大學(xué)計算機基礎(chǔ)教師：朱正國電話學(xué)與計算機學(xué)院第一章計算機基礎(chǔ)知識第一章計算機基礎(chǔ)知識

1.1計算機概述

1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展（了解）

1.1.2計算機的分類（掌握）

1.1.3計算機的特點（了解）

1.1.4計算機的應(yīng)用（了解）

1.2數(shù)據(jù)在計算機中的表示

1.2.1數(shù)制（掌握）

1.2.2各進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（掌握）

第一章計算機基礎(chǔ)知識

本次課重點：數(shù)制本次課難點：各進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換

教學(xué)引入

現(xiàn)在，計算機在我們的日常生活中無處不在，你了解計算機的發(fā)展史嗎？計算機中是如何編碼的呢？還有計算機的構(gòu)成呢？

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計算機概述計算機與一般計算工具的差別存儲器的大小運算能力定義電子計算機是一種能按預(yù)先存儲的程序，對以數(shù)字形式出現(xiàn)的信息進行處理的電子裝置。上一頁

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計算機的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展1.計算機的產(chǎn)生世界上第一臺電子計算機ENIAC1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展5000次加法/秒重30噸占地170m218000只電子管1500個繼電器功率150KW價值40萬美元2.計算機的發(fā)展 馮諾伊曼理論體系：

(1)計算機由5個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；

(2)采用二進制形式表示計算機的指令和數(shù)據(jù)；

(3)將程序（由一系指令組成）和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，并讓計算機自動地執(zhí)行程序——這就是“存儲程序”思想的基本定義。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展按硬件劃分計算機年代(四代——電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路)1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展第一代（1946~1958）電子管5千~4萬（次/秒）第二代（1959~1964）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~至今）集成電路幾百萬~幾億（次/秒）3.計算機的發(fā)展趨勢１、巨型化：超級計算機1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”中國早期的超級計算機：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”、“曙光200I”和“曙光3000”超級計算機應(yīng)用：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。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展2014年6月，比較全球超級計算機性能的專家機構(gòu)“TOP500組織”發(fā)布計算速度的最新排行榜，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研發(fā)的“天河2號”實現(xiàn)三連冠。IBM藍(lán)色基因日本“京”計算機3.計算機的發(fā)展趨勢2、微型化

隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，微型計算機將發(fā)展得更加迅速，其中筆記本型、掌上型等微型計算機必將以更優(yōu)的性能價格比受到人們的歡迎。

智能手機就是計算機微型化的典型代表。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展3.計算機的發(fā)展趨勢3、多媒體化多媒體技術(shù)融計算機、聲音、文本、圖像、動畫、視頻和通信等多種功能于一體，借助日益普及的高速信息網(wǎng)，可實現(xiàn)計算機的全球聯(lián)網(wǎng)和信息資源共享，因此被廣泛應(yīng)用在咨詢服務(wù)、圖書、教育、通信、軍事、金融、醫(yī)療等諸多行業(yè)，并正潛移默化地改變著我們生活的面貌。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展

3.計算機的發(fā)展趨勢4、智能化計算機智能化就是要求計算機能模擬人的感覺和思維能力，也是第五代計算機要實現(xiàn)的目標(biāo)。智能化的研究領(lǐng)域很多，其中最有代表性的領(lǐng)域是專家系統(tǒng)和機器人。目前已研制出的機器人可以代替人從事危險環(huán)境的勞動，運算速度為每秒約十億次的“深藍(lán)”計算機在1997年戰(zhàn)勝了國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展DeepblueGarryKasparov

3.計算機的發(fā)展趨勢5、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)，把分布在不同地點的計算機及各類電子終端設(shè)備互聯(lián)起來，按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以達到所有用戶都可以共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源的目的。1.1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；按應(yīng)用范圍分類：專用計算機和通用計算機；按規(guī)模分類：

根據(jù)計算機規(guī)模和性能，可以將計算機分為以下幾類：1．巨型計算機2.大型計算機3.中型計算機4.小型計算機1.1.2計算機的分類5．工作站 工作站實際上是一臺高檔微機。它的運算速度通常比微機快，配有大容量的存儲器和大屏幕顯示器，并有較強的網(wǎng)絡(luò)通信功能。它主要用在計算機圖像處理和計算機輔助設(shè)計等專業(yè)領(lǐng)域。

6．微型計算機 微型計算機也稱為個人計算機，簡稱微機、PC機。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各類機器之間的差別越來越不明顯。近幾年的高檔微機，其速度、性能甚至超過了前幾年的小型計算機。1.1.2計算機的分類1.1.3計算機的特點1、運算速度快2、計算精度高3、記憶能力強

計算機中擁有容量很大的存儲設(shè)備，不僅可以存儲所需的數(shù)據(jù)信息，還可以存儲指揮計算機工作的程序，同時可以保存大量的文字、圖像、聲音等信息資料。4、邏輯判斷能力計算機的邏輯判斷能力是實現(xiàn)計算機自動化和具備人工智能的基礎(chǔ)，是計算機基本的、也是重要的功能5、自動控制能力計算機是自動化電子裝置，在工作中無需人工參與，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序。人們事先編好程序后，向計算機發(fā)出指令，計算機即可幫助人類完成那些枯燥乏味的重復(fù)性勞動。1.1.3計算機的特點1.1.4計算機的應(yīng)用1、科學(xué)計算科學(xué)計算是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域，計算機高速、高精確的運算是人工計算望塵莫及的?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有大量復(fù)雜的數(shù)值計算，如軍事、航天、氣象、地震探測等，都離不開計算機的精確計算。計算機的應(yīng)用大大節(jié)約了人力、物力和時間。2、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理也稱為事務(wù)處理。使用計算機可對大量的數(shù)據(jù)進行分類、排序、合并、統(tǒng)計等加工處理，例如人口統(tǒng)計、人事、財務(wù)管理、銀行業(yè)務(wù)、圖書檢索、倉庫管理、預(yù)訂機票、衛(wèi)星圖像分析等。數(shù)據(jù)處理已成為計算機應(yīng)用的一個重要方面。1.1.4計算機的應(yīng)用

3、過程控制

過程控制也稱為實時控制，主要是指計算機在工業(yè)和軍事方面的應(yīng)用。計算機能及時采集檢測數(shù)據(jù)并按最優(yōu)方案實現(xiàn)自動控制，如煉鋼過程的計算機控制、導(dǎo)彈自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、飛行控制調(diào)動等。4、計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)計算機輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction，CAI)計算機輔助工程(ComputerAidedEngineering，CAE)1.1.4計算機的應(yīng)用

機器人。主要分為“工業(yè)機器人”和“智能機器人”兩類。前者用于完成重復(fù)性的規(guī)定操作，通常用于代替人進行某些作業(yè)(如海底、井下、高空作業(yè)等)；后者具有某些智能，具有感知和識別能力，能“說話”和回答問題。

專家系統(tǒng)。計算機具有某些方面專家的專門知識，使用這些知識來處理這方面的問題。例如，醫(yī)療專家系統(tǒng)能模擬醫(yī)生分析病情、開出藥方和假條。

模式識別。重點研究圖形識別和語音識別。例如，機器人的視覺器官和聽覺器官，公安機關(guān)的指紋分析器，識別手寫郵政編碼的自動分信機等，都是模式識別的應(yīng)用。5、人工智能二進制1.2.2計算機的數(shù)據(jù)編碼1.2數(shù)據(jù)在計算機中的表示一、進位計數(shù)制

把一組特定的符號按先后順序排列起來，由低位向高位進位計數(shù)的方法，稱為“進位計數(shù)制”。

相關(guān)概念：

【數(shù)位】數(shù)碼在一個數(shù)中的位置，如十進制數(shù)中的個位、十位……

【基數(shù)】在某種進制數(shù)中允許使用的基本符號的個數(shù)，一般r進制數(shù)其基數(shù)就是r。

【權(quán)】和數(shù)位有關(guān)的概念，即每一個數(shù)位上的數(shù)碼所表示的數(shù)值的大小，一般等于該數(shù)碼本身乘以一個常數(shù)，該常數(shù)即權(quán)。任何一個進制數(shù)都可按權(quán)展開成為多項式，各位的權(quán)是以基數(shù)為底的冪，如十進制數(shù)555.55可表示為：

555.55=5×102+5×101+5×100+5×10-1+5×10-2(其中劃線部分即為權(quán))1.2.1計算機中的數(shù)制R進制數(shù)可用

r個基本符號（例如0，1，2，…，r-1）表示?；鶖?shù)權(quán):以基數(shù)為底的冪數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2二、計算機編碼1.十進制（Decimalnotation,用D表示）

基數(shù)為10，數(shù)符為0~9的計數(shù)系統(tǒng)，稱為“十進制”。

十進制計數(shù)規(guī)則

基數(shù):10

數(shù)符:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

運算規(guī)則:逢十進一

位權(quán):10i

十進制數(shù)整數(shù)部分的位權(quán)從最低位開始依次是100、101、102、103、104…

十進制數(shù)小數(shù)部分的位權(quán)從最高位開始依次是10-1、10-2、10-3、10-4…

十進制數(shù)表示方法：從位權(quán)角度看，任意一個十進制數(shù)可以展開成數(shù)字與其位權(quán)乘積的多項式之和。A=±(an-1×10n-1＋…a1×101＋a0×100＋a-1×10-1＋a-2×10-2＋…a-m×10-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)為0~9中任何一個數(shù)字符號。【例】十進制數(shù)3450.02可以寫成如下加權(quán)展開多項式：

3450.02=3×103＋4×102＋5×101＋0×100

＋0×10-1＋2×10-2【提示】系統(tǒng)默認(rèn)對十進制數(shù)不加下標(biāo)。2．二進制數(shù)（Binarynotation,用B表示）基數(shù)為2,數(shù)符為0、1的計數(shù)系統(tǒng),稱為“二進制”。

二進制計數(shù)規(guī)則：

基數(shù):2

數(shù)符:0、1

運算規(guī)則:逢二進一

位權(quán)：2i

二進制各數(shù)位的權(quán)是以2為底數(shù)的冪。

二進制數(shù)整數(shù)部分的位權(quán)

從最低位開始依次是20、21、22、23、24…

二進制小數(shù)部分的位權(quán)

從最高位開始依次是2-1、2-2、2-3、2-4…

二進制數(shù)表示方法：從位權(quán)角度看，任意一個二進制數(shù)同樣可以用多項式之和來表示。

A2=±(an-1×2n-1＋…a1×21＋a0×20＋a-1×2-1＋a-2×22＋…a-m×2-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)為0~1中任何一個數(shù)字符號?！纠慷M制數(shù)(1011.01)2可以寫成如下多項式：

(1011.01)2=1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2【提示】二進制數(shù)必須加下標(biāo)如(1011.01)2,或加數(shù)制符如1011.01B來表示。3．八進制（Octalnotation,用O表示）

基數(shù)為8，數(shù)符為0~7的計數(shù)系統(tǒng)，稱為“八進制”。

八進制計數(shù)規(guī)則：

基數(shù)：

8

數(shù)符：0、1、2、3、4、5、6、7

運算規(guī)則：逢八進一

位權(quán)：

8i

八進制各數(shù)位的權(quán)是以8為底數(shù)的冪。

八進制數(shù)整數(shù)部分的位權(quán)

從最低位開始依次是80、81、82、83、84…

八進制小數(shù)部分的位權(quán)

從最高位開始依次是8-1、8-2、8-3、8-4…

八進制數(shù)表示方法

從位權(quán)角度看,任意一個八進制數(shù)同樣可以用多項式之和來表示。

A8=±(an-1×8n-1＋…a1×81＋a0×80＋a-1×8-1＋a-2×82＋…a-m×8-m)

其中：ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)為0~7中任何一個數(shù)字符號。

【例】八進制數(shù)(4537.71)8,按位權(quán)相加展開式為：

(4537.71)8=4×83＋5×82＋3×81＋7×80＋7×8-1＋1×8-2

【提示】八進制數(shù)必須加下標(biāo)如(4537.71)8,或加數(shù)制符如4537.71O

來表示。4．十六進制（Hexadecinal，用H表示）

基數(shù)為16,數(shù)符為0~9以及A~F的計數(shù)系統(tǒng),稱為“十六進制”。

十六進制計數(shù)規(guī)則：

基數(shù):

16

數(shù)符:0~9、A~F或a~f

運算規(guī)則:逢十六進一

位權(quán):

16i

十六進制各數(shù)位的權(quán)是以16為底數(shù)的冪。

十六進制數(shù)整數(shù)部分的位權(quán)從最低位開始依次是160、161、162、163、164…

十六進制小數(shù)部分的位權(quán)從最高位開始依次是16-1、16-2、16-3、16-4…

十六進制數(shù)位權(quán)與十進制數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系

A、B、C、D、E、F表示的數(shù)值與十進制數(shù)對應(yīng)關(guān)系如表1-3所示。

表1-3十六進制數(shù)位權(quán)與十進制數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系十六進制數(shù)ABCDEF十進制數(shù)101112131415二進制101010111100110111101111

十六進制數(shù)表示方法從位權(quán)角度看,任意一個十六進制數(shù)同樣可以用多項式之和來表示。

A16=±(an-1×16n-1＋…a1×161＋a0×160＋a-1×16-1＋a-2×162＋…a-m×16-m)其中:ai(i=n,…,2,1,0,－1,－2,…,－m)為0~9

以及A~F中任何一個數(shù)字符號。【例】十六進制數(shù)(34AF.4)16，按位權(quán)展開式為：

(34AF.4)16=3×163＋4×162＋10×161＋15×160＋4×16-1【提示】十六進制數(shù)必須加下標(biāo)如(34AF.4)16，或加數(shù)制符如34AF.4H來表示。進位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)r=2r=8r=10r=16數(shù)符0,10,1,…,70,1,…,90,1,…9,A,B,…,F權(quán)2i8i10i16i形式表示BODH5.計算機中常用的幾種進位計數(shù)制歸納如下三、在計算機內(nèi)部采用二進制1．易于用器件實現(xiàn)

二進制只有0和1兩個狀態(tài)，電子元件就可以用對立的兩個狀態(tài)來表示，可用自然界存在的兩種對立的物理狀態(tài)表示。2．二進制數(shù)運算簡便

二進制數(shù)的運算法則比其他進制簡單

加法

0＋0＝0

乘法

0×0＝0

0＋1＝1＋0＝1

0×1＝1×0＝0

1＋1＝10

1×1＝1

2(2+1)/2個和2(2+1)/2個積3．易于實現(xiàn)邏輯運算

采用二進制可以進行邏輯運算，使邏輯代數(shù)和邏輯電路成為計算機電路設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1.非十進制(二、八、十六進制)與十進制的相互轉(zhuǎn)換(1)非十進制十進制一個非十進制數(shù)的加權(quán)系數(shù)和就是該非十進制數(shù)所對應(yīng)的十進制數(shù)，也稱“按權(quán)展開相加法”。

例：

(10101)B=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20=21(101.11)B=1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=5.75(101)O=1×82+0×81+1×80=65(71)O=7×81+1×80=57(101A)H=1×163+0×16