程序設(shè)計(jì) 概述

1大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中心（21＃434）

吳良杰（82519604）2引言一、為什么學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)

1）計(jì)算機(jī)無所不在科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理檢測(cè)控制

2）計(jì)算機(jī)是必要的工具3引言二、學(xué)什么？1)大學(xué)期間：

2+x2)本課程：(1)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)的表示與存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)、模型和協(xié)議、硬件和設(shè)備因特網(wǎng)的接入及設(shè)置、萬維網(wǎng)4引言(3)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的概念、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、線性表及操作二叉樹及操作5第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

主要內(nèi)容：

計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)

自學(xué)6什么是計(jì)算機(jī)AComputerisadevicecapableofperformingcomputationsandmakelogicaldecisionsatspeedsmillions(evenbillions)oftimesfasterthanhumanbeingscan.目前最快的計(jì)算機(jī)的速度是多少？我國最快的計(jì)算機(jī)的速度是多少？KComputer每秒8000萬億次2012年,每秒一萬萬億次“天河一號(hào)”每秒2507萬億次每秒鐘4700萬億次的峰值速度

每秒3000萬億次=所有中國人每天24小時(shí)、每年365天、手持計(jì)算器不停地計(jì)算500年。7什么是計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的工作過程

計(jì)算機(jī)產(chǎn)生輸出計(jì)算機(jī)使用輸出設(shè)備（如打印機(jī)或顯示器）輸出處理結(jié)果。

計(jì)算機(jī)接收輸入可以使用輸入設(shè)備（如鍵盤或鼠標(biāo)）輸入數(shù)據(jù)2和7及加法指令A(yù)DD，指令和數(shù)據(jù)暫存在主存中。

計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)處理機(jī)檢索取出指令和數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行加法運(yùn)算，結(jié)果9暫時(shí)存放在主存中。主存中的結(jié)果可以輸出或存儲(chǔ)到外存中。

計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)不再用于即時(shí)處理時(shí)，將被存儲(chǔ)到磁盤等外存上。8計(jì)算和計(jì)算裝置的發(fā)展遠(yuǎn)古：使用手指、石子、結(jié)繩

2000多年前：算籌、陶丸9計(jì)算和計(jì)算裝置的發(fā)展：六、七百年前：算盤十七世紀(jì)至十九世紀(jì):機(jī)械式計(jì)算機(jī)10機(jī)械式計(jì)算機(jī)第一臺(tái)機(jī)械式計(jì)算機(jī)（1623年）能夠進(jìn)行六位數(shù)的加減乘除運(yùn)算

帕斯卡加法式計(jì)算機(jī)(1642年)首次確立了計(jì)算機(jī)器的概念

11機(jī)械式計(jì)算機(jī)巴比奇的分析機(jī)

（1834年）和差分機(jī)（1822年）

12機(jī)電式計(jì)算機(jī)手搖式機(jī)械計(jì)算機(jī)（1936年）

電動(dòng)機(jī)械式計(jì)算機(jī)(1930年)

13機(jī)電式計(jì)算機(jī)1941年研制的Z-3型計(jì)算機(jī)可處理7位指數(shù)、14位小數(shù)14機(jī)電式計(jì)算機(jī)集數(shù)千繼電器的“馬克”1號(hào)全機(jī)電式計(jì)算機(jī)（1944年）每分鐘能夠進(jìn)行200次以上運(yùn)算

15電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC16電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展第一臺(tái)計(jì)算機(jī)：

1946年、ENIAC、美國、電子管發(fā)展歷程：第一代：電子管計(jì)算機(jī)第二代：晶體管計(jì)算機(jī)第三代：中、小規(guī)模集成電路第四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路

17電子管計(jì)算機(jī)1950年第一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)EDVAC，首次實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序和采用二進(jìn)制。

18晶體管計(jì)算機(jī)第二代計(jì)算機(jī)的的標(biāo)志產(chǎn)品－

IBM7090晶體管計(jì)算機(jī)19中、小規(guī)模集成電路

世界上第一個(gè)采用集成電路的通用計(jì)算機(jī)系列－IBM36020大規(guī)模、超大規(guī)模計(jì)算機(jī)FACOMM-382計(jì)算機(jī)21現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

IBM巨型計(jì)算機(jī)。運(yùn)算速度每秒500萬億次以上。22現(xiàn)代計(jì)算機(jī)天河一號(hào)計(jì)算機(jī)（2570萬億次）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)KComputer(每秒8.162千萬億次浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算)2324微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展四位微處理器Intel4004微處理器1971年八位微處理器Intel8008(1972)Intel8080(1974)25微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展十六位微處理器Intel8086(1978)Intel8286(1982)26微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

三十二位微處理器Intel386(1985

)IntelPentium(1993)IntelPentiumIV(2000)27微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展六十四微處理器

IntelCorei7(2008)

cpu主頻：3.4GHz

外頻：100MHz

倍頻：34X總線類型：DMI總線總線頻率：5.0GT/s核心數(shù)量：四核線程數(shù)：八線程制作工藝：32納米cpu緩存一級(jí)緩存：2X64KB二級(jí)緩存：4X256KB

三級(jí)緩存：8MB28計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)智能化網(wǎng)絡(luò)化巨型化微型化DeepblueGarryKasparov

多媒體化29未來的計(jì)算機(jī)1)光計(jì)算機(jī)2)生物計(jì)算機(jī)3)分子計(jì)算機(jī)4)量子計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)30速度快精度高“記憶”能力自動(dòng)化邏輯判斷計(jì)算機(jī)分類1）按用途分類

專用計(jì)算機(jī)（SpecialPurposeComputer）為解決某一特定問題而設(shè)計(jì)制造的電子計(jì)算機(jī)。一般擁有固定的存儲(chǔ)程序。速度快、可靠性高，且結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜。

通用計(jì)算機(jī)（GeneralPurposeComputer）各行業(yè)、各種工作環(huán)境都能使用的計(jì)算機(jī)，功能齊全，適合于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制。31計(jì)算機(jī)分類2）按規(guī)模和處理能力分類巨型計(jì)算機(jī)（SuperComputer）大型計(jì)算機(jī)（Mainframe）小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）工作站（Workstation）微型機(jī)3233計(jì)算機(jī)的理論基石

數(shù)理邏輯:

計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)的理論根據(jù)圖靈機(jī):

數(shù)學(xué)模型和二進(jìn)制開關(guān)電路理論:

邏輯運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)ClaudeShannon圖靈34計(jì)算機(jī)之父—馮·諾依曼美籍匈牙利數(shù)學(xué)家提出了計(jì)算機(jī)的工作原理：

存儲(chǔ)程序使用二進(jìn)制數(shù)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)硬件是由五大部件組成，即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)來表示要執(zhí)行的指令和要處理的數(shù)據(jù)。采用“存儲(chǔ)程序”的方式，把要執(zhí)行的指令和要處理的數(shù)據(jù)按順序編成程序存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部（存儲(chǔ)器中），計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)高速地從存儲(chǔ)器中取出指令加以執(zhí)行。3536第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)主要內(nèi)容：

計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)37電子計(jì)算機(jī)如何表示信息算盤：用算珠機(jī)械計(jì)算機(jī)：用齒輪電子計(jì)算機(jī)：用電子元件有兩個(gè)狀態(tài)的電子元件性能穩(wěn)定。電子元件的狀態(tài)及意義高電平：表示1

低電平：表示038二進(jìn)制數(shù)的引入右邊：10個(gè)十進(jìn)制數(shù)。左邊：也可看作一個(gè)數(shù)。特點(diǎn)：只有0和1兩種符號(hào)逢2進(jìn)一。結(jié)論1：左邊是一組二進(jìn)制數(shù)。結(jié)論2：在計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)形式表示。00000101001110010111011101234567x1x2x3顏色為什么在計(jì)算機(jī)中使用二進(jìn)制數(shù)易于物理實(shí)現(xiàn)具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件很多。機(jī)器可靠性高由于電壓的高低、電流的有無等都是一種躍變，兩種狀態(tài)分明，所以0和1兩個(gè)數(shù)的傳輸和處理抗干擾性強(qiáng)，不易出錯(cuò)，鑒別信息的可靠性好。運(yùn)算規(guī)則簡單二進(jìn)制數(shù)的四則運(yùn)算法則分別只有三條。硬件結(jié)構(gòu)簡化，控制簡單。3940進(jìn)位計(jì)數(shù)制

一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制包含著基數(shù)和位權(quán)兩個(gè)基本的因素．

基數(shù):

指計(jì)數(shù)制中所用到的數(shù)字符號(hào)的個(gè)數(shù)。

位權(quán):

是指在某一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示的數(shù)中，用來表明不同數(shù)位上數(shù)值大小的一個(gè)固定常數(shù)。進(jìn)位計(jì)數(shù)制特點(diǎn)1）每一種數(shù)制都有固定的符號(hào)集。二進(jìn)制：0、1八進(jìn)制：0、1、2、3、4、5、6、7十進(jìn)制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十六進(jìn)制：0~9、A~F(a~f)2）采用位置表示法，用位權(quán)來計(jì)數(shù)。

任何一個(gè)進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示的數(shù)都可以寫出按其權(quán)值展開的多項(xiàng)式之和。1358.74=1×103+3×102+5×101+8×100+7×10-1+4×10-23）按基數(shù)來進(jìn)位和借位（逢r進(jìn)一，借一當(dāng)r）。4142計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換R進(jìn)制的特點(diǎn)：

●有0、1、┄、R-1共R個(gè)數(shù)字符號(hào)；

●“逢R進(jìn)一”，“借一當(dāng)R”；

●位權(quán)是R的整數(shù)次冪；●任何一個(gè)用進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示的數(shù)都可以按位權(quán)展開成一個(gè)多項(xiàng)式。(321)10=3*102+2*101+1*100(321)8=3*82+2*81+1*80(A2F)16=10*162+2*161+15*16043計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換進(jìn)位制二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制規(guī)則逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)r=2r=8r=10r=16數(shù)符0,10,1,2,…,70,1,2,…,90,1,2,…,9,A,B,C,D,E,F權(quán)2i8i10i16i表示符號(hào)BODH常用數(shù)制44計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F1610000201045計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換數(shù)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換46余數(shù)法：除以基數(shù)取余數(shù)、直到商為0由下而上排列。示例1：(75)10(?)8示例2:(75)10(?)2示例3:(175)10(?)16計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)整數(shù)47進(jìn)位法：用十進(jìn)制小數(shù)乘基數(shù)，當(dāng)積為0或達(dá)到所要求的精度時(shí)，將整數(shù)部分由上而下排列。示例：(0.625)10(?)2

0.625

╳2

1.250整數(shù)為1

╳2

0.50整數(shù)為0

╳2

1.0

整數(shù)為1

小數(shù)值為0結(jié)果為：0.101小數(shù)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換48另一簡便方法：從高位到低位確定每一位為1或0舉例(97)10＝(1100001)297-64√分解數(shù)

33-32√分解數(shù)

1√分解數(shù)

(217)10＝(____?____)2思考題11011001計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換49非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)位權(quán)法：把各非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和轉(zhuǎn)換公式：(F)x=an-1×xn-1+an-2×xn-2+...+a1×x1+a0×x0+a-1×x-1+...示例：

(1011.1)2=(11.5)10(326)8=(？)10(1D6)16=(？)10計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換50二進(jìn)制十六進(jìn)制

一位分三位一位分四位整數(shù)從右向左小數(shù)從左向右三位并一位四位并一位二進(jìn)制八進(jìn)制非十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換51100110110111.0101110110111.010二八( )8()160000004667.24二十六1B7.4計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換52八二(247.16)8010100111.001110(247.16)8=(10100111.00111)2十六二(6B9.1C)16011010111001.00011100(6B9.1C)16=(11010111001.000111)2計(jì)算機(jī)領(lǐng)域常用的數(shù)制及轉(zhuǎn)換53數(shù)據(jù)的分類及表示數(shù)據(jù)的種類：

數(shù)值數(shù)據(jù)：整數(shù)、實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)非數(shù)值數(shù)據(jù)：字符漢字聲音圖形圖像54機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)：值及符號(hào)均用二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)值數(shù)據(jù)。正號(hào)：0

負(fù)號(hào)：1示例：-011101010111010+101101101011011真值數(shù)：計(jì)算機(jī)外部用正負(fù)號(hào)及二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)稱為真值數(shù)。示例：-0111010+1011011

數(shù)據(jù)的分類及表示55定點(diǎn)數(shù)01000000定點(diǎn)小數(shù)：符號(hào)位隱含小數(shù)位（+0.5)10000011定點(diǎn)整數(shù)：符號(hào)位隱含小數(shù)位（-3)數(shù)據(jù)的分類及表示563130242322

0如：110.011=0.110011×2+3階符

階碼

數(shù)符

尾數(shù)

階碼部分

尾數(shù)部分

…

…

浮點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)的分類及表示57帶符號(hào)數(shù)的表示10110001110011101-78

原碼反碼補(bǔ)碼原碼：符號(hào)位用0表示正，用1表示負(fù)；數(shù)值部分用原數(shù)的絕對(duì)值的二進(jìn)制數(shù)形式。反碼：正數(shù)，反碼與原碼相同；負(fù)數(shù)，在原碼基礎(chǔ)上，符號(hào)位不變數(shù)值位按位取反即得反碼。補(bǔ)碼：正數(shù)，補(bǔ)碼與原碼相同；負(fù)數(shù)，在原碼基礎(chǔ)上，符號(hào)位不變數(shù)值位按位取反在末位加1即得補(bǔ)碼。011001010數(shù)據(jù)的分類及表示58字符數(shù)據(jù)的表示ASCII碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange編碼方式：用7位二進(jìn)制數(shù)的不同編碼來表示128個(gè)不同的字符字符種類：可打印字符、不可打印字符擴(kuò)展ASCII碼：用8位二進(jìn)制數(shù)的不同編碼來表示不同的字符計(jì)算機(jī)中信息編碼590000010100111001011101110000NULDELSP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2

“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOFDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB

’7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_oDELASCII碼表高位低位60計(jì)算機(jī)中信息編碼Unicode的學(xué)名：

UniversalMultiple-OctetCodedCharacterSet，簡稱為UCS。Unicode標(biāo)準(zhǔn)：

UCS-2：現(xiàn)在用的，２個(gè)字節(jié)編碼。

UCS-4：4字節(jié)編碼。

UCS-2也稱為基本多文種平面。

中文范圍：4E00-9FBF字符數(shù)據(jù)的表示Unicode

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數(shù)字編碼是用二進(jìn)制數(shù)碼按照某種規(guī)律來描述十進(jìn)制數(shù)的一種編碼。最簡單最常的是8421碼，或稱BCD碼（Binary-Code-Decimal）。它利用四位二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼。數(shù)字編碼數(shù)字0123456789BCD0000000100100011010001010110011110001001示例：（91)10

（10010001)BCD計(jì)算機(jī)中信息編碼62

機(jī)外碼是與具體采用的漢字輸入方案對(duì)漢字進(jìn)行的編碼。種類：音碼：全拼、雙拼形碼：五筆字型數(shù)字碼：區(qū)位碼混合碼：音型碼機(jī)外碼漢字編碼和表示數(shù)據(jù)的分類及表示63漢字編碼和表示所有的國標(biāo)漢字與符號(hào)組成一個(gè)94X94的矩陣?！皡^(qū)”:矩陣中的行,共有94區(qū),區(qū)號(hào)為01-94。“位”:矩陣中的列,每區(qū)有94位,位號(hào)為01-94。一個(gè)漢字的區(qū)號(hào)和位號(hào)合在一起構(gòu)成“區(qū)位碼”，區(qū)位碼的編碼范圍是：0101～9494。如：“中”

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3630H區(qū)位碼計(jì)數(shù)據(jù)的分類及表示64國標(biāo)碼我國1981年公布的“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換漢字編碼”，代號(hào)為“GB2312－80”。國標(biāo)碼=（區(qū)位碼的十六進(jìn)制表示）+2020H國標(biāo)碼的取值范圍：2121H～7E7EH。如：“中”

3630

5650H漢字編碼和表示數(shù)據(jù)的分類及表示65機(jī)內(nèi)碼漢字信息在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的代碼表示稱為漢字機(jī)內(nèi)碼（或漢字內(nèi)碼）。機(jī)內(nèi)碼=國標(biāo)碼+8080H=（區(qū)位碼的十六進(jìn)制表示）+A0A0H。

GB2312-80的機(jī)內(nèi)碼編碼范圍為：

A1A1H～FEFEH。如：“中”

D6D0H漢字編碼和表示數(shù)據(jù)的分類及表示66漢字編碼和表示字形碼把漢字按圖形符號(hào)設(shè)計(jì)成點(diǎn)陣圖，就得到了相應(yīng)的點(diǎn)陣代碼（字形碼）。字形點(diǎn)陣:16×16點(diǎn)陣

24×24點(diǎn)陣

48×48點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的分類及表示67其他系統(tǒng)的漢字編碼交換碼（國標(biāo)碼）顯示打印輸入機(jī)內(nèi)碼字形碼漢字信息外碼(輸入碼)漢字信息漢字庫兩個(gè)字節(jié)最高二進(jìn)制位均為1漢字編碼之間的關(guān)系數(shù)據(jù)的分類及表示68計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)（設(shè)備）軟件系統(tǒng)（程序、文檔）計(jì)