第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)課件

主講教師張玉慶計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3計(jì)算機(jī)基本組成1.4計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息及運(yùn)算經(jīng)過(guò)了多年的科學(xué)積累，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在1946年2月在美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制成功，取名ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)即“電子數(shù)值積分式計(jì)算機(jī)”。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)的發(fā)展與分類ENIAC的特點(diǎn)元器件：18800個(gè)電子管耗電：約150kW占地：170m2重量：約30噸速度：每秒可進(jìn)行5000次加、減法運(yùn)算主頻：0.1MHz用途：主要用于進(jìn)行彈道軌跡分析計(jì)算，被譽(yù)為“比炮彈還要快的計(jì)算機(jī)”。不足：容量小；線路連接工作較繁瑣；耗電量大；電子管的壽命短。時(shí)代年份器件軟件應(yīng)用一46-57電子管機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算二58-64晶體管高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制

三65-70中小集成電路操作系統(tǒng)文字、圖形處理四71年迄今大規(guī)模超大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域電子管晶體管超大規(guī)模集成電路集成電路電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程性能指標(biāo)第一代1946～1958第二代1958～1964第三代1964～1971第四代1971年～至今邏輯元件電子管晶體管中、小規(guī)模集成電路大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路存儲(chǔ)器磁芯，磁鼓（磁帶）磁芯存儲(chǔ)器（磁盤）半導(dǎo)體（磁盤為主）高集成度半導(dǎo)體（磁盤、光盤、移動(dòng)存儲(chǔ)器）運(yùn)算速度（秒/次）幾千～幾萬(wàn)幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)幾十萬(wàn)～幾百萬(wàn)幾百萬(wàn)～百億軟

件機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言編譯語(yǔ)言高級(jí)編程語(yǔ)言操作系統(tǒng)交互式語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件主要特點(diǎn)體積大，可靠性差，耗電大，價(jià)格昂貴體積小，重量輕，耗電小，可靠性較高小型化，耗電小，可靠性高微型化，耗電極小，可靠性很高應(yīng)用場(chǎng)合科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)發(fā)展中各個(gè)階段的主要特點(diǎn)美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（VonNeumann）為了解決這些不足，提出了重要的改進(jìn)理論，主要有兩點(diǎn)：★電子計(jì)算機(jī)采用“存儲(chǔ)程序方式”工作。就是把原來(lái)改變配線及切換開(kāi)關(guān)等工作以程序的方式預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)中，在控制器的控制下自動(dòng)執(zhí)行?！锩鞔_指出了整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)有五個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。馮·諾依曼思想馮·諾依曼計(jì)算機(jī)工作原理：把程序輸入到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，然后執(zhí)行程序，由控制器向內(nèi)存儲(chǔ)器發(fā)出取指令命令；控制器對(duì)取出的指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令的操作要求，向存儲(chǔ)器和運(yùn)算器發(fā)出存、取命令和運(yùn)算命令；經(jīng)過(guò)運(yùn)算器運(yùn)算后，運(yùn)算結(jié)果保存到存儲(chǔ)器中；最后，在控制器發(fā)出取指令及輸出指令的作用下，將存儲(chǔ)器中的運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出設(shè)備。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)工作原理

輸出結(jié)果信息

運(yùn)算器

控制器

存儲(chǔ)器

輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

原始數(shù)據(jù)或程序

表示數(shù)據(jù)流

表示控制流

計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、電子商務(wù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、通信網(wǎng)絡(luò)等方面。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型機(jī)的集成度將不斷加強(qiáng)，運(yùn)行速度和存儲(chǔ)能力將不斷提高。電子計(jì)算機(jī)正朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家正在研制新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，科學(xué)家試圖通過(guò)納米技術(shù)、光技術(shù)、生物技術(shù)、量子技術(shù)等研制光計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等?！锞扌突?天文、軍事、仿真等領(lǐng)域需要進(jìn)行大量的計(jì)算要求計(jì)算機(jī)有更高的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)量這就需要研制功能更強(qiáng)的巨型計(jì)算機(jī)?！镂⑿突?專用微型機(jī)已經(jīng)大量應(yīng)用于儀器、儀表和家用電器中。通用微型機(jī)已經(jīng)大量進(jìn)入辦公室和家庭，但人們需要體積更小、更輕便、易于攜帶的微型機(jī)，以便出門在外或在旅途中均可使用計(jì)算機(jī)。應(yīng)運(yùn)而生的便攜式微型機(jī)(筆記本型)和掌上型微型機(jī)正在不斷涌現(xiàn)，迅速普及?！锞W(wǎng)絡(luò)化:將地理位置分散的計(jì)算機(jī)通過(guò)專用的電纜或通信線路互相連接就組成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)可以使分散的各種資源得到共享，使計(jì)算機(jī)的實(shí)際效用提高了很多。計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)不再是可有可無(wú)的事，而是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中一個(gè)很重要的部分。人們常說(shuō)的因特網(wǎng)(INTERNET國(guó)際互聯(lián)網(wǎng))就是一個(gè)通過(guò)通信線路聯(lián)接、覆蓋全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)因特網(wǎng)人們足不出戶就可獲取大量的信息與世界各地的親友快捷通信進(jìn)行網(wǎng)上貿(mào)易等等?！镏悄芑?目前的計(jì)算機(jī)已能夠部分地代替人的腦力勞動(dòng)因此也常稱為“電腦”。但是人們希望計(jì)算機(jī)具有更多的類似人的智能，比如：能聽(tīng)懂人類的語(yǔ)言、能識(shí)別圖形、會(huì)自行學(xué)習(xí)等等這就需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。近年來(lái)通過(guò)進(jìn)一步的深入研究發(fā)現(xiàn)，由于電子電路的局限性，理論上電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也有一定的局限，因此人們正在研制不使用集成電路的計(jì)算機(jī)例如：生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等。★光子計(jì)算機(jī)：在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠(yuǎn)勝于電子計(jì)算機(jī)中通過(guò)電子“0”、“1”狀態(tài)變化進(jìn)行的二進(jìn)制運(yùn)算，可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速的并行處理。人類利用光纜傳輸數(shù)據(jù)已有20多年的歷史，用光信號(hào)來(lái)存儲(chǔ)信息的光盤也已廣泛應(yīng)用。然而要想制造真正的光子計(jì)算機(jī)，需要開(kāi)發(fā)出可以用一條光束來(lái)控制另一條光束變化的光學(xué)晶體管這一基礎(chǔ)元件?？茖W(xué)家們雖然可以實(shí)現(xiàn)這樣的裝置，但所需的條件如溫度等較為苛刻，尚難以進(jìn)入實(shí)用階段。未來(lái)的新型計(jì)算機(jī)★分子計(jì)算機(jī)（生物計(jì)算機(jī)）：科學(xué)家通過(guò)對(duì)生物組織體研究，發(fā)現(xiàn)組織體中的有些蛋白質(zhì)分子像開(kāi)關(guān)一樣，具有“開(kāi)”與“關(guān)”的功能。人類可以利用遺傳工程技術(shù)，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來(lái)作為元件制成計(jì)算機(jī)?？茖W(xué)家把這種計(jì)算機(jī)叫做生物計(jì)算機(jī)。生物計(jì)算機(jī)芯片本身還具有并行處理的功能，其運(yùn)算速度要比當(dāng)今最新計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍，能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十億分之一，存儲(chǔ)信息的空間僅占百億億分之一。

06年科學(xué)家在《自然》上宣布，已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型“生物計(jì)算機(jī)”，一萬(wàn)億個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)僅一滴水那樣大?！锪孔佑?jì)算機(jī)：量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)是利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)的原子作為數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。這種多現(xiàn)實(shí)態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志。IEEE(美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì))的分類巨型機(jī)：即超級(jí)計(jì)算機(jī)。價(jià)格昂貴、運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)容量大。IEEE分類主機(jī)：即大型計(jì)算機(jī)小型機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，使用方便個(gè)人計(jì)算機(jī)：包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、掌上電腦（PDA） 小巨型機(jī)：即小型化的巨型機(jī)工作站：專門處理特殊事務(wù)的一種獨(dú)立的計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)綜合性能指標(biāo)劃分按照運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、軟件配置、價(jià)格等指標(biāo)劃分又可分為巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)。巨型計(jì)算機(jī)也稱超級(jí)計(jì)算機(jī)。

2009年10月，在我國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)上國(guó)防科技大學(xué)發(fā)布了國(guó)內(nèi)首臺(tái)峰值性能超千萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——天河一號(hào)?！疤旌右惶?hào)”具備每秒鐘1206萬(wàn)億次的峰值速度和每秒563．1萬(wàn)億次的Linpack實(shí)測(cè)性能。“天河一號(hào)”的成功研制使我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能研制千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)的國(guó)家?！疤旌右惶?hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)

我國(guó)正在研發(fā)的千萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)“曙光6000”將于2010年問(wèn)世。它采用“混合動(dòng)力”，最重要的計(jì)算部分將采用國(guó)產(chǎn)的八核龍芯，是完全自主設(shè)計(jì)和擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的處理器。服務(wù)分區(qū)由近6萬(wàn)個(gè)通用處理器核及近5000個(gè)通用圖形處理器(GPGPU)加速部件組成，峰值性能為每秒近3000萬(wàn)億次，實(shí)測(cè)Linpack性能達(dá)到每秒1000多萬(wàn)億次。并計(jì)劃提供給國(guó)家華南超級(jí)計(jì)算中心使用。這一實(shí)測(cè)性能超過(guò)了落戶在天津?yàn)I海新區(qū)的“天河一號(hào)”，后者實(shí)測(cè)Linpack性能為每秒500多萬(wàn)億次。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.運(yùn)算速度快2.計(jì)算精度高3.具有記憶和邏輯判斷能力4.程序運(yùn)行自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用7.計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）8.網(wǎng)絡(luò)與通信1.科學(xué)計(jì)算 2.數(shù)據(jù)處理3.實(shí)時(shí)控制 4.辦公自動(dòng)化5.系統(tǒng)仿真 6.人工智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的一些看得見(jiàn)，摸得著的實(shí)際物理設(shè)備，是計(jì)算機(jī)工作的物資基礎(chǔ)。

1．運(yùn)算器：是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件。運(yùn)算器的主要任務(wù)是執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

2．控制器：是對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并統(tǒng)一控制和指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件完成一定任務(wù)的部件。一般都是把運(yùn)算器和控制器集成在一片半導(dǎo)體芯片上，稱為中央處理器（CPU）。

3．存儲(chǔ)器：是計(jì)算機(jī)的記憶部件，用于保存程序和數(shù)據(jù)。

4．輸入設(shè)備：輸入設(shè)備是計(jì)算機(jī)從外部獲得信息的裝置。

5．輸出設(shè)備：輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息打印或顯示出來(lái)的設(shè)備。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

1．指令和程序的概念（1）指令：是由二進(jìn)制代碼表示的、能使計(jì)算機(jī)完成某一操作的命令。如：加、減、乘、除、取數(shù)和存數(shù)等。一種計(jì)算機(jī)所能識(shí)別并執(zhí)行的全部指令的集合稱做該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)依賴于計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（主要指CPU），不同類型計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)是不完全一樣的。指令系統(tǒng)越豐富，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的能力也就越強(qiáng)。（2）程序：是指能使計(jì)算機(jī)完成特定任務(wù)的一組有序的指令集合。為了完成某一特定的任務(wù)，首先將編寫好的程序以及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，然后在程序控制下逐條執(zhí)行程序中的每條指令。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

2．軟件的概念及其分類軟件系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的集合。計(jì)算機(jī)軟件一般可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。（1）系統(tǒng)軟件：是管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源的各種程序的集合。系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個(gè)方面：①操作系統(tǒng)：是管理和控制計(jì)算機(jī)全部資源，保證計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)有效工作的各種程序的集合。常用的操作系統(tǒng)有Windows、DOS等。

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

②程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：是指用來(lái)編寫程序的各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，是人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換的工具。通常分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言幾大類。機(jī)器語(yǔ)言：以二進(jìn)制代碼表示的指令序列。匯編語(yǔ)言：采用能幫助記憶的英文縮寫符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言：類似于人類語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。③數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）：是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的系統(tǒng)軟件。（2）應(yīng)用軟件：是為了解決各種實(shí)際問(wèn)題而編寫的計(jì)算機(jī)程序，分為通用應(yīng)用軟件和專用應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)顯示器主機(jī)鍵盤鼠標(biāo)主機(jī)主機(jī)

主板主板是一塊印刷電路板，是中央處理器（即CPU）與其他部件連接的橋梁。主板上主要包括CPU插座、內(nèi)存插槽、外設(shè)接口插座、串行和并行端口等幾部分。

主機(jī)中央處理器

中央處理器（CPU）也稱為微處理器，是一塊超大規(guī)模集成電路芯片，是計(jì)算機(jī)的“心臟”。中央處理器主要由控制器、運(yùn)算器等部件構(gòu)成。

主機(jī)

顯卡和網(wǎng)卡

顯卡（也稱顯示卡）是CPU與顯示器之間的接口電路。網(wǎng)卡也叫網(wǎng)絡(luò)適配器，是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接的接口電路。利用網(wǎng)卡可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的連接與通訊。存儲(chǔ)器

1．內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱為內(nèi)存。通常把向存儲(chǔ)器存入數(shù)據(jù)的過(guò)程稱為寫入，而把從存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)的過(guò)程稱為讀出。（1）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）：RAM在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可以隨時(shí)讀出所存放的信息，也可以隨時(shí)寫入新的內(nèi)容。（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）：ROM里的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。存儲(chǔ)器2．外存儲(chǔ)器

硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)是若干個(gè)剛性磁盤片，因此叫做硬盤。

光盤是通過(guò)光學(xué)方式讀取和記錄信息的。

存儲(chǔ)器

閃存具有體積小、重量輕、讀寫速度快、斷電后資料也可以保存的特點(diǎn)。

將一個(gè)鍍有磁化材料的盤片封裝在一個(gè)護(hù)套內(nèi)而構(gòu)成軟盤。

輸入設(shè)備

掃描儀是常用的圖像輸入設(shè)備。

鼠標(biāo)可以在屏幕中靈活地移動(dòng)光標(biāo)，選擇各種操作和命令。

鍵盤是計(jì)算機(jī)最常用、最主要的輸入設(shè)備。輸出設(shè)備

打印機(jī)是把計(jì)算機(jī)處理信息的結(jié)果打印出來(lái)的設(shè)備。

顯示器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可視信號(hào)的設(shè)備。

多媒體設(shè)備

聲卡是一塊對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路板。

視頻卡是一塊處理視頻圖像的電路板。

數(shù)碼相機(jī)是一種無(wú)膠片相機(jī)，是集光、電、機(jī)于一體的電子產(chǎn)品。

計(jì)算機(jī)信息采用二進(jìn)制數(shù)表示。原因是：(1)計(jì)算機(jī)是一種電子設(shè)備，電子線路只有“閉合”和“斷開(kāi)”這兩種狀態(tài)，用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”表示低電位和高電位，在電子線路上最容易實(shí)現(xiàn)。(2)由于二進(jìn)制數(shù)只有“0”和“1”兩個(gè)數(shù)，表示電路的兩種工作狀態(tài)，工作可靠，穩(wěn)定性好。(3)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。二、信息的表示及存儲(chǔ)(1)計(jì)算機(jī)中信息的表示位（Bit）是計(jì)算機(jī)的最小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位，每8個(gè)二進(jìn)制位為1個(gè)字節(jié)（Byte），稱為一個(gè)記憶單元。計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)就存放在許許多多的記憶單元中，總稱為存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量一般用KB、MB、GB、TB來(lái)表示，它們之間的換算關(guān)系如下：1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字節(jié)(Byte)76543210位(Bit)76543210…字長(zhǎng)(2)計(jì)算機(jī)中信息的存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體被存取、傳送、處理的二進(jìn)制數(shù)字串叫做一個(gè)字，每個(gè)字中二進(jìn)制位數(shù)的長(zhǎng)度稱為字長(zhǎng)。一個(gè)字由若干個(gè)字節(jié)組成，不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)字長(zhǎng)不同，常見(jiàn)的有8位、16位、32位、64位等，字長(zhǎng)越大，存放數(shù)的范圍越大，精度越高,字長(zhǎng)是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。★數(shù)制的概念數(shù)制：是指表示數(shù)值的方法，有進(jìn)位計(jì)數(shù)制和非進(jìn)位計(jì)數(shù)制。進(jìn)位計(jì)數(shù)制：按照進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的數(shù)制稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱“進(jìn)制”。非進(jìn)位計(jì)數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無(wú)關(guān)的數(shù)制稱為非進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱“非進(jìn)制”。如羅馬數(shù)字就是典型的非進(jìn)位計(jì)數(shù)制。(3)計(jì)算機(jī)中的數(shù)制★進(jìn)位計(jì)數(shù)制的基本特點(diǎn)①使用固定個(gè)數(shù)的數(shù)碼表示數(shù)值的大小。數(shù)碼的個(gè)數(shù)R稱為該數(shù)制的基數(shù)，數(shù)碼在一個(gè)數(shù)中所處的位置稱為數(shù)位。②逢R進(jìn)一。例如十進(jìn)制數(shù)是由0~9十個(gè)數(shù)字符號(hào)組成，基數(shù)為10，逢10進(jìn)1。③采用位權(quán)表示法。處在不同位置上的數(shù)字所代表的值不同，一個(gè)數(shù)字在某個(gè)固定位置上所代表的值是確定的，這個(gè)固定位上的值稱為位權(quán)。位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系是，各進(jìn)位制中位權(quán)的值恰好是基數(shù)的若干次冪。④任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開(kāi)的多項(xiàng)式之和。一個(gè)R進(jìn)制的數(shù)AnAn-1…A2A1A0．A-1A-2…A-m，它的按位權(quán)展開(kāi)式的一般形式如下：

An×Rn＋An-1×Rn-1＋…＋A2×R2＋A1×R1＋A0×R0

＋A-1×R-1＋A-2×R-2＋…＋A-m×R-m

例1:十進(jìn)制數(shù)358.72可表示為：

3×102+5×101+8×100+7×10-1+2×10-2

例2:二進(jìn)制數(shù)1011.01可表示為：

1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制基數(shù)102816數(shù)字符號(hào)0～90～10～70～9ABCDEF例子12D1100B14OCH

★幾種常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制

★進(jìn)位計(jì)數(shù)制的書寫①在數(shù)據(jù)右下角加腳注：(14)8、(1100)2、(2C)16②在數(shù)據(jù)后加一特定的字母表示它所采用的進(jìn)制：

B

—

二進(jìn)制O—

八進(jìn)制

D或省略—

十進(jìn)制，H

—

十六進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換(4)不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制數(shù)

規(guī)則：整數(shù)部分---除R取余法小數(shù)部分---乘R取整法例：(9.6875)10=(?)229----余數(shù)為

124----余數(shù)為

022----余數(shù)為

021----余數(shù)為

10∴(9)10=(1001)20.6875×2=1.375……

取出整數(shù)10.375×2=0.75……

取出整數(shù)00.75×2=1.50……

取出整數(shù)10.5×2=1.00……

取出整數(shù)1∴（0.6875）10=（0.1011）2

（9.6875）10＝（1001.1011）2用乘2取整法求出小數(shù)部分0.6875的二進(jìn)制數(shù)位權(quán)法：把各非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)求和轉(zhuǎn)換公式：（an…a1a0.a-1…a-m)

r

=an*rn+…+a0*r0+a-1*r-1+…+a-m*r-m示例：

(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1=8+0+2+1+0.5 =(11.5)10二、八、十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)整數(shù)從右向左（規(guī)則）小數(shù)從左向右

一位拆三位三位并一位二進(jìn)制八進(jìn)制二、八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換100

101

110

111.011

100447365.100101110111.011100B=4567.34O010

111

110

101.100

111275467.2765.47O=0111110101.100111B

計(jì)算機(jī)中的字符包括數(shù)字、字母及各種符號(hào)。三、計(jì)算機(jī)中的字符編碼(1)數(shù)值的表示

★無(wú)符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)的最高位為數(shù)值位，即表示數(shù)值。以8位字長(zhǎng)為例，無(wú)符號(hào)十進(jìn)制數(shù)215的表示是：11010111數(shù)值位128640160421無(wú)符號(hào)數(shù)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可以定義為無(wú)符號(hào)數(shù)或有符號(hào)數(shù)。

一位拆四位四位并一位二進(jìn)制十六進(jìn)制10010100101.1111B=8A5.FH1000

1010

0101.11118F5A.0111

1011

1100.10107ACB.7BC.AH=111101111001010B數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1．進(jìn)位計(jì)數(shù)制的表示方法（1）十進(jìn)制以10為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制稱為十進(jìn)制。采用10個(gè)數(shù)碼0～9，進(jìn)位規(guī)則是逢10進(jìn)1。在十進(jìn)制中，每個(gè)數(shù)碼的位置不同時(shí)，它所代表的數(shù)值也不同。如：123=1×102+2×101+3×100

（2）二進(jìn)制以2為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制稱為二進(jìn)制。采用2個(gè)數(shù)碼0、1，進(jìn)位規(guī)則是逢2進(jìn)1。在二進(jìn)制中，每個(gè)數(shù)碼的位置不同時(shí)，它所代表的數(shù)值也不同。如：(101.01)2＝1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（3）八進(jìn)制以8為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制稱為八進(jìn)制。采用8個(gè)數(shù)碼0～7，進(jìn)位規(guī)則是逢8進(jìn)1。在八進(jìn)制中，每個(gè)數(shù)碼的位置不同時(shí)，它所代表的數(shù)值也不同。如：(621.13)8=6×82+2×81+1×80+1×8-1+3×8-2

（4）十六進(jìn)制以16為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制稱為十六進(jìn)制。采用16個(gè)數(shù)碼0～9、A～F，用A～F分別表示10～15，進(jìn)位規(guī)則是逢16進(jìn)1。在十六進(jìn)制中，每個(gè)數(shù)碼的位置不同時(shí)，它所代表的數(shù)值也不同。如：(12A.C)16＝1×162+2×161+10×160+12×16-1數(shù)制及其轉(zhuǎn)換四種進(jìn)制對(duì)照表

十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制1111910011192102210101012A3113311101113B41004412110014C51015513110115D61106614111016E71117715111117F8100010816100002010數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2．不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

將二進(jìn)制數(shù)的每一位系數(shù)與對(duì)應(yīng)的權(quán)值相乘，再將所得的乘積相加就可以得到該數(shù)的十進(jìn)制數(shù)。

【例1.1】把(101.01)2轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。解：(101.01)2＝1×22

+0×21

+1×20

+0×2-1+1×2-2

＝(5.25)10數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制分為整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換和小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換兩個(gè)部分。整數(shù)部分采用除2反序取余法。將十進(jìn)制整數(shù)連續(xù)除以2，求得各次的余數(shù)，直到商等于零，再將余數(shù)變換為二進(jìn)制的數(shù)碼，將余數(shù)反序排列，得到該數(shù)的二進(jìn)制整數(shù)。小數(shù)部分采用乘2順序取整法。將十進(jìn)制小數(shù)連續(xù)乘以2，求得各次的整數(shù)部分，將整數(shù)順序排列，得到該數(shù)的二進(jìn)制小數(shù)。數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.2】將十進(jìn)制數(shù)13、0.3125轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

解：取余數(shù)

2

13

……1

2

6

……02

3

……1反序

2

1

……10(13)10

＝(1101)2

取整數(shù)0.3125×2＝0.625……00.625×2＝1.25……10.25×2

＝0.5……0

順序

0.5×2

＝1.0……1(0.3125)10

＝(0.0101)2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（3）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制以小數(shù)點(diǎn)為界，將二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分從低位開(kāi)始，小數(shù)部分從高位開(kāi)始，每3位一組，頭尾不足3位的補(bǔ)0，然后將各組的3位二進(jìn)制數(shù)分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)，順序排列。

【例1.3】把(1101010110011.1111)2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù).

解：001

101

010

110

011.111

100

1

5

2

6

3.7

4

即(1101010110011.1111)2

＝(15263.74)8數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（4）八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制將八進(jìn)制數(shù)每一位分別轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制數(shù)并順序排列。

【例1.4】把(376)8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。解：3

7

6

011

111

110

即(376)8

＝(11111110)2

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（5）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制以小數(shù)點(diǎn)為界，將二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分從低位開(kāi)始，小數(shù)部分從高位開(kāi)始，每4位一組，頭尾不足4位的補(bǔ)0，然后將各組的4位二進(jìn)制數(shù)分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)，順序排列。

【例1.5】把(1110101101.01011)2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。解：0011

1010

1101.0101

1000

3AD.5

8

即(1110101101.01011)2

＝(3AD.58)16數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

（6）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制將十六進(jìn)制數(shù)每一位分別轉(zhuǎn)換為4位二進(jìn)制數(shù)并順序排列。

【例1.6】把(25B.3C)16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。解：2

5

B .3

C

0010

0101

1011 .0011

1100

即(25B.3C)16

＝(1001011011.001111)21．算術(shù)運(yùn)算（1）加法運(yùn)算。（2）減法運(yùn)算。

2．邏輯運(yùn)算（1）邏輯加法（“或”運(yùn)算）。（2）邏輯乘法（“與”運(yùn)算）。（3）邏輯否定（“非”運(yùn)算）。二進(jìn)制的運(yùn)算★有符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)將符號(hào)位和數(shù)值位一起編碼。符號(hào)位（最高位）用0表示正數(shù)，用1表示負(fù)數(shù)。有符號(hào)數(shù)的表示法有3種：原碼、反碼和補(bǔ)碼。①正數(shù)的原碼、反碼與補(bǔ)碼相同。原碼由符號(hào)部分和數(shù)值部分組成。其中，符號(hào)部分正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示，數(shù)值部分是該數(shù)的絕對(duì)值的二進(jìn)制數(shù)。②負(fù)數(shù)的反碼：符號(hào)位為1，其余位對(duì)應(yīng)原碼按位取反（即0變1，1變0）。③負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在反碼上加1。幾個(gè)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)與編碼2．字符編碼（1）ASCII碼字符是計(jì)算機(jī)的主要處理對(duì)象，在計(jì)算機(jī)中是以二進(jìn)制代碼的形式來(lái)表示字符的。ASCII碼是“美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼”的簡(jiǎn)稱，用7位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，可以表示128個(gè)字符。列出了ASCII碼字符表。

（2）漢字編碼漢字也是一種字符數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中同樣用二進(jìn)制數(shù)表示，稱為漢字的機(jī)內(nèi)碼。用計(jì)算機(jī)顯示或打印漢字時(shí)，是把每個(gè)漢字看成一個(gè)圖形，這個(gè)圖形用點(diǎn)陣信息來(lái)描述，所有漢字的點(diǎn)陣信息按照機(jī)內(nèi)碼的順序存儲(chǔ)起來(lái)，叫漢字庫(kù)。

★BCD碼

在電子計(jì)算機(jī)和數(shù)字式儀器中，往往采用二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)。通常，把用一組四位二進(jìn)制碼來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)的編碼方法稱作二─十進(jìn)制碼，亦稱BCD碼（BinaryCodeDecimal）。

4位二進(jìn)制碼共有16種組合，可從中任取10種組合來(lái)表示0～9這10個(gè)數(shù)。根據(jù)不同的選取方法，可以編制出很多種BCD碼，如8421碼，5421碼，2421碼，5211碼和余3碼。其中的8421BCD碼最為常用。

由于每一組4位二進(jìn)制碼，只代表一位十進(jìn)制數(shù)，因而ｎ位十進(jìn)制數(shù)就得用n組4位二進(jìn)制碼表示。

【例】把十進(jìn)制數(shù)369.74編成8421BCD碼。

369.7400110110100101110100(369.74)10=(00110110100101110100)BCD

字符是各種文字和符號(hào)的總稱，包括各國(guó)家文字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、圖形符號(hào)、數(shù)字等。字符集是多個(gè)字符的集合，字符集種類較多，每個(gè)字符集包含的字符個(gè)數(shù)不同，常見(jiàn)字符集名稱有：

★ASCII字符集

★GB2312字符集

★BiG5字符集

★GB

18030字符集

★Unicode字符集等。計(jì)算機(jī)要準(zhǔn)確的處理各種字符集文字，需要進(jìn)行字符編碼，以便計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和存儲(chǔ)各種文字。(2)字符編碼ASCII(American

Standard

Code

for

Information

Interchange，美國(guó)信息互換標(biāo)準(zhǔn)代碼）是基于羅馬字母表的一套電腦編碼系統(tǒng)，它主要用于顯示現(xiàn)代英語(yǔ)和其他西歐語(yǔ)言。它是現(xiàn)今最通用的單字節(jié)編碼系統(tǒng)，并等同于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO

646。包含：控制字符(回車鍵、退格、換行鍵等)，可顯示字符(A～Z、a～z、1～9和西文符號(hào))字符集擴(kuò)展(表格和計(jì)算符號(hào)、希臘字母和特殊的拉丁符號(hào))。注意：在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元中，一個(gè)ASCII碼值占一個(gè)字節(jié)(8個(gè)二進(jìn)制位)，其最高位(b7)用作奇偶校驗(yàn)位。

★ASCII

字符