 状态数 22 = 4 种

  31. 23 = 8 三位二进制可表示的状态 = ？ 24 = 16 四位二进制可表示的状态 = ？ 28 = 256 八位二进制可表示的状态 = ？ Byte 字节 = 8 个 Bit

  32. 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 二进制加法（逢二进一） 0至15的二进制 0 + 0 = 0 + 1 = 1 + 1 = 0 1 10 ( 110 + 011)2 = ? 6 3 9 1 1 0 0 1 1 +________ 1 0 0 1

  33. 八进制 1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13.... （ 32 ）8 = ( 26 ) 10 十六进制 1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F、 10、11、12、13.... ( 25 ) 16 = ( 37 ) 10

  34. 不同数制之间的转换 二进制转十进制 （ 1101 ) 2= 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 1 x 8 + 1 x 4 + 0 x 2 + 1 x 1 = 8 + 4 + 1 =( 13 )10 八进制转十进制 （ 32 ) 8 = 3 x 81 + 2 x 80 = 24 + 2 = ( 26 )10 十六进制转十进制 （ 25 ) 8 = 2 x 161 + 5 x 160 = 32 + 5 = ( 37 )10

  35. 十进制转二进制 整数部分采用除2取余法 例：（13）10 = （ ？ ）2 2 13 2 6 1……a0 2 3 0……a1 2 1 1……a2 0 1……a3 = ( 1101 ) 2

  36. 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 八进制、十六进制转为二进制 （只要把每位的八或十六进制数展开为3位或4位进进制数即可） （ 53 ）8 = （ 101 011 ）2 （ A85 ）16 = （ 1010 1000 0101 ）2 为二进制转八进制、十六进制 （按三位或四位一组转为八或十六进制数即可） （ 11101 ）2 = 011 101 =（ 3 5 ）8 （ 11101 ）2 = 0001 1101 = （ 1D ）16

  37. 二进制运算 • 算术运算：逢2进1 • 逻辑运算： • 与（AND）运算（A^B） • 或（OR）运算（AvB） • 非（NOT）运算（¯）

  38. 逻辑运算的真值表

  39. 5.原码、补码与反码 • 原码（机器数）： • 最高位为数符：0表正，1表负。 • 反码：正数反码同原码；负数反码除符号位外其余全部取反。 • 补码：正数补码同原码；负数补码为反码加1。

  40. 6.数的定点与浮点表示 • 定点表示：小数点位置事先定好不变 • 定点整数：规定小数点在最低数字后 • 定点小数：规定小数点在最高数字左边 • 浮点表示：小数点位置浮动 • N=M*2E, M为尾数,E为阶码 • 存储格式: 阶符+阶码 +数符+ 尾数

  41. （1）整数的表示（定点整数） 符号位：1 表示负数 0 表示正数 • 定点整数的机器表示分为原码、反码和补码三种形式

  42. 定点正数表示举例 X = - 90(十进制真值) = - 1011010 (二进制真值) 用八位二进制表示 [X]原 = 1 1011010 [X]反 = 1 0100101 [X]补 = 1 0100110 负数的符号位为1，原码数值部分是该数绝对值的二进制表示、反码数值部分是原码各位变反，补码的数值部分是在反码的基础上加1。 X = + 90(十进制真值) = 1011010 (二进制真值) 用八位二进制表示 [X]原 = 0 1011010 [X]反 = 0 1011010 [X]补 = 0 1011010 正数，其原码、反码和补码的形式是完全一致的。

  43. （2）小数的表示（定点小数） 符号位：1 表示负数 0 表示正数 • 定点小数绝对值均小于等1， • 定点小数的机器表示分为原码、反码和补码三种形式

  44. 定点小数表示举例 X = - 0.8125(十进制真值) = - （2-1+ 2-2 + 2-4 ） = - 0.1101 (二进制真值) 用八位二进制表示 [X]原 = 1 1101000 [X]反 = 1 0010111 [X]补 = 1 0011000 负数的符号位为1，原码数值部分是该数绝对值的二进制表示、反码数值部分是原码各位变反，补码的数值部分是在反码的基础上加1。 X = + 0.8125(十进制真值) = 2-1 + 2-2 + 2-4 = 0.1101 (二进制真值) 用八位二进制表示 [X]原 = 0 1101000 [X]反 = 0 1101000 [X]补 = 0 1101000 正数，其原码、反码和补码的形式是完全一致的。

  45. （3）浮点数的表示 25.75 = 11001.11 (二进制真值） = 0.1100111x 10 101(二进制) 阶和尾数均用补码表示，结果为： 010101100111

  46. 7. 信息单位 • 比特：Bit,二进制位，指0或1。 • 字节：Byte,8个比特。 • 字：指CPU能同时处理和传送的数据单位。 • 字长：字的长度，即CPU能同时处理数据的二进制数位数。字长为字节的整数倍。 • 通常1个字符占1b,1个汉字占2b • 1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB

  47. 8. ASCII码 • ASCII: 美国信息交换标准码(每一个符号用7位二进制数表示,见表1-4，) • 1个字节(8位)存放1个 ASCII码(7位),最高位通常为校验位,以提高信息传输的可靠性.

  48. 765 4321 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 表1-4 7位ASCII码表

  49. 765 4321 000 001 010 011 100 101 110 111 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 GS – = M ] m } 1110 SO RS . > N ↑ n ~ 1111 SI VS / ？ O ↓ o DEL

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