1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識.ppt

第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 1 1計(jì)算機(jī)概述 1 1 1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史展1946年2月 世界上第一臺計(jì)算機(jī)在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生 名字叫埃尼阿克 ENIAC 這臺計(jì)算機(jī)的主要元件是電子管 它由1 88萬個(gè)電子管組成 體積龐大 占地約為170平方米 重達(dá)30噸 它能在一秒鐘內(nèi)完成5000次運(yùn)算 耗電總量超過174千瓦 小時(shí) 圖1 1第一臺計(jì)算機(jī)ENIAC 2020年3月13日 3 1 1計(jì)算機(jī)概述 依據(jù)計(jì)算機(jī)主要組成部件來分 它的發(fā)展經(jīng)歷了發(fā)下4個(gè)階段 小常識 計(jì)算機(jī)之父 馮 諾依曼馮 諾依曼 VonNeumann 1903 1957 美籍匈牙利科學(xué)家 是計(jì)算機(jī)科學(xué)的創(chuàng)始人之一 他不僅在計(jì)算機(jī)方面 而且在教學(xué) 邏輯 物理等領(lǐng)域都做出了巨大的貢獻(xiàn) 他的杰出成就成為科學(xué)上的巨人 被譽(yù)為 計(jì)算機(jī)之父 2020年3月13日 4 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 1 2 計(jì)算機(jī)的分類 計(jì)算機(jī)的種類很多 通常根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)模的大小和功能強(qiáng)弱不同 將計(jì)算機(jī)分為 巨型機(jī) 大型機(jī) 中型機(jī) 小型機(jī) 微型機(jī)等 如下圖所示 圖1 2巨型機(jī) 圖1 3大型機(jī) 2020年3月13日 5 圖1 4微型機(jī) 臺式機(jī) 圖1 5便攜機(jī) 筆記本電腦 圖1 6掌上電腦 2020年3月13日 6 2020 3 13 7 1 1 3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo) 1 計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn) 1 運(yùn)算速度快 現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)可以達(dá)到每秒幾萬億次 甚至更高 2 運(yùn)算精度高 計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度是其他計(jì)算工具無法相比的 3 有記憶能和邏輯判斷能力 4 存儲容量大 5 可靠性高和通用性強(qiáng) 2020年3月13日 7 2 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)1 字長字長是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能夠同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù) 字長決定了計(jì)算機(jī)的精度 尋址速度和處理能力 一般情況下 長越長 計(jì)算精度越高 處理能力越強(qiáng) 微型機(jī)按字長可分為 8位 16位 32位和64位 2 主頻主頻是指CPU的時(shí)鐘頻率 通常以時(shí)鐘頻率來表示系統(tǒng)的運(yùn)算速度 3 存取周期存取周期是指完成一次讀 取 或?qū)?存 信息所需時(shí)間 存取周期是反應(yīng)內(nèi)存儲器性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo) 直接影響計(jì)算機(jī)的速度 2020年3月13日 8 4 存儲容量存儲容量指微型機(jī)新配置的內(nèi)存總字節(jié)數(shù) 它決定計(jì)算機(jī)能否運(yùn)行較大程序 并直接影響運(yùn)行速度 在系統(tǒng)中直接與CPU交換數(shù)據(jù) 5 外部設(shè)備配置為主機(jī)配置合理的外設(shè) 也是衡量一臺機(jī)器綜合性能的重要指標(biāo) 微型計(jì)算機(jī)的最基本外設(shè)包括鍵盤 顯示器 打印機(jī) 軟盤驅(qū)動器 硬盤驅(qū)動器 鼠標(biāo)等 2020年3月13日 9 1 1 4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 1 計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 科學(xué)計(jì)算 信息處理 過程控制 2 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代應(yīng)用領(lǐng)域 A 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) CAD CAM CAE CIMS CAT CSB 辦公自動化 OA C 娛樂休閑計(jì)算機(jī)游戲 計(jì)算機(jī)多媒體 網(wǎng)上沖浪等 2020年3月13日 10 1 2計(jì)算機(jī)的數(shù)制和編碼 1 2 2數(shù)值的基本概念數(shù)制的概念數(shù)制是數(shù)的表示及計(jì)算方法 任何一種數(shù)制 都具有以下3個(gè)要點(diǎn) 1 數(shù)制使用的數(shù)碼 十進(jìn)制10個(gè)數(shù)碼 0 9 二進(jìn)制2個(gè)數(shù)碼 0 1等 2 進(jìn)位規(guī)則 十進(jìn)制逢十進(jìn)一 二進(jìn)制逢二進(jìn)一 3 每一位數(shù)位上數(shù)碼所具有的權(quán) 二進(jìn)制數(shù)碼各位的權(quán)是以2為底的冪 2020年3月13日 11 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 由于不同的位置的權(quán)值不同 因此同一數(shù)碼在不同的位置上 其表示的值也不同 每個(gè)數(shù)位上值等于該位置上的數(shù)碼與位置權(quán)值的乘積 相鄰數(shù)位中高位權(quán)與低位權(quán)之比即是該進(jìn)制的基數(shù) 每種進(jìn)制的基數(shù)即為該進(jìn)制的本身 可用下面的通式 按權(quán)展開式 表示 N 上式中 R表示基數(shù) 或稱底 a表示某數(shù)制的數(shù)碼 表示數(shù)位的權(quán) m和n為正整數(shù) 只要按上式展開計(jì)算 可以將任意進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 2020年3月13日 12 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 十進(jìn)制 二進(jìn)制 十六進(jìn)制的3種數(shù)制對照表 2020年3月13日 13 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 2 3不同計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 1 二進(jìn)制 八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 按權(quán)展開 相加之和例1 將二進(jìn)數(shù)10111轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 10111 2 1 24 0 23 1 22 1 21 1 20 16 4 2 1 23 10例2 將八進(jìn)數(shù)136轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 136 8 1 82 3 81 6 80 64 24 6 94 10例3 將十六進(jìn)數(shù)35A轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 35A 16 3 162 5 161 10 160 768 80 10 858 10 2020年3月13日 14 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 2 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 八進(jìn)制或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 整數(shù) 除以基數(shù) 2 8 16 取其余數(shù) 倒排列 小數(shù) 乘以基數(shù) 2 8 16 取其整數(shù) 順排列 例 將十進(jìn)制數(shù) 45 25 10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 2020年3月13日 15 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 3 二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制 十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 三位一組法 3位二進(jìn)制1位八進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 四位一組法 4位二進(jìn)制1位十六進(jìn)制 2020年3月13日 16 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 一分為三法 2020年3月13日 17 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制轉(zhuǎn)換原則 一分為四法八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間不能直接轉(zhuǎn)換 它們之間是通過二進(jìn)制間接來實(shí)現(xiàn)的 2020年3月13日 18 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 3計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示 1 3 1計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)單位數(shù)據(jù)泛指一切可以被計(jì)算機(jī)接受并處理的符號 包括數(shù)值 文字 圖形 圖像 聲音 視頻等各種信息 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的常用單位有位 字節(jié)和字 1 位 Bit 位又稱比特 是計(jì)算機(jī)表示信息的數(shù)據(jù)編碼中的最小單位 1位二進(jìn)制的數(shù)碼用0或1來表示 2 字節(jié) Byte 字節(jié)是計(jì)算機(jī)存儲信息的最基本單位 因此也是信息數(shù)據(jù)的基本單位 一個(gè)字節(jié)用8位進(jìn)制數(shù)表示 通常計(jì)算機(jī)以字節(jié)為單位來計(jì)算內(nèi)存容量 2020年3月13日 19 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 計(jì)算機(jī)中字節(jié)與容量的換算 1B 8bit1KB 210B 1024B1MB 220B 1024KB1GB 230B 1024MB3 字 Word 計(jì)算機(jī)一次存儲 傳輸或操作時(shí)的一組二進(jìn)制數(shù)稱為字 一個(gè)字由若干個(gè)字節(jié)組成 用于表示數(shù)據(jù)或信息的長度 2020年3月13日 20 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 3 2數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示 計(jì)算機(jī)中的數(shù)的編碼是數(shù)在字節(jié)中的存放形式 以8位編碼 一個(gè)字節(jié) 為例 規(guī)定最高位為符號位 正數(shù)的最高位為0 負(fù)數(shù)的最高位為1 其余為數(shù)值位 這種符號被數(shù)值化后的數(shù)可以在計(jì)算機(jī)中表示 稱為機(jī)器數(shù) 機(jī)器數(shù)的編碼有原碼 反碼和補(bǔ)三種 正數(shù)的3種碼與該數(shù)的二進(jìn)制數(shù)的形式一致 而負(fù)數(shù)的3種碼的最高位總是1 數(shù)值位則按原 反 0變1 1變0 補(bǔ) 加1 的規(guī)則 當(dāng)計(jì)算機(jī)處理減法運(yùn)算時(shí) 把減號連同其后的數(shù)一起當(dāng)作負(fù)數(shù) 使用補(bǔ)碼 做加法 2020年3月13日 21 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 數(shù)值數(shù)據(jù) 能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的數(shù)據(jù)真值 計(jì)算機(jī)外部表示數(shù)值數(shù)據(jù)的方法用 號表示正 負(fù)數(shù)值機(jī)器數(shù) 計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示數(shù)值數(shù)據(jù)的方法機(jī)器數(shù)的范圍機(jī)器數(shù)的符號小數(shù)點(diǎn)的位置 2020年3月13日 22 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 最高位為符號位 0 為正 1 為負(fù) 寄存器有8 16 32 64位D7D6D5D4D3D2D1D001 N 11000001B 真值 N 0 101100000000000B 真值 2020年3月13日 23 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置 定點(diǎn)整數(shù) 在最低位的后面定點(diǎn)小數(shù) 在最高位的前面浮點(diǎn)數(shù) 位置是浮動的N S 2 J其中 N J S均為二進(jìn)制數(shù) N 110 011 1 10011 2 10 0 110011 2 11階符階碼數(shù)符尾數(shù)0110110011 2020年3月13日 24 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 3 3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 計(jì)算機(jī)中 對非數(shù)值的文字和其它符號進(jìn)行處理時(shí) 要對文字和符號進(jìn)行數(shù)字化處理 即用二進(jìn)制編碼來表示文字和符號 字符編碼就是規(guī)定用怎樣的二進(jìn)制編碼來表示文字和符號 1 BCD碼 二 十進(jìn)制編碼 人們習(xí)慣于使用十進(jìn)制數(shù) 而計(jì)算機(jī)內(nèi)部多采用二進(jìn)制數(shù)表示和處理數(shù)值數(shù)據(jù) 因此在計(jì)算機(jī)輸入和輸出數(shù)據(jù)時(shí) 就要進(jìn)行由十進(jìn)制到二進(jìn)制和從二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換處理 這是多數(shù)應(yīng)用環(huán)境的實(shí)際情況 2020年3月13日 25 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 BCD編碼方法很多 通常采用的是8421編碼 這種編碼較為自然 簡單 其方法是用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù) 自左至右每一位對應(yīng)的位權(quán)分別是8 4 2 1 值得注意的是 四位二進(jìn)制數(shù)有0000 1111十六種狀態(tài) 這里我們只取了0000 1001十種狀態(tài) 而1010 1111六種狀態(tài)在這種編碼中沒有意義 這種編碼的另一特點(diǎn)是書寫方便 直觀 易于識別 例如十進(jìn)制數(shù)864 其二 十進(jìn)制編碼為 2020年3月13日 26 十進(jìn)制數(shù)與8421碼的對照表 2020年3月13日 27 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 2 ASCII碼在將用匯編語言或各種高級語言編寫的程序輸入到計(jì)算機(jī)中時(shí) 人與計(jì)算機(jī)通信所用的語言 已不再是一種純數(shù)學(xué)語言了 而多為符號式語言 因此 需要對各種符號進(jìn)行編碼 以使計(jì)算機(jī)能識別 存儲 傳送和處理 ASCII碼有7位版本和8位版本兩種 國際上通用的是7位版本 7位版本的ASCII碼有128個(gè)元素 其中通用控制字符34個(gè) 阿拉伯?dāng)?shù)字10個(gè) 大 小寫英文字母52個(gè) 各種標(biāo)點(diǎn)符號和運(yùn)算符號32個(gè) 7位版本ASCII碼只需用7個(gè)二進(jìn)制位 27 128 2020年3月13日 28 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 8位ASCII碼需用8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼 當(dāng)最高位為0時(shí) 稱為基本ASCII碼 編碼與7位ASCII碼相同 當(dāng)最高位為1時(shí) 形成擴(kuò)充的ASCII碼 它表示數(shù)的范圍為128 255 可表示128種字符 通常各個(gè)國家都把擴(kuò)充的ASCII碼作為自己國家語言文字的代碼 2020年3月13日 29 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 3 漢字編碼我國用戶在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理時(shí) 一般都要用到漢字 因此 必須解決漢字的輸入 輸出以及漢字處理等一系列問題 當(dāng)然 關(guān)鍵問題是要解決漢字編碼的問題 由于漢字是象形文字 數(shù)目很多 常用漢字就有3000 5000個(gè) 加上漢字的形狀和筆畫多少差異極大 因此 不可能用少數(shù)幾個(gè)確定的符號將漢字完全表示出來 或像英文那樣將漢字拼寫出來 每個(gè)漢字必須有它自己獨(dú)特的編碼 1 信息交換用漢字編碼字符集 基本集 信息交換用漢字編碼字符集 基本集 是我國于1980年制定的國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312 80 代號為國標(biāo)碼 是國家規(guī)定用于漢字信息交換使用的代碼依據(jù) 2020年3月13日 30 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 2 漢字的機(jī)內(nèi)碼漢字的機(jī)內(nèi)碼是供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行存儲 加工處理 傳輸統(tǒng)一使用的代碼 又稱為漢字內(nèi)部碼或漢字內(nèi)碼 3 漢字的輸入碼 外碼 漢字輸入碼是為了將漢字通過鍵盤輸入計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的代碼 漢字輸入編碼方案很多 其表示形式大多用字母 數(shù)字或符號 4 漢字的字形碼漢字字形碼是漢字字庫中存儲的漢字字形的數(shù)字化信息 用于漢字的顯示和打印 2020年3月13日 31 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及其工作原理 1 4 1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件硬件系統(tǒng) 是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備的總稱 2020年3月13日 32 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 硬件系統(tǒng)的基本組成 運(yùn)算器 用于各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 控制器 起著統(tǒng)一指揮管理計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作 輸入設(shè)備 輸入和轉(zhuǎn)換 常用的輸入設(shè)備有 鍵盤 鼠標(biāo) 掃描儀 光筆 數(shù)字化儀等 輸出設(shè)備 輸出和轉(zhuǎn)換 常用的輸出設(shè)備有 顯示器 打印機(jī) 繪圖儀等 存儲器 用于存儲各種程序和數(shù)據(jù) 2020年3月13日 33 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 1 4 2計(jì)算機(jī)的基本工作原理 計(jì)算機(jī)是如何工作的 CPU 2020年3月13日 34 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 軟件分類 系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng) 語言處理程序 連接程序 診斷程序 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 應(yīng)用軟件 文字處理軟件 表格處理軟件 輔助設(shè)計(jì)軟件 實(shí)時(shí)控制軟件 軟件 程序 數(shù)據(jù) 文檔 1 4 3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件 2020年3月13日 35 功能 為發(fā)揮計(jì)算機(jī)效能的程序 1 操作系統(tǒng) OperatingSystem 它起著指揮 控制 協(xié)調(diào)內(nèi)存與外設(shè)的工作 是計(jì)算機(jī)所有資源的管理者和組成織者 是輔助應(yīng)用程序的開發(fā)和執(zhí)行者 也是其它軟件運(yùn)行時(shí)所必須的依賴基礎(chǔ) 常用操作系統(tǒng) Windows3 x 95 98 WindowsNT 2000 xp UNIX Linux DOS 任務(wù) 1 管理好計(jì)算機(jī)的所有資源 2 擔(dān)當(dāng)人和機(jī)器的接口 系統(tǒng)軟件 2020年3月13日 36 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 2 語言處理程序和聯(lián)接程序 源程序 可執(zhí)行程序 目標(biāo)程序 編輯程序 匯編或編譯程序 聯(lián)接程序 機(jī)器語言 高級語言 匯編語言 2020年3月13日 37 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室 常用的服務(wù)程序有 編輯程序 能提供方便的編輯環(huán)境 使用戶通過簡單的操作就可建立 修改程序或其它文件 連接裝配程序 可以把幾個(gè)分別編譯的目標(biāo)程序連接成一個(gè)目標(biāo)程序 并在必要時(shí)和系統(tǒng)提供的庫程序相連接 得到一個(gè)可執(zhí)行程序 測試程序 能檢查出程序中的某些錯(cuò)誤 方便用戶對錯(cuò)誤的排除 診斷程序 能檢測計(jì)算機(jī)硬件故障并對故障定位 方便用戶對計(jì)算機(jī)維護(hù) 3 常用服務(wù)程序 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供多種服務(wù)程序 它們可供用戶共享 方便用戶使用計(jì)算機(jī)和管理人員維護(hù)管理計(jì)算機(jī) 2020年3月13日 38 數(shù)據(jù)庫 DB 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序 用戶 DBMS DB 數(shù)據(jù)庫應(yīng)