第一章+計(jì)算機(jī)概述.ppt

第一章計(jì)算機(jī)概述 第一節(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 第二節(jié)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 一 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程 二 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 第三節(jié)計(jì)算機(jī)的基本工作原理 下一頁(yè) 第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 一 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件 二 計(jì)算機(jī)軟件 第五節(jié)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第六節(jié)計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng) 一 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制 二 計(jì)算機(jī)中的編碼 三 其他信息的數(shù)字化 第七節(jié)計(jì)算機(jī)中正負(fù)數(shù)的表示法 一 正數(shù)和負(fù)數(shù) 二 原碼 反碼和補(bǔ)碼表示法 本章小結(jié) 習(xí)題 上一頁(yè) 第一節(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 一 自1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生以來(lái) 電子計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新 已經(jīng)經(jīng)歷了四代的發(fā)展變化 第四代是大規(guī)模 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 約1974年至今 第三代是中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 約1964 1973年 第二代是晶體管計(jì)算機(jī) 約1958 1963年 第一代是電子管計(jì)算機(jī) 約1946 1957年 返回 下一頁(yè) 第一節(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 二 未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將表現(xiàn)在如下方面 計(jì)算機(jī) 通信與電視網(wǎng)的融合多媒體信息處理智能化微型化 多樣化 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第二節(jié)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 目前計(jì)算機(jī)不僅已廣泛進(jìn)入科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)領(lǐng)域 而且已滲透到各行各業(yè) 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 從學(xué)科上劃分 主要有以下幾個(gè)方面 科學(xué)計(jì)算信息管理過(guò)程控制與檢測(cè) 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信人工智能研究和應(yīng)用 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第三節(jié)計(jì)算機(jī)的基本工作原理 從1946年出現(xiàn)的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)到目前為止 幾乎所有計(jì)算機(jī)的工作原理都相同 即馮 諾依曼原理 馮 諾依曼原理可簡(jiǎn)述為 首先把指揮計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行操作的指令序列 稱為程序 和原始數(shù)據(jù) 通過(guò)輸入設(shè)備輸送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器中 程序中的每一條指令都明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從哪一個(gè)單元取數(shù) 進(jìn)行什么操作 然后送到什么地方等步驟 每一條指令和數(shù)據(jù)都采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示 計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí) 先從存儲(chǔ)器取第一條指令 送到控制器中去識(shí)別 控制器分析該指令要求做什么事 再根據(jù)指令的含義發(fā)出相應(yīng)的命令 例如從存儲(chǔ)單元中取出數(shù)據(jù)送往運(yùn)算器 在運(yùn)算器中進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作等 再把運(yùn)算結(jié)果送回存儲(chǔ)器指定的單元中去 接下來(lái) 再取第二條指令 在控制器的指揮下完成規(guī)定操作 依次進(jìn)行下去 直至遇到停止指令后 才終止執(zhí)行 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 馮 諾依曼的基本思想可以概括為三點(diǎn) 1 計(jì)算機(jī)由五大部分組成 即計(jì)算器 控制器 存儲(chǔ)器 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備 2 程序和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制表示 3 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 是由存儲(chǔ)程序控制 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 一 根據(jù)馮 諾依曼原理 計(jì)算機(jī)硬件由五個(gè)基本部分組成 如圖所示為計(jì)算機(jī)這五部分的聯(lián)系示意圖 并描述了這五部分的職能關(guān)系 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 1 運(yùn)算器 2 控制器 3 存儲(chǔ)器 4 輸入設(shè)備 5 輸出設(shè)備 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 返回 1 主存儲(chǔ)器或內(nèi)存儲(chǔ)器 2 外存儲(chǔ)器 1 穿孔信息輸入設(shè)備 如光電輸入機(jī) 卡片機(jī)等 2 鍵盤信息輸入設(shè)備 如電傳打字機(jī) 控制臺(tái)打字機(jī) 鍵盤等 3 圖形信息識(shí)別與輸入裝置 如光筆 圖形板 數(shù)學(xué)化儀等 4 字符信息的識(shí)別與輸入裝置 如光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備 OCR 等 5 語(yǔ)言信息的識(shí)別與輸入裝置 如單詞語(yǔ)言識(shí)別裝置等 6 其他輸入設(shè)備 如鼠標(biāo)器 觸屏 掃描儀等 返回 1 打印設(shè)備 如小型簡(jiǎn)易打印機(jī) 寬行打印機(jī) 便于打印圖形與漢字等復(fù)雜字符的針式打印機(jī) 噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)等 2 繪圖設(shè)備 如繪圖儀 3 顯示器 顯示器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成視覺信號(hào)的一種裝置 如單色顯示器和彩色顯示器 返回 第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 二 計(jì)算機(jī)軟件是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯設(shè)備 它包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分 系統(tǒng)軟件主要包括以下幾種 1 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制 管理的核心 用戶只有通過(guò)它才能使用計(jì)算機(jī) 2 監(jiān)控和診斷程序 它能指出計(jì)算機(jī)出錯(cuò)時(shí)錯(cuò)誤的性質(zhì) 3 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及語(yǔ)言處理程序 如匯編語(yǔ)言 BASIC語(yǔ)言 FORTRAN語(yǔ)言 PASCAL語(yǔ)言 C語(yǔ)言等各種高級(jí)語(yǔ)言的編譯程序或解釋程序等 4 程序庫(kù) 為增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的功能 方便用戶 系統(tǒng)中設(shè)置了各種標(biāo)準(zhǔn)子程序 這些子程序的集合就形成了程序庫(kù) 5 其他服務(wù)程序 如編輯程序 工具軟件等 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 值得強(qiáng)調(diào)的是 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)整體 它既包括硬件 也包括軟件 二者是不可分割的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第五節(jié)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言通常分為機(jī)器語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三類 并隨之配有相應(yīng)的匯編 編譯或解釋程序 機(jī)器語(yǔ)言 機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制代碼 0 和 1 來(lái)表示的 能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言 2 匯編語(yǔ)言及匯編程序 匯編語(yǔ)言是一種用助記符表示的面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 3 高級(jí)語(yǔ)言及編譯或解釋程序 高級(jí)語(yǔ)言的共同特點(diǎn)是 脫離特定的機(jī)器 是一種類似于自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)描述語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 計(jì)算機(jī)只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言程序 因此把高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序 稱為源程序 翻譯成機(jī)器語(yǔ)言形式的目標(biāo)程序后 計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行 這種翻譯通常有兩種方式 編譯方式和解釋方式 1 編譯方式 事先用機(jī)器語(yǔ)言編好一個(gè)稱為編譯程序的程序存放在計(jì)算機(jī)中 再利用該程序?qū)⒅付ǖ母呒?jí)語(yǔ)言編制的源程序翻譯成機(jī)器指令表示的目標(biāo)程序 然后再執(zhí)行該目標(biāo)程序得到計(jì)算機(jī)結(jié)果 如圖所示 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 2 解釋方式 事先用機(jī)器語(yǔ)言編寫一個(gè)稱為解釋程序的機(jī)器指令程序 并放在計(jì)算機(jī)中 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 第六節(jié)計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng) 一 1 二進(jìn)制數(shù) 人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐和日常生活中 創(chuàng)建了各種表示數(shù)的方法 這種數(shù)的表示系統(tǒng)稱為數(shù)制 最常用的是十進(jìn)制 而計(jì)算機(jī)中使用的是二進(jìn)制 還有八進(jìn)制 十六進(jìn)制等 1 由兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)組成 即0和1 2 逢二進(jìn)位 2 十六進(jìn)制數(shù) 1 具有16個(gè)數(shù)字符號(hào) 即0 9和A F 這16個(gè)數(shù)字符號(hào)與十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系如表1 1所示 2 逢16進(jìn)位 3 八進(jìn)制數(shù) 1 具有8個(gè)數(shù)字符號(hào) 即0 1 2 3 4 5 6 7八個(gè)數(shù)字 2 逢8進(jìn)位 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 4 不同數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換 L mn 1kn 1 mn 2kn 2 m0k0 m 1k 1 m 2k 2 2 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 不管是什么進(jìn)制 只要按公式代入 按加法求和 所得的結(jié)果就是十進(jìn)制數(shù) 數(shù)的多項(xiàng)式表示 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制與十進(jìn)制之間的關(guān)系如表1 1所示 3 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 對(duì)于十進(jìn)制整數(shù) 可用除2取余法將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 將十進(jìn)制數(shù)除以2 得到一個(gè)商數(shù)和余數(shù) 再將商數(shù)除以2 又得到一個(gè)新的商數(shù)和余數(shù) 如此繼續(xù)進(jìn)行下去 直到商等于零為止 將所得各次余數(shù) 以最后余數(shù)為最高位 最先余數(shù)為最低位 依次排列 就是所求二進(jìn)制數(shù)的各位數(shù)字 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 對(duì)于十進(jìn)制純小數(shù) 用乘2取整法將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 先用2乘十進(jìn)制純小數(shù) 然后去掉乘積中的整數(shù)部分 再用2去乘剩下的純小數(shù)部分 如此繼續(xù)進(jìn)行下去 直到滿足所要求的精度或直到純小數(shù)部分等于零為止 把每次乘積的整數(shù)部分由上而下依次排列起來(lái) 即得所求的二進(jìn)制純小數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后各位數(shù)字 對(duì)于既有整數(shù)部分 又有純小數(shù)部分的十進(jìn)制數(shù) 則分兩部分 分別用除2取余數(shù)和乘2取整法來(lái)轉(zhuǎn)換 4 八進(jìn)制 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制 十六進(jìn)制數(shù)之間分別存在著一種特殊關(guān)系 即24 16 23 8 于是 1位十六進(jìn)制數(shù)可以用4位二進(jìn)制數(shù)表示 1位八進(jìn)制數(shù)可以用3位二進(jìn)制數(shù)表示 它們之間存在著直接的而又是惟一的對(duì)應(yīng)關(guān)系 見表1 1 無(wú)論是十六進(jìn)制的整數(shù)或小數(shù) 只要把每1位十六進(jìn)制的數(shù)用相應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)代替 就可以轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 同理 把1位八進(jìn)制的數(shù)用相應(yīng)的3位二進(jìn)制數(shù)代替 就可以轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 5 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制 八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制的整數(shù)部分由小數(shù)點(diǎn)向左 每4位一分 最后不足4位的前面補(bǔ)0 小數(shù)部分由小數(shù)點(diǎn)向右 每4位一分 最后不足4位的后面補(bǔ)0 然后把每4位二進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)代替 即可轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù) 6 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù) 將二進(jìn)制數(shù)由低位到高位 每3位劃分為一組 不夠3位的以0補(bǔ)齊 然后求出每組的八進(jìn)制數(shù) 將這些八進(jìn)制數(shù)由高位到低位連寫起來(lái)就是八進(jìn)制數(shù) 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 1 6 2計(jì)算機(jī)中的編碼 1 數(shù)值編碼 十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼 2 字符編碼 在計(jì)算機(jī)中 字符也必須按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼才能在機(jī)器中表示 編碼也可以有各種規(guī)定 目前在微型機(jī)中普遍的是采用ASCII碼 見表1 1 3 漢字編碼 漢字的輸入編碼漢字的輸入編碼是為了使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤把漢字輸入到計(jì)算機(jī)中 其編碼方法主要有數(shù)字編碼 拼音碼和字形編碼三類 2 漢字內(nèi)碼 3 漢字字模編碼 第六節(jié)計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng) 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 7位ASCII碼表 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 1 6 3其他信息的數(shù)字化 1 圖像信息的數(shù)字化 2 聲音信息的數(shù)字化 3 視頻信息的數(shù)字化 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 1 7 1正數(shù)和負(fù)數(shù) 通常一個(gè)數(shù)字的前面加上符號(hào) 或 表示這個(gè)數(shù)是正數(shù)或是負(fù)數(shù) 而計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別 或 這兩個(gè)符號(hào) 解決的辦法就是將數(shù)的最高位設(shè)置為符號(hào)位 規(guī)定 0 代表正數(shù) 1 代表負(fù)數(shù) 例如 1101101 2和 1101101 2在計(jì)算機(jī)中分別表示為01101101和11101101 這兩個(gè)數(shù)的最高位0和1就是符號(hào)位 符號(hào)在機(jī)器中已經(jīng)數(shù)字化了 把這種數(shù)稱為機(jī)器數(shù) 符號(hào)數(shù)字化后給運(yùn)算帶來(lái)了一定的方便 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中 數(shù)有三種表示方法 原碼表示法 反碼表示法和補(bǔ)碼表示法 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 1 7 2原碼 反碼和補(bǔ)碼表示法 1 原碼表示法 原碼表示法是把二進(jìn)制數(shù)與它的符號(hào)位放在一起考慮 使之成為統(tǒng)一的一組數(shù)碼 2 反碼表示法 正數(shù)的反碼和原碼一樣 負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)為 1 數(shù)值部分的數(shù)碼與原碼中的數(shù)碼相反 即 0 變 1 1 變成 0 3 補(bǔ)碼表示法 正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼就是反碼在末位加上 1 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 本章小結(jié) 本章首先介紹了計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段及各階段計(jì)算機(jī)的主要特征和應(yīng)用 分析了未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨向 重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)的工作原理 計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程 是進(jìn)行存儲(chǔ)程序和程序控制的過(guò)程 這是計(jì)算機(jī)最基本的工作原理 馮 諾依曼原理 也稱為 存儲(chǔ)程序程序控制 原理 以及一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件兩部分組成 計(jì)算機(jī)硬件是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理設(shè)備 它包括運(yùn)算器 存儲(chǔ)器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備和控制器及五部分的職能和關(guān)系 硬件之間的連接采用總線結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)軟件是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯設(shè)備 它包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分 另外敘述了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的三個(gè)層次 機(jī)器語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言的兩種執(zhí)行方式 最后介紹了計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)中的正負(fù)數(shù)的表示方法 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 習(xí)題 1 計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了幾代更換 每一代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么 2 計(jì)算機(jī)的基本工作原理是什么 3 什么叫計(jì)算機(jī)硬件 它由哪幾部分組成 各部分有何功能 4 什么叫計(jì)算機(jī)軟件 主要包括哪些內(nèi)容 5 常用的輸入 輸出設(shè)備有哪些 6 什么是解釋方式和編譯方式 7 機(jī)器語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言各自的特點(diǎn)是什么 8 十進(jìn)制整數(shù) 小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 分別采用什么方法 9 將十進(jìn)制數(shù)105和467分別轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)