第一章计算机基础知识

第一章计算机基础知识 Nanjing University of InformationScience & Technology,Dept. Computer Science

本章要求： • 了解计算机的发展、特点及用途; • 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换; • 弄清计算机的主要组成部件及其功能; • 了解计算机系统中数据、信息的表示形式 ;

主要内容 • 1.1 计算机概论 • 1.2 计算机常用的数制及编码 • 1.3 常见的信息编码 • 1.4 计算机系统的组成 • 1.5办公自动化概述

计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。 1.1计算机概述什么是计算机

1.1.1 计算机的发展概况 第一台电子计算机（ENIAC） 1946年2月由宾州大学研制成功

第一台电子计算机（ENIAC） • 重达30吨 • 占地250m2 • 启动工耗150000瓦 • 18000个电子管

电子管 1.1.1 计算机的发展概况 1．第一代（1946年~1958年）：电子管阶段

晶体管 1.1.1 计算机的发展概况 2．第二代（1959年~1964年）：晶体管阶段

集成电路 1.1.1 计算机的发展概况 3、第三代（1965年~1970年）：集成电路阶段

超大规模集成电路 1.1.1 计算机的发展概况 4、第四代（1971年~现在）：大规模/超大规模集成电路阶段

计算机发展的几个阶段

1.1.2 计算机的特点 • 高速运算能力 • 计算精度高和可靠的判断能力 • 具有记忆和逻辑判断能力 • 具有自动控制能力

1.1.3 计算机的应用 • （1）科学计算 • （2）信息处理 • （3）自动控制 • （4）计算机辅助设计和辅助教学 • （5）人工智能 • （6）多媒体技术的应用

（7）计算机网络的应用 • （8）商务处理 • （9）信息管理 • （10）家用电器

1.1.4 计算机的发展方向 • 未来的计算机以超大规模集成电路为基础，向 • 巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强） • 微型化（体积缩小、重量减轻） • 网络化（分散的计算机联成网） • 智能化（计算机将具有一定的“思维能力”）方向发展。

CRAY-Ⅱ 计算机发展——巨型化 • “巨型化”主要是指机器的性能——运算速度等。 • 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 • 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” • 超级计算机应用： • 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。

银河Ⅱ 计算机发展——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” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”

计算机发展——微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。

计算机发展——网络化 计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。

计算机发展——网络化 • 因特网的建立正在改变我们的世界，改变我们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性，网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网络通信、电子商务、网络资源共享则具有真实的特性。 • 再过几年，我们就完全可以通过因特网购买生活必需品，交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。

第一代机器人机械手（1962年出现） 第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人” Deepblue (“深蓝”） Garry Kasparov 计算机发展——智能化

1.2 计算机常用的数制及编码 • 计算机只认识“0”和“1”，任何信息必须转换成二进制形式数据后才能由计算机进行处理、存储和传输。 • 数制（计数制）指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。 • 编码是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。

1.2.1 二进制数 • 二进制数的特点： • 最多只有两个不同的数字符号，即 0 和 1 。 • 逢二进一。 (基数为二，逢二进一，借一为二。) • 二进制优点： • 0，1两个状态易物理实现； • 运算规则简单。 • 算术运算与逻辑运算容易沟通。

1.2.2 二进制与其它数制 678.34=6×102+7×101+8×100 +3×10-1+4×10-2 • 进位计数制的三要素： • 数位：数码在一个数中所处的位置。 • 基数：每个数位上所能使用的数码的个数。 • 位权：处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。数码基数权

进位计数制 • 十进制(101.1)10＝1×102＋0×101＋1×100＋1×10-1 • 二进制(101.1)2＝1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1 ＝(5.5) 10 • 八进制(101.1)8＝1×82＋0×81＋1×80＋1×8-1 ＝(65.125)10 • 十六进制 (101.1)16＝1×162＋0×161＋1×160＋1×16-1 ＝(257.625)10

二进制数与其它数制的对照表 二进制十进制八进制十六进制 0000 0 0 0 0001 1 1 1 0010 2 2 2 0011 3 3 3 0100 4 4 4 0101 5 5 5 0110 6 6 6 0111 7 7 7 1000 8 10 8 1001 9 11 9 1010 10 12 A 1011 11 13 B 1100 12 14 C 1101 13 15 D 1110 14 16 E 1111 15 17 F

二进制 八进制十六进制十进制 1.2.3 不同进制数之间的转换

十进制整数转换为二进制整数 规则：除二取余，直到商为零为止，倒排。 • 例：将十进制数86转化为二进制 2 | 86…… 0 2 | 43…… 1 2 | 21…… 1 2 | 10…… 0 2 | 5…… 1 2 | 2…… 0 2 | 1…… 1 0 所以,(86)10=(1010110)2

十进制小数转换为二进制小数 规则：乘二取整，直到小数部分为零或给定的精度为止，顺排。例：将十进制数0.875转化为二进制数 0.875 ╳ 2 1.75 0.75 ╳ 2 1.5 0.5 ╳2 1.0 所以(0.875)10=(0.111)2

二进制数转换为十进制数 • 规则：按“权”展开，求和。例： (1999.8)10=1╳103+9 ╳102+9 ╳101+9 ╳100+8 ╳10-1 “权” (1101.1)2=1╳23+1 ╳22+0 ╳21+1 ╳20+1 ╳2-1 =（8+4+1+0.5）10 =（13.5）10

二进制转换为八进制 • 方法——三合一法 • 整数部分：自右向左，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。 • 小数部分：自左向右，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。 • 例如：将（10100101.10111）2 转换成八进制数。（10100101.10111）2 = (010100101 .101110)2 =（ 2 4 5. 5 6）8

八进制转换为二进制 • 方法——一分为三法八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制 000 001 010 011 100 101 110 111 例如：将（207.54）8转换成二进制： 2 0 7. 5 4 010 000 111.101 100 所以，（207.54）8=（010000111.101100）2 =（10000111.1011）2

二进制转换为十六进制 • 方法——四合一法 • 整数部分：自右向左，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。 • 小数部分：自左向右，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。例：(11001111.01111)2= (11001111 .01111000)2 = ( C F . 7 8)16

十六进制转换成二进制 • 方法——一分为四法 • 十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7 • 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 • 十六进制 8 9 A B C D E F • 二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 例如（1E4.2A）16=（000111100100. 00101010） 2 =（111100100.0010101） 2

1.2.4 二进制数在计算机内的表示 （1）整数的表示 • 计算机中整数一般用定点数表示。定点数指小数点在数中有固定的位置。 • 整数(不带符号的整数) • 8位：0~255，16位：0~65535 • 带符号整数符号位（0：正；1：负） • 最高位为符号位（原码表示法） • 8位：-128~127，16位：-32768~+32767

0 100101 0 11 实数的表示 • 计算机中实数一般用浮点数表示。浮点数指小数点在数中位置不固定。 • 一个浮点数由阶码（指数）和尾数两部分组成。 • 阶码：尾数中的小数点应当向左或向右移动的位数。 • 尾数：表示数值的有效数字，其小数点约定在数符和尾数之间。例：100.101=2+3×0.100101 数符尾数阶符阶码

1.2.5 计算机中信息的表示 • 在计算机中把符号位和数值一起数码化来表示相应的真值，此编码称为机器码。有原码、反码、补码等方法。

即：+77 0 1001101 数据在计算机中的表示方式机器数 / 真值 +77 0 1 0 0 1 1 0 1 符号位真值机器数

计算机中信息的表示 • 原码：将整数化为二进制数，符号位置0（正数）或1（负数） • 负数的反码：符号位为1，绝对值部分与原码相反。 • 负数的补码表示：符号位也是“1”，其余为反码的最低位加“1”。

X1>X ≥ 0 [X]原= 1-X=1+|X|0 ≥ X>-1 X2n>X ≥ 0 [X]原= 2n-X=2n+|X|0 ≥ X>-2n 原码表示法 • 原码的最高位为符号位；其余的位是真值X的绝对值。 • 定点小数的原码例ｘ＝+0.1001 [ｘ]原＝0.1001；ｘ＝-0.1001 [ｘ]原＝1.1001 • 定点整数的原码例 x = -1011101 [ｘ]原 = 11011101

原码表示法 1. 原码：用最高位表示符号位，符号位为0，则表示正数；符号位为1，则表示负数。

反码表示法 • 正数的反码同原码； • 负数的反码是将该负数的原码符号位不变，其他位取反。例：X=-1101001 则[-X]原=01101001 [X]反=10010110

反码表示法 反码：原码变反码规则为：正数的反码和其原码形式相同，负数的反码是将符号位除外，其他各位逐位取反。

补码表示法 • 正整数的补码与原码相同； • 负数的补码等于其反码末位加1。例：X=-0.1011 则 [X]反= 1.0100 [X]补= 1.0101 X=-1011000 则 [X]反= 10100111 [X]补= 10101000

补码表示法 3.补码：正数的补码和其原码形式相同，负数的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反(即0变为1，1变为0)，最后在末位加1。

原码、反码、补码（续） 注意： • -0与+0在补码表示法中相同，而在原码、反码表示却不同。 • 相同位数的二进制补码，表示的范围比原码、反码多一个。 • 正数的原码、反码、补码都相等，即表示方法只有一种。

0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 数据在计算机中的表示方式带符号的机器数 -77 原码 1 反码 1 补码

1.3 常见的信息编码 • 十进制数的编码与表示 • 西文信息的编码与表示 • 中文信息的编码与表示

1.3.1 BCD码(二 -十进制编码） • BCD(Binary Code Decimal)码是用若干个二进制表示一个十进制数的编码， BCD码有多种编码方法，常用的有8421码。 • 8421码是将十进制数码0～9中的每个数分别用4位二进制编码表示，对于多位数，只须将它的每一位数字用8421码直接列出即可。例如，十进制数转换成BCD码如下： (1209.56)10＝(0001 0010 0000 1001.0101 0110 )BCD

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