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第一章 计算机概论

第一章 计算机概论. 在人类发展史上，蒸气机的发明催生了第一次工业革命。而 20 世纪最伟大、最神奇的产物－－电子计算机的出现，则把人类带入了一个更高层次、史无前例的崭新领域 。. 本章要点. 通过学习，要求掌握 1 、计算机的发展过程 2 、计算机的特点 3 、计算机数制与编码 4 、计算机的分类和应用领域 难点 是计算机数制间的转换。. 远古时代. 古代 算盘. 17 世纪帕斯卡机 加法器. 19 世纪巴贝齐 差分机. 17 世纪莱布尼兹 乘法器. 1946 年的 ENIAC. 1.1 计算机的诞生. 人类 “ 计算 ” 史.

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第一章 计算机概论

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  1. 第一章 计算机概论 在人类发展史上，蒸气机的发明催生了第一次工业革命。而20世纪最伟大、最神奇的产物－－电子计算机的出现，则把人类带入了一个更高层次、史无前例的崭新领域。

  2. 本章要点 • 通过学习，要求掌握 1、计算机的发展过程 2、计算机的特点 3、计算机数制与编码 4、计算机的分类和应用领域 • 难点是计算机数制间的转换。

  3. 远古时代 古代算盘 17世纪帕斯卡机加法器 19世纪巴贝齐差分机 17世纪莱布尼兹乘法器 1946年的ENIAC 1.1 计算机的诞生 • 人类“计算”史

  4. 世界上第一台计算机ENIAC(1946) 5000次加法/秒 体重30吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率140KW

  5. 1.1 计算机的诞生 • 什么是计算机? • 计算机就是一种信息处理机，即对信息进行编码、存储、转换、传输、检测等操作的机器。 • 什么是信息？ • 反映客观情况的资料（有狭义与广义之分） • 计算机能处理什么样的信息？ • 数字化信息——仅由0和1组成的代码串 • 任何信息交由计算机处理必须经过数字化 • 输入计算机的信息分为两大类： 数据（Data） 程序（Program）

  6. 1.1 计算机的诞生 • 计算机处理信息的过程？ • 信息加工即对信息进行编码、存储、转换、传输、检测等操作。 文字数值 图形图像 声音视频 数字化 计算机 外设 结果数据 01代码串 加工处理 信息处理过程

  7. 1.2 计算机发展简况 第二代 （1958－1964） 晶体管时代 代表:IBM1403机 几十万－百万（次/秒） 第一代 （1946－1957） 电子管时代 代表：ENIAC 5千－4万（次/秒） 第三代 （1965－1971） 集成电路时代 代表：IBM360机 百万－几百万（次/秒） 第四代 （1972－至今） 大或超大规模集成电路 代表：IBM370系列 几百万－几亿（次/秒）

  8. 计算机发展趋势之一：微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。体积小，重量轻，可靠性高，使用方便灵巧。

  9. CRAY-Ⅱ 走鹃 目前世界上最快的超级计算机，运算速度为:1000万亿次 1975年世界上第一台超级计算机Cray-I，运算速度为：1亿万次 计算机发展趋势之二：巨型化 运算速度快、存储量大、功能强、可靠性好。主要用于:天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。

  10. 曙光1000 银河Ⅱ 曙光4000Ａ 计算机发展趋势之二：巨型化 中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 1983年，最初速度：1亿次/秒 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000” 1995年，最初速度：10亿次/秒 目前中国最快的超级计算机，运算速度： 11万亿次/秒

  11. 1.3 电子计算机的特点 • 运算速度快 每秒几百亿次几千亿次 • 计算精度高 可使用足够多的二进制位数来获得所要求的数据精度 • 具有逻辑判断能力 这是区别于其它任何机器的一个特点 • 存储容量大，具有“记忆”功能 提供大容量的存储器来存储程序和数据 • 自动化程度高 可按照人们事先编制好的程序自动连续地进行各种操作

  12. 1.4 计算机的数制与编码 • 计算机为什么要采用二进制 • 受至于元器件晶体管 • 具有两个完全不一样的状态（截至或导通） • 状态稳定 • 状态转换快 • 晶体管体积小，便于集成 • 功耗小，价格便宜 • 二进制运算规则简单 • 物理上容易实现数据存储 • 便于逻辑判断 思考：二进制是如何表示的？

  13. 1.4 计算机的数制与编码 • 重新认识十进制 • 使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码表示数 • 进位规则：逢十进一 • 基数：10 • 示例 (85.12)10= 8×101+ 5×100 + 1×10－1 + 2×10－2 其中，101,100 ,10－1 ,10－2分别称为权值，它是以基数为底、位号为幂所构成的指数。

  14. 1.4 计算机的数制与编码 • 二进位计数制 • 使用0,1两个数码表示数 • 进位规则：逢二进一 • 基数：2 • 示例 (101.01)2= 1×22 + 0×21 + 1×20 +0×2-1 +1×2-2 = (5.25)10 • 二进制与十进制的转换 • 二进制转化为十进制：按权值相加 • 十进制转化为二进制：整数部分除2取余逆排列，小数部分乘2取整。

  15. 八进制与十六进制呢？ 0.345 × 2整数 0.690……0 × 2 1.380……1 × 2 0.760……0 × 2 1.520……1 × 2 1.040……1 2 205 余数 2 102 ……1 2 51 ……0 2 25 ……1 2 12 ……1 2 6 ……0 2 3 ……0 2 1 ……1 0 ……1 逆 排 列 顺 排 列 1.4 计算机的数制与编码 • 十进制转化为二进制 例如，(205.345)10=( ??? ) 2 整数部分：11001101 小数部分：01011

  16. 1.4 计算机的数制与编码 • 整数、实数的表示方法 • 数的长度 在计算机中，数的长度按比特(bit,二进制位)来计算。但因存储容量常以“字节”为计算单位，所以数据长度也常以字节为单位计算。1字节(Byte)=8比特(bit)。 • 数的符号 数的最高位(左边第一位)来表示数的正负号，约定“0”表示正，“1”表示负。 • 小数点的表示 数为实数时才涉及到小数点，一般在特定位置默认有一个小数点，但总是隐含的。

  17. dn dn-1 dn-2 ………. d0 符号位 数值部分 小数点位置 dn dn-1 dn-2 ………. d0 符号位 小数点位置 数值部分 1.4 计算机的数制与编码 • 定点数的表示方法 • 定点整数：小数点约定在数值最低位之后。 • 定点纯小数：小数点约定介于符号位与数值的最高位之间。 • 思考： 对任意一个二进制实数N（既有小数部分，又有整数部分的数）该如何在计算机中表示呢？

  18. 256.5如何表示？ em em-1 em-2 ………. e0 dn dn-1 dn-2 ………. d0 阶符 阶码(e) 数符 小数点位置 尾数(d) 0 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 1 0 1 1 1 0 1 (110.011)2 阶符 阶码(7位) 数符 小数点 尾数(23位) 1.4 计算机的数制与编码 • 浮点数的表示方法 N=t×2e其中，t称为N的尾数，是一个二进制纯小数，e称为 N的阶码，是一个二进制整数。 例如: (110.011)2=0.110011×2＋11 在计算机内浮点数使用阶码和尾数两部分表示 ：

  19. 1.4 计算机的数制与编码 • 原码、反码与补码及其意义 与机器的位数有关，8位机、16位机、32位机等。 • 原码：符号位用0或1表示，数值部分用该整数的绝对值的二进制表示。 例如：[-39]原＝10100111 [+17]原＝00010001 • 反码：正数的反码与原码相同、负数的反码是把其原码除符号位以外的各位取反(0、1互变)。 例如：[-39]反＝11011000 [+17]反＝00010001 • 补码：正数的补码与原码相同、负数的补码是在其反码的最低位加1。 例如：[-39]补＝11011001 [+17]补＝00010001 补码的作用：将减法运算转换成加法运算。

  20. 1.4.5 符号编码 • 符号编码：因为计算机内部是不可能直接存储英文字符、汉字、特殊符号等，因此就必须按照一定的方式用统一的二进制代码来对这些符号进行编码。 • ASCII码：美国标准信息交换码，用7位代码串来编码（占用一个字节存储空间，字节最高位为0），主要用于处理英文字符。标准ASCII码能表示128个字符。 字符的ASCII值=(0列行)2 例如：字符A的ASCII值=(01000001)2 • ASCII码表包含：英文大小写字母、数字字符、标点符号、特殊符号和控制符，是计算机中最基本的编码表。 • 对字符的排序：根据ASCII码比较其大小。

  21. 1.4.5 符号编码 • 汉字国标码：1981年 我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集—基本集》（简称：GB2312-80），其中收录了6763个汉字和682个非汉字字符。 • 一级常用汉字3755个，按汉语拼音排列 • 二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列 • 在汉字编码表里，把7447个汉字放置在一个94＊94的阵列里，每一行称为汉字的“区”，每一列称为汉字的“位”，组成区位码。每个汉字占两个字节。 • 国标码值＝区位码的16进制表示＋2020H “我”的国标码＝2E32H＋2020H＝4E52H

  22. 1.5 计算机的应用 • 现代管理计算机化 • 计算机辅助设计(CAD) 、辅助制造(CAM)与辅助教学(CAI) • 日常生活计算机化 • 自然语言处理 • 警用计算机系统 • 出版业数字化 • 军用计算机系统 • 智能机器人

  23. 1.6 新一代计算机技术 • 光计算机 高速、节能与环保计算机－无噪声无辐射 • 生物计算机 可以自我修复的计算机 • 智能计算机 能学习和思维的计算机 • 并行计算机 思考：将来的地球由谁统治？机器人？自然人？

  24. 1.7 补充知识 • 计算机什么都能计算吗？ 汉诺塔问题、旅行商问题 • 问题、教训与经验 千年虫问题、计算机病毒、离散问题、编码问题、可靠性问题 • 职业道德 社会问题、职业道德、IT知识产权

  25. 课后作业： 作业1：1、2、3、4、5、16 作业2：请上网查找与计算机的发展和构成有 关的一些资料。

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