《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)

齊翠巧王立普主編

中國水利水電出版社

第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識

■1.1計算機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展

■1.2計算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類

■1.3計算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法

1.1計算機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展

?111計算機(jī)的誕生

■112計算機(jī)的發(fā)展階段

■1.1.3計算機(jī)的發(fā)展趨勢

■1.1.4我國計算機(jī)的發(fā)展

1.1.1計算機(jī)的誕生

?一般認(rèn)為，世界上第一臺數(shù)字式電子計算機(jī)ENIAC

1946誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)。

1.1.2計算機(jī)的發(fā)展階段

代次起止年份所用電子元器數(shù)據(jù)處理方式運(yùn)算速度應(yīng)用領(lǐng)域

件

匯編語言、代幾千?幾萬國防及高科

第一代1946?1958電子管

碼程序次/秒技

高級程序設(shè)計數(shù)十萬?幾工程設(shè)計、

第二代1959~1964晶體管

語言百萬次/秒數(shù)據(jù)處理

結(jié)構(gòu)化、模塊

中、小規(guī)模集數(shù)百萬?幾工業(yè)控制、

第三代1965~1970化程序設(shè)計、

成電路千萬次/秒數(shù)據(jù)處理

實(shí)時處理

分時、實(shí)時數(shù)

大規(guī)模、超大上億條指令工業(yè)、生活

第四代1971?今據(jù)處理、計算

規(guī)模集成電路/秒等各方面

機(jī)網(wǎng)絡(luò)

1.1.3計算機(jī)的發(fā)展趨勢

?1.巨型化

?2,微型化

?3.多媒體化

?4.網(wǎng)絡(luò)化

?5.智能化

1/L4我國計算機(jī)的發(fā)展

?我國從1956年開始研制計算機(jī)。

?1958年6月中國第一臺計算機(jī)誕生了，這臺小

型電子管數(shù)字計算機(jī)被命名為“103”機(jī)，

?1959年，中國第一臺大型電子管數(shù)字計算機(jī)

“104”機(jī)也研制成功。

?1964年我國研制的晶體管計算機(jī)問世。

?1971年又研制出以集成電路為重要器件的DJS

系列計算機(jī)。

?1974年8月，多功能小型通用數(shù)字機(jī)通過鑒定,

宣告系列化計算機(jī)產(chǎn)品研制取得成功，標(biāo)志著

中國計算機(jī)工業(yè)走上了系列化批量生產(chǎn)的道路o

?1983年12月，我國自行研制的第一個巨型機(jī)

系統(tǒng)“銀河”超高速電子計算機(jī)系統(tǒng)研制成功,

它的向量運(yùn)算速度為每秒鐘一億次以上，軟件

系統(tǒng)內(nèi)容豐富，中國從此跨入了世界巨型電子

計算機(jī)的行列。這臺計算機(jī)后來被人們稱為

“銀河「巨型機(jī)。

?1992年，10億次巨型機(jī)“銀河II”通過鑒定。

?1997年,每秒130億次浮點(diǎn)運(yùn)算的“銀河III”并

行巨型機(jī)研制成功。

?2003年12月10日，聯(lián)想集團(tuán)研制的國家網(wǎng)格

主節(jié)點(diǎn)“深騰6800”超級計算機(jī)研制成功。該

計算機(jī)實(shí)際運(yùn)算速度為每秒4.183萬億次，峰

值運(yùn)算速度每秒5.324萬億次，整機(jī)效率為

78.5%O在2003年11月16日公布的全球最新

超級計算機(jī)500強(qiáng)排行榜中，該計算機(jī)實(shí)際運(yùn)

算速度居第14位，整機(jī)效率位居第二位。

?1999年9月，峰值速度達(dá)到每秒1117億次的曙

光2000-II超級服務(wù)器問世。

?同年，每秒3840億次浮點(diǎn)運(yùn)算的“神威”并

行計算機(jī)研制成功并投入運(yùn)行。我國成為繼美

國、日本之后世界上第三個具備研制高性能計

算機(jī)能力的國家。

1.2計算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類

?121計算機(jī)的特點(diǎn)

■122計算機(jī)的應(yīng)用范圍

■1.2.3計算機(jī)的分類

1.2.1計算機(jī)的特點(diǎn)

?1.運(yùn)算速度快，計算精度高

?2.具有記憶和邏輯判斷能力

?3.有自動控制能力

1.2.2計算機(jī)的應(yīng)用范圍

?1.科學(xué)計算

?2.數(shù)據(jù)處理

?3.過程控制

?4.計算機(jī)輔助系統(tǒng)

?5.人工智能

?6.多媒體技術(shù)應(yīng)用

?7.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

1.2.3計算機(jī)的分類

■1.按所處理的信號分類

■2.按計算機(jī)用途分類

■3.按計算機(jī)規(guī)模分類

1.按所處理的信號分類

?可分為模擬計算機(jī)、數(shù)字計算機(jī)和混合計算機(jī),

但目前所使用的計算機(jī)一般均為數(shù)字計算機(jī)。

?(1)模擬計算機(jī)處理連續(xù)變化的量值。

?(2)數(shù)字計算機(jī)處理不連續(xù)的離散量。

?(3)混合計算機(jī)是指既可以處理數(shù)字量又可以

處理模擬量的計算機(jī)。

2.按計算機(jī)用途分類

?可分為專用計算機(jī)和通用計算機(jī)。

?(1)專用計算機(jī)針對某類問題能顯示出最有效、

最快速和最經(jīng)濟(jì)的特性，但它的適應(yīng)性較差，

不適于其它方面的應(yīng)用。

?(2)通用計算機(jī)適應(yīng)性很強(qiáng)，應(yīng)用面很廣，但

其運(yùn)行效率、速度和經(jīng)濟(jì)性依據(jù)不同的應(yīng)用對

象會受到不同程度的影響。

3.按計算機(jī)規(guī)模分類

?又可分為巨型計算機(jī)、小巨型機(jī)、主機(jī)、小型

計算機(jī)、工作站和個人計算機(jī)。

1.3計算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法

?131數(shù)制的基本概念

?1.3.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

■1.3.3數(shù)據(jù)的存儲單位

■1.3.4數(shù)數(shù)型數(shù)據(jù)的表示方法

?135字符的編碼

1.3.1數(shù)制的基本概念

■1.進(jìn)位計數(shù)制

■2.常用的進(jìn)位計數(shù)制

■3.書寫規(guī)則

1.進(jìn)位計數(shù)制

?數(shù)制也稱計數(shù)制，是人們利用符號來計數(shù)的科

學(xué)方法，指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來

表示數(shù)值的方法。

常用的進(jìn)位計數(shù)制

卜進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制卜進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

000191001119

111210101012A

2102311101113B

3II3412110014C

41004513110115D

51015614111016E

61106715111117F

71117816100002010

8100010917100012111

3.書寫規(guī)則

■(1)在數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)識

?(2)在括號外面加數(shù)字下標(biāo)

(1)數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)識

?B(Binary)------表示二進(jìn)制數(shù)。

?O(Octonary)----表示八進(jìn)制數(shù)。但為了避免字

母0與數(shù)字。相混淆，常用Q代替0。

?D(Decimal)—表示十進(jìn)制數(shù)。一般約定D可省

略，即無后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)字。

?H(Hexadecimal)--表示十六進(jìn)制數(shù)。

(2)在括號外面加數(shù)字下標(biāo)

?(100101)2--表示二進(jìn)制數(shù)的100101。

?(2563)8--表示八進(jìn)制數(shù)的2563。

?(66597)10--表示十進(jìn)制數(shù)的66597。

?(3DF6)16--表示十六進(jìn)制數(shù)的3DF6。

1.3.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

■1.十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)數(shù)間的轉(zhuǎn)換

■2.十進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的

轉(zhuǎn)換

?3.二進(jìn)制、八進(jìn)制、1六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

1.十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

■(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

■(2)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

?對于一般的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，可以將

其整數(shù)部分與小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換，然后再把它

們組合起來。

(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

■①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)

■②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)

①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)

?將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)時采用除2取

余法。

?其具體做法是：將十進(jìn)制數(shù)除以2,得到一個

商數(shù)和余數(shù)；再將這個商數(shù)除以2,又得到一

個商數(shù)和余數(shù)；繼續(xù)這個過程，直到商數(shù)等于

零為止。將每次取得的余數(shù)部分從下到上逆序

排列即得到所對應(yīng)的二進(jìn)制整數(shù)。

②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)

?將十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)時采用乘2取

整法。

?其具體做法是：用2乘十進(jìn)制純小數(shù)，取出乘

積的整數(shù)部分；再用2乘余下的純小數(shù)部分，

再取出乘積的整數(shù)部分；繼續(xù)這個過程，直到

余下的純小數(shù)為0,或者已得到足夠的位數(shù)為

止。最后將每次取得的整數(shù)部分從上到下順序

排列即得到所對應(yīng)的二進(jìn)制小數(shù)。

(2)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

?把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法是，將二進(jìn)

制數(shù)按權(quán)展開后求和即可。

2.十進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之

間的轉(zhuǎn)換

■(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)

■(2)八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)

?十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)的方法是：整數(shù)部

分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，整數(shù)部分采用

“除基數(shù)取余法”，小數(shù)部分采用“乘基數(shù)取

整法”。對于八進(jìn)制數(shù)，整數(shù)部分采用除8取

余法，小數(shù)部分采用乘8取整法；對于十六進(jìn)

制數(shù)，整數(shù)部分采用除16取余法，小數(shù)部分采

用乘16取整法。

(2)八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

?非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法是，把各個

非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后求和。對于八進(jìn)制數(shù)或

十六進(jìn)制數(shù)可以寫成8或16的各次塞之和的形

式，然后再計算其結(jié)果。

3.二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

■(1)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

■(2)八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

■(3)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

■(4)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

(1)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

?以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)部分從低位到高位將二進(jìn)

制數(shù)的每三位分為一組，若不夠三位時，在高

位左面添0；小數(shù)部分從小數(shù)點(diǎn)開始，自左向

右每三位一組，若不夠三位時，在低位右面添

0,補(bǔ)足三位，然后將每三位二進(jìn)制數(shù)用一位

八進(jìn)制數(shù)替換即可完成。

(2)八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

?以小數(shù)點(diǎn)為界，向左或向右每一位八進(jìn)制數(shù)用

相應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)取代，然后去掉整數(shù)部分

中最左邊的“o”以及小數(shù)部分最右邊的“0”。

(3)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

?以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)部分從低位到高位將二進(jìn)

制數(shù)的每四位分為一組，若不夠四位時，在高

位左面添o；小數(shù)部分從小數(shù)點(diǎn)開始，自左向

右每四位一組，若不夠四位時，在低位右面添

0,補(bǔ)足四位，然后將每四位二進(jìn)制數(shù)用一位

十六進(jìn)制數(shù)替換即可完成。

(4)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

?以小數(shù)點(diǎn)為界，向左或向右每一位十六進(jìn)制數(shù)

用相應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)取代，然后去掉整數(shù)部

分中最左邊的“o”以及小數(shù)部分最右邊的“0”。

1.3.3數(shù)據(jù)的存儲單位

?1?位（bit）

?2.字節(jié)（Byte）

■3.字（Word）

?4.字長

1.位(bit)

?位(bit),簡寫為“b”音譯為“比特”，是計算

機(jī)存儲信息的最小單位，代表一個二進(jìn)制數(shù)，

由數(shù)字?；?組成。一個二進(jìn)制位只能表示兩種

狀態(tài)。

2.字節(jié)(Byte)

?字節(jié)(Byte),簡寫為“B”，音譯為“拜特”。

8個連續(xù)的二進(jìn)制位編為一組稱為一個字節(jié)，

BP：1B=8bito字節(jié)是計算機(jī)存儲容量的基本

單位，即以字節(jié)為單位存儲信息。

■1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB

1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB

1PB=250B=1024TB1EB=260B=1024PB

3.字（Word）

?計算機(jī)一次存取、處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度稱為

字，即：一組二進(jìn)制數(shù)碼作為一個整體來參加

運(yùn)算或處理的單位。

4.字長

?一個字中所包含的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)稱為字長。

?不同的計算機(jī)，字長是不同的，常用的字長有

8位、16位、32位和64位等。

1.3.4數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法

■1.機(jī)器數(shù)的概念

?2.定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

?3.原碼、反碼和未卜碼

1,機(jī)器數(shù)的概念

?任何一個非二進(jìn)制整數(shù)輸入到計算機(jī)中都必須以

二進(jìn)制格式存放在計算機(jī)的存儲器中。每個數(shù)據(jù)

占用一個或多個字節(jié)。通常把一個數(shù)的最高位規(guī)

定為數(shù)值的符號位，用“0”表示正，用“1”表示

負(fù)，稱為數(shù)符，其余的數(shù)表示數(shù)值。這種連同數(shù)

字與符號組合在一起的二進(jìn)制數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。由

機(jī)器數(shù)所表示的實(shí)際值稱為真值。

?要全面、完整地表示一個機(jī)器數(shù)，應(yīng)該考慮三個

因素：機(jī)器數(shù)的范圍、機(jī)器數(shù)的符號、機(jī)器數(shù)中

小數(shù)點(diǎn)的位置。

2.定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

?(1)定點(diǎn)數(shù)的表示法

?(2)浮點(diǎn)數(shù)的表示法

(1)定點(diǎn)數(shù)的表示法

?定點(diǎn)數(shù)的表示法是把小數(shù)點(diǎn)約定在機(jī)器數(shù)的某

一固定的位置上。

?如果小數(shù)點(diǎn)約定在符號位和數(shù)值的最高位之間,

那么所有參加運(yùn)算的數(shù)的絕對值小于1,即為

定點(diǎn)純小數(shù)。

?如果小數(shù)點(diǎn)約定在數(shù)值的最低位之后，那么所

有參加運(yùn)算的數(shù)都是整數(shù)，即為定點(diǎn)整數(shù)。

(2)浮點(diǎn)數(shù)的表示法

?浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)，它既有整

數(shù)部分又有小數(shù)部分。

?任何一個二進(jìn)制數(shù)N都可寫成:N=±SX2土A

?其中就j稱為N的階碼，j前面的正、負(fù)號稱為

階符，S稱為N的尾數(shù)，S前面的正、負(fù)號稱為

數(shù)符。

3.原碼、反碼和補(bǔ)碼

?(1)原碼

?(2)反碼

?(3)補(bǔ)碼

■(4)補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換

(1)原碼

?正數(shù)的符號位為0,負(fù)數(shù)的符號位為1,其它位

按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。用這樣的

表示方法得到的就是數(shù)的原碼。

?原碼表示的整數(shù)范圍是：

-—1)?+(2n-1-1),其中n為機(jī)器字長。

(2)反碼

?對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原

碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的

各位按位取反。

?負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼

通常用作求補(bǔ)碼過程中的中間形式；反碼表示

的整數(shù)范圍與原碼相同。

(3)補(bǔ)碼

?正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反

碼在最低位加1。

n-1-

?補(bǔ)碼表小的整數(shù)范圍是一2。-1~+(21)?

其中n為機(jī)器字長。

(4)補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換

?正數(shù)補(bǔ)碼的真值等于補(bǔ)碼的本身；負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)

換為其真值時，將負(fù)數(shù)補(bǔ)碼按位求反，末位加

1,即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對應(yīng)的真值的絕對值。

1.3.5字符的編碼

■1.美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCII碼）

?2.BCD碼

■3.漢字編碼

1.美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCII碼）

?ASCII碼（AmericanStandardCodefor

InformationInterchange）是美國信息交換標(biāo)

準(zhǔn)代碼的簡稱。

?ASCII碼是一種西文字符編碼，有7位ASCII碼

和8位ASCII碼兩種，7位ASCII碼稱為標(biāo)準(zhǔn)

ASCII碼，8位ASCII碼稱為擴(kuò)展ASCII碼。

?7位ASCII碼用一個字節(jié)（8位）表示一個字符,

并規(guī)定最高位為0。

7位ASCH碼的編碼表

3b6b5

000001010011100101110111

b4b3b2bl

0000NULDLE空格0@p、P

0001SOHDC111AQaq

0010STXDC22BRbr

0011ETXDC3#3CScs

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