第1章 計算機基礎(chǔ)知識課件

第1章計算機基礎(chǔ)知識大學(xué)計算機基礎(chǔ)第1章計算機基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容：

1.1計算機的發(fā)展與應(yīng)用

早期的計算工具、近代計算機、電子計算機的問世、計算機的發(fā)展與分類、計算機的應(yīng)用。

1.2信息在計算機內(nèi)的表示

信息技術(shù)的發(fā)展、信息技術(shù)的基本概念、數(shù)制的基本概念、數(shù)制間的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)的表示、編碼。

1.3計算思維基礎(chǔ)

計算思維概念、計算思維基本方法、計算思維與科技創(chuàng)新。第1章計算機基礎(chǔ)知識第1章計算機基礎(chǔ)知識1.1計算機的發(fā)展與應(yīng)用早期的計算工具算籌算盤計算尺第1章計算機基礎(chǔ)知識近代計算機

現(xiàn)代計算機的真正起源來自英國劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)教授查爾斯·巴貝奇（CharlesBabbage）。查爾斯·巴貝奇差分機分析機第1章計算機基礎(chǔ)知識

英國科學(xué)家阿蘭·麥席森·圖靈（AlanMathisonTuring，1912—1954）是計算機科學(xué)奠基人，許多人工智能的重要方法也源自于這位偉大的科學(xué)家。被譽為“人工智能之父”。圖靈第1章計算機基礎(chǔ)知識電子計算機的問世

目前，人們公認第一臺電子計算機是在ENIAC（電子數(shù)字積分計算機的簡稱，英文全稱為

ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，中文名：埃尼阿克），它是在1946年2月15日，由美國賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家研制成功的。第一臺電子計算機

ENIAC它占地面積達170平方米，重達30噸，耗電量150千瓦。它在1秒鐘內(nèi)能完成5000次加、減法運算和500次乘法運算，這比當(dāng)時最快的繼電器計算機的運算速度要快1000多倍、手工計算的20萬倍。第1章計算機基礎(chǔ)知識

真正為現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)和工作原理奠定基礎(chǔ)的是EDVAC（離散變量自動電子計算機），它是由美藉匈牙利數(shù)學(xué)家JohnVonNeumann（1903－1957）提出的制造電子計算機和程序設(shè)計方案。

EDVAC方案明確計算機應(yīng)由五個部分組成：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系，設(shè)計思想之一是二進制。約翰·馮·諾依曼

鑒于馮·諾依曼在發(fā)明電子計算機中所起到關(guān)鍵性作用，他被西方人譽為“計算機之父”。第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機的發(fā)展與分類1、計算機的發(fā)展按照計算機所采用的電子元器件的演變分四個階段第一代：電子管計算機（1946—1957）第二代：晶體管計算機（1958—1964）第三代：集成電路計算機（1965—1970）第四代：大規(guī)模集成電路計算機

(1971—現(xiàn)在)我國研制的“天河一號”千萬億次超級計算機系統(tǒng)第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展的幾個階段第一代（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）第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展——巨型化小型機 工業(yè)控制、測量、醫(yī)療設(shè)備大型機 通用型“企業(yè)級”計算機巨型機

天氣預(yù)報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計算的高科技領(lǐng)域。第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展——微型化體積小價格低使用方便技術(shù)先進具有友好的人機界面第1章計算機基礎(chǔ)知識巨型機CRAY-Ⅱ銀河Ⅱ1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”中國超級計算機：國防科技大學(xué)研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”和“曙光200I”第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展——網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。第1章計算機基礎(chǔ)知識2、計算機的分類

按計算機中信息的表示形式分類電子數(shù)字計算機、電子模擬計算機、數(shù)?；旌嫌嬎銠C。

按應(yīng)用范圍分類專用機和通用機。

按計算機規(guī)模分類超級算機、小巨型計算機、大型計算機、小型計算機、工作站、個人計算機。第1章計算機基礎(chǔ)知識3、計算機的特點

運算速度快

運算精度高

存儲量大

程序控制自動工作

具有邏輯判斷能力第1章計算機基礎(chǔ)知識4、計算機的發(fā)展方向

巨型化（或功能巨型化）

微型化（或體積微型化）

網(wǎng)絡(luò)化（或資源網(wǎng)絡(luò)化）

智能化（或處理智能化）

現(xiàn)在的計算機仍然采用馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，從研究情況看，未來的計算機將可能在以下幾個方面取得突破。

光計算機

生物計算機（分子計算機）

量子計算機第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機的應(yīng)用1.傳統(tǒng)應(yīng)用（1）科學(xué)計算

（2）數(shù)據(jù)處理

（3）自動控制2.現(xiàn)代應(yīng)用（1）辦公自動化

（2）數(shù)據(jù)庫應(yīng)用（3）計算機輔助系統(tǒng)

（4）人工智能

（5）計算機仿真

（6）計算機網(wǎng)絡(luò)（7）多媒體技術(shù)3.計算機的新熱點

（1）云計算（2）移動互聯(lián)網(wǎng)（3）物聯(lián)網(wǎng)第1章計算機基礎(chǔ)知識1.2信息在計算機內(nèi)的表示

信息技術(shù)

人類由工業(yè)社會進入信息社會的主要動力是以計算機技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

20世紀(jì)40年代，電子計算機的出現(xiàn)以及通信技術(shù)的發(fā)展，使得信息技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。

20世紀(jì)80年代，多媒體計算機技術(shù)的發(fā)展，使得計算機從處理文字、數(shù)據(jù)和簡單圖形等信息，發(fā)展到能處理圖像、動畫、語音、視頻等信息。

20世紀(jì)90年代興起的國際互聯(lián)網(wǎng)把全世界的計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機用戶連在一起，解決了信息資源共享的問題。第1章計算機基礎(chǔ)知識信息技術(shù)的基本概念信息

信息既是對各種事物的變化和特征的反映，又是事物之間相互作用和聯(lián)系的表征。人通過接受信息來認識事物和了解世界，從這個意義上來說，信息是一種知識，是接受者原來不了解的知識。信息技術(shù)

信息技術(shù)是指獲取信息、處理信息、存儲信息、傳輸信息等所用到的技術(shù)。第1章計算機基礎(chǔ)知識信息處理

信息處理是指對大量的信息進行采集、存儲、分類、統(tǒng)計、查詢及報表等加工和處理。信息處理通常用于辦公自動化、企業(yè)管理、物資管理、信息情報檢索、電子商務(wù)、電子政務(wù)等領(lǐng)域。信息化社會

信息社會與工業(yè)社會最大的區(qū)別在于戰(zhàn)略資源不同。工業(yè)社會的戰(zhàn)略資源是資本，信息社會的戰(zhàn)略資源則是信息。構(gòu)成信息化社會，主要靠計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這三大支柱?，F(xiàn)代信息社會的特征信息化、電子化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化、虛擬化。第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機中的數(shù)據(jù)

計算機最基本的功能是對數(shù)據(jù)進行計算和加工處理，這些數(shù)據(jù)包括數(shù)值、字符、圖像、圖形、聲音、視頻等。在計算機系統(tǒng)中，所有的數(shù)據(jù)都要轉(zhuǎn)換成0和1的二進制形式存儲，也就是進行二進制編碼。數(shù)制的基本概念：按進位的原則進行計數(shù)稱為進位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”。第1章計算機基礎(chǔ)知識1、數(shù)制的特點（1）逢r進一r是指數(shù)制中所需要的數(shù)字字符總個數(shù)，稱為基數(shù)。（2）位權(quán)表示法位權(quán)是指一個數(shù)字在某個固定位置上所代表的值。任何一個十進制數(shù)N都可以表示為：式中的10k也稱為“權(quán)”。第1章計算機基礎(chǔ)知識例如，十進制數(shù)240.5可以寫成如下形式：

(240.5)10=2

102+4

101+0

100+5

10-12.計算機中常用的數(shù)制計算機中常用的進制數(shù)有二進制數(shù)、十進制數(shù)、八進制數(shù)、十六進制數(shù)，它們的表示如下表：進制二進制八進制十進制十六進制規(guī)則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一基數(shù)281016數(shù)碼（基本符號）0,10,1,2,…,70,1,2,…,90,1,2,…,9,A,B,…,F權(quán)2i8i10i16i角標(biāo)表示B(Binary)O(Octal)D(Decimal)H(Hexadecimal)第1章計算機基礎(chǔ)知識任意一個r進制數(shù)N都可以表示為：3.數(shù)制間的轉(zhuǎn)換（1）非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)

非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的方法只有一個：把非十進制數(shù)按位權(quán)表示法展開即可。以下是幾個其他進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換：

第1章計算機基礎(chǔ)知識例如：(17.2)8=1

81+7

80+2

8-1=15.25(110101.101)2=1

25+1

24+0

23+1

22+0

21+1

20+1

2-1

+0

2-2+1

2-3=32+16+4+1+0.5+0+0.125=53.625(3AC)16=3

162+A

161+C

160=3

162+10

161+12

160=940第1章計算機基礎(chǔ)知識

（2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)

當(dāng)一個十進制數(shù)m轉(zhuǎn)換成r進制數(shù)時，可以將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開考慮，規(guī)則是：

整數(shù)部分：將m的整數(shù)部分除r取余，再重復(fù)地用相除后的整數(shù)部分除r取余，直到整數(shù)部分為0時止。按先后次序，將所得到的余數(shù)由右到左（即由低到高）排列，即得到r進制數(shù)的整數(shù)部分。

小數(shù)部分：將m的小數(shù)部分乘r取整，再重復(fù)地用相乘后的小數(shù)部分乘r取整，直到小數(shù)部分為0或達到要求精度時為止。按先后次序?qū)⑺玫降恼麛?shù)由左到右（即由高到低）排列，即得到r進制數(shù)的小數(shù)部分。第1章計算機基礎(chǔ)知識【例1】將十進制數(shù)60.6875轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)?！窘狻竣儆谩俺?取余”方法計算與整數(shù)60對應(yīng)的二進制整數(shù)部分：將先得到的余數(shù)排在低位，后得到的余數(shù)排在高位，即得到60轉(zhuǎn)換成的二進制整數(shù)(111100)2。

②用“乘2取整”方法計算與小數(shù)0.6875對應(yīng)的二進制小數(shù)部分：0.6875

2=1.375

整數(shù)部分為1，小數(shù)部分為0.3750.3752=0.75

整數(shù)部分為0，小數(shù)部分為0.750.752=1.50

整數(shù)部分為1，小數(shù)部分為0.500.502=1.0整數(shù)部分為1，小數(shù)部分為0.0（小數(shù)部分為0）轉(zhuǎn)換結(jié)果

(60.6875)10=(11110.1011)2。第1章計算機基礎(chǔ)知識【例2】將十進制數(shù)29.65轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)和十六進制數(shù)（保留兩位小數(shù)）?！窘狻竣俎D(zhuǎn)換為八進制數(shù)。將29按除8取余法轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)，過程如下：結(jié)果為：(29)10=(35)8將0.65按乘8取整法轉(zhuǎn)換為八進制并保留兩位小數(shù)，過程如下：0.65

8=5.2整數(shù)部分為5，小數(shù)部分為0.20.2

8=1.6整數(shù)部分為1，小數(shù)部分為0.60.6

8=4.8整數(shù)部分為4，小數(shù)部分為0.8將先得到的整數(shù)排在高位，后得到的整數(shù)排在低位，即得到0.65轉(zhuǎn)換成的八進制小數(shù)0.51。轉(zhuǎn)換結(jié)果(29.65)10=(35.51)8。第1章計算機基礎(chǔ)知識②轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。

將29按除16取余法轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，過程如下：

結(jié)果為：(29)10=(1D)16

將0.65按乘16取整法轉(zhuǎn)換為十六進制

并保留兩位小數(shù)，過程如下：

0.65

16=A.4整數(shù)部分為A，小數(shù)部分為0.40.4

16=6.4整數(shù)部分為6，小數(shù)部分為0.4

將先得到的整數(shù)排在高位，后得到的整數(shù)排在低位，即得到0.65轉(zhuǎn)換成的十六進制小數(shù)0.A6。

轉(zhuǎn)換結(jié)果(29.65)10=(1D.A6)16。第1章計算機基礎(chǔ)知識（3）非十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

這主要是指二進制數(shù)與八進制和十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。①二進制數(shù)與八進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。

由于23=8，即1位八進制數(shù)相當(dāng)于3位二進制數(shù)，可見，兩者之間有如下對應(yīng)關(guān)系：

根據(jù)上述關(guān)系，從二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)時，應(yīng)該從小數(shù)點開始，分別向左右分開，每3位分為一組，不足3位的用0補足，然后將每組二進制數(shù)用相應(yīng)的八進制數(shù)表示。第1章計算機基礎(chǔ)知識將八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)是上述過程的逆過程，即將每一個八進制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為3位的二進制數(shù)即可?！纠?】將(10111101.10010111)2轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)?！窘狻繉⒃瓟?shù)補0并按3位分組進行轉(zhuǎn)換：

轉(zhuǎn)換結(jié)果：(10111101.10010111)2=(275.456)8。②二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。由于24=16，即1位十六進制數(shù)相當(dāng)于4位二進制數(shù)，因此，兩者之間有如下對應(yīng)關(guān)系：第1章計算機基礎(chǔ)知識【例4】將(11.100011)2轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)?！窘狻繉⒃瓟?shù)補0并按4位分組進行轉(zhuǎn)換：

轉(zhuǎn)換結(jié)果：(11.100011)2=(1A5F.8C)16。第1章計算機基礎(chǔ)知識常用數(shù)制的對應(yīng)關(guān)系十進制二進制八進制十六進制010101012102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010第1章計算機基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)在計算機中的表示

數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部都是以二進制的形式表現(xiàn)的。采用二進制編碼具有以下優(yōu)點：（1）技術(shù)實現(xiàn)簡單，計算機是由邏輯電路組成，邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)，開關(guān)的接通與斷開，這兩種狀態(tài)正好可以用“1”和“0”表示。

（2）簡化運算規(guī)則：兩個二進制數(shù)和、積運算組合各有三種，運算規(guī)則簡單，有利于簡化計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高運算速度。

（3）適合邏輯運算：邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù)，二進制只有兩個數(shù)碼，正好與邏輯代數(shù)中的“真”和“假”相吻合。

（4）易于進行轉(zhuǎn)換，二進制與十進制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換。

（5）用二進制表示數(shù)據(jù)具有抗干擾能力強，可靠性高等優(yōu)點。第1章計算機基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)在計算機中的轉(zhuǎn)換過程數(shù)值西文漢字聲音、圖像模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入碼/機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換ASCII碼十/二進制轉(zhuǎn)換數(shù)值西文漢字聲音、圖像二/十進制轉(zhuǎn)換西文字形碼十/二進制轉(zhuǎn)換漢字字形碼輸入輸出第1章計算機基礎(chǔ)知識計算機中數(shù)據(jù)的單位

計算機中數(shù)據(jù)的最小基本單位是位（bit），一個二進制數(shù)碼稱為1位。通常人們以存儲容量進行計算，存儲容量的基本單位是字節(jié)（Byte），一個字節(jié)由8位二進制數(shù)字組成（1Byte=8bit），為了便于衡量存儲器的大小，統(tǒng)一以字節(jié)為單位，它們按照進率1024（2的十次方）來計算。

第1章計算機基礎(chǔ)知識

計算機存儲容量單位換算表中文單位中文簡稱英文單位英文簡稱進率（Byte=1）換算關(guān)系位比特bitb0.1251bit=0.125B字節(jié)字節(jié)ByteB11B=8bit=23bit千字節(jié)千字節(jié)KiloByteKB2101KB=1024B=210B兆字節(jié)兆MegaByteMB2201MB=1024KB=220B吉（千兆）字節(jié)吉GigaByteGB2301GB=1024MB=230B太（萬兆）字節(jié)太TeraByteTB2401TB=1024GB=240B拍字節(jié)拍PetaBytePB2501PB=1024TB=250B艾字節(jié)艾ExaByteEB2601EB=1024PB=260B澤字節(jié)澤ZettaByteZB2701ZB=1024EB=270B堯字節(jié)堯YottaByteYB2801YB=1024ZB=280B第1章計算機基礎(chǔ)知識編碼在計算機中，為了適應(yīng)人們的習(xí)慣，采用十進制數(shù)方式對數(shù)值進行輸入和輸出。這樣，在計算機中就要將十進制數(shù)變換為二進制數(shù)，即用0和1的不同組合來表示十進制數(shù)。在二—十進制編碼中最常用的一種是8421碼。十進制數(shù)2345的8421碼如表1.3.3所示。BCD碼在形式上是0和1組成的二進制形式，而實際上它表示的是十進制數(shù)，只不過是每位十進制數(shù)用4位二進制編碼表示，運算規(guī)則和數(shù)制都是十進制。如（0111100001100100.01011001）BCD它所對應(yīng)的十進制數(shù)是7864.59。十進制數(shù)2345二—十進制編碼（8421）0010001101000101位權(quán)23222120232221202322212023222120第1章計算機基礎(chǔ)知識（1）字符我們在計算機中使用的字符包括西文字符和中文字符，字符必須按照特定的規(guī)則進行二進制編碼才被計算機識別。①西文字符西文字符包括英文字母、數(shù)字、標(biāo)點、運算符等，字符的編碼采用國際通用的ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼），每個ASCII碼以1個字節(jié)(Byte)儲存，從0到數(shù)字127代表不同的常用符號，每一個字符用7位基2碼表示，其排列順序為d6d5d4d3d2d1d0，d6為高位。第1章計算機基礎(chǔ)知識ASCII編碼表d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110123456700000nuldlesp0@P`p00011sohdc1!1AQaq00102stxdc2"2BRbr00113etxdc3#3CScs01004eotdc4$4DTdt01015enqnak%5EUeu01106acksyn&6FVfv01117beletb'7GWgw10008bscan(8HXhx10019htem)9IYiy1010Alfsub*:JZjz1011Bvtesc+;K[k{1100Cfffs,<L\l|1101Dcrgs-=M]m}1110Esors.>N^n~1111Fsius/?O_o第1章計算機基礎(chǔ)知識②漢字的編碼漢字國標(biāo)碼1980年，我國頒布了《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換漢字編碼》（代號GB2312-80），簡稱“國標(biāo)碼”。在國標(biāo)碼中。根據(jù)一字一碼的原則，國標(biāo)碼字符規(guī)定，每個字符由一個2字節(jié)代碼組成，每個字節(jié)的最高位為0，其余7位用于組成各種不同的碼值，共有128

128=16384個，由于ASCII碼的34個控制代碼在漢字系統(tǒng)中也要使用，為不致發(fā)生沖突，不能作為漢字編碼，128除去34只剩94種，所以漢字編碼表的大小是94×94=8836，用以表示國標(biāo)碼規(guī)定的7445個漢字和687個圖形符號。第1章計算機基礎(chǔ)知識漢字機外碼機外碼是指操作人員通過西文鍵盤輸入的漢字信息編碼也稱為輸入碼，目前已經(jīng)有許多種漢字輸入，它是用戶與計算機進行漢字交流的第一接口。衡量漢字輸入碼好壞有以下要求：編碼短，可以減少擊鍵次數(shù)；重碼少，可以實現(xiàn)盲打；好學(xué)好記；具有智能化功能。目前常用漢字輸入碼有兩大類。a．音碼類：是以漢語拼音為基礎(chǔ)的編碼方案，如智能ABC、微軟輸入法等。特點是不需要專門學(xué)習(xí)，但漢語同音字多，重碼率高，難以提高輸入速度。b．形碼類：根據(jù)漢語的字形或字義進行編碼，如五筆字型、表形碼等。特點是它需要專門學(xué)習(xí)，適合于專業(yè)錄入人員，可實現(xiàn)盲打。第1章計算機基礎(chǔ)知識漢字機內(nèi)碼機內(nèi)碼是指計算機內(nèi)部存儲、處理、加工漢字時所用的代碼。輸入碼通過鍵盤接收后就由漢字操作系統(tǒng)的“輸入碼轉(zhuǎn)換模塊”轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼，每個漢字的機內(nèi)碼用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)包含8位二進制，這樣一個漢字就用16位二進制表示。當(dāng)采用不同的輸入方法輸入某個漢字時，漢字的機外碼不同，但機內(nèi)碼基本是統(tǒng)一的。有時出現(xiàn)漢字亂碼時，主要的原因是源文件使用了與系統(tǒng)不同的漢字內(nèi)碼。第1章計算機基礎(chǔ)知識漢字字形碼為了將漢字在顯示器或打印機上輸出，把漢字按圖形符號設(shè)計成點陣圖，就得到了相應(yīng)的點陣代碼（字形碼）。

全部漢字字碼的集合叫漢字字庫。漢字庫可分為軟字庫和硬字庫。軟字庫以文件的形式存放在硬盤上，現(xiàn)多用這種方式，硬字庫則將字庫固化在一個單獨的存儲芯片中，再和其它必要的器件組成接口卡，插接在計算機上，通常稱為漢卡。

用于顯