第一章計算機(jī)基礎(chǔ)知識 NanjingUniversityofInformationScience Technology Dept ComputerScience 本章要求 了解計算機(jī)的發(fā)展 特點及用途 弄清計算機(jī)的主要組成部件及其功能 了解計算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù) 信息的表示形式 掌握計算機(jī)中使用的數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 主要內(nèi)容 1 1計算機(jī)概論1 2計算機(jī)系統(tǒng)的組成1 3辦公自動化概述1 4計算機(jī)常用的數(shù)制及編碼1 5常見的信息編碼 什么是計算機(jī) 1 1計算機(jī)概述 1 1 1計算機(jī)的發(fā)展概況 第一臺電子計算機(jī) ENIAC 1946年2月由賓州大學(xué)研制成功 第一臺電子計算機(jī) ENIAC 重達(dá)30噸占地250m2啟動工耗150000瓦18000個電子管 1 1 1計算機(jī)的發(fā)展概況 1 第一代 1946年 1958年 電子管階段 電子管 1 1 1計算機(jī)的發(fā)展概況 2 第二代 1959年 1964年 晶體管階段 晶體管 1 1 1計算機(jī)的發(fā)展概況 3 第三代 1965年 1970年 集成電路階段 集成電路 1 1 1計算機(jī)的發(fā)展概況 4 第四代 1971年 現(xiàn)在 大規(guī)模 超大規(guī)模集成電路階段 超大規(guī)模集成電路 計算機(jī)發(fā)展的幾個階段 1 1 2計算機(jī)的特點 高速運算能力計算精度高和可靠的判斷能力具有記憶和邏輯判斷能力具有自動控制能力 1 1 3計算機(jī)的應(yīng)用 1 科學(xué)計算 2 信息處理 3 自動控制 4 計算機(jī)輔助設(shè)計和輔助教學(xué) 5 人工智能 6 多媒體技術(shù)的應(yīng)用 7 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 8 商務(wù)處理 9 信息管理 10 家用電器 1 1 4計算機(jī)的發(fā)展方向 未來的計算機(jī)以超大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ) 向巨型化 不是體積大 而是速度高 容量大 功能強(qiáng) 微型化 體積縮小 重量減輕 網(wǎng)絡(luò)化 分散的計算機(jī)聯(lián)成網(wǎng) 智能化 計算機(jī)將具有一定的 思維能力 方向發(fā)展 CRAY 計算機(jī)發(fā)展 巨型化 巨型化 主要是指機(jī)器的性能 運算速度等 運算速度可達(dá)每秒幾百億次運算的超級計算機(jī)1975年世界上第一臺超級計算機(jī) Cray I 超級計算機(jī)應(yīng)用 天氣預(yù)報 地震機(jī)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 計算機(jī)發(fā)展 巨型化 中國超級計算機(jī) 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(jī)中心推出的 曙光1000 曙光200I 和 曙光3000 銀河 計算機(jī)發(fā)展 微型化 計算機(jī)不再是單一的計算機(jī)器 而是一種信息機(jī)器 一種個人的信息機(jī)器 計算機(jī)發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)化 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力 使用遠(yuǎn)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 計算機(jī)發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)化 因特網(wǎng)的建立正在改變我們的世界 改變我們的生活 網(wǎng)絡(luò)具有虛擬和真實兩種特性 網(wǎng)上聊天和網(wǎng)絡(luò)游戲等具有虛擬特性 而網(wǎng)絡(luò)通信 電子商務(wù) 網(wǎng)絡(luò)資源共享則具有真實的特性 再過幾年 我們就完全可以通過因特網(wǎng)購買生活必需品 交納各種費用 教學(xué) 管理個人賬務(wù)等等 計算機(jī)發(fā)展 智能化 第一代機(jī)器人機(jī)械手 1962年出現(xiàn) 第二代機(jī)器人具有 感覺 的機(jī)器人第三代機(jī)器人裝有啟發(fā)式計算機(jī)的 智能機(jī)器人 返回 1 4計算機(jī)系統(tǒng)的組成 計算機(jī)系統(tǒng)包括 硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 硬件 指構(gòu)成計算機(jī)的物理設(shè)備 即具有輸入 存儲 計算 控制和輸出功能的實體部分 軟件 指系統(tǒng)中的程序以及開發(fā) 使用和維護(hù)程序所需的所有文檔的集合 計算機(jī)系統(tǒng)的組成 1 4 1計算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu) 計算機(jī)由運算器 控制器 存儲器 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個基本部分組成 運算器 控制器 存儲器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 CPU JohnvonNeumann馮 諾依曼 馮 諾依曼計算機(jī) 馮 諾依曼思想 二進(jìn)制計算機(jī)由運算器 控制器 存儲器 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個基本部分組成存儲程序工作原理 1 處理器 圖2 3處理器組成 2 存儲器 存儲器 存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器 存放大量信息的外存儲器 信息交流中心內(nèi)存儲器 存儲器是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合 每個記憶單元由8位二進(jìn)制位組成 可讀寫其中的數(shù)據(jù) 位 字 字長 位 字節(jié) 字及字長 字節(jié) 8位 數(shù)據(jù)存儲的組織形式 每個記憶單元由8位二進(jìn)制位組成 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 0000H0001H0002HFFFFH 存儲體結(jié)構(gòu)圖 存儲位 存儲單元 字節(jié) 存儲體 內(nèi)存儲器的訪問過程 地址0001 控制 寫 3 輸入輸出設(shè)備 常用輸入設(shè)備 鍵盤 鼠標(biāo) 掃描儀 光筆 數(shù)字化儀等 常用輸出設(shè)備 顯示器 打印機(jī) 繪圖儀等 1 4 2微型計算機(jī)的軟件 微型計算機(jī)系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類 系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng) 語言編譯程序 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 應(yīng)用軟件是指計算機(jī)用戶為某一特定應(yīng)用而開發(fā)的軟件 例如文字處理軟件 表格處理軟件 繪圖軟件 財務(wù)軟件 過程控制軟件等 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是最基本 最重要的系統(tǒng)軟件 它負(fù)責(zé)管理計算機(jī)系統(tǒng)的全部軟件資源和硬件資源 合理地組織計算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作 為用戶提供操作和編程界面 功能 處理機(jī)管理 存儲器管理 設(shè)備管理 文件管理 作業(yè)管理 分類 單用戶操作系統(tǒng) 批處理操作系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng) 語言編譯程序 計算機(jī)語言 程序設(shè)計語言 人和計算機(jī)交流信息使用的語言 分類 機(jī)器語言是一種用二進(jìn)制代碼 0 和 1 形式表示的 能被計算機(jī)直接識別和執(zhí)行 匯編語言是一種用助記符表示的面向機(jī)器的程序設(shè)計語言 機(jī)器不能直接識別和執(zhí)行 必須由 匯編程序 或匯編系統(tǒng) 翻譯成機(jī)器語言程序才能運行 高級語言是一種比較接近自然語言和數(shù)學(xué)表達(dá)式的一種計算機(jī)程序設(shè)計語言 計算機(jī)不能識別和執(zhí)行 要把用高級語言編寫的源程序翻譯成機(jī)器指令 通常有編譯和解釋兩種方式 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲 共享和處理的工具 應(yīng)用范圍 檔案管理 財務(wù)管理 圖書資料管理 倉庫管理 人事管理等數(shù)據(jù)處理 目前 微機(jī)系統(tǒng)常用的單機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有 DBASE FoxBase VisualFoxPro等 適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Sybase Oracle DB2 SQLServer等 聯(lián)網(wǎng)及通信軟件 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展 出現(xiàn)了許多專門用于聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理的系統(tǒng)軟件 例如局域網(wǎng)操作系統(tǒng)NovellNetWare MicrosoftWindowsNT 通信軟件有Internet瀏覽器軟件 如Netscape公司的Navigator Microsoft公司的IE等 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是提供某種特定功能的軟件 一般都運行在操作系統(tǒng)之上 由專業(yè)人員根據(jù)各種需要開發(fā) 大部分軟件均為應(yīng)用軟件 如殺毒軟件 辦公軟件 學(xué)習(xí)軟件 游戲軟件等等 企業(yè)級的應(yīng)用軟件主要包括各類管理信息系統(tǒng) 新近出現(xiàn)的ERP 企業(yè)資源計劃 CRM 客戶關(guān)系管理 SCM 供應(yīng)鏈管理 系統(tǒng)和電子商務(wù)系統(tǒng)等 返回 1 5辦公自動化概述 1 5 1辦公自動化的概念辦公自動化是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù) 不斷地使人的一部分辦公業(yè)務(wù)活動物化于人以外的各種設(shè)備中 并由這些設(shè)備與辦公人員構(gòu)成服務(wù)于某種目標(biāo)的人機(jī)信息處理系統(tǒng) 1 5 2辦公自動化系統(tǒng)的組成辦公自動化系統(tǒng)由辦公自動化設(shè)備 辦公自動化軟件和辦公人員三部分組成 辦公自動化軟件分類 常用的辦公軟件有Microsoft公司的Microsoftoffice和金山公司的WPSOffice 1 文字處理軟件 2 表格處理軟件 3 實時控制軟件 4 演示軟件 5 網(wǎng)頁制作軟件 6 桌面出版軟件 1 2計算機(jī)常用的數(shù)制及編碼 計算機(jī)只認(rèn)識 0 和 1 任何信息必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)后才能由計算機(jī)進(jìn)行處理 存儲和傳輸 數(shù)制 計數(shù)制 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 編碼是采用少量的基本符號 選用一定的組合原則 以表示大量復(fù)雜多樣的信息的技術(shù) 1 2 1二進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)的特點 最多只有兩個不同的數(shù)字符號 即0和1 逢二進(jìn)一 基數(shù)為二 逢二進(jìn)一 借一為二 二進(jìn)制優(yōu)點 0 1兩個狀態(tài)易物理實現(xiàn) 運算規(guī)則簡單 算術(shù)運算與邏輯運算容易溝通 1 2 2二進(jìn)制與其它數(shù)制 進(jìn)位計數(shù)制的三要素 數(shù)位 數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置 基數(shù) 每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼的個數(shù) 位權(quán) 處在某一位上的 1 所表示的數(shù)值的大小 678 34 6 102 7 101 8 100 3 10 1 4 10 2 數(shù)碼 基數(shù) 權(quán) 進(jìn)位計數(shù)制 十進(jìn)制 101 1 10 1 102 0 101 1 100 1 10 1二進(jìn)制 101 1 2 1 22 0 21 1 20 1 2 1 5 5 10八進(jìn)制 101 1 8 1 82 0 81 1 80 1 8 1 65 125 10十六進(jìn)制 101 1 16 1 162 0 161 1 160 1 16 1 257 625 10 二進(jìn)制數(shù)與其它數(shù)制的對照表 二進(jìn)制十進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F 1 2 3不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 1 2 3不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù) 規(guī)則 除二取余 直到商為零為止 倒排 例 將十進(jìn)制數(shù)86轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制2 86 02 43 12 21 12 10 02 5 12 2 02 1 10所以 86 10 1010110 2 規(guī)則 乘二取整 直到小數(shù)部分為零或給定的精度為止 順排 例 將十進(jìn)制數(shù)0 875轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)0 875 21 750 75 21 50 5 21 0所以 0 875 10 0 111 2 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù) 例 1999 8 10 1 103 9 102 9 101 9 100 8 10 1 權(quán) 1101 1 2 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 8 4 1 0 5 10 13 5 10 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 規(guī)則 按 權(quán) 展開 求和 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制 方法 三合一法整數(shù)部分 自右向左 三個一組 不夠補(bǔ)零 每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼 小數(shù)部分 自左向右 三個一組 不夠補(bǔ)零 每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼 例如 將 10100101 10111 2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù) 10100101 10111 2 010100101 101110 2 245 56 8 方法 一分為三法八進(jìn)制01234567二進(jìn)制000001010011100101110111例如 將 207 54 8轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 207 54010000111 101100所以 207 54 8 010000111 101100 2 10000111 1011 2 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制 方法 四合一法整數(shù)部分 自右向左 四個一組 不夠補(bǔ)零 每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼 小數(shù)部分 自左向右 四個一組 不夠補(bǔ)零 每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼 例 11001111 01111 2 11001111 01111000 2 CF 78 16 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 方法 一分為四法十六進(jìn)制01234567二進(jìn)制00000001001000110100010101100111十六進(jìn)制89ABCDEF二進(jìn)制10001001101010111100110111101111例如 1E4 2A 16 000111100100 00101010 2 111100100 0010101 2 1 2 4二進(jìn)制數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示 1 整數(shù)的表示計算機(jī)中整數(shù)一般用定點數(shù)表示 定點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中有固定的位置 整數(shù) 不帶符號的整數(shù) 8位 0 255 16位 0 65535帶符號整數(shù)符號位 0 正 1 負(fù) 最高位為符號位 原碼表示法 8位 128 127 16位 32768 32767 實數(shù)的表示 數(shù)符尾數(shù)階符階碼 計算機(jī)中實數(shù)一般用浮點數(shù)表示 浮點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中位置不固定 一個浮點數(shù)由階碼 指數(shù) 和尾數(shù)兩部分組成 階碼 尾數(shù)中的小數(shù)點應(yīng)當(dāng)向左或向右移動的位數(shù) 尾數(shù) 表示數(shù)值的有效數(shù)字 其小數(shù)點約定在數(shù)符和尾數(shù)之間 例 100 101 2 3 0 100101 1 2 5計算機(jī)中信息的表示 在計算機(jī)中把符號位和數(shù)值一起數(shù)碼化來表示相應(yīng)的真值 此編碼稱為機(jī)器碼 有原碼 反碼 補(bǔ)碼等方法 數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示方式 機(jī)器數(shù) 0 1 0 0 1 1 0 1 77 符號位 真值 機(jī)器數(shù) 真值 計算機(jī)中信息的表示 原碼 將整數(shù)化為二進(jìn)制數(shù) 符號位置0 正數(shù) 或1 負(fù)數(shù) 負(fù)數(shù)的反碼 符號位為1 絕對值部分與原碼相反 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示 符號位也是 1 其余為反碼的最低位加 1 原碼表示法 原碼的最高位為符號位 其余的位是真值X的絕對值 定點小數(shù)的原碼 定點整數(shù)的原碼 例 0 1001 原 0 1001 0 1001 原 1 1001 例x 1011101 原 11011101 原碼表示法 1 原碼 用最高位表示符號位 符號位為0 則表示正數(shù) 符號位為1 則表示負(fù)數(shù) 反碼表示法 正數(shù)的反碼同原碼 負(fù)數(shù)的反碼是將該負(fù)數(shù)的原碼符號位不變 其他位取反 例 X 1101001則 X 原 01101001 X 反 10010110 反碼表示法 反碼 原碼變反碼規(guī)則為 正數(shù)的反碼和其原碼形式相同 負(fù)數(shù)的反碼是將符號位除外 其他各位逐位取反 補(bǔ)碼表示法 正整數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其反碼末位加1 例 X 0 1011則 X 反 1 0100 X 補(bǔ) 1 0101X 1011000則 X 反 10100111 X 補(bǔ) 10101000 補(bǔ)碼表示法 3 補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼和其原碼形式相同 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將它的原碼除符號位以外逐位取反 即0變?yōu)? 1變?yōu)? 最后在末位加1 原碼 反碼 補(bǔ)碼 續(xù) 注意 0與 0在補(bǔ)碼表示法中相同 而在原碼 反碼表示卻不同 相同位數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼 表示的范圍比原碼 反碼多一個 正數(shù)的原碼 反碼 補(bǔ)碼都相等 即表示方法只有一種 1 1 帶符號的機(jī)器數(shù) 77 原碼 反碼 補(bǔ)碼 數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示方式 返回 1 3常見的信息編碼 十進(jìn)制數(shù)的編碼與表示西文信息的編碼與表示中文信息的編碼與表示 1 3 1BCD碼 二 十進(jìn)制編碼 BCD BinaryCodeDecimal 碼是用若干個二進(jìn)制表示一個十進(jìn)制數(shù)的編碼 BCD碼有多種編碼方法 常用的有8421碼 8421碼是將十進(jìn)制數(shù)碼0 9中的每個數(shù)分別用4位二進(jìn)制編碼表示 對于多位數(shù) 只須將它的每一位數(shù)字用8421碼直接列出即可 例如 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼如下 1209 56 10 0001001000001001 01010110 BCD 1 3 1十進(jìn)制數(shù)的編碼與表示 1 3 2西文信息的編碼與表示 字符編碼 CharacterCode 就是用二進(jìn)制編碼來表示字母 數(shù)字以及專門的符號 目前計算機(jī)中普遍采用的是ASCII AmericanStandardCodeforInformationInterchange 碼 即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼 西文信息的編碼與表示 數(shù)字 二進(jìn)制數(shù)字符 二進(jìn)制編碼字符編碼 每個字符對應(yīng)一個整數(shù)值字符編碼標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 規(guī)定 字節(jié) 位 最高位為 位給出128個編碼 ASCII碼 128種字符 95個可見字符 33個控制字符 制碼 1 3 3漢字編碼 漢字也是字符 是中文的基本組成單位 漢字?jǐn)?shù)量大 目前漢字的總數(shù)已超過6萬個 字形復(fù)雜 異體字多 同音字多 漢字信息的處理相對較復(fù)雜 漢字信息的處理一般包括漢字的編碼 輸入 輸出 存儲 處理與傳輸 漢字信息處理的工作過程 漢字編碼 輸入碼 數(shù)碼 由數(shù)字組成的編碼 代碼和漢字一一對應(yīng) 無重碼 但編碼規(guī)則較難記憶 如區(qū)位碼 音碼 用漢字拼音字母組成的編碼 容易學(xué) 但重碼多 輸入速度不高 如拼音碼等 形碼 把漢字的基本構(gòu)件偏旁 部首和字根等分類 和不同的鍵相對應(yīng) 如五筆字型碼 表形碼 首尾碼等 音形碼 根據(jù)漢字的讀音并兼顧漢字字型而設(shè)計的編碼 如自然碼 聲韻部形碼 快速輸入碼等 漢字編碼 漢字國標(biāo)碼 漢字字符集與編碼1981年 GB2312 80國家標(biāo)準(zhǔn) 其字符及編碼稱為國標(biāo)碼又叫國際交換碼 GB2312字符集的構(gòu)成 一級常用漢字3755個 按漢語拼音排列二級常用漢字3008個 按偏旁部首排列非漢字字符682個一般用2個字節(jié)來存放漢字 漢字分區(qū) 每個區(qū)94個漢字 漢字編碼 漢字的機(jī)內(nèi)碼 是指計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部為存儲 處理和傳輸漢字而使用的代碼 簡稱內(nèi)碼 國標(biāo)碼 8080H 機(jī)內(nèi)碼漢字國標(biāo)碼漢字內(nèi)碼中8680 01010