第1章.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，本書構(gòu)建后續(xù)專業(yè)課程的框架,并在實(shí)踐上掌握基本的計(jì)算機(jī)操作能力.第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識本章目標(biāo)：了解：微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史、工作特點(diǎn)、分類、應(yīng)用領(lǐng)域等；熟悉：數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示、字符編碼和漢字編碼的基本知識。本章主要知識點(diǎn)：

（1）計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展

（2）計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和分類

（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

（4）計(jì)算機(jī)中數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換（5）常用的ASCII碼、BCD碼、漢字編碼的相關(guān)概念和應(yīng)用1.1概述1.1.1近代計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算為基本原則,早先定位為工業(yè)用產(chǎn)品19世紀(jì)初葉，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家、機(jī)械設(shè)計(jì)專家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和哲學(xué)家查爾斯?巴貝基（CharlesBabbage，1791-1871，見圖1-1）發(fā)明了差分機(jī)（DifferenceEngine，見圖1-2）即可計(jì)算等式間的差距。之后想設(shè)計(jì)分析機(jī)（AnalyticalEngine，見圖1-3）來嘗試執(zhí)行多種類的運(yùn)算，盡管這臺機(jī)器在他有生之年并未完成，但其概念其實(shí)已經(jīng)具備了現(xiàn)代電腦的特征，所以稱巴貝基為計(jì)算機(jī)之父。查爾斯巴貝基1.1.1近代計(jì)算機(jī)發(fā)展圖例：1822差分機(jī)1833分析機(jī)英國著名詩人拜倫的女兒阿達(dá)?拉芙拉斯伯爵夫人（AdaAugustaLovelace，1815-1852）協(xié)助巴貝基完善了分析機(jī)的設(shè)計(jì)，她發(fā)現(xiàn)了編程的基本要素，還編寫了伯努利數(shù)的程序，因此，被譽(yù)為世界上第一位程序員。MARKI美國哈佛大學(xué)的霍華德?艾肯（HowardAiken，1900-1973）博士在圖書館里發(fā)現(xiàn)了巴貝基的論文，提出了用機(jī)電方式來構(gòu)造新的分析機(jī)?；羧A德·艾肯在IBM公司的資助下，于1944年研制成功了被稱為計(jì)算機(jī)“史前史”里最后一臺著名的MarkⅠ計(jì)算機(jī)。后來霍華德·艾肯繼續(xù)主持了MarkⅡ和MarkⅢ計(jì)算機(jī)的研制工作1642BlaisePascal加法器英國數(shù)學(xué)家艾蘭?圖靈（AlanMathisonTuring，l912-1954）是世界上公認(rèn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人，主要貢獻(xiàn)：一是建立圖靈機(jī)（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可計(jì)算理論的基礎(chǔ)；二是提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能的概念。但在他生活的時(shí)代，卻完全沒有這些贊譽(yù)。他不過是一位古怪的數(shù)學(xué)家、超前的哲學(xué)家、神秘的密碼破譯專家而已，沒有人會想到他的思維能燃起信息時(shí)代的烈焰。為紀(jì)念圖靈對計(jì)算機(jī)科學(xué)的貢獻(xiàn)，美國計(jì)算機(jī)學(xué)會ACM在1966年創(chuàng)立了“圖靈獎(jiǎng)”，每年頒發(fā)給在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先研究人員，號稱計(jì)算機(jī)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的諾貝爾獎(jiǎng)。

圖靈1.1概述1.1.1近代計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1概述1.1.1近代計(jì)算機(jī)的發(fā)展另一個(gè)計(jì)算機(jī)之父是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼（VonNeumann）研制了世界上第二臺電子計(jì)算機(jī)EDVAC，采用了“存儲程序”的概念，以此概念為基礎(chǔ)的各類計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮?諾依曼機(jī)。至今計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)沒有變，但是，馮?諾依曼自己也承認(rèn)，他的關(guān)于計(jì)算機(jī)“存儲程序”的想法都來自圖靈。

馮諾依曼1.1概述

1.1.2計(jì)算機(jī)的誕生1939年美國依阿華大學(xué)教授1941年制作了一臺雛形計(jì)算機(jī)ABC阿塔諾索夫,用于數(shù)學(xué)物理研究需要大量計(jì)算。美國賓州大學(xué)的物理學(xué)教授約翰·莫奇萊觀摩ABC計(jì)算機(jī)后建議制造電子計(jì)算機(jī)來完成彈道表的計(jì)算。1943年4月美國陸軍阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室與賓州大學(xué)摩爾學(xué)院開始研制ENIAC。在?？颂?、戈德斯坦等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公諸于世。1947年莫奇萊和?？颂仉x開賓州大學(xué)，創(chuàng)立了自己的計(jì)算機(jī)公司，生產(chǎn)UNIVAC計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段1.1概述1.1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展第一代（1946~1956）電子管5千~4萬（次/秒）第二代（1957~1964）晶體管幾十萬~百萬（次/秒）第三代（1965~1970）集成電路百萬~幾百萬（次/秒）第四代（1971~90年代）集成電路幾百萬~幾億（次/秒）1.1概述1.1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和分類1．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功能。（4）能自動運(yùn)行且支持人機(jī)交互。2．計(jì)算機(jī)的分類

計(jì)算機(jī)可以分為：（1）巨型機(jī)。（2）大型機(jī)。（3）小型機(jī)。（4）微型計(jì)算機(jī)。（5）工作站。（6）服務(wù)器。（7）網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。

1.1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1．科學(xué)計(jì)算

2．事務(wù)處理3．過程控制4．輔助工程5．人工智能6．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示1.2.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換N=dn-1bn-1+dn-2bn-2+…+d1b1+d0b0+d-1b-1+…+d-mb-m

計(jì)算機(jī)中不同計(jì)數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、進(jìn)位關(guān)系和表示方法計(jì)數(shù)制 基數(shù) 數(shù)碼進(jìn)位關(guān)系 表示方法二進(jìn)制 2 0、1 逢二進(jìn)一 1010B或（1010）2八進(jìn)制 8 0---7 逢八進(jìn)一 247O或（247）8十進(jìn)制 10 0---9 逢十進(jìn)一 598D或（598）10十六進(jìn)160--9、A--F 逢十六進(jìn)一 7C2FH或（7C2F）16二進(jìn)制化十進(jìn)制：

（N）B=dn-12n-1+dn-22n-2+…+d121+d020+d-12-1+…+d-m2-m

1.2.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換2021222324252627110100100010000100000100000010000000(1100111)B=103D26252221201.2計(jì)算機(jī)中的信息表示1.2.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.1】將十進(jìn)制整數(shù)（103）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：2︳103

2︳51余數(shù)為12︳25 余數(shù)為12︳12 余數(shù)為12︳6 余數(shù)為02︳3 余數(shù)為02︳1余數(shù)為10 余數(shù)為1所以，（103）10＝（1100111）21.2.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.2】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：0.8125×2＝1.625 取整數(shù)位10.625×2＝1.25 取整數(shù)位10.25×2＝0.5 取整數(shù)位00.5×2＝1.0 取整數(shù)位1所以，（0.8125）10＝（0.1101）2若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計(jì)算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。1.2.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換(小數(shù))【例1.7】將二進(jìn)制數(shù)（1011001.101）2轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：（1011001.101）2 ＝1×26＋1×24＋1×23＋1×20＋1×2－1＋1×2－3 ＝64＋16＋8＋