《計算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)全套課件

第1章計算機(jī)概述《計算機(jī)基礎(chǔ)》本章內(nèi)容1.1計算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展史、特點及類型、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程[本章重點]

計算機(jī)組成、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作過程1.3計算機(jī)相關(guān)新技術(shù)1.4計算思維

定義、本質(zhì)、性質(zhì)、應(yīng)用1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 1.1.2計算機(jī)的特點及類型 1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 1.1.4計算機(jī)的發(fā)展趨勢

1.1計算機(jī)基礎(chǔ) 1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 手動式機(jī)械式機(jī)電式電子計算機(jī)1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 1946.2ENIAC：170m230噸150KW18000個5000次$480,0001.1.1現(xiàn)代計算機(jī)銀河-1向量機(jī)天河1號超級計算機(jī)天河2號超級計算機(jī)天河2號超級計算機(jī)中國神威“太湖之光”1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 電子管電子管時代：1946--1957磁芯存儲、無外存每秒幾千次機(jī)器語言or匯編語言體積巨大、高耗能1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 晶體管電子管晶體管時代：1958--1964內(nèi)存、外存體積減小、耗電降低速度提高開始發(fā)展計算機(jī)語言(Fortran,Cobol,Algol…)1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 晶體管電子管集成電路標(biāo)準(zhǔn)集成電路時代：1965--1970體積更小速度更高計算機(jī)語言標(biāo)準(zhǔn)化，OS開始商業(yè)產(chǎn)品1.1.1計算機(jī)發(fā)展史 大規(guī)模集成電路晶體管電子管集成電路大規(guī)模集成電路：1971-~體積桌面化、掌上化、微型化半導(dǎo)體存儲器千萬億次應(yīng)用普及化網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化運(yùn)算速度快計算精度高具有超強(qiáng)的記憶能力具有邏輯判斷功能1.1.2計算機(jī)的特點及類型 1.1.2計算機(jī)的類型專用計算機(jī)通用計算機(jī)按功能劃分為某種特定目的而設(shè)計的計算機(jī)。優(yōu)點:針對性強(qiáng)、效率高、經(jīng)濟(jì)等缺點:功能單一，使用范圍窄。如用于數(shù)控機(jī)床、軋鋼控制、銀行存款等具體應(yīng)用的計算機(jī)。用于解決各類問題而設(shè)計的計算機(jī)。功能齊全，適用范圍廣，但犧牲了效率和經(jīng)濟(jì)性。又可分為巨型機(jī)、大/中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)1.1.2計算機(jī)的特點及類型 巨型計算機(jī)速度最快、處理能力最強(qiáng)大/中型計算機(jī)穩(wěn)定、安全小型計算機(jī)封閉專用(Unix服務(wù)器)開放架構(gòu)X86服務(wù)器微型計算機(jī)臺式機(jī)、筆記本電腦、平板電腦按性能劃分：SystemZSystemPSystemX科學(xué)計算信息處理過程控制計算機(jī)輔助系統(tǒng)人工智能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 科學(xué)計算：也稱數(shù)值計算,對科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解計算。數(shù)學(xué)模型：幾十階微分方程組、幾百個線性聯(lián)立方程組、大型矩陣等1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)據(jù)處理：利用計算機(jī)技術(shù)解決企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間的業(yè)務(wù)管理與協(xié)同問題。企業(yè)資源規(guī)劃ERP、供應(yīng)鏈管理SCM、物流管理Logistics、人力資源管理HRM、項目管理PM、客戶關(guān)系管理CRM...數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和軟件工程是數(shù)據(jù)處理的重要基礎(chǔ)。1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 過程控制：利用計算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)過程中的自動控制或?qū)崟r控制。1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 水泥熟料燒成窯頭車間計算機(jī)輔助系統(tǒng)：以計算機(jī)為工具，通過配備專用軟件輔助人們完成特定的工作，以提高工作質(zhì)量和工作效率CAD、CAM、CIMS、CAI...1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 人工智能：使計算機(jī)具有類似人的智能信息檢索機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)自然語言理解和語音識別定理機(jī)器證明計算機(jī)視覺遺傳算法及演化計算機(jī)器人......1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 1997.5卡斯帕羅夫與“深藍(lán)”對弈

網(wǎng)絡(luò)通信：集文本、數(shù)據(jù)、聲音、視頻與圖像等多媒體信息于一體的全球性的信息資源系統(tǒng)，可在全世界范圍內(nèi)提供信息、軟硬件資源的共享?；贗nternet的電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)電話、微博微信等...1.1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 巨型化：可進(jìn)行大規(guī)模、復(fù)雜計算微型化：可嵌入、可攜帶智能化：理解自然語言，自主完成復(fù)雜功能網(wǎng)絡(luò)化：機(jī)-機(jī)、物-物、物-人、人-人1.1.4計算機(jī)的發(fā)展趨勢本章內(nèi)容1.1計算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展史、特點及類型、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程[本章重點]

計算機(jī)組成、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作過程1.3計算機(jī)相關(guān)新技術(shù)1.4計算思維

定義、本質(zhì)、性質(zhì)、應(yīng)用1.2.1計算機(jī)組成 1.2.2計算機(jī)系統(tǒng) 1.2.3微機(jī)工作過程 1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程1.2.1計算機(jī)系統(tǒng)組成

馮.諾依曼結(jié)構(gòu)特點：

①(程序和數(shù)據(jù))使用二進(jìn)制表示，簡化電路

②

存儲程序方式

③五大功能部件

電子計算機(jī)之父馮.諾依曼（JohnvonNeumann，1903~1957）主要貢獻(xiàn)：設(shè)計第二臺計算機(jī)EDVAC提出“存儲程序”概念，奠定了現(xiàn)代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和工作原理1.2.1計算機(jī)組成 輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器運(yùn)算器存儲器數(shù)據(jù)流控制流以存儲器為中心的計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)CPU(CentralProcessingUnit)1.2.1計算機(jī)組成 運(yùn)算器：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件寄存器ALU寄存器ArithmeticandLogicUnit算術(shù)運(yùn)算：

+-×÷邏輯運(yùn)算：

AND，OR，NOT1.2.1計算機(jī)組成 存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)10110110存儲內(nèi)容20H存儲地址地址寄存器地址總線數(shù)據(jù)總線地址譯碼器讀寫控制電路讀寫命令內(nèi)存：存儲正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及中間結(jié)果、最終結(jié)果1.2.1計算機(jī)系統(tǒng)組成：內(nèi)存儲器28每個存儲單元由8位二進(jìn)制位組成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字節(jié)BYTE76543210位bit思考：8G優(yōu)盤7.45G?1.2.1計算機(jī)組成 控制器：指揮中心，指揮各部件協(xié)調(diào)的工作?？刂破鞒绦蛴嫈?shù)器PC指令寄存器IR指令譯碼器ID操作控制器存放將要被執(zhí)行的指令地址，有自動加1的功能。存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令代碼，等待處理。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。根據(jù)譯碼器的譯碼結(jié)果，產(chǎn)生出實現(xiàn)該指令的全部動作的控制信號。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。存放將要被執(zhí)行的指令地址，有自動加1的功能。存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令代碼，等待處理。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。根據(jù)譯碼器的譯碼結(jié)果，產(chǎn)生出實現(xiàn)該指令的全部動作的控制信號。存放將要被執(zhí)行的指令地址，有自動加1的功能。存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令代碼，等待處理。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。1.2.1計算機(jī)組成 輸入設(shè)備輸出設(shè)備

計算機(jī)硬件系統(tǒng)

cpu內(nèi)存硬盤光驅(qū)、軟驅(qū)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器、顯卡主板電源機(jī)箱

計算機(jī)硬件系統(tǒng)

CPU：計算機(jī)的“大腦”，最核心部件，負(fù)責(zé)控制計算機(jī)的所有動作。1速度（主頻）:CPU的主頻越高，CPU的運(yùn)算速度就越快2字長：cpu每次可處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。3總線寬度：包括數(shù)據(jù)總線和地址總線，數(shù)據(jù)總線和

字長的概念相同；地址總線的寬度決定了cpu的尋址范圍。

計算機(jī)硬件系統(tǒng)

CPU的制作：沙子變金子45nm：2億個晶體管晶圓毛坯

計算機(jī)硬件系統(tǒng)

內(nèi)存性能指標(biāo)：容量，存取速度。內(nèi)存：cpu可直接訪問的存儲器；用來存儲正在運(yùn)行的程序或數(shù)據(jù)，或存儲計算最終結(jié)果或中間結(jié)果；采用大規(guī)模集成電路技術(shù)制成的半導(dǎo)體存儲器，快、小、輕。內(nèi)存儲器隨機(jī)存儲器RAM動態(tài)RAM靜態(tài)RAM只讀存儲器ROMRandomAccessMemory1可讀可寫2易失性ReadOnlyMemory1只讀2非易失性外存儲器硬盤：容量大，成本低；機(jī)械轉(zhuǎn)動讀取，速度慢(傳統(tǒng))；

計算機(jī)硬件系統(tǒng)性能指標(biāo)：容量轉(zhuǎn)速外存儲器固態(tài)硬盤：用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤

計算機(jī)硬件系統(tǒng)外存儲器

計算機(jī)硬件系統(tǒng)

計算機(jī)硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備輸出設(shè)備

計算機(jī)硬件系統(tǒng)主板注：集成了聲卡、網(wǎng)卡、IEEE1394卡

沒有集成顯卡

1.2.2硬件：組裝計算機(jī)系統(tǒng)的組成輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、音響等外存：軟盤、硬盤、光盤、U盤等

計算機(jī)系統(tǒng)軟件外部設(shè)備系統(tǒng)軟件硬件運(yùn)算器控制器主機(jī)內(nèi)存CPU隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)操作系統(tǒng)：DOS、Windows、Unix、Linux編譯程序：C、Pascal、VB等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：SQLServer、Oracle服務(wù)程序：診斷程序、排錯程序等應(yīng)用軟件辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1.2.2計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)：軟件軟件概念及分類軟件相關(guān)概念計算機(jī)語言

計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件：程序＋文檔＋數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件：

用來管理、維護(hù)計算機(jī)并協(xié)調(diào)計算機(jī)各部件有效工作的軟件。應(yīng)用軟件：

實現(xiàn)具體應(yīng)用的軟件。軟件操作系統(tǒng)硬件應(yīng)用軟件用戶

計算機(jī)軟件系統(tǒng)15→A指令：計算機(jī)能夠識別并執(zhí)行的“操作命令”

指令＝操作碼＋操作數(shù)例：1011000000001111

計算機(jī)軟件系統(tǒng)例如：8086微處理器指令系統(tǒng)：92條奔3的指令系統(tǒng)：70條指令系統(tǒng)：計算機(jī)能夠識別的所有指令的集合。

※不同類型的計算機(jī)所識別的指令和指令系統(tǒng)是不一樣的。面向機(jī)器，通用性差。

程序：為解決某一問題而設(shè)計的一系列指令或語句#include<stdio.h>voidmain(){inta=3,b=4,c;c=a+b;printf("%d\n",c);}

計算機(jī)軟件系統(tǒng)機(jī)器語言：計算機(jī)能唯一識別并可直接執(zhí)行的語言，由二進(jìn)制數(shù)（0或1）排列組合而成。匯編語言：用一些助記符表示指令功能的計算機(jī)語言，和機(jī)器語言基本上是一一對應(yīng)的，更便于記憶。高級語言：同自然語言和數(shù)學(xué)語言比較接近的計算機(jī)程序設(shè)計語言，其表達(dá)方式更接近人們對求解過程或問題的描述方式，而且與具體的計算機(jī)指令系統(tǒng)無關(guān)。

計算機(jī)軟件系統(tǒng)-計算機(jī)語言10110000000011110010110000001010MOVA,15ADDA,10A=15A=A+10

計算機(jī)軟件系統(tǒng)MOVA,15ADDA,10匯編語言：A＝15A＝A＋10高級語言：10110000000011110010110000001010機(jī)器語言：執(zhí)行效率高低可讀性，通用性低高

計算機(jī)軟件系統(tǒng)計算機(jī)語言：高級語言的執(zhí)行匯編語言源程序目標(biāo)程序.OBJ可執(zhí)行程序.EXE高級語言源程序編譯程序連接程序匯編程序匯編連接編譯

程序的執(zhí)行過程內(nèi)存儲器外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器運(yùn)算器＊計算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程

指令的執(zhí)行過程開始指令指令指令指令結(jié)束指令程序的執(zhí)行取出指令分析指令執(zhí)行指令從內(nèi)存某地址取出要執(zhí)行的指令把取出的指令送指令譯碼器，譯出對應(yīng)操作。向相關(guān)部件發(fā)送控制命令，完成操作譯碼器操作控制器地址寄存器AR累加器暫存器通用寄存器程序計數(shù)器PC指令寄存器IR數(shù)據(jù)寄存器DRCPUALU存儲器地址指令或數(shù)據(jù)內(nèi)容20213031CLAADD30000006①③④地址總線數(shù)據(jù)總線②⑤000020000020000021CLACLA000000譯碼器操作控制器地址寄存器AR累加器暫存器通用寄存器程序計數(shù)器PC指令寄存器IR數(shù)據(jù)寄存器DRCPUALU存儲器地址指令或數(shù)據(jù)內(nèi)容20213031CLAADD30000006①③④地址總線數(shù)據(jù)總線②000021000022000021000000ADD30ADD30譯碼器操作控制器地址寄存器AR累加器暫存器通用寄存器程序計數(shù)器PC指令寄存器IR數(shù)據(jù)寄存器DRCPUALU存儲器地址指令或數(shù)據(jù)內(nèi)容20213031CLAADD30000006地址總線數(shù)據(jù)總線000021000022ADD30ADD30000000①③④②000030000006000006＋000006000006本章內(nèi)容1.1計算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展史、特點及類型、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程[本章重點]

計算機(jī)組成、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作過程1.3計算機(jī)相關(guān)新技術(shù)1.4計算思維

定義、本質(zhì)、性質(zhì)、應(yīng)用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的局限性馮?諾依曼瓶頸：單純地依靠提高CPU速度和擴(kuò)大存儲器容量無法改變CPU與存儲器之間通路太窄的阻礙。指令串行執(zhí)行，影響系統(tǒng)執(zhí)行的速度How?

——非馮?諾依曼化新的體系結(jié)構(gòu)多處理部件流水處理、陣列機(jī)結(jié)構(gòu)，使得單指令流多于數(shù)據(jù)流并行計算技術(shù)由多個馮?諾依曼計算機(jī)組成多機(jī)系統(tǒng)，形成多指令流多數(shù)據(jù)流，支持并行算法結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流計算機(jī)否定馮?諾依曼計算機(jī)的控制流驅(qū)動方式，設(shè)計數(shù)據(jù)流驅(qū)動工作方式的數(shù)據(jù)流計算機(jī)。新型計算機(jī)徹底跳出電子的范疇，以其它物質(zhì)作為信息載體和執(zhí)行部件，如光子、生物分子、量子等新型計算機(jī)光子計算機(jī)由光信號進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機(jī)。并行傳輸、超高運(yùn)行速度、超大規(guī)模存儲容量、功耗小生物計算機(jī)利用蛋白質(zhì)分子的開關(guān)特性，以生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子作為基本元件構(gòu)成生物芯片而制成的計算機(jī)。利用有機(jī)化合物存儲數(shù)據(jù)，存儲容量大；并行處理速度快；自我修復(fù)；能耗小量子計算機(jī)以相對論量子物理作為信息處理的理論基礎(chǔ)用光線代替電線的光子計算機(jī)生物計算機(jī)網(wǎng)格計算傳感器網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)云計算移動互聯(lián)網(wǎng)...網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)網(wǎng)格計算即分布式計算，研究如何通過網(wǎng)絡(luò)把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分解成許多小的部分，然后把這些小部分分配給互聯(lián)網(wǎng)中的計算機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計算結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)綜合起來得到最終結(jié)果。——利用互聯(lián)網(wǎng)上計算機(jī)CPU的閑置處理能力來解決大型計算問題1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成的，并能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

應(yīng)用：戰(zhàn)場監(jiān)測；環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動化、以及交通控制1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)——TheInternetofthings

物聯(lián)網(wǎng)是在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“InternetofThings”。1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)智能交通智能家居智能消防工業(yè)監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測照明管控云計算起源：20世紀(jì)60年代，麥卡錫提出了把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業(yè)提供給用戶的理念；按使用量付費(fèi)的模式，來使用計算資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件、服務(wù)等）；例：在云計算環(huán)境下，要用WORD編輯文本，用戶只要有顯示器和鍵盤，就可以使用云端提供的WORD服務(wù)。1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)1.3.2網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)移動互聯(lián)網(wǎng)移動通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、平臺、商業(yè)模式和應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。智能手機(jī)平板電腦智能穿戴...本章內(nèi)容1.1計算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展史、特點及類型、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程[本章重點]

計算機(jī)組成、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作過程1.3計算機(jī)相關(guān)新技術(shù)1.4計算思維

定義、本質(zhì)、性質(zhì)、應(yīng)用何為“思維”？科學(xué)研究/發(fā)現(xiàn)的三種方法科學(xué)研究方法理論方法邏輯思維實驗方法實證思維計算方法計算思維何為“計算思維”？科學(xué)界一般認(rèn)為，科學(xué)方法分為理論、實驗和計算三大類，與三大科學(xué)方法相對的是三大科學(xué)思維。邏輯思維：以推理和演繹為特征，以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表實證思維：以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征，以物理學(xué)科為代表計算思維：以設(shè)計和構(gòu)造為特征，以計算機(jī)學(xué)科為代表計算思維——計算機(jī)、軟件及計算相關(guān)學(xué)科中的科學(xué)家和工程技術(shù)人員的思維模式S=1+2+3+…+100示例計算f(x)在[a,b]上積分?jǐn)?shù)學(xué)方法：牛頓-萊布尼茨公式

計算思維：黎曼積分對[a,b]進(jìn)行n等分計算小矩形面積累加計算思維的定義ComputationalThinking2006年，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)周以真教授提出；

“計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動?！?/p>

以計算手段來研究社會/自然現(xiàn)象及規(guī)律計算思維的本質(zhì)計算思維的本質(zhì)——抽象和自動化抽象：有選擇地忽略某些細(xì)節(jié)，控制系統(tǒng)的復(fù)雜性；完全超越物理的時空觀，符號化；抽象是在不同的層次上完成的。在哥尼斯堡城的普萊格爾河上有7座橋，問是否可能從這四塊陸地中任一塊出發(fā)，恰好通過每座橋一次，再回到起點?計算思維的本質(zhì)計算思維的本質(zhì)——抽象和自動化自動化：機(jī)械地一步一步地自動執(zhí)行，選擇合適的計算機(jī)解釋執(zhí)行問題。其基礎(chǔ)和前提是抽象。案例：計算機(jī)破案張三在家中遇害，偵查中發(fā)現(xiàn)A、B、C、D四人到過現(xiàn)場。A說：“我沒有殺人”B說：“C是兇手”C說：“殺人者是D”D說：“C在冤枉好人”偵查員經(jīng)過判斷四人中有三人說的是真話，四人中有且只有一人是兇手。兇手到底是誰？計算思維的本質(zhì)抽象：用0表示不是兇手，1表示兇手，

則對四人說話，偵查員判斷如下表：四人說的話關(guān)系表達(dá)式表示A我沒有殺人A=0BC是兇手C=1C殺人者是DD=1DC在冤枉好人D=0偵查員邏輯表達(dá)式表示四人中三人說的是真話（A=0)+(C=1)+(D=1)+(D=0)=3四人中有且只有一人是兇手

A+B+C+D=1自動化：采用窮舉法（枚舉法）在每個人的取值范圍[0,1]的所有可能中進(jìn)行搜索，不能遺漏也不要重復(fù)，若表示的組合條件同時滿足，即為兇手。相應(yīng)的偽代碼：ForA=0To1ForB=0To1ForC=0To1ForD=0To1If((A=0)+(C=1)+(D=1)+(D=0)=3And(A+B+C+D=1))PrintA,B,C,D//為1的即為兇手計算思維的本質(zhì)計算思維的特征計算思維是人的思想和方法，是人類求解問題的一條途徑。計算思維建立在計算機(jī)的能力和限制之上，因而用計算機(jī)解決問題時既要充分考慮利用計算機(jī)的計算和存儲能力，又不能超出計算機(jī)的能力范圍，必須考慮機(jī)器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境。計算思維融合了數(shù)學(xué)和工程等其他領(lǐng)域的思維方式。計算思維的方法通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個困難的問題重新闡釋成一個人們知道怎樣解決的問題。計算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理。采用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計。選擇一個合適的方式去陳述問題（程序設(shè)計語言），或?qū)σ粋€問題的相關(guān)方面建模、使其易于處理。通過冗余、容錯和糾錯，從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。利用啟發(fā)式推理尋求解答，即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。利用海量數(shù)據(jù)來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力和存儲容量之間進(jìn)行折中的思維方法。生活中的計算思維菜譜——算法；勾芡——模塊；同時做多道菜——并行根據(jù)書籍的目錄快速找到所需要的章節(jié)——索引技術(shù)沿原路邊往回走邊尋找丟失的東西——回溯只把當(dāng)天使用的書本放入書包內(nèi)——預(yù)置和緩存選擇去排哪個隊——多服務(wù)器系統(tǒng)的性能模型停電時電話仍然可以用——失敗的無關(guān)性和設(shè)計的冗余性本章內(nèi)容1.1計算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展史、特點及類型、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢1.2計算機(jī)組成、實現(xiàn)及工作過程[本章重點]

計算機(jī)組成、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作過程1.3計算機(jī)相關(guān)新技術(shù)1.4計算思維

定義、本質(zhì)、性質(zhì)、應(yīng)用第2章信息編碼與數(shù)據(jù)表示《計算機(jī)基礎(chǔ)》信息的編碼計算機(jī)只能存儲和處理二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)據(jù)現(xiàn)實世界中不同類型的數(shù)據(jù)：數(shù)值、字符、漢字、圖像、音頻、視頻…將一般形式的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼形式的過程稱為信息的編碼，反之稱為解碼不同類型的數(shù)據(jù)信息的編碼方法不同必須進(jìn)行數(shù)字化!圖示

83/47……編碼處理解碼處理原始數(shù)據(jù)形式不同類型數(shù)據(jù)主要內(nèi)容常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示西文字符編碼中文信息編碼數(shù)制的意義按進(jìn)位的原則進(jìn)行計數(shù)稱為進(jìn)位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”數(shù)制的三要素及意義進(jìn)位基數(shù)：逢N進(jìn)一數(shù)碼：使用那些字符表示數(shù)位權(quán)：一個數(shù)字在某個固定位置時的值基數(shù)位權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2常用數(shù)制計算機(jī)技術(shù)中常用的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)（Decimal）二進(jìn)制數(shù)（Binary）八進(jìn)制數(shù)（Octal）十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）常用數(shù)制的基本要素和表示方法數(shù)制基數(shù)進(jìn)位規(guī)則位權(quán)數(shù)碼表示十進(jìn)制10逢十進(jìn)一10i0，1，2，3，4，5，6，7，8，9D二進(jìn)制2逢二進(jìn)一2i0，1B八進(jìn)制8逢八進(jìn)一8i0，1，2，3，4，5，6，7O十六進(jìn)制16逢十六進(jìn)一16i0，1，2，…，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)H數(shù)的展開式數(shù)的按權(quán)展開：Nn-1Nn-2…N1N0.N-1…N-m—K進(jìn)制數(shù)Ni表示第i位上的數(shù)碼；Ki表示該數(shù)碼的位權(quán)；K是基數(shù)數(shù)的按權(quán)展開式基數(shù)位權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2小數(shù)點左邊：從右向左，每一位對應(yīng)權(quán)值分別為100、101、102小數(shù)點右邊：從左向右，每一位對應(yīng)的權(quán)值分別為10-1、10-210101.01=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2小數(shù)點左邊：從右向左，每一位對應(yīng)的權(quán)值分別為20、21、22、23、24小數(shù)點右邊：從左向右，每一位對應(yīng)的權(quán)值分別為2-1、2-2十進(jìn)制數(shù)的特點（D）數(shù)碼：0-9進(jìn)位基數(shù)：逢十進(jìn)一的進(jìn)位原則，進(jìn)位基數(shù)是10位權(quán)：各數(shù)位的“權(quán)”是以10為底的冪123456.123＝1*105+2*104+3*103+4*102+5*101+6*100

+1*10－1+2*10－2+3*10－3二進(jìn)制數(shù)的特點（B）數(shù)碼：0和1進(jìn)位基數(shù)：逢2進(jìn)1，進(jìn)位基數(shù)是2位權(quán)：各數(shù)位的“權(quán)”是以2為底的冪例如：(10110.1)2可表示為10110.1B

＝1×24＋0×23＋1×22+1×21＋0×20

＋1×2-1

=22.5二進(jìn)制的位權(quán)值第N位N位的數(shù)權(quán)值第N位N位的數(shù)權(quán)值017128128256249512381010241K416201M532301G664401T例：n位二進(jìn)制數(shù)表示范圍是多大？十六進(jìn)制數(shù)的特點（H）采用十六個不同的記數(shù)符號，即數(shù)碼：0～9及A--FA表示十進(jìn)制數(shù)10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F(xiàn)表示15

采用逢十六進(jìn)一的進(jìn)位原則，進(jìn)位基數(shù)是16各位數(shù)的“權(quán)”是以16為底數(shù)的冪例如：可表示為2AF.B2H

（2AF.B2）16＝2×162＋A×161＋F×160

+B×16-1＋2×16-2八進(jìn)制數(shù)的特點（O）

采用八個不同的記數(shù)符號，即數(shù)碼：0～7采用逢八進(jìn)一的進(jìn)位原則。進(jìn)位基數(shù)是8各位數(shù)的“權(quán)”是以8為底數(shù)的冪例如：

（456.45）8＝4×82＋5×81＋6×80＋4×8-1＋5×8－2可表示為456.45O?4567.8O不同進(jìn)制數(shù)值對照表最少幾位二進(jìn)制數(shù)可以表示1位十六進(jìn)制數(shù)碼?八進(jìn)制數(shù)碼呢？數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計算機(jī)采用二進(jìn)制日常生活中習(xí)慣使用十進(jìn)制常用八、十六進(jìn)制用來書寫數(shù)據(jù)、指令→轉(zhuǎn)換是必然的轉(zhuǎn)換的過程完全由計算機(jī)自行完成二、八、十六十【按權(quán)展開】十二二、八、十六相互轉(zhuǎn)換例：將（83）10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)由于是整數(shù)，用除2取余法，即用整數(shù)部分不斷去除2，并記下每次的余數(shù)，直到商為0為止。余數(shù)從下至上即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。（83）10=（1010011）2283124112200

2100

25122021

1

0

余數(shù)例：將十進(jìn)制數(shù)0.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

純小數(shù)：乘2取整法

用小數(shù)部分連續(xù)與2相乘，并記下乘積的整數(shù)部分，直到結(jié)果小數(shù)部分為0，或精度達(dá)到要求為止。所得整數(shù)部分從上至下即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。(0.8125)10=(0.1101)2

0.8125整數(shù)

×2

1.62501×2

1.2501×2

0.500×2

1.01例:將0.335轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)（精確到0.001）

0.335×2

0.670×2

1.34×2

0.68×2

1.36

(0.335)10=(0.0101…)2≈(0.011)22、16、8相互轉(zhuǎn)換的例11011.01101B16進(jìn)制:0001

1011.0110

10001B.68H8進(jìn)制:011

011.011

01033.32O2、16、8相互轉(zhuǎn)換的例7AF.14H011110101111.00010100B

3657.05O

11110101111.000101B

數(shù)值轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)：除2逆向取余小數(shù)：乘2取整按權(quán)展開相加三位幷一位一位拆三位四位幷一位一位拆四位按權(quán)展開相加按權(quán)展開相加主要內(nèi)容常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示西文字符編碼中文信息編碼

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則算術(shù)運(yùn)算加0+0=01+0=0+1=11+1=10（有進(jìn)位）減0-0=01-0=11-1=00-1=-11（有借位）乘0*0=0*1=1*0=01*1=1除0/1=01/1=1邏輯運(yùn)算與0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1或0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1非非0為1非1為0無進(jìn)位無借位二進(jìn)制數(shù)算術(shù)運(yùn)算舉例例1：101.01

+110.011011.10例2：101.111

+11.011

1001.010

要點：小數(shù)點對齊逢二進(jìn)一要考慮進(jìn)位問題例3：

1101

-1011

0010

二進(jìn)制數(shù)算術(shù)運(yùn)算舉例1011例：計算10010001÷1011

10010001101111101101111011011100110000例：計算1101×10011101×1001110100001101+1110101二進(jìn)制數(shù)邏輯運(yùn)算舉例例如：a=1100，b=0110

進(jìn)行運(yùn)算：a∨b、a∧b、a110011001100

∨0110

∧0110

邏輯非為：

111001000011—要點：邏輯運(yùn)算按位進(jìn)行，不同位之間不存在任何聯(lián)系，不象算術(shù)運(yùn)算中位之間可能有進(jìn)位或借位。主要內(nèi)容常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示西文字符編碼中文信息編碼數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示現(xiàn)實世界中的數(shù)值型數(shù)據(jù)：128，3.14，-67…在計算機(jī)中表示和處理數(shù)值涉及兩個問題:正數(shù)與負(fù)數(shù)小數(shù)點數(shù)值在計算機(jī)中的表示形式原碼、反碼、補(bǔ)碼定點數(shù)、浮點數(shù)表示法機(jī)器數(shù)與真值在計算機(jī)中，數(shù)值的正號和負(fù)號也是用二進(jìn)制數(shù)碼來表示的通常把一個數(shù)的最高位定義為符號位，用0表示正，1表示負(fù)，稱為數(shù)符。其余位表示數(shù)值

(00001011)2＝(＋11)10在機(jī)器內(nèi)存放的正、負(fù)號數(shù)碼化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)把機(jī)器外部由“+”、“-”號表示的數(shù)稱為真值(10001011)2＝(－11)10機(jī)器數(shù)真值機(jī)器數(shù)的問題討論直接使用機(jī)器數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時，會遇到問題同號數(shù)值相減異號數(shù)值相加例:(+36)+(-45)00100100+)10101101

11010001結(jié)果是(-81)-----這個結(jié)果顯然是錯誤的！機(jī)器數(shù)有三種編碼方法：原碼、反碼和補(bǔ)碼，以解決計算中出現(xiàn)的符號問題原碼、反碼與補(bǔ)碼正數(shù)：原碼、反碼、補(bǔ)碼相同。符號位為0，數(shù)值位為對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例如：＋109[＋109]原

=[＋109]反

=[＋109]補(bǔ)=01101101負(fù)數(shù)：原碼：符號位為1，數(shù)值位為絕對值的二進(jìn)制數(shù)（即機(jī)器數(shù)）例：[-109]原=11101101反碼：將原碼除符號位外，逐位取反。例：[-109]反=10010010補(bǔ)碼：將反碼末位加1。例：[-109]補(bǔ)=10010011原碼、反碼與補(bǔ)碼原碼、反碼和補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換圖示

[X]反

數(shù)值位

X真值[X]原

數(shù)值位

[X]補(bǔ)

數(shù)值位不變+,–←→0,1符號位不變符號位不變不變（符號位為0）取反加1（符號位為1）不變（符號位為0）取反（符號位為1）原碼反碼補(bǔ)碼舉例（以8位字長為例）N位2進(jìn)制數(shù)的表示范圍：原碼？反碼？補(bǔ)碼？補(bǔ)碼運(yùn)算在微型計算機(jī)中，一般使用補(bǔ)碼表示帶符號數(shù)使用補(bǔ)碼:能將減法一律轉(zhuǎn)換為加法符號位和數(shù)值位一樣參與運(yùn)算運(yùn)算結(jié)果也是補(bǔ)碼的形式；然后再將補(bǔ)碼形式的結(jié)果轉(zhuǎn)換為原碼，即為所求一個數(shù)補(bǔ)碼的補(bǔ)碼是它的原碼，即[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[X]原簡化了運(yùn)算，也簡化了機(jī)器的結(jié)構(gòu)補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則：

[X+Y]補(bǔ)

=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

[X-Y]補(bǔ)

=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)使用補(bǔ)碼，使減法變加法

例：用補(bǔ)碼運(yùn)算5-3的值。5–3=5+(-3)[5]補(bǔ)=0101[-3]補(bǔ)=1101

符號位的進(jìn)位自動丟掉即：

[5-3]補(bǔ)=0010

誰的補(bǔ)碼是0010？117

0101＋110110010+2補(bǔ)碼運(yùn)算舉例73–127=73+(-127)

=（01001001）補(bǔ)+（10000001）補(bǔ)=（11001010）補(bǔ)=（10110110）原=

-(25+24+22+21)10

=-54例：補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼補(bǔ)碼的特性：補(bǔ)碼的補(bǔ)碼是原碼，[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[X]原再次求補(bǔ)→原碼正數(shù)負(fù)數(shù)例：（11001010）補(bǔ)

=（10110110）原

=

-(25+24+22+21)10=-54數(shù)的定點表示與浮點表示對小數(shù)點來說，重要的不是小數(shù)點本身，而是它的位置。小數(shù)點在計算機(jī)中通常有兩種表示方法：約定所有數(shù)值數(shù)據(jù)的小數(shù)點隱含在某一個固定的位置上，稱為定點表示法，簡稱定點數(shù)；小數(shù)點位置可以浮動，稱為浮點表示法，簡稱浮點數(shù)。在計算機(jī)中存儲整數(shù)一般采用定點數(shù)表示法；實數(shù)一般有定點數(shù)和浮點數(shù)這兩種表示方式。由于定點數(shù)表示的實數(shù)范圍太窄，因此實數(shù)通常采用浮點數(shù)表示。定點數(shù)包括定點整數(shù)和定點小數(shù)兩類。定點整數(shù)小數(shù)點隱含固定在數(shù)值的最右端定點整數(shù)存儲格式例：機(jī)器字長為16位，符號位占1位，數(shù)值部分占15位，十進(jìn)制數(shù)+32767的定點數(shù)表示如下：只能存儲純整數(shù)數(shù)符Sf尾數(shù)S（隱含小數(shù)點）

.

定點數(shù)定點小數(shù)小數(shù)點隱含固定在數(shù)值位之前、符號位之后定點小數(shù)存儲格式只能存儲純小數(shù)例如0110B---+0.11B定點小數(shù)表示法的表示范圍小，主要用在早期的計算機(jī)中數(shù)符Sf.（隱含小數(shù)點）尾數(shù)S數(shù)的定點表示與浮點表示浮點表示：表示帶小數(shù)點的實型數(shù)任何實數(shù)可以表示為：N=±S×2P

其中，S是N的有效數(shù)字部分，稱為N的尾數(shù)，尾數(shù)為純小數(shù)（原碼）；P是指數(shù)，稱為N的階碼，階碼為整數(shù)（補(bǔ)碼）。

數(shù)的小數(shù)點的實際位置由P確定，所以稱為浮點表示法，表示的數(shù)稱為浮點數(shù)例如，數(shù)1101.101B可表示為

N=1101.101B=+0.1101101B×2+4浮點表示法浮點數(shù)在計算機(jī)中的存儲格式為在計算機(jī)中一般用4B存儲一個單精度實型數(shù)，其中1B存儲階碼，3B存儲尾數(shù)例：浮點數(shù)N=1101.101=+0.1101101×2+4的存儲格式31302928272625242322000000100011011010……0階碼部分（補(bǔ)碼定點整數(shù)）數(shù)符尾數(shù)部分（原碼定點小數(shù)）階碼P數(shù)符Sf尾數(shù)S數(shù)的表示范圍及溢出無論是有符號數(shù)還是無符號數(shù)，當(dāng)其運(yùn)算結(jié)果超出了計算機(jī)所能表示的范圍，就會產(chǎn)生不正確的結(jié)果，稱之為溢出

n位二進(jìn)制位表示數(shù)的范圍可以通過擴(kuò)大數(shù)的表示范圍防止溢出有符號數(shù)（補(bǔ)碼）無符號數(shù)n=8-128~+1270~255n=16-32768~+327670~65535n-2n-1~+2n-1-10~2n-1浮點數(shù)的表示范圍單精度浮點數(shù)（4字節(jié)）表示數(shù)的范圍是：-2128×(2-2-23)≤N≤2128×(2-2-23)大約是-3.4×1038~3.4×1038雙精度浮點數(shù)（8字節(jié)）表示數(shù)的范圍是：-1.7×10308~1.7×10308同樣的字長，浮點表示法比定點表示法表示的數(shù)的范圍大、精度高。浮點運(yùn)算時可以不考慮溢出，但運(yùn)算復(fù)雜。主要內(nèi)容常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示西文字符編碼中文信息編碼信息編碼的概念所謂信息編碼，就是采用少量基本符號（數(shù)碼）和一定的組合規(guī)則來區(qū)別和表示信息例：用0~9的組合表示數(shù)值用0~9的組合表示身份證號、學(xué)號用26個英文字母的不同組合表示英文單詞。。。信息編碼的概念例：某大學(xué)學(xué)生學(xué)號規(guī)定用7位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，其格式為：前兩位表示入學(xué)年份，接著的兩位表示專業(yè)號，后三位表示學(xué)生在某專業(yè)中的序號。如某學(xué)生學(xué)號為：1001099，則表示該學(xué)生2010年入學(xué)，專業(yè)編號為01，在本專業(yè)中的序號為99該學(xué)校最多可以設(shè)置多少個專業(yè)？每個專業(yè)最多可以招多少個學(xué)生？學(xué)號編碼1001099是一個代碼，用來唯一地表示一個學(xué)生，沒有值的概念學(xué)號編碼規(guī)則應(yīng)該成為學(xué)校的一個標(biāo)準(zhǔn)，供校內(nèi)共同遵守信息編碼的概念編碼的主要特征：

唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義

公共性：所有相關(guān)者都認(rèn)同、遵守、使用這種編碼

易于記憶/便于識認(rèn)性：有一定規(guī)律計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的各種編碼帶符號數(shù)的編碼方法：原碼、反碼和補(bǔ)碼整數(shù)和實數(shù)的編碼方法：定點和浮點表示法都具有值的含義，可以在計算機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼西文字符編碼和中文字符編碼(西文)字符編碼常用西文字符：英文字母、數(shù)字字符、標(biāo)點符號、控制字符等，共128個字符在計算機(jī)中，要為每個字符指定一個二進(jìn)制代碼，作為識別與使用這些字符的依據(jù)由于編碼是一個涉及世界范圍內(nèi)有關(guān)信息表示、交換、處理、存儲的基本問題，因此都以國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)的形式頒布施行字符編碼有多種，應(yīng)用最廣泛的是ASCII碼ASCIIAmericanStandardCodeForInformationInterchange——ASCII，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼這一編碼最初是由美國制訂的，后來由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）確定為國際標(biāo)準(zhǔn)字符編碼為了和國際標(biāo)準(zhǔn)兼容，我國根據(jù)它制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB1988ASCII碼的編碼規(guī)則用1個字節(jié)(8位二進(jìn)制數(shù))表示1個字符的編碼0余下的7位可給出128個二進(jìn)制編碼即00000000-01111111可以表示128個字符最高位取“0”ASCII碼的編碼規(guī)則在計算機(jī)內(nèi)，每個字符的ASCII碼用1個字節(jié)(8位)來存放，字節(jié)的最高位(d7)補(bǔ)0來填充，后7位(d6d5d4d3d2d1d0)為編碼值→27=128個7位編碼的ASCII碼字符集包括了128個字符，稱為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼字符集ASCII碼表編碼字符第0到31控制字符（32個）第48到570~9的10個數(shù)字符號第65到9026個英語大寫字母第97到12226個英語小寫字母其余標(biāo)點符號、運(yùn)算符號等第127控制字符（1個）高四位低四位A為（01000001）2=65ASCII碼高四位低四位Computer：0100001101101111011011010111000001110101011101000110010101110010‘A’:0100000141H65‘a(chǎn)’:0110000161H97‘?’:0010000020H32‘0’:0011000030H48例已知字符“X”的ASCII碼為01011000求字符”s”的ASCII碼01011000的10進(jìn)制數(shù)為88（64+16+8）88+32-5=115轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制數(shù)為01110011主要內(nèi)容常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示西文字符編碼中文信息編碼2.3.3漢字信息的編碼計算機(jī)中漢字的表示也是用二進(jìn)制編碼，同樣是人為編碼的。漢字進(jìn)入計算機(jī)的問題：

（1）數(shù)量龐大

（2）字形復(fù)雜

（3）大量一音多字和一字多音因此根據(jù)應(yīng)用目的不同，漢字在不同的處理階段會有不同的編碼，如在輸入時有輸入碼、進(jìn)入計算機(jī)內(nèi)表示處理時有國標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼，輸出時有字形碼。140漢字編碼包括：信息交換碼（國標(biāo)碼）區(qū)位碼內(nèi)碼輸入碼和輸出碼輸入碼國標(biāo)碼內(nèi)碼字形碼漢字輸入漢字輸出各種代碼之間的關(guān)系漢字的二進(jìn)制編碼常用漢字約有5000個，用ASCII碼不能完整表示漢字漢字及漢字字符的編碼由國家定義，以GB強(qiáng)制性發(fā)布執(zhí)行漢字的二進(jìn)制編碼規(guī)則用兩個字節(jié)表示一個漢字字符，可定義255*255個漢字或漢字字符考慮到與ASCII碼的兼容和統(tǒng)一、留出控制字符等因素每個字節(jié)的最高位取0預(yù)留出0到32號和127號的控制字符（共34個）確定字節(jié)的有效取值為33—126（對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為21H—7EH）可“獨(dú)立”表示94*94=8836個漢字字符00216=65536,214=16384圖示94行94列國標(biāo)GB-2312-80稱為信息交換碼；又稱為國標(biāo)碼共收錄7445個漢字及圖形符號：一般符號：202個；序列號：60個數(shù)字：22個；英文字母52個、日文假名169個希臘字母48個、俄文字母66個漢字6763個：一級漢字字符3755（以漢語拼音索引） 二級漢字字符3008（以偏旁部首索引）高八位低八位與ASCII碼兼容的控制字符區(qū)信息交換碼/國標(biāo)碼3021H區(qū)位碼漢字國標(biāo)碼實際上是一個128128的二維字符集，編碼規(guī)則是用兩個字節(jié)即16個二進(jìn)制位進(jìn)行編碼的，其中一個字節(jié)表示行號，一個字節(jié)表示列號，將行號和列號組合起來就構(gòu)成了漢字國標(biāo)碼區(qū)位碼：以有效編碼范圍9494的二維表為基礎(chǔ)，用兩位十進(jìn)制數(shù)對行號進(jìn)行編碼，用另兩位十進(jìn)制數(shù)對列號進(jìn)行編碼，將行號和列號組合起來就構(gòu)成了用4位十進(jìn)制數(shù)編碼的漢字區(qū)位碼。區(qū)號就是行號，位號就是列號如：漢字“啊”在編碼表中第16行、第1列，區(qū)位碼就是1601。區(qū)號和位號的范圍都是從1～94。區(qū)位碼可以作為一種輸入碼

國標(biāo)碼：3021H區(qū)位碼：1601思考：一個漢字的國標(biāo)碼和區(qū)位碼如何轉(zhuǎn)換？國標(biāo)碼=區(qū)位碼-2020H區(qū)位碼=國標(biāo)碼+2020H漢字內(nèi)碼為漢字及漢字字符編碼的目的之一是在計算機(jī)中存儲存儲中產(chǎn)生混亂：“鞍”的信息交換碼為0011000000110000

對應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)為3030H

字符‘0’的ASCII碼為30H----易造成‘鞍’與‘00’的混亂！漢字字符在計算機(jī)內(nèi)部存儲的二進(jìn)制形式代碼成為“機(jī)內(nèi)碼”，也稱“內(nèi)碼”將信息交換碼兩個字節(jié)的最高位取“1”漢字各編碼方式間的關(guān)系內(nèi)碼與信息交換碼的關(guān)系為： 信息交換碼=內(nèi)碼-8080H

內(nèi)碼=信息交換碼+8080H

將信息交換碼的兩字節(jié)分別減去20H或32，得到區(qū)位碼信息交換碼和內(nèi)碼用16進(jìn)制數(shù)表示、區(qū)位碼用10進(jìn)制數(shù)表示漢字編碼的例漢字“啊”：信息交換碼：0011000000100001；3021H區(qū)位碼：1601(30H-20H=48-32=16)(21H-20H=33-32=01)內(nèi)碼：1011000010100001；B0A1H(3021H+8080H=B0A1H)漢字輸入碼漢字由于數(shù)量大，字形復(fù)雜，字音多變，無法直接使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤進(jìn)行輸入必須為漢字設(shè)計基于西文鍵盤的輸入編碼當(dāng)用戶從鍵盤上輸入漢字的輸入碼后，再由相應(yīng)的輸入法應(yīng)用程序完成從輸入碼到內(nèi)碼的轉(zhuǎn)換過程典型的輸入碼有：全拼、五筆字形、微軟拼音、智能ABC、搜狗拼音輸入法、區(qū)位碼等例：漢字“舞”的五筆字型編碼為rlgh，拼音編碼為wu，區(qū)位碼為4672字形碼（輸出碼）文字信息經(jīng)過計算機(jī)處理后，還要輸出顯示或打印，以恢復(fù)文字的本來面目，這就需要對字形進(jìn)行編碼漢字字形碼通常用點陣、矢量函數(shù)表示用點陣表示字形時，漢字字形碼就是這個漢字字形點陣的代碼字形碼的編碼方法以1616點陣字為例：把一個漢字劃分為16行*16列的網(wǎng)格；對每一個小方格，用1位二進(jìn)制來編碼，若無筆畫用0表示，有筆畫用1表示這個字形就可以用1組二進(jìn)制數(shù)表示出來，即0000001100000000……，用這組二進(jìn)制數(shù)就可以在屏幕上顯示或在打印機(jī)上打印該字形了，這組二進(jìn)制數(shù)就稱為該字的字形碼，也稱為字模。字形碼圖示字形碼的編碼方法保存這樣一個“字”，需要16*16個“二進(jìn)制位”共需要(16*16*1/8)=32字節(jié)的內(nèi)存空間點陣越大，點數(shù)越多，分辨率越高，顯示的文字就越清晰美觀常見的點陣有：16*16、24*24、48*48、128*128等全部漢字的字形碼構(gòu)成漢字字庫當(dāng)輸出顯示時就會檢索字庫，輸出字模點陣得到字形漢字編碼：輸入輸出過程全拼：guo；五筆：lgy；區(qū)位碼：2590“國”輸出碼機(jī)內(nèi)碼輸入碼隸書：行書：楷體：B9FA機(jī)內(nèi)碼唯一！漢字的輸入/輸出過程例：“啊大學(xué)生！”◆

鍵盤輸入碼:

adaxuesheng！◆

機(jī)器內(nèi)部存儲碼，十六進(jìn)制表示B0A120B4F3D1A7C9FA21◆

機(jī)器內(nèi)部存儲碼，二進(jìn)制表示10110000101000010010000010110100111100111101000110100111110010011111101000100001◆

輸出顯示（字形碼）：0-1點陣格式漢字輸入碼，內(nèi)碼，字形碼的信息變換過程總結(jié)常用數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示（了解補(bǔ)碼）西文字符編碼中文信息編碼第1次作業(yè)上機(jī)時間完成！第3章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識《計算機(jī)基礎(chǔ)》程序的存儲、運(yùn)行及操作系統(tǒng)的基本概念一個程序的執(zhí)行過程：一個程序為了長期保存，應(yīng)先將其保存在外存(硬盤)中；在執(zhí)行時，操作系統(tǒng)將程序從外存裝載到內(nèi)存；依據(jù)程序中內(nèi)容，逐條執(zhí)行指令，每條指令的執(zhí)行又分為三步：取指令、分析指令、執(zhí)行指令；運(yùn)行結(jié)束，釋放占用的CPU、內(nèi)存等資源。問題？（1）將程序保存在外存的什么位置？如何區(qū)分不同的文件？（2）將程序從外存裝載到內(nèi)存的什么位置？如何分配內(nèi)存？（3）如何獲得CPU的資源？如果有多個程序要運(yùn)行，CPU如何處理？（4）如何獲得外設(shè)的資源？（5）如何釋放資源？（6）......→操作系統(tǒng)要解決和處理的問題，即操作系統(tǒng)的基本功能主要內(nèi)容什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)的功能有哪些？程序、數(shù)據(jù)如何在計算機(jī)中存儲？ ——文件管理程序、數(shù)據(jù)如何在計算機(jī)中運(yùn)行處理？ ——分配內(nèi)存，分配cpu，分配設(shè)備操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)中的最基本的系統(tǒng)軟件有效地管理和分配計算機(jī)的軟、硬件資源合理地組織計算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行，使整個計算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行使用戶無需了解計算機(jī)硬件或系統(tǒng)軟件的有關(guān)細(xì)節(jié)就能夠方便、靈活地使用計算機(jī)本質(zhì)：一組規(guī)模龐大、功能復(fù)雜的程序的集合，每個程序完成特定的功能操作系統(tǒng)的基本概念2.操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)是其他軟件和硬件之間的接口，以及其他軟件的共同環(huán)境按需管理和調(diào)度硬件資源，保證程序正常運(yùn)行提供統(tǒng)一硬件訪問接口，即系統(tǒng)調(diào)用，如：API函數(shù)安裝了操作系統(tǒng)的計算機(jī)是一種用戶及其應(yīng)用系統(tǒng)的工作“平臺”操作系統(tǒng)的基本概念基于OS構(gòu)建各類應(yīng)用環(huán)境操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)的三種使用方式

——命令方式、圖形用戶界面、系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)的兩種工作界面操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)之間的接口和界面操作系統(tǒng)提供的用戶工作界面一般有兩種：命令行界面與命令操作方式，如DOS圖形界面與可視化操作方式，如Windows命令行工作界面CLI

（CommandLineInterpreter）用戶在命令行中輸入一系列操作命令來操作使用計算機(jī)必須學(xué)習(xí)、掌握該計算機(jī)的操作命令不同的操作系統(tǒng)提供的操作命令是不同的如DOS圖形工作界面GUI

——GraphicalUserInterfaces通過圖形界面進(jìn)行交互和操作，只需點擊鼠標(biāo)即可實現(xiàn)和完成操作Windows操作系統(tǒng)的類型（自學(xué)，P47）單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)個人計算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)主要內(nèi)容什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)的功能有哪些？程序、數(shù)據(jù)如何在計算機(jī)中存儲？ ——文件管理程序、數(shù)據(jù)如何在計算機(jī)中運(yùn)行處理？ ——分配內(nèi)存，分配cpu，分配設(shè)備操作系統(tǒng)的基本功能計算機(jī)系統(tǒng)資源管理

硬件資源：各種硬件設(shè)備，處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等處理器管理、存儲管理、I/O設(shè)備管理（設(shè)備管理）

軟件資源：存放于計算機(jī)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)、文檔、程序

文件管理（數(shù)據(jù)、程序、文檔都是通過不同擴(kuò)展名的文件存放在外存儲器）操作系統(tǒng)的基本功能程序控制用戶程序的執(zhí)行自始至終是在操作系統(tǒng)控制下進(jìn)行的，也需考慮運(yùn)行效率及異常處理等程序運(yùn)行方式的發(fā)展：單一程序運(yùn)行多道程序運(yùn)行分時多任務(wù)分時多用戶多任務(wù)…作業(yè)管理操作系統(tǒng)的基本功能人機(jī)交互接口操作系統(tǒng)的重要作用是為了方便用戶使用計算機(jī)，其中關(guān)鍵在于：人機(jī)交互功能、人機(jī)交互接口功能豐富、接口方式多樣：交互界面：命令行、圖形界面人機(jī)接口方式：標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)、智能化人機(jī)接口基于語音、手寫體、姿勢、視線跟蹤、表情等輸入手段的多通道交互目的：使人能以聲音、動作、表情等自然方式進(jìn)行交互操作操作系統(tǒng)的基本功能資源管理程序控制人機(jī)交互CPU管理存儲管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理操作系統(tǒng)五大功能模塊處理機(jī)管理(CPU管理)目的：合理、有效地調(diào)度處理器資源，滿足用戶的需要，提高計算機(jī)的使用效率，利用有限資源完成更多任務(wù)→把CPU的使用權(quán)按時間段分給多個程序，實現(xiàn)CPU資源共享和程序并發(fā)執(zhí)行程序順序執(zhí)行圖示一個程序的執(zhí)行過程可分為三段：輸入：I計算與處理：C輸出：P多個程序執(zhí)行過程：I1I2C1C2P1P2程序并發(fā)執(zhí)行圖示I1I2I3C1C3C2P1P2P3T2T3T4T5T1在T2、T3、T4時，都是并發(fā)的，資源共享多道處理圖示（了解）CPUI/O設(shè)備程序A程序B程序B等待分時處理圖示（了解）程序并發(fā)執(zhí)行多程序并發(fā)執(zhí)行時，CPU的資源為多個程序共享由于系統(tǒng)資源的限制，每個被運(yùn)行起來的程序在某個時刻的行為和狀態(tài)都是不確定的；程序的執(zhí)行過程也是斷續(xù)的；各個程序間相互競爭共享資源，相互制約。系統(tǒng)在給程序分配資源時，不僅僅要了解程序本身，還要了解程序在不同執(zhí)行時刻的“狀態(tài)”進(jìn)程概念的引入程序是一個“靜態(tài)”的概念在多個程序并發(fā)執(zhí)行的情況下，“程序”不能解釋、描述和管理程序的并發(fā)過程操作系統(tǒng)無法用“程序”的概念，表述和管理對處理機(jī)資源的分配調(diào)度引入了“進(jìn)程”的概念進(jìn)程的定義進(jìn)程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本概念，是并發(fā)程序出現(xiàn)后必然出現(xiàn)的一個重要概念進(jìn)程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上被運(yùn)行的過程，即執(zhí)行起來的程序(“活起來”的程序；“活著”的程序)在多程序執(zhí)行的環(huán)境下，進(jìn)程是處理機(jī)進(jìn)行資源分配、調(diào)度和程序運(yùn)行的基本單位處理機(jī)管理可歸結(jié)為進(jìn)程管理火車vs列車程序vs進(jìn)程信息包時刻、類型、起始、?？?、特殊屬性等作為一個獨(dú)立單位申請道路并接受調(diào)度管理；還跑著許多的車；都是走走停停、直到結(jié)束火車停在車站進(jìn)程的概念進(jìn)程和程序的區(qū)別程序是一個文件，是指令的集合，靜止的概念；

進(jìn)程是程序的執(zhí)行過程，進(jìn)程是動態(tài)的程序可以脫離機(jī)器長期保存，是永久的；

進(jìn)程是執(zhí)行著的程序，執(zhí)行完畢，進(jìn)程也就不存在了，即進(jìn)程的生命是暫時的，有自己的生命周期程序只需要固定的存儲空間；

進(jìn)程需要分派到系統(tǒng)資源后才能創(chuàng)建和執(zhí)行進(jìn)程具有并發(fā)性，多進(jìn)程分時使用資源；

多個程序可同時存放，但決不會并發(fā)程序是進(jìn)程的一個組成部分；進(jìn)程存在必然需要程序的存在；被執(zhí)行中的程序一定屬于一個或多個進(jìn)程；不同的進(jìn)程可以包含同一個所需的程序進(jìn)程的描述方法對所分配的資源狀況、管理信息、執(zhí)行狀態(tài)等記錄——進(jìn)程控制塊PCB進(jìn)程標(biāo)識運(yùn)行信息狀態(tài)信息管理信息進(jìn)程控制塊PCB是OS進(jìn)行進(jìn)程控制的基礎(chǔ)創(chuàng)建、執(zhí)行、撤銷、阻塞、喚醒進(jìn)程的三種基本狀態(tài)就緒狀態(tài)

已經(jīng)獲得其他資源，一旦分到CPU即可執(zhí)行運(yùn)行狀態(tài)

獲得全部資源并正在運(yùn)行等待狀態(tài)

資源不足，運(yùn)行受限，處于暫停狀態(tài)三種狀態(tài)交替出現(xiàn)，直到進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束；三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理功能管理和實現(xiàn)進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換某事件被解除后進(jìn)入就緒狀態(tài)進(jìn)程因某事件(如I/O事件)受阻塞，轉(zhuǎn)為等待狀態(tài)操作系統(tǒng)將處理機(jī)分配給進(jìn)程使用，開始運(yùn)行分配的“時間片”已用完，需重新申請就緒狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)等待狀態(tài)進(jìn)程控制與策略進(jìn)程的管理與控制：按一定的策略有效管理各個進(jìn)程整個生命周期的所有活動，包括創(chuàng)建、撤銷、掛起、結(jié)束、改變運(yùn)行優(yōu)先級等常用策略 先來先服務(wù) 優(yōu)先級服務(wù) 時間片輪換服務(wù) 分級調(diào)度服務(wù)(優(yōu)先級服務(wù)結(jié)合先來先服務(wù))操作系統(tǒng)的基本功能資源管理程序控制人機(jī)交互CPU管理存儲管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理操作系統(tǒng)五大功能模塊存儲管理存儲管理是操作系統(tǒng)的主要功能之一，負(fù)責(zé)管理主存儲器主存一般劃分為兩大區(qū)域：系統(tǒng)區(qū)，存放操作系統(tǒng)和其他系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)用戶區(qū)，存放用戶程序和數(shù)據(jù)存儲管理存儲管理包括四個方面的功能：內(nèi)存分配與回收地址轉(zhuǎn)換存儲保護(hù)存儲擴(kuò)充存儲分配按一定的策略或算法為各個并發(fā)的進(jìn)程及相關(guān)數(shù)據(jù)分配內(nèi)存空間，最終目標(biāo)是提高內(nèi)存利用率，并保證正常運(yùn)行策略和算法直接分配靜態(tài)分配動態(tài)分配直接分配（了解）程序員在設(shè)計編寫程序時，就將運(yùn)行時使用的內(nèi)存物理地址寫在源程序代碼中早期的程序一般使用此方法對程序員要求高；使用不方便；但操作系統(tǒng)管理簡單靜態(tài)分配（了解）在程序裝入內(nèi)存之前，就將所需內(nèi)存的全部物理地址一次性申請并一次性確定存儲空間確定后，在程序的整個運(yùn)行過程中保持不變整個程序一次性裝入；如此時的內(nèi)存空間不足，則此程序不能運(yùn)行管理方法簡單；但利用效率低動態(tài)分配（了解）程序不是一次性裝入；只在需要時才裝入需要的部分已經(jīng)裝入的程序的存儲位置也可以變化存儲空間分配實際上是：動態(tài)申請、動態(tài)確定、動態(tài)調(diào)整管理復(fù)雜；但存儲器的使用效率高在現(xiàn)代多程序運(yùn)行系統(tǒng)中，普遍采用此方式地址轉(zhuǎn)換(重定位)地址轉(zhuǎn)換的定義：將程序在外存空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中的物理地址地址轉(zhuǎn)換(重定位)（了解）

——物理地址vs邏輯地址內(nèi)存由若干的存儲單元組成；每個存儲單元都有一個編號該編號稱為內(nèi)存地址（物理地址）物理地址從0