計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 (王太雷 葉長國)ch01

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識教學(xué)目標(biāo)了解信息技術(shù)的相關(guān)概念了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程、特點(diǎn)、應(yīng)用和分類掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（重點(diǎn)）掌握信息在計(jì)算機(jī)中的表示形式（重點(diǎn)、難點(diǎn)）計(jì)算機(jī)是什么？計(jì)算機(jī)已經(jīng)成了社會的必需品Computersareeverywhere！計(jì)算機(jī)是一種相對其能力而言比較便宜的工具，同一臺機(jī)器能夠做許多種不同的事：算題（科學(xué)計(jì)算）制作圖案處理文字記錄事實(shí)控制其他機(jī)器游戲發(fā)送消息識別語音為什么計(jì)算機(jī)成了社會的必需品？畫圖幫助人進(jìn)行決策模擬世界上的事物制作影視特技幫助人進(jìn)行設(shè)計(jì)幫助人制定計(jì)劃……問題：大多數(shù)機(jī)器只能做一類事，為什么計(jì)算機(jī)能夠做許多種不同的事？是不是計(jì)算機(jī)什么事都能做？計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程第一節(jié)計(jì)算機(jī)概論什么是計(jì)算機(jī)？

計(jì)算機(jī)是一種能夠接收和存儲信息，并把存儲在內(nèi)部的程序?qū)斎胄畔⑦M(jìn)行加工、處理，得到人們所期望的結(jié)果，然后把處理結(jié)果輸出的高度自動化設(shè)備。ComputerProcessStorageInputOutput框圖計(jì)算機(jī)的萌芽古代：商業(yè)活動中用來記錄和計(jì)算的設(shè)備古巴比倫的粘土板（公元前4000年）中國的算盤（公元前3000年）人類最初用手指計(jì)算,結(jié)繩記事來延長記憶能力最早的人造計(jì)算工具是算籌。祖沖之就是用算籌算出圓周率π值在3.1415926和3.1415927之間，這一結(jié)果比西方早了近一千年。

珠算是由算籌演變而來，這是計(jì)算工具發(fā)展史上第一次重大改革。蘇格蘭數(shù)學(xué)家約翰?耐普爾（JohnNapier，1550-1617）創(chuàng)造了耐普爾骨條。1621年英國數(shù)學(xué)家威廉?奧垂德（WilliamOughtred，1575-1660）根據(jù)對數(shù)原理發(fā)明了圓形計(jì)算尺（circularsliderule），這是最早的模擬計(jì)算工具。早期的計(jì)算工具計(jì)算機(jī)的萌芽啟蒙時期：對鐘表機(jī)構(gòu)的好奇心與實(shí)驗(yàn)Pascaline（1642）：B.Pascal發(fā)明的一種用鐘表元件構(gòu)成的、能夠做兩個十進(jìn)制數(shù)加減法的機(jī)器Automata

（大約18世紀(jì)）:J.Droz發(fā)明一種計(jì)算器計(jì)算機(jī)的萌芽工業(yè)革命時期：紡織技術(shù)提花織機(jī)（1728）飛梭織機(jī)（1733）機(jī)械式計(jì)算機(jī)

17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)了利用齒輪技術(shù)設(shè)計(jì)制造的機(jī)械式計(jì)算機(jī)。1623年威爾赫姆?謝克哈特WilhelmSchickard（1592-1635）制作了一個能進(jìn)行六位以內(nèi)數(shù)加減法，并能通過鈴聲輸出答案的“計(jì)算鐘”。法國學(xué)家帕斯卡（Blaise

Pascal，1623-1662）年輕時為了幫助父親算帳，于1642年發(fā)明了齒輪式能實(shí)現(xiàn)加減法運(yùn)算的計(jì)算器，稱為Pascaline。

當(dāng)時Pascal曾制造了50臺這樣的計(jì)算器作為商品出售。為了紀(jì)念帕斯卡的貢獻(xiàn)，1971年尼可萊斯?沃思（Niklaus

Wirth）教授將自己發(fā)明的一種重要的程序設(shè)計(jì)語言命名為Pascal語言，這是一種很好的結(jié)構(gòu)化語言，在20世紀(jì)80年代末、90年代初曾得到廣泛學(xué)習(xí)和使用。

萊布尼茨（G.W.Leibnitz，1646-1716）是德國偉大的數(shù)學(xué)家和思想家，他和牛頓同時創(chuàng)立了微積分。1673年，萊布尼茨建造了一臺能進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算機(jī)，轟動了歐洲。萊布尼茨的這臺機(jī)器，在進(jìn)行乘法運(yùn)算時，采用進(jìn)位-加（shift-add）的方法，這種方法，后來演化為二進(jìn)制，被現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)采用。萊布尼茲的四則運(yùn)算器受當(dāng)時生產(chǎn)條件限制，可靠性差，沒有成為商品計(jì)算工具銷售使用。

1777年英國的查爾斯·馬洪（CharlesMahon，1753-1816）發(fā)明了邏輯演示器（logicdemonstrator）。這是個袖珍式的簡單器械，能解決傳統(tǒng)的演繹推理、概率以及邏輯形式的數(shù)值問題，它被稱為計(jì)算機(jī)決策與邏輯功能的先驅(qū)。

1804年法國人約瑟夫·雅各（JosephMarieJacquard，1752-1834）發(fā)明了穿孔卡織布機(jī)，引起法國絲織工業(yè)的革命。雅各織布機(jī)當(dāng)然不是計(jì)算機(jī)，但它強(qiáng)烈地影響著穿孔卡輸入輸出裝置的開發(fā)。如果找不到輸入信息和控制操作的機(jī)械方法，那么真正意義上的機(jī)械式計(jì)算機(jī)是不可能出現(xiàn)的。

1820年法國人德·考爾瑪（CharlesdeCo1mar，1785-1870）改進(jìn)了萊布尼茨的設(shè)計(jì)，制成第一個商用的機(jī)械計(jì)算機(jī)，并生產(chǎn)了1500臺。1862年在倫敦國際博覽會上獲得獎牌。

1847年英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家喬治·布爾（GeorgeBool，1815-1864）開始創(chuàng)立邏輯代數(shù)，1854年出版了名著《布爾代數(shù)》（BooleanAlgebra）。他的邏輯理論建立在兩個邏輯值“0”、“1”和三個運(yùn)算符“與”（and）、“或”（or）、“非”（not）的基礎(chǔ)上，這種簡化的二值邏輯為數(shù)字計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制數(shù)、開關(guān)邏輯元件和邏輯電路的設(shè)計(jì)鋪平了道路。1886美國人口統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)學(xué)家赫爾曼?霍勒瑞斯（HermanHollerith，1860-1929）博士，借鑒了雅各的穿孔卡原理，用穿孔卡片存儲數(shù)據(jù)，制成了第一臺機(jī)電式穿孔卡系統(tǒng)—制表機(jī)（tabulatingmachine），這臺機(jī)器參與了1890年的美國人口普查工作。結(jié)果僅僅用了6周的時間就得出了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)（62622250人），赫爾曼?霍勒瑞斯也因此大發(fā)其財(cái)。

這次人口普查工作完成后，霍勒瑞斯于1896年創(chuàng)建了制表機(jī)公司TMC（TabulatingMachineCompany），1911年TMC與另外兩家公司合并，成立了CTR公司。1924年CTR公司改名為國際商業(yè)機(jī)器公司（InternationalBusinessMachinesCorporation），這就是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域赫赫有名的IBM公司。到了19世紀(jì)初，英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴比奇（CharlesBabbage，1792-1871）取得了突破性進(jìn)展，計(jì)算機(jī)不但能快速地完成加、減、乘、除運(yùn)算，還能夠自動完成復(fù)雜的運(yùn)算，從手動機(jī)械躍入自動機(jī)械的新時代。當(dāng)時為了解決航海、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中復(fù)雜的計(jì)算，許多數(shù)學(xué)表，如對數(shù)表、函數(shù)表應(yīng)運(yùn)而生。這些數(shù)表盡管帶來了一定的方便，但其中的錯誤也非常多，巴比奇決心研制新的計(jì)算工具，用機(jī)器取代人工來計(jì)算這些實(shí)用價值很高的數(shù)學(xué)用表。

巴比奇在馬洪發(fā)明的邏輯演示器的影響下，于1822年開始設(shè)計(jì)差分機(jī)（differenceengine），其目標(biāo)是能計(jì)算具有20位有效數(shù)字的6次多項(xiàng)式的值。這是第一臺可自動進(jìn)行數(shù)學(xué)變換的機(jī)器，因此他被稱為“計(jì)算之父”。

巴比奇新的研制計(jì)劃是能夠處理數(shù)學(xué)公式的分析機(jī)（analyticalengine）的設(shè)計(jì)。分析機(jī)的重要貢獻(xiàn)在于它包括了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)所具有的5個基本組成部分。輸入裝置：用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)；存儲裝置：巴比奇稱它為倉庫（store），該裝置被設(shè)計(jì)為能存儲1000個50位10進(jìn)制數(shù)的容量，它既能存儲運(yùn)算數(shù)據(jù)，又能存儲運(yùn)算結(jié)果；資料處理裝置：巴比奇稱它為磨坊（mill），通過它來完成加、減、乘、除運(yùn)算，還能根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的符號改變計(jì)算的進(jìn)程，用現(xiàn)代術(shù)語來說，就是使用了條件轉(zhuǎn)移指令；控制裝置：使用指令進(jìn)行控制，用程序自動改變操作次序，他們是通過穿孔卡片順序輸入處理裝置的；輸出裝置：用穿孔卡片或打印方法輸出。然而，這兩種機(jī)器都沒有真正實(shí)現(xiàn)。

英國著名詩人拜倫的女兒愛達(dá)?奧古斯塔?拉夫拉斯伯爵夫人（Ada

AugustaLovelace，1815-1852）是一位思維敏捷的數(shù)學(xué)家，愛達(dá)意識到巴比奇的理論設(shè)計(jì)是完全可行的，她支持這項(xiàng)工作，改正其中的錯誤，并建議用二進(jìn)制存儲取代原設(shè)計(jì)的十進(jìn)制存儲。

她指出分析機(jī)可以像雅各織布機(jī)一樣進(jìn)行編程，并發(fā)現(xiàn)了進(jìn)行程序設(shè)計(jì)（programdesign）和編程(programming)的基本要素，還為某些計(jì)算開發(fā)了一些指令，例如可以重復(fù)使用某些穿孔卡片，按現(xiàn)代的術(shù)語來說這就是“循環(huán)程序”和“子程序”。由于她在程序設(shè)計(jì)上的開創(chuàng)性工作，被譽(yù)為是世界上第一位程序員。

1975年1月，美國國防部提出使用一種通用高級語言的必要性，并為此進(jìn)行了國際范圍的設(shè)計(jì)投標(biāo)。1979年5月最后確定了新設(shè)計(jì)的語言。海軍后勤司令部的杰克·庫柏(JackCooper)為這個新語言起了一個美麗的名字Ada，用于紀(jì)念愛達(dá)。計(jì)算理論的奠基人AlanTuring（1912~1954）1936年上研究生時發(fā)表的一篇論文中提出了圖靈機(jī)（TuringMachine），奠定了計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)。Turing與Church合作給出了數(shù)學(xué)證明，斷言未來計(jì)算機(jī)能夠象人那樣具有思維能力（因而漢語中有了“電腦”）。計(jì)算機(jī)學(xué)科的最高榮譽(yù)是ACM（美國計(jì)算機(jī)學(xué)會）圖靈獎。第二次世界大戰(zhàn)中，Turing領(lǐng)導(dǎo)的小組制造出了破譯德軍Enigma密碼的計(jì)算機(jī)，并成功地完成了任務(wù)。圖靈測驗(yàn)：

一個人在不接觸對象的情況下，進(jìn)行一系列的提問，如果他根據(jù)這些回答無法判斷對象是人還是機(jī)器，則這種計(jì)算機(jī)具有與人相當(dāng)?shù)闹橇?。世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)1946年，在賓夕法尼亞大學(xué)Moore學(xué)院，J.Eckert和J.Mauchly

為實(shí)現(xiàn)彈道計(jì)算研制成功了ENIAC（“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”，ElectronicNumericalIntegratorandComputer），它用了19000個電子管，重30噸，耗電200千瓦?，F(xiàn)在所謂的計(jì)算機(jī)就是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)始人（馮·諾依曼）1946年，JohnvonNeumann（1903~1957）發(fā)表了第一篇關(guān)于電子計(jì)算機(jī)程序存儲的論文，描述了如何用（可被存儲、讀出和執(zhí)行的）數(shù)字來表示邏輯操作（程序）。至今，大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用的都是

vonNeumann體系結(jié)構(gòu)（vonNeumann

architecture）。時至今日，所有的計(jì)算機(jī)都沒有突破馮·諾依曼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。軟件女杰GraceHopper于1943年參加美國海軍，并參與了Mark1的研制工作；1946年為UNIVAC1開發(fā)了第一個高級語言編譯程序；1959年開發(fā)了第一個面向商業(yè)信息處理的語言COBOL的編譯程序；于1973年和1985年分別晉升為美國海軍上校與海軍少將。Hopper

是第一位發(fā)現(xiàn)并排除了程序錯誤（bugs）的人。此后，人們把發(fā)現(xiàn)和排除程序錯誤的過程稱為debugging，把這樣的軟件工具稱為debuger.計(jì)算機(jī)的發(fā)展（更新?lián)Q代）第一代（1946~1957）：電子管計(jì)算機(jī)第二代（1958~1964）：晶體管計(jì)算機(jī)第三代（1965~1971）：小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第四代（1972~現(xiàn)在）：以微處理器（Microprocessors）為標(biāo)志的大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路（LSI/VLSI）計(jì)算機(jī)第五代（1991起）：新體系結(jié)構(gòu)，特征是人工智能、以互聯(lián)網(wǎng)（Internet）為標(biāo)志的信息系統(tǒng)

第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)FGCS(FifthGenerationComputerSystem)，又稱智能計(jì)算機(jī)，它由下列幾個主要部分所組成：知識庫(KB：KnowledgeBank)、

知識庫計(jì)算機(jī)(KBM：KnowledgeBankMachine)和知識庫管理系統(tǒng)(KBMS：KnowledgeBankManagementSystem)。問題求解和推理機(jī)。智能接口系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)。第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)是：用自然語言、圖形、圖像和文件進(jìn)行輸入／輸出。用自然語言進(jìn)行對話方式的信息處理，為非專業(yè)人員使用計(jì)算機(jī)提供方便。能處理和保存知識，以供使用；配備各種知識數(shù)據(jù)庫，起顧問作用。能夠自學(xué)習(xí)和推理，幫助人類擴(kuò)展自己的才能。一、計(jì)算機(jī)的起源與發(fā)展1642Pascal加法器1822Babbage差分機(jī)1833Babbage分析機(jī)1944阿肯MARKI1946ENIAC唐朝算盤計(jì)算機(jī)的發(fā)展第二代電子計(jì)算機(jī)第三代電子計(jì)算機(jī)第一代電子計(jì)算機(jī)第四代電子計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)(1946年～1958年)運(yùn)算速度幾千次每秒晶體管計(jì)算機(jī)1958年～1964年)運(yùn)算速度幾十萬次每秒集成電路計(jì)算機(jī)(1964年～1970年)運(yùn)算速度幾十萬次到幾百萬次每秒超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1964年～1970年)幾百萬次以上每秒中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史

我國的計(jì)算機(jī)事業(yè)始于1956年我國最早倡導(dǎo)研究計(jì)算技術(shù)的著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授起草了發(fā)展電子計(jì)算機(jī)的措施。8月成立了以華羅庚為主任的中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌建委員會，并組織了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)方法專業(yè)訓(xùn)練班，并首次派出一批科技人員赴蘇聯(lián)實(shí)習(xí)和考察，引進(jìn)了當(dāng)時蘇聯(lián)的M-3小型機(jī)和BECM大型機(jī)。從1964年開始，北京、天津、上海等地相繼制成一批晶體管計(jì)算機(jī)，主要機(jī)型有l(wèi)09-乙，X-2，DJS-6、7、8、21，109-丙，441B-Ⅱ、Ⅲ等十多種。

20世紀(jì)70年代以后，我國進(jìn)入集成電路計(jì)算機(jī)時期，首先問世的是111機(jī)、112機(jī)和709機(jī)。70年代中后期相繼研制成功多種每秒百萬次的大型機(jī)，計(jì)有655、150、151、905-甲、905-乙、735等型號。

1983年，我國先后研制成功757大型計(jì)算機(jī)和“銀河I”巨型計(jì)算機(jī)。757機(jī)是元器件和設(shè)備立足于國內(nèi)，由我國自行設(shè)計(jì)的第一臺大型向量計(jì)算機(jī)，每秒向量運(yùn)算千萬次。“銀河I”是每秒向量運(yùn)算一億次的計(jì)算機(jī)，它填補(bǔ)了國內(nèi)巨型計(jì)算機(jī)的空白，使我國跨進(jìn)世界研制巨型計(jì)算機(jī)行列。1986年中華學(xué)習(xí)機(jī)投產(chǎn)1985長城286投產(chǎn)1988年長城386投產(chǎn)1993銀河計(jì)算機(jī)Ⅱ型通過鑒定，運(yùn)算速度達(dá)到每秒10億次1995曙光1000研制成功，其運(yùn)算峰值可達(dá)每秒25億次1996年，國產(chǎn)聯(lián)想電腦在國內(nèi)微機(jī)市場銷售量首次實(shí)現(xiàn)排名第一。1997年，銀河－Ⅲ巨型計(jì)算機(jī)研制成功。2000年，我國自行研制成功高性能計(jì)算機(jī)“神威Ｉ”，其主要技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。2002年8月，聯(lián)想深騰1800大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制成功2003年11月，由深圳大學(xué)和清華大學(xué)聯(lián)合研制的深超-21C通過技術(shù)鑒定。2003年11月，聯(lián)想深騰6800超級計(jì)算機(jī)研制成功，在2003年11月16日公布的全球最新超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜中，深騰6800實(shí)際運(yùn)算速度居第14位。一、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)工作自動化存儲容量大精確度高運(yùn)算速度快存儲容量大通用性強(qiáng)自動化程度高精確度高二、計(jì)算機(jī)的分類數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)按處理對象按使用范圍通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)按規(guī)模巨型計(jì)算機(jī)大、中、小型計(jì)算機(jī)工作站微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）大型計(jì)算機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級（巨型）計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）是通用計(jì)算機(jī)。通常是由一個用戶來使用（單用戶，Single-user）。配有文字、聲音、圖象等輸入輸出設(shè)備?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)相聯(lián)。高檔臺式機(jī)可充當(dāng)服務(wù)器。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）功能與臺式機(jī)類似。一體化結(jié)構(gòu)。耗電更少，并配有電池，可在沒有交流電源的場合使用?？裳b在文件包中。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）以聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志。計(jì)算能力比臺式機(jī)更強(qiáng)，特別是在圖形處理方面。價格比臺式機(jī)高得多。隨著臺式機(jī)能力的不斷提高，有可能被臺式機(jī)所替代。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）向用戶提供專門的功能。靠電池供電。可裝在衣袋中。有些已具有無線通信能力。是嵌入式計(jì)算機(jī)的一類。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）具有比微機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)存儲能力。多個用戶可以同時使用（多用戶，Multi-user）。目前主要用作服務(wù)器。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）具有比小型機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。價格比小型機(jī)高。在銀行等最早使用計(jì)算機(jī)的行業(yè)中廣泛使用。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）擁有最強(qiáng)的并行計(jì)算能力，主要用于科學(xué)計(jì)算。在氣象、軍事、能源等領(lǐng)域承擔(dān)大規(guī)模、高速度的計(jì)算任務(wù)。趨勢是用許多臺計(jì)算機(jī)構(gòu)成一臺超級計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的類別微型計(jì)算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計(jì)算機(jī)（Desktop）膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）工作站（Workstation）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）小型計(jì)算機(jī)（小型機(jī)，Minicomputer）主機(jī)（大型機(jī)，Mainframecomputer）超級計(jì)算機(jī)（Supercomputer）專用計(jì)算機(jī)（Special-purposecomputer）/嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）具有面向特定電子設(shè)備的專門計(jì)算能力。一般被嵌入在特定的電子設(shè)備中，直接控制電子設(shè)備。具有廣泛的發(fā)展前途。三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理過程控制人工智能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)多媒體技術(shù)電子商務(wù)四、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化進(jìn)制（數(shù)制）即進(jìn)位計(jì)數(shù)值。就是用進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。三要素：數(shù)碼:一組用來表示某種數(shù)制的符號?；鶖?shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)稱為“基數(shù)”或“基”，常用“R”表示，稱R進(jìn)制。位權(quán):指數(shù)碼在不同位置上的權(quán)值。在進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，處于不同數(shù)位的數(shù)碼代表的數(shù)值不同。不同進(jìn)制數(shù)的表示方法數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換第二節(jié)計(jì)算機(jī)中信息的編碼1.常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制1）十進(jìn)制（DecimalSystem）

由0、1、2、…、8、9十個數(shù)碼組成，即基數(shù)為10。2）二進(jìn)制（BinarySystem）

由0、1兩個數(shù)碼組成，即基數(shù)為2。3）八進(jìn)制（OctalSystem）由0…、7八個數(shù)碼組成，即基數(shù)為8。4）十六進(jìn)制（HexadecimalSystem）

由0、…、9、A、…、F十六個數(shù)碼組成，即基數(shù)為16。

十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的對應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)位權(quán)法：把各非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和

轉(zhuǎn)換公式：(F)10=a1×xn-1+a2×xn-2+...+am-1×x1+am×x0+am+1×x-1+...示例：

(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1

×2-1=8+0+2+1+0.5 =(11.5)10十進(jìn)制整數(shù)非十進(jìn)制整數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分采用不同的方法整數(shù)部分采用除基數(shù)逆向取余法小數(shù)部分采用乘基數(shù)正向取整法例：100.345D=()B1002502252122623210余數(shù)結(jié)果：110010021100100.010110010011整數(shù)部分：除基數(shù)逆向取余法10.3450.690

0.760

1.520

1.04222

2

2

1.3800101結(jié)果：0.01011小數(shù)部分：乘基數(shù)正向取整法十進(jìn)制小數(shù)并不是都能夠用有限位的其他進(jìn)制數(shù)精確地表示,這時應(yīng)根據(jù)精度要求轉(zhuǎn)換到一定的位數(shù)為止，此時可以采用0舍1入的方法進(jìn)行處理（類似于十進(jìn)制中的四舍五入的方法）作為其近似值。

如果一個十進(jìn)制數(shù)既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分，則應(yīng)將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

整數(shù)從右向左三位并一位小數(shù)從左向右三位并一位二進(jìn)制八進(jìn)制一位拆三位一位拆四位

整數(shù)從右向左四位并一位小數(shù)從左向右四位并一位二進(jìn)制十六進(jìn)制

例：100110110111.0101B=()O=()H100110110111.0101100110110111.0101（4667.26）8(9B7.5)1600思考計(jì)算機(jī)內(nèi)部為何采用二進(jìn)制？易于用物理元件表示:計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)。運(yùn)算規(guī)則簡單可靠性高:兩個狀態(tài)表示的二進(jìn)制兩個數(shù)碼，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯。邏輯性強(qiáng):計(jì)算機(jī)工作原理是建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)。計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位位（b）:位是計(jì)算機(jī)存儲信息的最小單位字節(jié)(B):字節(jié)是信息處理的基本單位，一個字節(jié)由八位二進(jìn)制數(shù)組成，即1Byte=8bit。1KB=1024B=210B另外還有MB、GB、TB字長: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，性能越強(qiáng)。常用的字長有8位、16位、32位、64位。計(jì)算機(jī)中的信息表示數(shù)值信息在計(jì)算機(jī)中的表示非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示整數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示在計(jì)算機(jī)中，按照既定的二進(jìn)制位數(shù)（稱為碼長），最左邊的那一位（稱為符號位）用來表示一個整數(shù)的正負(fù)號：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。符號位之后的那些位（稱為數(shù)值位），用來表示這個整數(shù)的絕對值。在計(jì)算機(jī)中，數(shù)可以有三種不同的二進(jìn)制表示方法（差別在于負(fù)數(shù)之?dāng)?shù)值位的表示不同）：原碼表示反碼表示補(bǔ)碼表示原碼表示在給定碼長后，根據(jù)一個整數(shù)的正負(fù)填寫符號位，再將這個整數(shù)之絕對值的二進(jìn)制表示，按照數(shù)值位的長度在前面補(bǔ)足必要的0后，就得到這個整數(shù)的原碼表示。若碼長為8，則123（10）的原碼表示是：

01111011-123（10）的原碼表示是：

11111011若碼長為16，則123（10）的原碼表示是：

0000000001111011-123（10）的原碼表示是：

1000000001111011n位二進(jìn)制原碼的表數(shù)范圍：

-(2n-1–1)≤N≤(2n-1-1)原碼中0有兩種表達(dá)方式（+0、-0）原碼表示方法簡單直觀，但機(jī)器中原碼不便于運(yùn)算！

真值8位原碼真值16位原碼

+127011111117FH+327677FFFH+126011111107EH+327667FFEH......……...+20000001002H+20002H+10000000101H+10001H00000000000H00000H

-01000000080H-08000H

-11000000181H-1FFFFH-21000001082H-2FFFEH......……...-12611111110FEH-327668002H-12711111111FFH-327678001H-128-327682n-1-1-(2n-1-1)反碼表示規(guī)定：一個正整數(shù)的反碼表示與其原碼表示相同；一個負(fù)整數(shù)的反碼表示：對其原碼表示的數(shù)值位進(jìn)行按位變反（按位將1換成0、將0換成1）的結(jié)果。例如（若碼長為8）： (26)（反）=

(26)（原）=

00011010 (-26)（反）=

11100101

(10011010→11100101)0也有兩種反碼表示：0000000011111111補(bǔ)碼表示我們先來看一個例子9999999（汽車上的里程表）補(bǔ)碼表示我們先來看一個例子9999999（汽車上的里程表）0000000123補(bǔ)碼表示在這個例子中，當(dāng)里程表上的數(shù)字是999999.9時，再行進(jìn)0.1公里，里程表顯示的是000000.0。如果我們只看整數(shù)部分：由于999999+1=000000，（從儀表盤上看到的結(jié)果），所以從算術(shù)運(yùn)算的角度看，這里999999的作用相當(dāng)于-1。這就說明，當(dāng)限制了數(shù)據(jù)的表示長度時，要得到一個與正整數(shù)k對應(yīng)的負(fù)數(shù)表示，可以認(rèn)為：要得到的那個數(shù)加上這個正整數(shù)之后等于0。我們稱之為求補(bǔ)。在上面的例子中，要得到1的負(fù)數(shù)表示-1，就是看哪個數(shù)加上1后等于0。這個數(shù)便是999999。Why？“|-n|”|n|

00補(bǔ)碼表示初等數(shù)學(xué)告訴我們：一個有理數(shù)是數(shù)軸上的一個點(diǎn)。由于數(shù)軸是無限長的，所以用這個點(diǎn)與數(shù)0所在的點(diǎn)之間的距離（絕對值）與方向（正負(fù)），來唯一地表示這個數(shù)：-nn當(dāng)“數(shù)軸”為有限長時，還可以用另一種方法來唯一地表示負(fù)數(shù)的絕對值：-nn|-n|

|n|

距離越小，絕對值越小→↑距離越大，絕對值越小求補(bǔ)就是求“|-n|”。=補(bǔ)碼表示回到給定碼長的二進(jìn)制表示上來：例如，當(dāng)碼長為8（即數(shù)值位數(shù)為7），則26（10）=0011010那么，要得到-26（10），就是求一個二進(jìn)制數(shù)c：使得：

c

+0011010=0000000這樣的c就是|-26（10）|的二進(jìn)制表示：

1100110因?yàn)椋?/p>

1100110+）0011010

0000000因碼長有限，進(jìn)位被丟棄補(bǔ)碼表示規(guī)定：一個正整數(shù)的補(bǔ)碼表示與它的原碼表示相同；一個負(fù)整數(shù)的補(bǔ)碼表示：符號位為1，數(shù)值位是其絕對值的求補(bǔ)結(jié)果。對于一個負(fù)整數(shù)，怎樣求它的補(bǔ)碼表示？一條簡單規(guī)則：對其原碼表示的數(shù)值位按位變反后加1。例：當(dāng)碼長為8，求-26（10）的補(bǔ)碼表示（11100110）：原碼表示是：10011010按位變反后：11100101加1

后得到：11100110，即得到其補(bǔ)碼表示。121234567891011121234567891011另一個例子3＋5＝83-7＝81212345678910111212345678910118-4＝48+8＝4n位二進(jìn)制補(bǔ)碼的表數(shù)范圍：（-2n-1

）

≤N≤（2n-1-1）（-2n-1）的補(bǔ)碼100······000為按等效原則定義的?。o法從原碼轉(zhuǎn)換而來）

真值8位補(bǔ)碼真值16位補(bǔ)碼

+127011111117FH+327677FFFH+126011111107EH+327667FFEH......……...+20000001002H+20002H+10000000101H+10001H00000000000H00000H-0-0-111111111FFH-1FFFFH-211111110FEH-2FFFEH......……...-1261000001082H-327668002H-1271000000181H-327678001H-1281000000080H

-327688000H-2n-12n-1-1計(jì)算機(jī)中為什么使用補(bǔ)碼表示數(shù)使符號位能與有效值部分一起參加運(yùn)算,從而簡化運(yùn)算規(guī)則.使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算,進(jìn)一步簡化計(jì)算機(jī)中運(yùn)算器的線路設(shè)計(jì)

定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)表示法：

在機(jī)器中，小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)。1、定點(diǎn)小數(shù)表示法，即小數(shù)點(diǎn)固定在符號位與最高位之間。N0.N-1N-2N-m

符號位小數(shù)點(diǎn) 數(shù)值部分2、定點(diǎn)整數(shù)表示法，此時將小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)的最低位的后面。

N0

NnNn-1N2N1.符號位數(shù)值部分 小數(shù)點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則比較簡單，但不適宜對數(shù)值范圍變化比較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。浮點(diǎn)表示法

浮點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)大數(shù)的表示范圍。浮點(diǎn)數(shù)由兩部分組成，一部分用以表示數(shù)據(jù)的有效位，稱為尾數(shù)；一部分用于表示該數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置，稱為階碼。一般階碼用整數(shù)表示，尾數(shù)大多用小數(shù)表示。一個數(shù)N用浮點(diǎn)數(shù)表示可以寫成：

N＝M·ReM表示尾數(shù)，e表示指數(shù)，R表示基數(shù)。基數(shù)一般取2，8，16。一旦機(jī)器定義好了基數(shù)值，就不能再改變了。因此，在浮點(diǎn)數(shù)表示中基數(shù)不出現(xiàn)，是隱含的。規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)：為了提高浮點(diǎn)數(shù)表示的精度通常規(guī)定其尾數(shù)的最高位必須是非零的有效位，稱為浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化形式。信息的編碼數(shù)值的編碼文字的編碼字符編碼漢字編碼漢字交換碼漢字機(jī)內(nèi)碼漢字字形碼漢字輸入碼1）字符編碼：目前采用的字符編碼主要是ASCII碼，它是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的縮寫（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼），已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO采納，作為國際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII碼是一種西文機(jī)內(nèi)碼，有7位ASCII碼和8位ASCII碼兩種，7位ASCII碼稱為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼，8位ASCII碼稱為擴(kuò)展ASCII碼。7位標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用一個字節(jié)（8位）表示一個字符，并規(guī)定其最高位為0，實(shí)際只用到7位，因此可表示128個不同字符。同一個字母的ASCII碼值小寫字母比大寫字母大32。字符的編碼2）漢字編碼（1）漢字交換碼：由于漢字?jǐn)?shù)量極多，一般用連續(xù)的兩個字節(jié)（16個二進(jìn)制位）來表示一個漢字。1980年，我國頒布了第一個漢字編碼字符集標(biāo)準(zhǔn)，即GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，該標(biāo)準(zhǔn)編碼簡稱國標(biāo)碼，是我國大陸地區(qū)及新加坡等海外華語區(qū)通用的漢字交換碼。GB2312-80收錄了6763個漢字，以及682符號，共7445個字符，奠定了中文信息處理的基礎(chǔ)。（2）漢字機(jī)內(nèi)碼：國標(biāo)碼GB2312不能直接在計(jì)算機(jī)中使用，以為它沒有考慮與基本的信息交換代碼ASCII碼的沖突。比如：“大”的國標(biāo)碼是3473H，與字符組