大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)-第1章

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)世界上第一臺(tái)真正的電子計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）于1946年在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)（UniversityofPennsylvania）誕生。ENIAC共用了18000多個(gè)電子管，重達(dá)30噸，占地170平方米，運(yùn)算速度5000次加法/秒。

1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展發(fā)展簡(jiǎn)史：

第一代：電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1946-1957）第二代：晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1958-1964）第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)候（1965-1971）第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1972年至今）1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展按計(jì)算機(jī)規(guī)模大小與性能高低劃分，可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)與微型機(jī)五大類。這種劃分是綜合了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、輸入與輸出能力、價(jià)格等指標(biāo)而得到的。巨型機(jī)又稱為超級(jí)計(jì)算機(jī)，是計(jì)算機(jī)中性能最高、功能最強(qiáng)的。微型機(jī)以使用微處理器、結(jié)構(gòu)緊湊為特征，是計(jì)算機(jī)中價(jià)格最低、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、裝機(jī)量最多的一種。1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展計(jì)算機(jī)主要用途：數(shù)值計(jì)算數(shù)據(jù)處理自動(dòng)控制輔助設(shè)計(jì)輔助教學(xué)人工智能娛樂(lè)活動(dòng)1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)信息的表示1.2.1常用數(shù)制計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制表示信息。電路簡(jiǎn)單；工作可靠；簡(jiǎn)化運(yùn)算；邏輯性強(qiáng)常用數(shù)制：二進(jìn)制（B）、十進(jìn)制（D）、八進(jìn)制（O）、十六制（H）數(shù)碼：一個(gè)數(shù)制中表示基本數(shù)值大小的不同數(shù)字符號(hào)。如十進(jìn)制有10個(gè)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9基數(shù)：一個(gè)數(shù)值所使用數(shù)碼的個(gè)數(shù)。例如：二進(jìn)制的基數(shù)為2，十進(jìn)制為10位權(quán)：一個(gè)數(shù)值中某一位上的1表示數(shù)值的大小。如：十進(jìn)制的123，1的位權(quán)是100，2的位權(quán)是10，3的位權(quán)是1十進(jìn)制整數(shù)R進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制小數(shù)R進(jìn)制小數(shù)R進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)除R取余法

余數(shù)按倒序排列乘R取整法

整數(shù)按順序排列按權(quán)展開(kāi)1.2.2常用數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制1、整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換---除2取余法例：將(23)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制（23）10＝（10111）22、小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換——乘2取整法小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用乘2取整法，直到小數(shù)部分為0；例：將十進(jìn)制數(shù)（0.534）10轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。（0.534）10≈（0.10001）2

十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制按權(quán)展開(kāi)(95.31)10=9X101+5X100+3X10-1+1X10-2(1101.101)2=1X23+1X22+0X21+1X2-1+0X2-2+1X2-31、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制(1101100.111)2=1X26+1X25+1x23+1x22+1x2-1+1x2-2+1x2-2+1x2-3=64+32+8+4+0.5+0.25+0.125=(108.875)10R進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制2、八進(jìn)制作轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制(652.34)8=6X82+5X81+2X80+3X8-1+4X8-2=384+40+2+0.375+0.0625=(426.4375)103、十六進(jìn)制作轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制(19BC.8)16

=1X163+9X162+BX161+cX160+8X16-1=4096+2304+176+12+0.5=(6588.5)10R進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制1、八進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制原則：一位拆三位(64.53)8=(110100.101011)22、二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制原則：三位并一位(110101.11010)2=(65.64)8二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換1、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制原則：一位拆四位(C41.BA7)16=(110001000001.101110100111)22、二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制原則：四位并一位(1111101100.00011010)2=(3EC.1A)16二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換1.2.3字符編碼在計(jì)算機(jī)中數(shù)是用二進(jìn)制數(shù)表示的，計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)碼。但在實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)除了要對(duì)數(shù)碼進(jìn)行處理之外，還要對(duì)其他信息（如語(yǔ)言、符號(hào)、聲音等）進(jìn)行識(shí)別和處理，因此，必須先把信息編成二進(jìn)制數(shù)碼，才能讓計(jì)算機(jī)接受。常用的字符編碼有：1．BCD碼2．ASCII碼3．國(guó)標(biāo)碼D6D5D4D3D2D1D00000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2"2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB'7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC＋;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS－=M]m}1110SORS.>N^n～1111SIUS/?O_oDEL表ASCII碼表1.2.4信息存儲(chǔ)單位位（bit）度量數(shù)據(jù)的最小單位，表示一位二進(jìn)制信息。字節(jié)（Byte）一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)單元叫做一個(gè)字節(jié)，或稱為“byte”。字節(jié)是計(jì)算機(jī)中最小的存儲(chǔ)單元。1B＝8bit1KB＝210B＝1024B1MB＝220B＝1024KB1GB＝230B＝1024MB 1TB＝240B＝1024GB字（word）字是位的組合，是信息交換、加工、存儲(chǔ)的基本單元（獨(dú)立的信息單位）。用二進(jìn)制代碼表示，一個(gè)字由一個(gè)字節(jié)或若干字節(jié)構(gòu)成（通常取字節(jié)的整數(shù)倍）。字長(zhǎng)一個(gè)字中包括二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長(zhǎng)?！白珠L(zhǎng)”是計(jì)算機(jī)功能的一個(gè)重要標(biāo)志，是由CPU芯片決定的。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，容納的位數(shù)越多，內(nèi)存可配置的容量就越大，運(yùn)算速度就越快，計(jì)算精度也越高，處理能力就越強(qiáng)。目前主流CPU的字長(zhǎng)是64位。

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)馮·諾依曼體系的計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)可以歸結(jié)為：1．計(jì)算機(jī)應(yīng)由五個(gè)基本部分組成，即運(yùn)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)以同等地位存放在存儲(chǔ)器中，并要按地址尋訪。3．程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。通常，人們把運(yùn)算器、控制器和存儲(chǔ)器合起來(lái)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)，而把各種輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。1．中央處理器（CenterProcessingUnit,CPU）運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，它是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。計(jì)算機(jī)中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令，對(duì)指令譯碼并且執(zhí)行指令。其中：運(yùn)算器（ArithmeticLogicalUnit,ALU）是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)和形成信息的加工廠。它由算術(shù)邏輯運(yùn)算部、累加器及通用寄存器組成，主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鳎–ontrolUnit,CU）是計(jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞，它通常由指令部件、時(shí)序部件及操作控制部件組成，用以控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行各條指令。2、存儲(chǔ)器(Memory)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器分為內(nèi)存儲(chǔ)器與外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存與外存。內(nèi)存儲(chǔ)器又常稱為主存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱主存），屬于主機(jī)的組成部分；外存儲(chǔ)器又常稱為輔助存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱輔存），屬于外部設(shè)備。CPU不能直接訪問(wèn)外存。內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱為內(nèi)存。是微型計(jì)算機(jī)主機(jī)的主要部件之一。其實(shí)，微型計(jì)算機(jī)內(nèi)和存儲(chǔ)有關(guān)的部件很多，如隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、高速緩存器、CMOS等。隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）是隨時(shí)可讀可寫的存儲(chǔ)器，是臨時(shí)存放數(shù)據(jù)用的。通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量均指RAM存儲(chǔ)器容量，即計(jì)算機(jī)的主存，CPU對(duì)它們既可讀出數(shù)據(jù)又可寫入數(shù)據(jù)。（1）內(nèi)存儲(chǔ)器

只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM）是一種在工作中只能讀出不能寫入的存儲(chǔ)器。CPU對(duì)它們只取不存，其中存放的信息一般由計(jì)算機(jī)制造廠寫入并經(jīng)固化處理，用戶是無(wú)法修改的。即使斷電，ROM中的信息也不會(huì)丟失。因此，ROM中一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理程序。高速緩存是一種小容量、高速隨機(jī)存儲(chǔ)器，用來(lái)協(xié)調(diào)CPU和內(nèi)存的速度匹配問(wèn)題。CMOS本身是一種集成電路制造工藝的簡(jiǎn)稱。但是在微型計(jì)算機(jī)中是主板上的一塊可讀可寫的RAM芯片的別名。（2）外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器可用來(lái)長(zhǎng)期存放程序和數(shù)據(jù)。外存不能被CPU直接訪問(wèn)，其中保存的信息必須調(diào)入內(nèi)存后才能被CPU使用。（1）軟盤現(xiàn)在逐漸被淘汰（2）硬盤硬磁盤由硬質(zhì)合金材料構(gòu)成的多張盤片組成，硬磁盤與硬盤驅(qū)動(dòng)器作為一個(gè)整體被密封在一個(gè)金屬盒內(nèi)，合稱為硬盤。（3）光盤光盤(OpticalDisk)存儲(chǔ)器是一種利用激光技術(shù)存儲(chǔ)信息的裝置。目前用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光盤有三類：只讀型光盤、一次寫入型光盤和可擦寫型光盤。（4）移動(dòng)式存儲(chǔ)器例如，可移動(dòng)硬盤、U盤等。3、輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸入設(shè)備是用戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的主要裝置之一。鍵盤，鼠標(biāo)，掃描儀，游戲操作桿等都屬于輸入設(shè)備。輸出設(shè)備的主要作用是把計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣接受的信息形式（如字符、圖像、表格、聲音等）輸出。常見(jiàn)的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。1.3.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是指為了運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)所編制的各種程序的集合。軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指計(jì)算機(jī)的基本軟件，是為使用和管理計(jì)算機(jī)而編寫的各種應(yīng)用程序。系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、匯編程序、解釋程序、編譯程序和診斷程序等。（2）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是專門為解決某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域里的總體任務(wù)而編制的程序。應(yīng)用程序一般由用戶自行設(shè)計(jì)，有的計(jì)算機(jī)廠家也提供應(yīng)用軟件。（3）計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫計(jì)算機(jī)程序所用的語(yǔ)言即計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)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。高級(jí)語(yǔ)言直觀，易讀、易懂、易調(diào)試，便于移植。常用的高級(jí)語(yǔ)言有：Basic、Fortran、Pascal、C++、Java等。1.4選購(gòu)計(jì)算機(jī)1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本配置1.4.2魯大師1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本配置無(wú)論是什么商標(biāo)和型號(hào)的微型計(jì)算機(jī)，其主要組成部分都相似，因此它們的基本配置也相似。1、微處理器CPU中央處理器（CentralProcessingUnit），簡(jiǎn)稱CPU，微機(jī)中又稱為微處理器。CPU是計(jì)算機(jī)的大腦，計(jì)算機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)在它的指揮控制下實(shí)現(xiàn)。CPU也是微機(jī)系統(tǒng)中最昂貴的部件。CPU是決定計(jì)算機(jī)速度、處理能力的關(guān)鍵部件，而衡量CPU的性能的主要技術(shù)指標(biāo)是：CPU的主頻、字長(zhǎng)和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。（1）主頻。主頻就是CPU的時(shí)鐘頻率，也就是CPU內(nèi)核運(yùn)算的工作頻率。

（2）字長(zhǎng)。字長(zhǎng)是CPU一次可以處理的二進(jìn)制位數(shù)，字長(zhǎng)主要影響計(jì)算機(jī)的精度和速度。

（3）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。高速緩存是用來(lái)存儲(chǔ)一些常用或即將用到的數(shù)據(jù)或指令，2、主板主板是微機(jī)系統(tǒng)中最大的一塊電路板，它的英文名字叫做“Mainborad”。微型計(jì)算機(jī)通過(guò)主板將CPU等各種器件和外部設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)形成一套完整的系統(tǒng)。

3、內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱為內(nèi)存。是微型計(jì)算機(jī)主機(jī)的主要部件之一。4、總線與接口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的各種芯片、各種板卡內(nèi)元器件之間、各板卡之間的連接，都是通過(guò)總線進(jìn)行的。而外部設(shè)備則通過(guò)相應(yīng)的接口電路再與總線相連

.中央處理器(CPU)主存儲(chǔ)器輸入/輸出接口