CFchRevisedCompSci的實用學習課件第1頁/共134頁1-21.1計算機概述一、計算機的定義二、計算機的發(fā)展三、計算機的分類四、計算機的特點五、計算機的應(yīng)用領(lǐng)域第2頁/共134頁1-31.2計算機運算基礎(chǔ)一、計算機運算基礎(chǔ)內(nèi)容101=表示多少？第3頁/共134頁1-4

計算機是一種能對各種信息進行存儲和高速處理的工具或電子機器。對上述定義要強調(diào)兩點：①計算機不僅是一個計算工具，而且還是一個信息處理機。②計算機不同于其它任何機器，它能存儲程序，并按程序的引導(dǎo)自動存取和處理數(shù)據(jù)，輸出人們所期望的信息。一、計算機的定義返回第4頁/共134頁1-5二、計算機的發(fā)展1、早期的計算工具與ENIAC的誕生2、計算機的不同發(fā)展時期3、計算機的發(fā)展趨勢第5頁/共134頁1-6二、計算機的發(fā)展1、早期的計算工具與第一臺計算機的誕生

東方的創(chuàng)造：算籌、算盤西方的靈感：機械式計算工具

機電式計算工具第一臺電子計算機的誕生

1946年2月,美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利和工程師?？颂貫槭椎臄?shù)十

人共同開發(fā)了世界上第一臺通用

數(shù)字電子計算機(ENIAC)。第6頁/共134頁1-7ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator簡稱ENIAC（1946），譯為電子數(shù)字積分機和計算機電子管:18000只電阻:70000個電容:10000只繼電器:1500個耗電:140kW/h占地:170m2重量:30噸速度:5000次/秒二、計算機的發(fā)展第7頁/共134頁1-8

ENIAC的主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。當ENIAC公開展出時，一條炮彈的軌道用20s就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。

二、計算機的發(fā)展1949：EDSAC(電子延遲存儲自動計算機

英國劍橋大學)1951：EDVAC(電子離散變量自動電子計算機

美國賓夕法尼亞大學)第8頁/共134頁1-92.計算機的發(fā)展階段代別第一代1946-1958第二代1959-1964第三代1965-1970第四代1971-現(xiàn)在電子器件電子管晶體管集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路存儲器水銀延遲線磁鼓、磁芯磁芯、磁鼓磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲器磁盤、磁帶半導(dǎo)體存儲器磁盤、光盤運算速度5000-幾萬幾十萬-百萬百萬-幾百萬幾百萬-幾千億處理方式機器語言匯編語言算法語言操作系統(tǒng)實時處理分時處理網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域科學計算數(shù)據(jù)處理實時控制各行各業(yè)典型機種ENIACEDVACIBM7090CDC6600IBM360PDP-IIVAX-IIIBMPC/Apple二、計算機的發(fā)展第9頁/共134頁1-103、發(fā)展趨勢--第五代計算機(新一代計算機)創(chuàng)新：基本元器件生物計算機采用生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子制成生物芯片，其運算過程是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學介質(zhì)的相互作用過程。量子計算機采用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。光計算機采用光學技術(shù)，由光器件構(gòu)成的計算機。在光器件方面研制的基本部件有：用于進行圖像處理的快速傅立葉變換部件，用于進行信息處理的光乘法、加法運算器。二、計算機發(fā)展第10頁/共134頁1-113.計算機的發(fā)展趨勢巨型化(功能巨型化)巨型化是指具有高速運算、大存儲容量和功能強大的計算機系統(tǒng)，如：中國“天河一號”(2600萬億次/秒)，日本的“京”(8162萬億次/秒)。微型化(體積微型化)微型化包括臺式微型機、筆記本電腦、掌上電腦。摩爾定律：集成電路→翻一番/18個月網(wǎng)絡(luò)化(資源網(wǎng)絡(luò)化)網(wǎng)絡(luò)化是指利用通信技術(shù)和計算機技術(shù)，把分散在不同地點的計算機互連起來，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以達到所有用戶都可共享數(shù)據(jù)、軟硬件資源的目的。如：Internet。智能化(處理智能化)智能化就是要求計算機能模擬人的感覺和思維能力，如：專家系統(tǒng)和機器人。二、計算機的發(fā)展返回第11頁/共134頁1-12三、計算機的分類1、按用途分類2、按處理對象分類3、按規(guī)模和處理能力分類第12頁/共134頁1-131.按計算機用途分類

通用計算機：為了能夠解決各種問題，具有較強的通用性而設(shè)計的計算機。它具有一定的運算速度和存儲容量，帶有通用的外設(shè)，配備各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

專用計算機：為了解決一個或一類特定問題而專門設(shè)計的計算機。其軟硬件的配置依據(jù)解決問題的需要而定。三、計算機的分類第13頁/共134頁1-14

2.按處理對象分類

數(shù)字式電子計算機：處理非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時間上是

離散的。優(yōu)點：運算精度高、通用性強。

模擬式電子計算機：處理連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的。缺點：精度不高、數(shù)據(jù)不易存儲、通用性差。

混合式電子計算機：可處理數(shù)字量和模擬量缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計困難。三、計算機的分類第14頁/共134頁1-15

3.按規(guī)模和處理能力分類(IEEE)

巨型機：超級計算機,功能最強,價格最貴。

小巨型機：與巨型機相比，價格大幅降低。

大型機：主機，具有很強的管理和處理數(shù)據(jù)的能力，在大企業(yè)、銀行等單位使用。

小型機：中小企業(yè)，VAX-II,DJS-2000。

工作站：高檔微機，具有很強的圖形處理能力，應(yīng)用于計算機輔助設(shè)計，Sun工作站。

個人計算機：IBMPC，Apple三、計算機的分類返回第15頁/共134頁1-16

1.運算速度快：每秒數(shù)萬億次，氣象預(yù)報

2.計算精度高：理論上不受限制，圓周率

3.存儲能力強：存儲大量數(shù)據(jù)（圖書館）

4.具有邏輯判斷能力：算術(shù)運算邏輯運算判斷或比較

5.具有自動執(zhí)行能力：無需人工干預(yù)四、計算機的特點返回第16頁/共134頁1-17五、計算機的應(yīng)用領(lǐng)域1、科學計算或數(shù)值計算2、數(shù)據(jù)處理或信息處理3、過程控制或?qū)崟r控制4、計算機輔助技術(shù)5、人工智能6、通信網(wǎng)絡(luò)第17頁/共134頁1-181.科學計算或數(shù)值計算利用計算機來完成科學研

究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學問題的計算。實際問題→數(shù)學模型→計算量大。（仿真原子彈爆炸）

2.數(shù)據(jù)處理或信息處理指對數(shù)據(jù)進行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計、檢索和傳播等一系列活動的統(tǒng)稱。信息時代海量數(shù)據(jù)的管理和有效利用。五、計算機的應(yīng)用領(lǐng)域第18頁/共134頁1-193.過程控制或?qū)崟r控制利用計算機及時采集檢測數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對控制對象進行自動調(diào)節(jié)或自動控制。無人自動化工廠。

4.計算機輔助技術(shù)計算機輔助設(shè)計：CAD

計算機輔助制造：CAM

CAD+CAM=計算機集成制造系統(tǒng)--CIMS

計算機輔助教學：CAI五、計算機的應(yīng)用領(lǐng)域第19頁/共134頁1-205.人工智能利用計算機模擬或部分模擬人的智能活動，如感知、判斷、理解、學習、圖像識別等。實用技術(shù)：智能機器人

6.通信網(wǎng)絡(luò)

Internet→網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上訂票網(wǎng)上教學、網(wǎng)上醫(yī)療網(wǎng)上稅收、網(wǎng)上出版五、計算機的應(yīng)用領(lǐng)域返回第20頁/共134頁1-21一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換二、數(shù)據(jù)的存儲單位及地址四、計算機中信息編碼1.2計算機運算基礎(chǔ)三、計算機中數(shù)的表示五、多媒體信息第21頁/共134頁1-22你知道計算機結(jié)構(gòu)及工作原理嗎？計算機結(jié)構(gòu)及工作原理第22頁/共134頁1-231.數(shù)制的概念2.常用的數(shù)制3.不同數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換4.二進制的優(yōu)點返回第23頁/共134頁1-24定義：數(shù)制是用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。

非進位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關(guān)。典型的非進位記數(shù)制是羅馬數(shù)字，例如羅馬數(shù)字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ

進位記數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關(guān)。例如，十進制數(shù)123.451.數(shù)制的概念第24頁/共134頁1-25

進位記數(shù)制的要素：①基數(shù)：指各種進位記數(shù)制中允許選用基本數(shù)碼的個數(shù)。例如十進制的數(shù)碼有：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9→基數(shù)是10②位權(quán)：每個數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個與數(shù)碼所在位置相關(guān)的常數(shù)，這個常數(shù)叫做權(quán)值。例如：十進制

123.4＝1×102+2×101+3×100

+4×10-1

返回1.數(shù)制的概念第25頁/共134頁1-26（1）十進制（DecimalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9→基數(shù)是10②位權(quán)：

123.4＝1×102+2×101+3×100

+4×10-1

2.常用的數(shù)制十進制D(dn-1dn-2...

d0

d-1d-2...

d-m)D=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+...+

d0×100

+

d-1×10-1

+d-2×10-2+

...+

d-m×10-m第26頁/共134頁1-27（2）二進制（BinaryNotation）：①基數(shù)：

0,1→基數(shù)是2②位權(quán)：

101.01＝1×22+0×21+1×20

+0×2-1+1×2-2

2.常用的數(shù)制二進制B(bn-1bn-2...

b0

b-1b-2...

b-m)B=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+...+

b0×20

+

b-1×2-1

+b-2×2-2+

...+

b-m×2-m第27頁/共134頁1-28（3）八進制（OctalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7→基數(shù)是8②位權(quán)：

123.4＝1×82+2×81+3×80

+4×8-1

2.常用的數(shù)制八進制Q(qn-1qn-2...

q0

q-1q-2...

q-m)Q=qn-1×8n-1+qn-2×8n-2+...+

q0×80

+

q-1×8-1

+q-2×8-2+

...+

q-m×8-m第28頁/共134頁1-29（四）十六進制（HexdecimalNotation）：①基數(shù)：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F→基數(shù)是16②位權(quán)：

123.4＝1×162+2×161+3×160

+4×16-1

2.常用的數(shù)制十六進制H(hn-1hn-2...

h0

h-1h-2...

h-m)H=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+...+

h0×160

+

h-1×16-1

+h-2×16-2+

...+

h-m×16-m第29頁/共134頁1-30

幾種進位記數(shù)制比較2.常用的數(shù)制第30頁/共134頁1-31幾種進制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系十進制二進制八進制十六進制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF2.常用的數(shù)制返回第31頁/共134頁1-32

⑴二進制數(shù)與十進制數(shù)的互換

人→十進制，計算機→二進制

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)按權(quán)展開，然后求和，就可把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。例如：

(101.1)2＝1×22+0×21+1×20+1×2-1

＝(?)103.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換(101.1)2＝(5.5)10第32頁/共134頁1-33

十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)十進制數(shù)有整數(shù)和小數(shù)兩部分。在轉(zhuǎn)換時，整數(shù)部分采用除2取余法

小數(shù)部分采用乘2取整法

然后通過小數(shù)點將轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)連接起來即可。例如：(105.625)10=(?)2

（12.375)10=（？）23.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換(12.375)10＝(1100.011)2第33頁/共134頁1-34

⑵二進制數(shù)與八進制數(shù)的互換

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)

三位并一位：以小數(shù)點為基準，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每三位一組，不足三位添0補足,然后把每組的三位二進制數(shù)按權(quán)展開后相加，得到相應(yīng)的一位八進制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的八進制數(shù)。例如：(1011100.00101011)2=(?)8(001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8

134.1263.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第34頁/共134頁1-35

八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

一位拆三位：將每一位八進制數(shù)寫成對應(yīng)的三位二進制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(123.67)8=(?)2123.67(八進制)001,010,011.110111(二進制)(123.67)8=(1010011.110111)23.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第35頁/共134頁1-36

⑶二進制數(shù)與十六進制數(shù)的互換

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

四位并一位：以小數(shù)點為基準，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每四位一組，不足四位添0補足,然后把每組的四位二進制數(shù)按權(quán)展開后相加，得到相應(yīng)的一位十六進制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的十六進制數(shù)。

例如：(1011110.00011)2=(?)16

(0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16

5E.183.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換第36頁/共134頁1-37

十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

一位拆四位：把一位十六進制數(shù)寫成對應(yīng)的四位二進制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(123.EF)16=(?)2

123.EF(十六進制)

0001,0010,0011.1110,1111(二進制)(123.EF)16=(100100011.11101111)

十進制數(shù):512D或512二進制數(shù):1011B

八進制數(shù):127Q

十六進制數(shù):A8H3.不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換返回第37頁/共134頁1-38

電路簡單：計算機是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)。

可靠性高：兩個狀態(tài)表示的二進制兩個數(shù)碼，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯。

運算簡單：二進制運算法則簡單。

邏輯性強：計算機工作原理是建立在邏輯運算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù)。4.二進制的優(yōu)點返回第38頁/共134頁1-39

1.位(bit，b)

位是計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單位，一個二進制位只能表示兩種狀態(tài)，如0、1。

2.字節(jié)(Byte，B)

字節(jié)是數(shù)據(jù)處理的基本單位，一個字節(jié)是由八位二進制數(shù)組成。1Byte=8bit01000001存儲器容量大小的單位：KB、MB、GB。二、數(shù)據(jù)的存儲單位第39頁/共134頁1-40

1KB＝210＝1024B1MB＝210×210＝1024×1024＝1048576B1GB＝210×210×210＝1024×1024×1024

＝1073741824B

3.字(Word)

字是CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送數(shù)據(jù)的長度。一個字通常由一個或若干個字節(jié)組成。字長越長，計算機性能越強。

常用的字長：8位、16位、32位、64位等。二、數(shù)據(jù)的存儲單位返回第40頁/共134頁1-411FA4230BH（雙字）雙字地址31HCBH74H0BH23HA4H1FH36H06HFEH7AH00H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH31H（字節(jié)）74CBH（字）字節(jié)地址字地址返回第41頁/共134頁1-42三、計算機中數(shù)的表示

1.機器數(shù)與真值

數(shù)值型數(shù)據(jù)(符號＋數(shù)字)→數(shù)碼化

規(guī)定：＋→0，－→1

例如：(+68)10＝(01000100)2(-68)10＝(11000100)2

機器數(shù)：將符號和數(shù)字組合的二進制數(shù)

真值：由機器數(shù)所表示的實際值大小1.2計算機運算基礎(chǔ)第42頁/共134頁1-432.原碼、反碼和補碼

⑴原碼

規(guī)定：用符號位和數(shù)值位表示一個帶符號數(shù)正數(shù)符號→0，負數(shù)符號→1

例如：求二進制數(shù)+10011，-10011的原碼。

[+10011]原＝010011[-10011]原＝110011

又如：若字長為8b，求十進制數(shù)+5，-6的原碼。1.2計算機運算基礎(chǔ)[+5]原＝（00000101）2[-6]原＝（10000110）2第43頁/共134頁1-44

零的原碼形式有兩種：

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000

原碼表示數(shù)的范圍：

8位：-127～+12716位：-32767～+32767

用原碼表示一個數(shù)，與真值之間轉(zhuǎn)換方便。對乘除法比較合適，但對加減法容易出錯。1.2計算機運算基礎(chǔ)第44頁/共134頁1-45⑵反碼

規(guī)定：正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼是對該數(shù)的原碼除符號位外各位取反。例如：求二進制數(shù)+0010011，-0010011的反碼。

[+0010011]反＝00010011[-0010011]反＝11101100零的反碼形式有兩種：

[+0]反＝00000000[-0]反＝111111111.2計算機運算基礎(chǔ)任意數(shù)的反碼的反碼即是原碼本身第45頁/共134頁1-46⑶補碼

規(guī)定：正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼是對該數(shù)的原碼除符號位外各位取反，末位加1.例如：求二進制數(shù)+10011，-10011的反碼。

[+0010011]補＝00010011[-0010011]補＝[11101100]反+1=11101101零的原碼形式有兩種

[+0]補＝00000000[-0]補＝000000001.2計算機運算基礎(chǔ)任意數(shù)的補碼的補碼即是原碼本身第46頁/共134頁1-47補碼表示數(shù)的范圍：

8位：-128～+12716位：-32768～+32767引入補碼后，減法運算可轉(zhuǎn)換為加法運算。

[X+Y]補＝[X]補+[Y]補[X-Y]補＝[X+(-Y)]補＝[X]補+[-Y]補

例如：用補碼計算十進制數(shù)1-2＝-1；目前計算機中加減法基本采用補碼運算。1.2計算機運算基礎(chǔ)（00000001)補+（11111110)補=（11111111)補=-1第47頁/共134頁1-48

總結(jié)①一個正數(shù)的原碼、反碼和補碼的表示形式相同，符號位置0，其它位是數(shù)的真值。負數(shù)的原碼符號位→1其余位是該數(shù)的絕對值負數(shù)的反碼符號位→1其余各位逐位取反負數(shù)的補碼符號位→1其余各位逐位取反，末位加1[+0]原＝0.00…0[-0]原＝1.00…0不唯一[+0]反＝0.00…0[-0]反＝1.11…1不唯一[+0]補＝00…0[-0]補＝00…0唯一

②真值零的表示：1.2計算機運算基礎(chǔ)返回第48頁/共134頁1-493.定點數(shù)與浮點數(shù)

⑴定點數(shù)定點數(shù)是小數(shù)點位置固定的數(shù)。根據(jù)小數(shù)點隱含固定位置不同，可分為：

定點小數(shù)：

定點整數(shù)：例如：-1011011的補碼表示為1.2計算機運算基礎(chǔ)符號位數(shù)值部分·小數(shù)點位置符號位數(shù)值部分·小數(shù)點位置10100101第49頁/共134頁1-50⑵浮點數(shù)浮點數(shù)是小數(shù)點位置不固定，根據(jù)需要而浮動的數(shù)。它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。1.2計算機運算基礎(chǔ)階符階碼尾符尾數(shù)31302423220階碼部分尾數(shù)部分階碼：補碼定點整數(shù)，表示該數(shù)小數(shù)點位置尾數(shù)：補碼定點小數(shù)，表示數(shù)據(jù)的有效位數(shù)數(shù)的范圍：-1×2127～(1-2-23)×2127返回第50頁/共134頁1-51

AmericanStandardCodeforInformationInterchange(ASCII，美國標準信息交換碼)。

國際通用的信息交換標準代碼(ISO646)。

ASCII碼是對數(shù)字、字母、通用符號和控制符號等字符進行編碼。

ASCII碼：7位→128種0000000→1111111四、計算機中信息編碼：ASCII碼第51頁/共134頁1-52ASCII碼表(7位)高三位b6b5b4低四位b3b2b1b01.2計算機運算基礎(chǔ)B6b5b4b3b2b1b0第52頁/共134頁1-53[例]將China五個字符的ASCII碼查出并存放在內(nèi)存中。1.2計算機運算基礎(chǔ)

ASCII碼的字符集：①10個數(shù)字：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9②52個大、小寫字母③25個特殊字符

比較大小：0<…<9<A<…<Z<a<…<z第53頁/共134頁1-542.漢字編碼

漢字處理技術(shù)：漢字輸入、漢字輸出、計算機內(nèi)部的編碼問題。根據(jù)漢字處理過程中的不同要求，有多種編碼形式。1.2計算機運算基礎(chǔ)漢字輸入碼漢字交換碼漢字機內(nèi)碼漢字字形碼輸入設(shè)備輸出設(shè)備漢字庫第54頁/共134頁1-55

⑴漢字輸入碼

作用：讓用戶直接使用標準鍵盤輸入漢字。

特點：規(guī)則簡單，重碼率低，擊鍵次數(shù)少。

分類：數(shù)字編碼→電報碼、區(qū)位碼等字音編碼→全拼、雙拼等字形編碼→五筆字型、鄭碼等混合編碼→自然碼、智能ABC等1.2計算機運算基礎(chǔ)第55頁/共134頁1-56

⑵漢字交換碼

在漢字信息處理系統(tǒng)與通信處理系統(tǒng)之間進行漢字信息交換時所使用的編碼。

設(shè)計漢字交換碼編碼體系要考慮：☆被編碼的漢字個數(shù)盡量多；☆編碼的長度盡可能短；☆編碼具有唯一性；☆碼制的轉(zhuǎn)換要方便。1.2計算機運算基礎(chǔ)按照國家標準GB/T-2312-1980編碼的漢

字交換碼→國標碼.第56頁/共134頁1-57

國家標準GB/T2312-1980：信息交換用漢字編碼字符集--基本集一級漢字3755個(按拼音排序)

二級漢字3008個(按部首排序)

字母、數(shù)字和特殊圖形記號等

國標碼規(guī)定：一個漢字采用兩個字節(jié)來表示1.2計算機運算基礎(chǔ)圖形字符(7445個)0XXXXXXX0XXXXXXX第一字節(jié)第二字節(jié)例如：啊→區(qū)位碼→1601國標碼＝區(qū)位碼+3232→4833H第57頁/共134頁1-58

⑶漢字機內(nèi)碼漢字機內(nèi)碼是在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字用的代碼。目前我國使用的內(nèi)碼是國標碼高位置1。1.2計算機運算基礎(chǔ)漢字機內(nèi)碼＝漢字國標碼＋8080H

例如：啊→機內(nèi)碼＝3021H+8080H＝B0A1H01XXXXXXX國標碼機內(nèi)碼01XXXXXXX第58頁/共134頁1-59

又如：“中國”→漢字機內(nèi)碼＝？漢字區(qū)位碼漢字國標碼漢字機內(nèi)碼中54488680=5650HD6D0H國259057122=397AHB9FAH

通過Debug查看漢字機內(nèi)碼：1.2計算機運算基礎(chǔ)第59頁/共134頁1-60

⑷漢字字形碼字形碼是一種用點陣表示漢字字形的編碼，它主要用于漢字輸出(打印、顯示等)時產(chǎn)生的漢字字形。

點陣大小類型：16×16、24×24

32×32、48×48以上

漢字庫：一個漢字系統(tǒng)所允許使用的全部漢字的漢字字形編碼的集合。1.2計算機運算基礎(chǔ)第60頁/共134頁1-61

例如：把一個方塊橫向和縱向都分為16格。若用1表示黑點，用0表示白點，則16×16的點陣漢字可用256位二進制數(shù)來表示，占用32B。

漢字“寶”的16×16點陣數(shù)字化信息：02H00H01H04H7FHFEH40H04H80H08H00H00H3FHF8H01H00H01H00H1FHF0H01H00H01H40H01H20H01H20H7FHFCH00H00H1.2計算機運算基礎(chǔ)返回第61頁/共134頁1-621.3邏輯代數(shù)與邏輯電路一、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

1.邏輯變量和邏輯函數(shù)

邏輯變量：這種具有邏輯屬性的變量。

邏輯函數(shù)：隨邏輯變量的變化而改變。

表示方法：邏輯表達式、真值表、卡諾圖Y=f(A,B)YABA取值：0、1B取值：0、1Y取值：0、1第62頁/共134頁1-631.3邏輯代數(shù)與邏輯電路2.基本邏輯運算

與運算：Y=A·B

或運算：Y=A+B

非運算：Y=AABY=A·B000110110001ABY=A+B000110110111AY=A0110第63頁/共134頁1-641.3邏輯代數(shù)與邏輯電路3.邏輯代數(shù)的基本定律0-1律A·0＝0A+1＝1自等律A·1＝AA+0＝A重疊律A·A＝AA+A＝A互補律A·A＝0A+A＝1交換律A·B＝B·AA+B＝B+A結(jié)合律A·(B·C)＝(A·B)·CA+(B+C)＝(A+B)+C分配律A·(B+C)＝A·B＋A·CA＋B·C＝(A+B)·(A+C)吸收律A·(A+B)＝AA+AB＝A第64頁/共134頁1-65二、基本邏輯電路

1.與門電路實現(xiàn)邏輯乘法功能的電路邏輯表達式是：F=A·B

當A=B=1→F=1，否則F=0

2.或門電路實現(xiàn)邏輯加法功能的電路邏輯表達式是：F=A+B

當A=B=0→F=0，否則F=11.3邏輯代數(shù)與邏輯電路第65頁/共134頁1-66

3.非門電路實現(xiàn)邏輯取反功能的電路邏輯表達式是：F=A

當A=0→F=1；當A=1→F=0

4.與非門電路由與門、非門組合的電路邏輯表達式是：F=A·B當A=B=1→F=0，否則F=11.3邏輯代數(shù)與邏輯電路第66頁/共134頁1-671.3邏輯代數(shù)與邏輯電路5.異或門電路由與門、或門、非門組合的邏輯電路邏輯表達式是：F=A·B+A·B當A=B=0或1→F=0，否則F=1與、或、非門電路的不同組合，就可設(shè)計復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路。如：①實現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換的譯碼器；②執(zhí)行算術(shù)運算的加法器。第67頁/共134頁1-681.3邏輯代數(shù)與邏輯電路三、邏輯電路舉例[例]分析邏輯電路，寫出邏輯表達式和真值表。F0=A·B·CF1=A·B·C第68頁/共134頁1-691.3邏輯代數(shù)與邏輯電路[解]⑴寫出邏輯表達式⑵列出真值表ABCF0F1F2F3F4F5F6F70000010100111001011101111000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001第69頁/共134頁1-701.3邏輯代數(shù)與邏輯電路[例]設(shè)計半加器。[解]⑴輸入Ai、Bi；輸出和Si、進位Ci⑵繪出真值表⑶寫出邏輯表達式

Si=Ai·Bi+Ai·BiCi=Ai·Bi⑷畫出邏輯電路圖AiBiSiCi0001101100101001返回第70頁/共134頁1-71二、圖靈機和

馮·諾依曼機三、計算機結(jié)構(gòu)及工作原理計算機結(jié)構(gòu)及工作原理一、邏輯代數(shù)與邏輯電路第71頁/共134頁1-721.4圖靈機與馮·諾依曼機

1936年，圖靈發(fā)表“論可計算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用”論文，給“可計算性”下了嚴格的數(shù)學定義，并提出著名的“圖靈機”(TuringMachine)的設(shè)想。“圖靈機”不是一種具體的機器，而是一種思想模型，可制造一種十分簡單但運算能力極強的計算裝置，用來計算所有能想象得到的可計算函數(shù)。

第72頁/共134頁1-731.4圖靈機與馮·諾依曼機一、圖靈機

1.直觀描述①圖靈機的計算裝置：一條兩端可無限延長的帶子，一個讀寫頭，一組控制指令。┄bb10100010bb┄狀態(tài)q1讀寫頭控制指令讀寫頭可以沿帶子方向左右移動，并可以在每個方格上進行讀寫。第73頁/共134頁1-741.4圖靈機與馮·諾依曼機②帶子上的符號為一個有窮字母表：{S0,S1,S2,¨¨,Sp}

通常僅有S0、S1兩個字符，其中：S0→0，S1→1這可加深對布爾值、二進制機器的理解。③機器的控制狀態(tài)：{q1,q2,¨,qn}圖靈機的初始狀態(tài)設(shè)為q1,結(jié)束狀態(tài)設(shè)為qn┄bb101

00010bb┄第74頁/共134頁1-751.4圖靈機與馮·諾依曼機④五元組指令集合：(qiSjSkR(LN)qk)

qi表示機器目前所處的狀態(tài)；

Sj表示讀寫頭從方格中讀入的符號；

Sk表示機器寫入讀寫頭所對應(yīng)方格的符號；

R,L,N表示右移一格,左移一格,不移動；

qk表示下一步機器的狀態(tài)。五元組形式的指令集，它定義了機器在特定狀態(tài)下讀入一個特定字符時所采取的動作。┄bb101

00010bb┄讀寫頭第75頁/共134頁1-761.4圖靈機與馮·諾依曼機

2.工作原理機器從給定帶子上的某起點出發(fā)，其動作完全由其初始狀態(tài)值及機內(nèi)五元組指令集來決定。計算結(jié)果是從機器停止時帶子上的信息得到。指令死循環(huán)：q1S2S2Rq3

q3S3S3Lq1指令二義性：q3S2S2Rq4

q3S2S4Lq6

┄bb101

00010bb┄第76頁/共134頁1-771.4圖靈機與馮·諾依曼機

3.應(yīng)用實例

[例]假設(shè)：b表示空格q1表示機器的初始狀態(tài)q4表示機器的結(jié)束狀態(tài)如果帶子上的輸入信息為10100010，讀寫頭位對準最右邊第一個為0的方格，且狀態(tài)為q1。按照根據(jù)五元組指令集，輸出正確的計算結(jié)果是什么？第77頁/共134頁1-781.4圖靈機與馮·諾依曼機指令集q101Lq2q110Lq3q1bbNq4q200Lq2q211Lq2q2bbNq4q301Lq2q310Lq3q3bbNq4計算函數(shù)是：S(x)=x+1bb10100010bb……q1bb11000101bb……q11q21q20q20q20q21q20q21q2bq4q1q2q3第78頁/共134頁1-791.4圖靈機與馮·諾依曼機

[例]圖靈機Mz：其中Q={q1,q2,qf}

五元組指令集為：q110Rq1q100Lq2q201Nqf

求Mz對任何一串“1”的作用是什么？bb11111100bb……q1僅留下最后一個“1”bb00000000bb……q1bb00000000bb……q2bb00000100bb……qf返回第79頁/共134頁1-80一、

馮·諾依曼機美籍匈牙利：馮·諾依曼

數(shù)學家(1903-1957)

數(shù)學博士（1926）普林斯頓大學客座教授（1930）普林斯頓大學第一批終身教授普林斯頓大學高級研究所（1933-1957

美國數(shù)學會主席（1951-1953）

第80頁/共134頁1-81一、

馮·諾依曼的貢獻(1903-1957)

1.計算機—二進制思想與程序內(nèi)存

“計算機之父”

2.經(jīng)濟學—和摩根斯特思合著的《對策論和經(jīng)濟行為》

“博弈論之父”

3.物理學—《量子力學的數(shù)學基礎(chǔ)》

對原子物理學的發(fā)展發(fā)展有極其重要的價值。第81頁/共134頁1-82一、馮·諾依曼機重要思想：存儲程序、二進制

1.馮·諾依曼機的特征⑴計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；⑵計算機中采用二進制來表示指令和數(shù)據(jù)；⑶采用存儲程序方式，計算機能自動逐條取出指令并執(zhí)行程序。第82頁/共134頁1-83一、馮·諾依曼機馮·諾依曼機工作原理先將程序(一組指令)和數(shù)據(jù)存入計算機，啟動程序就能按

照程序指定的

邏輯順序把指

令讀取并逐條

執(zhí)行，自動完

成指令規(guī)定的

操作。返回第83頁/共134頁1-84二、計算機工作原理1.計算機的硬件結(jié)構(gòu)2.計算機的工作原理3.計算機的層次結(jié)構(gòu)4.計算機的性能指標返回計算機的典型問題第84頁/共134頁1-851.計算機硬件結(jié)構(gòu)以運算器為中心的存儲程序式計算機模型。存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備運算器控制器結(jié)果數(shù)據(jù)傳送線控制信號線程序或數(shù)據(jù)第85頁/共134頁1-861.計算機硬件結(jié)構(gòu)1）運算器運算器是對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件。在控制器的操縱下，它與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，負責算術(shù)運算、邏輯運算和移位運算等。2）控制器控制器負責對指令進行分析和判斷，發(fā)出控制信號，使計算機各部件協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)的自動運行。運算器＋控制器＝中央處理單元(CPU)第86頁/共134頁1-873）存儲器

存儲器是存放大量程序和數(shù)據(jù)的部件。

分類：內(nèi)部存儲器、外部存儲器

特點：內(nèi)存→存取速度快、存儲容量小外存→存取速度慢、存儲容量大

1.計算機硬件結(jié)構(gòu)第87頁/共134頁1-884）輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能識別的形式存放的內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標器、掃描儀等。1.計算機硬件結(jié)構(gòu)第88頁/共134頁1-895）輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機處理過的信息以人們所能接受的形式表示出來。常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機、繪圖儀、音箱等。1.計算機硬件結(jié)構(gòu)第89頁/共134頁1-90總結(jié)：1.計算機硬件結(jié)構(gòu)運算器＋控制器＋內(nèi)存儲器＝主機輸入設(shè)備＋輸出設(shè)備＝外部設(shè)備返回第90頁/共134頁1-912.計算機工作原理1）指令和程序

指令：能被計算機識別的命令。它是硬件可執(zhí)行的、完成一個基本操作所發(fā)出的命令。

指令格式：

指令系統(tǒng)：計算機能識別所有指令的集合。

程序：指用戶根據(jù)某一問題的解決步驟，選用一組指令進行有序排列的集合。操作碼地址碼或數(shù)據(jù)第91頁/共134頁1-922.計算機工作原理

2）計算機的工作過程

舉例說明：計算7+2=?文字描述的計算程序計算步驟解題命令1從存儲器中取出7到運算器的0號寄存器中2從存儲器中取出2到運算器的1號寄存器中3將0號和1號寄存器中的數(shù)據(jù)相加，得和94將計算結(jié)果9存入存儲器中5在輸出設(shè)備中打印計算結(jié)果96停機返回第92頁/共134頁計算程序的簡寫形式指令操作碼表操作數(shù)存放單元指令順序操作碼操作數(shù)1取數(shù)72取數(shù)23加法7，24存數(shù)95打印96停機操作名稱操作碼取數(shù)0100加法0101存數(shù)1010打印1000停機1111數(shù)的操作地址存放的數(shù)00010111(7)00100010(2)0011計算結(jié)果第93頁/共134頁用二進制表示的計算程序存儲器布局指令地址操作碼地址碼所完成的操作010101000001R0←(D1)011001000010R1←(D2)011101010001R0←(R0)+(R1)100010100011D3←(R0)100110000011打印機←(D3)10101111停機單元地址存儲單元內(nèi)容000100000111700100000001020011

計算結(jié)果0100010101000001

取數(shù)指令011001000010

取數(shù)指令011101010001

加法指令100010100011

存數(shù)指令100110000011

打印指令10101111

停機指令1011┇返回第94頁/共134頁1-953.計算機的層次結(jié)構(gòu)計算機硬件操作系統(tǒng)各種語言處理程序各種應(yīng)用程序用戶程序操作系統(tǒng)向下控制硬件，向上支持其它軟件。即操作系統(tǒng)把用戶與物理機器隔開，凡是對機器的操作一律轉(zhuǎn)化為操作系統(tǒng)的調(diào)用。返回第95頁/共134頁1-964.計算機的性能指標

1）字長2）運算速度

3）存儲速度

4）外部設(shè)備配置5）軟件配置第96頁/共134頁1-974.計算機的性能指標

1）字長字長是計算機CPU能直接處理二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。字長位數(shù)越多，計算精度越高，但硬件成本也越高。目前計算機字長一般分為8位、16位、32位、64位不等。

字長為16位第97頁/共134頁1-982）運算速度與主頻、執(zhí)行具體指令、內(nèi)存速度等有關(guān)。

時間頻率：計算機時鐘頻率(主頻)。

指令執(zhí)行速度MIPS：百萬條指令/秒MIPS＝指令條數(shù)/(執(zhí)行時間×106)

指令通常指加減運算等短指令。

核心程序法：4.計算機的性能指標整數(shù)測試程序-Dhrystone浮點測試程序-LinpackWhetstone基準測試程序SPEC基準測試程序基準程序第98頁/共134頁1-993）存儲容量存儲器容量：主存容量、輔存容量。存儲容量越大，存放的信息就越多，處理能力就越強。

4.計算機的性能指標第99頁/共134頁1-1004）外部設(shè)備配置外部設(shè)備配置是指主機所配置的外部設(shè)備的數(shù)量以及各種設(shè)備的性能指標。

4.計算機的性能指標第100頁/共134頁1-1015）軟件配置另外，還要考慮計算機的可靠性、可維護性、兼容性、安全性和性能價格比等。4.計算機的性能指標返回第101頁/共134頁1-102算籌：計數(shù)方法123456789102030405060708090算盤：通過手動完成從低位到高位的數(shù)字傳送，數(shù)字由算珠的數(shù)量表示，數(shù)位則由算珠的位置來確定。返回第102頁/共134頁1-1031822年英國巴貝奇設(shè)計了差分機（計算平方表和函數(shù)數(shù)值表），1834年他又提出分析機的設(shè)想。1642年法國帕斯卡利用齒輪技術(shù)制成了第一臺加法(減法)機。1670年德國萊布尼茲制造出能進行加減乘除的演算機。機械式計算工具：借助于各種機械裝置自動傳送十進位，而機械裝置的動力來自計算人員的手。返回第103頁/共134頁1-104機電式計算工具：使用電力做動力，但計算機構(gòu)本身還是機械的。1888年美國霍勒瑞斯制造第一臺機電式計算機(制表機)，用于人口普查卡片分類統(tǒng)計。1938年德國朱斯制造了第一臺采用二進制數(shù)的全自動可編程機電式計算機。美國艾肯提出、IBM公司生產(chǎn)的自動序列控制演算器(MarkI)于1944年正式在哈佛大學投入運行。返回第104頁/共134頁1-105電子管返回第105頁/共134頁1-106繼電器返回電阻電容第106頁/共134頁1-107晶體管返回集成電路IC第107頁/共134頁1-108超大規(guī)模集成電路(VLSI)返回第108頁/共134頁1-109整數(shù)部分采用除2取余法

小數(shù)部分采用乘2取整法

十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)(105.625)10=(1101001.101)2返回第109頁/共134頁1-110連續(xù)變化與離散變化返回第110頁/共134頁1-111五、多媒體信息編碼

聲音、圖像或圖形、視頻或動畫

1.聲音數(shù)字化

聲音是通過一定介質(zhì)傳播的連續(xù)的波。t振幅周期A聲波重要指標：振幅→音量的大小周期→重復(fù)出現(xiàn)的時間間隔頻率→信號每秒鐘變化次數(shù)1.2計算機運算基礎(chǔ)第111頁/共134頁1-112聲音數(shù)字化過程：采樣量化編碼模擬信號數(shù)字信號連續(xù)的模擬聲音信號聲音信號的采樣離散的音頻信號示意1.2計算機運算基礎(chǔ)第112頁/共134頁1-113聲音數(shù)字化三要素采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)每個采樣點用多少二進制位表示數(shù)據(jù)范圍使用聲音通道的個數(shù)采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好數(shù)據(jù)量也越大量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍11.025kHz22.05kHz44.1kHz8位＝256個值16位＝65536個值單聲道立體聲1.2計算機運算基礎(chǔ)第113頁/共134頁1-114

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的計算公式：數(shù)據(jù)量＝采樣頻率×量化位數(shù)

×聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bit)數(shù)據(jù)量(KB/s)單聲道立體聲11.025810.7721.531621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.271.2計算機運算基礎(chǔ)第114頁/共134頁1-115

音頻的文件格式：

WAV文件：WAV是Microsoft/IBM共同開發(fā)的PC波形文件。因未經(jīng)壓縮，文件數(shù)據(jù)量很大。聲音層次豐富，還原音質(zhì)好。

WMA文件：WMA(WindowsMediaAudio)是WindowsMedia格式中的一個子集(音頻格式)。壓縮到MP3一半。MP3文件：MP3(MPEGAudiolayer3)是一種按MPEG標準的音頻壓縮技術(shù)制作的音頻文件。高壓縮比(11:1)，優(yōu)美音質(zhì)。1.2計算機運算基礎(chǔ)

APE文件：無損壓縮音頻第115頁/共134頁1-116

2.圖像的數(shù)字化

連續(xù)空間位置的離散和數(shù)字化亮度值的離散和數(shù)字化空間位置采樣m×n20×13256亮度量化8b24b1.2計算機運算基礎(chǔ)第116頁/共134頁1-117

圖像的主要參數(shù)：

圖像分辨率：指數(shù)字圖像的實際像素數(shù)目，它反映圖像在屏幕中顯示的大小。顏色深度：指記錄每個像素所使用的二進制位數(shù)。位數(shù)顏色數(shù)說明4位16種Windows3.x中畫筆支持16種顏色8位256種多媒體應(yīng)用中的最低顏色深度16位32768種RGB5:5:5,剩余1位表示其它屬性(透明度)24位16M種真彩色，超出人眼所能識別的顏色范圍32位16M種RGB8:8:8,剩余8位表示其它屬性(透明度)1.2計算機運算基礎(chǔ)第117頁/共134頁1-118

圖像數(shù)據(jù)量的計算：圖像文件的大小是指在磁盤上存儲整幅圖像所需的字節(jié)數(shù)。

數(shù)據(jù)量＝圖像分辨率×顏色深度/8(B)[例題]一幅640×480的真彩色圖像，未壓縮的圖像數(shù)據(jù)量是多少？640×480×24/8＝921600B＝900KB1.2計算機運算基礎(chǔ)第118頁/共134頁1-119

圖像的文件格式

BMP：Windows標準圖像文件格式

JPG：一種高效率壓縮格式(1:10～20)

GIF：用于交換圖片的，對灰度

圖像表現(xiàn)佳，但不超過256色的圖像。PNG：流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，它使用LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。

PNG存儲灰度圖像時圖像深度達16位

PNG存儲彩色圖像時圖像深度達48位1.2計算機運算基礎(chǔ)第119頁/共134頁1-120

3.視頻數(shù)字化

視頻：連續(xù)地隨著時間變化的一組圖像

幀：一幅單獨的圖像

幀率：每秒種播放的幀數(shù)，單位是f/s

典型的幀率：24f/s、25f/s、30f/s

常見的視頻信號：電影、電視1.2計算機