《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程》計算機(jī)基礎(chǔ)知識

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1、第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識 學(xué)習(xí)目標(biāo): 通過本章學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握計算機(jī)基本概念、計算機(jī)系統(tǒng)組成、計算機(jī)各大硬件設(shè)備、計算機(jī)的數(shù)制和信息的表示與存儲，并熟悉計算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展、特點和應(yīng)用領(lǐng)域，了解計算機(jī)中字符編碼的概念。 1.1計算機(jī)概述 隨著微型計算機(jī)的出現(xiàn)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng) 域，并逐步改變著人們的生活方式。21世紀(jì)的今天，掌握和使用計算機(jī)成為人們必不可 少的技能。 1.1.1 計算機(jī)的誕生及發(fā)展 1946年2月，世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC（埃尼阿克）在美國加少M問世。ENIAC 使用了17468電子管，1500個繼電器，體積3000立方英尺（

2、1立方米=35.346立方英尺），占地170平方米，重30噸，耗電174千瓦。內(nèi)存17K,字長12位，運算速度每秒5000多次加法運算，300多次乘法運算，比當(dāng)時最快的計算工具快300倍，耗資40萬美金。 在當(dāng)時用它來處理彈道問題，將人工計算使用20小時縮短到30秒。但是ENIAC卻有一 個嚴(yán)重的問題，它不能存儲程序。如圖1-1所示。 □圖1-1世界上第一臺電子計算機(jī) 幾乎在同 一時期，著名數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了“存儲程序”和“程序控制”的概念。其主要思想 為： 1）采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。 2）計算機(jī)應(yīng)包括運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件。 3）采用存

3、儲程序和程序控制的工作方式。 所謂存儲程序，就是把程序和處理問題所需的數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼形式預(yù)先按一定順序存放到計算機(jī)的存儲器里。計算機(jī)運行時，中央處理器依次從內(nèi)存儲器中逐條取出指令，按指令規(guī)定執(zhí)行一系列的基本操作，最后完成一個復(fù)雜的工作。這一切工作都是由一個擔(dān)任指揮工作的控制器和一個執(zhí)行運算工作的運算器共同完成的，這就是存儲程序控制的工作原理。 馮?諾依曼的上述思想奠定了現(xiàn)代計算機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)，所以后來人們將采用這種設(shè)計思想的計算機(jī)稱為馮?諾依曼型計算機(jī)。從1946年第一臺計算機(jī)誕生至今，雖然計算機(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)都有了極大的發(fā)展，但今天使用的絕大多數(shù)計算機(jī)其工作原理和基 本結(jié)構(gòu)仍然遵循

4、著馮?諾依曼的思想。 計算機(jī)由于所使用的元器件的迅速發(fā)展經(jīng)歷了五個時代，如表1-1所示。 代 日期 邏輯元件 上存 輔存 速度（次/ 秒） 軟件 代表產(chǎn)品 ，-代 1946-1957 電子管 水銀延遲線磁鼓 磁帶 5千~4萬 機(jī)器語百、 ，匚編語百 UNIVAC 第二代 1958-1964 晶體管 磁芯 磁帶、 磁盤 幾十萬~幾白力 [Wj級語百、管理程序 IBM7000、 UNIVACII 第三代 1965-1970 中小集成電路 半導(dǎo)體存儲器 磁盤 幾白力~幾千萬 操作系統(tǒng)診斷程序 IBMsystem/360 第四

5、代 1971-現(xiàn)在 超大規(guī)模集成電路 半導(dǎo)體 存儲器 磁盤、 上億 固件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫 第五代 智能機(jī) 能聽、說、看、有思維能力等的新一代的計算機(jī)被稱為智能計算機(jī)。 表1-1計算機(jī)年代的劃分 1.1.2 計算機(jī)分類 計算機(jī)按工作原理分可分為：模擬電子計算機(jī)、數(shù)字電子計算機(jī)、模擬數(shù)字混合計算機(jī)；按功能分可分為專用計算機(jī)和通用計算機(jī)；按工作模式分可分為工作站和服務(wù)器；按規(guī)模分可分為：巨型計算機(jī)、大型計算機(jī)、中型計算機(jī)、小型計算機(jī)和微型計算機(jī)。如銀河系列計算機(jī)：運行速度每秒上百億次，如圖1-2所示。 圖1-2銀河系列計算機(jī) 1.1.3 計算機(jī)特點 1 .運算速

6、度快 當(dāng)今計算機(jī)系統(tǒng)的運算速度已達(dá)到每秒萬億次，微機(jī)也可達(dá)每秒億次以上，使大量 復(fù)雜的科學(xué)計算問題得以解決。例如：衛(wèi)星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣 預(yù)報的計算等，過去人工計算需要幾年、幾十年，而現(xiàn)在用計算機(jī)只需幾天甚至幾分鐘就可完成。 2 .計算精確度高 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計算。計算機(jī)控制的導(dǎo)彈之所以能準(zhǔn)確地?fù)糁蓄A(yù)定的目標(biāo)，是與計算機(jī)的精確計算分不開的。一般計算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位（二進(jìn)制）有效數(shù)字，計算精度可由千分之幾到百萬分之幾，是任何 計算工具所望塵莫及的。 3 .存儲容量大 計算機(jī)不僅能進(jìn)行計算，而且能把參加運算的數(shù)據(jù)

7、、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果保存起來，以供用戶隨時調(diào)用。計算機(jī)的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計算機(jī)具有了“記憶”功能。隨著計算機(jī)存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多。計算機(jī)的“記憶”功能是與傳統(tǒng)計算工具的一個重要區(qū)別。 4 .具有邏輯判斷能力 計算機(jī)的運算器除了能夠完成基本的算術(shù)運算外，還具有對各種信息進(jìn)行比較、判斷等邏輯運算的功能。這種能力是計算機(jī)處理邏輯推理問題的前提。 5 .自動化程度高，通用性強(qiáng) 計算機(jī)內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進(jìn)行的。用戶根據(jù)解題需要，事先設(shè)計好運行步驟與程序，計算機(jī)十分嚴(yán)格地按程序規(guī)定的步驟操作，整個過程不需人工干預(yù)，自動化程度高，這一

8、特點是一般計算工具所不具備的。 計算機(jī)通用性的特點表現(xiàn)在幾乎能求解自然科學(xué)和社會科學(xué)中一切類型的問題，能廣泛地應(yīng)用各個領(lǐng)域。 1.2計算機(jī)系統(tǒng)組成及應(yīng)用 完整的計算機(jī)系統(tǒng)包括：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是計算機(jī)的“軀干”，是基 礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)是建立在“軀干”上的“靈魂”。其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。 計算機(jī) 系統(tǒng) 圖1-3計算機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 在計算機(jī)系統(tǒng)中，硬件是軟件賴以工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件的正常工作是硬件發(fā)揮作 用的唯一途徑。計算機(jī)系統(tǒng)必須要配備完善的軟件系統(tǒng)才能正常工作，且充分發(fā)揮其硬件的各種功能。所以軟件與硬件一樣，都是計算機(jī)工作必不可少的組成部分。那么，計算機(jī)由用戶

9、來使用，用戶與計算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系如圖1-4所示。 1.2.1 硬件系統(tǒng)基本組成 電子計算機(jī)從誕生至今，其體系結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化，仍舊沿用馮?諾依曼體系 結(jié)構(gòu)，即計算機(jī)硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備組成，如圖1-5所示。 圖1-5計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1 .運算器 運算器又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,ALU),是計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，也就是對二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運算，或進(jìn)行與、或、非等的基本邏輯運算，從而實現(xiàn)邏輯判斷。運算器是在控制器的控制下實現(xiàn)算術(shù)邏輯運算功能，運算結(jié)果由控制器送到內(nèi)存

10、中。 2 .控制器 控制器是計算機(jī)指揮和控制中心。它負(fù)責(zé)從內(nèi)存中取出指令，確定指令類型，并對指令進(jìn)行譯碼，按時間的先后順序，向計算機(jī)的各個部件發(fā)出控制信號，使整個計算機(jī)系統(tǒng)的各個部件協(xié)調(diào)一致地工作，從而一步一步地完成各種操作。 控制器主要由指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器、時序部件、操作控制部件等部件組成。 3 .存儲器 存儲器是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的部件，用于保存程序及數(shù)據(jù)，以及運算的結(jié)果。包括數(shù) 據(jù)寄存器和地址寄存器。數(shù)據(jù)寄存器用于暫存操作數(shù)和運算結(jié)果，地址寄存器用于存放 需要訪問的存儲單元的地址。 4 .輸入設(shè)備輸入設(shè)備負(fù)責(zé)把用戶命令，包括程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)中，是人與計算

11、機(jī)之間對 話的重要工具。文字、圖形、聲音、圖像等信息都要通過輸入設(shè)備才能被計算機(jī)接受。 常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。 5 .輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機(jī)運算或處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成用戶所需要的各種形式輸出。常見的 輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)等。 1.2.2 軟件系統(tǒng) 計算機(jī)軟件是各種程序和文檔的總稱，程序是人們?yōu)槭褂嬎銠C(jī)完成某向特定的任務(wù) 而編寫的按一定次序排列和執(zhí)行的命令和數(shù)據(jù)的集合，文檔則是應(yīng)用各種編輯系統(tǒng)編寫 的文本或帶格式的文本。計算機(jī)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指控制、 管理和協(xié)調(diào)計算機(jī)及其外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運行的軟件的總稱。系統(tǒng)

12、軟件 包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務(wù)程序。 1 ．操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是管理、控制和監(jiān)督計算機(jī)軟、硬件資源協(xié)調(diào)運行的程序系統(tǒng)，由一系列 具有不同控制和管理功能的程序組成，它是直接運行在計算機(jī)硬件上的、最基本的系統(tǒng) 軟件，是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)是計算機(jī)發(fā)展中的產(chǎn)物，它的主要目的有兩個：一 是方便用戶使用計算機(jī)，是用戶和計算機(jī)的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自 動完成復(fù)雜的功能，這就是操作系統(tǒng)幫助的結(jié)果；二是統(tǒng)一管理計算機(jī)系統(tǒng)的全部資源， 合理組織計算機(jī)工作流程，以便充分、合理地發(fā)揮計算機(jī)的效率。有關(guān)操作系統(tǒng)的知識 將在第3章做進(jìn)一步的介紹。 2．程序設(shè)計語言 計

13、算機(jī)語言是人們根據(jù)描述實際問題的需要而設(shè)計的、用于書寫計算機(jī)程序的語言。 程序設(shè)計語言就是人們設(shè)計出來的能讓計算機(jī)讀懂并且能完成某特定事的語言。程序設(shè) 計語言從低級到高級依次為機(jī)器語言、匯編語言、高級語言三類。低級語言包括機(jī)器語 言和匯編語言。按照語言對機(jī)器的依賴程度，可分為： 1)機(jī)器語言(MachineLanguage)是以二進(jìn)制代碼形式表示的機(jī)器基本指令的集合。 它的特點是運算速度快，每條指令都是0和1的組合，不同計算機(jī)其機(jī)器語言不同，難 閱讀，難修改，難移植。 2)匯編語言(AssembleLanguage)是為了解決機(jī)器語言難于理解和記憶，用易于理解 和記憶的名稱和符

14、號表示的機(jī)器指令。例如，加法指令A(yù)DD傳送指令MOV匯編語言雖 比機(jī)器語言直觀，但基本上還是一條指令對應(yīng)一種基本操作，對同一問題編寫的程序在 不同類型的機(jī)器上仍然是互不通用。匯編語言必須經(jīng)過語言處理程序(匯編程序)的翻 譯才能被計算機(jī)識別。 3)高級語言(HighLevelLanguage)是人們?yōu)榱私鉀Q低級語言的不足而設(shè)計的程序設(shè)計語言。它是由一些接近于自然語言和數(shù)學(xué)語言的語句組成。易學(xué)、易用、易維護(hù)。但是由于機(jī)器硬件不能直接識別高級語言中的語句，因此必須經(jīng)過“翻譯程序”，將用高級語言編寫的程序翻譯成機(jī)器語言的程序才能執(zhí)行。一般說來用它的編程效率高，執(zhí)行速度沒有低級語言高。高級語言必

15、須經(jīng)過語言處理程序(編譯程序等)的翻譯才能被計算機(jī)識別。目前最常用的高級語言有：C語言、C++、Java、Delphi等。 除機(jī)器語言外，采用其他程序設(shè)計語言編寫的程序，計算機(jī)都不能直接識別其指令， 這種程序稱為源程序，必須把源程序翻譯成等價的機(jī)器語言程序，即計算機(jī)能識別的0 與1的組合，承擔(dān)翻譯工作的即為語言處理程序。語言處理程序是把源程序翻譯成與之 等價的另一種語言表示的程序。其工作方法有解釋和編譯二種。如圖1-6(a)、(b)所示。 編輯程序，解釋一條執(zhí)行一條 編譯程序 tWj級語日 源程序 機(jī)器語百 目標(biāo)程序 M 1-6(a)編譯過程示意圖 執(zhí)行 結(jié)果 tW

16、j級語日 源程序 圖1-6(b)解釋過程示意圖 執(zhí)行 結(jié)果 應(yīng)用軟件是為計算機(jī)在特定領(lǐng)域中的應(yīng)用而開發(fā)的專用軟件。應(yīng)用軟件具體可分為 兩類：面向問題的應(yīng)用程序，如現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)、財務(wù)軟件、訂票系統(tǒng)、電話查詢系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、旅館服務(wù)系統(tǒng)。為用戶使用而開發(fā)的各種工具軟件，如診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序、鏈接程序、字處理軟件、圖形處理軟件、系統(tǒng)操作、維護(hù)軟件等。 應(yīng)用軟件包括的范圍是極其廣泛的，可以這樣說，哪里有計算機(jī)應(yīng)用，哪里就有應(yīng) 用軟件。如辦公應(yīng)用Office、WPS平面設(shè)計PhotoShop、Illustrator、CorelDraw;視頻處理Premiere、Af

17、terEffects、會聲會影；網(wǎng)站建設(shè)FrontPage、Dreamwerver;輔助設(shè)計AutoCAD;三維制作3DSMax多媒體開發(fā)Authorware、Flash等等。 1.2.3 計算機(jī)應(yīng)用 1 .科學(xué)計算 科學(xué)計算通常是指用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算，如應(yīng)用于天氣預(yù)報、地震分析、導(dǎo)彈攔截大量的數(shù)值計算與分析等，是計算機(jī)最早的應(yīng)用領(lǐng)域。在計算機(jī)誕生初期，計算機(jī)主要用于科學(xué)計算，在彈道計算上顯示了它的巨大威力。當(dāng)時，用ENIAC計算炮彈從發(fā)射到彈道軌道40個點的位置只用了3秒，代替了7個小時的人工計算，速度提高了8400倍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得各種領(lǐng)域中的

18、計算模型日趨復(fù)雜，人工計算已無法解決這些復(fù)雜的計算問題?？茖W(xué)計算的特點是計算工作量大、數(shù)值變化范圍大。 2 .信息處理 信息處理是指對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理(如分類、合并、統(tǒng)計、分析等)。使用計 算機(jī)和其他輔助方式，把人們在各種實踐活動中產(chǎn)生的大量信息：文字、聲音、圖片、視頻等，按照不同的要求，及時地收集儲存、整理、傳輸和應(yīng)用。與科學(xué)計算不同，數(shù)據(jù)處理涉及的數(shù)據(jù)量大。信息處理也為社會和經(jīng)濟(jì)的管理和決策提供了新的技術(shù)手段， 使辦公自動化這一門綜合的科學(xué)技術(shù)提高到了一個新的水平。大大提高政府、企業(yè)等的 辦公效率，提高領(lǐng)導(dǎo)決策水平。 3．計算機(jī)輔助系統(tǒng) 計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer

19、AidedDesign，CAD）就是用計算機(jī)幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè) 計。由于計算機(jī)有快速的數(shù)值計算、較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理以及模擬的能力，輔助設(shè)計系統(tǒng)配 有專門的計算程序用來幫助設(shè)計人員完成復(fù)雜的計算，配有專業(yè)繪圖軟件用來協(xié)助設(shè)計 人員繪制設(shè)計圖紙。使CAD技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。采用計算機(jī)輔助設(shè)計后，不但降低了設(shè) 計人員的工作量，提高了設(shè)計的速度，更重要的是提高了設(shè)計的質(zhì)量。 計算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）是用計算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的 管理、控制和操作的過程。計算機(jī)輔助設(shè)計的產(chǎn)品，可以直接通過專門的加工制造設(shè)備 自動生產(chǎn)出來。使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品

20、的質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufactureSystem，CIMS）是指以計算機(jī) 為中心的現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理與產(chǎn)品開發(fā)制造的新一代制造系統(tǒng)，是CAD、 CAPP、CAM、CAE、CAQ（計算機(jī)輔助質(zhì)量管理）、PDMS（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）、管理 與決策、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫及質(zhì)量保證系統(tǒng)等子系統(tǒng)的技術(shù)集成。 計算機(jī)輔助教學(xué)（ComputerAidedInstruction，CAI）是在計算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué) 活動，以對話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。 CAI為學(xué)生提供一個良好

21、的個人化學(xué)習(xí)環(huán)境，綜合應(yīng)用計算機(jī)的多媒體、超文本、人工 智能及知識庫等技術(shù)，克服傳統(tǒng)教學(xué)方式單一、片面的缺點，能有效地縮短學(xué)習(xí)時間、 提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo)。 4．計算機(jī)自動控制 主要應(yīng)用于飛行控制、加工控制、生產(chǎn)線控制、交通指示燈控制等。過程控制又稱 實時控制，指用計算機(jī)實時采集檢測數(shù)據(jù)，按最佳值迅速地對控制對象進(jìn)行自動控制或 自動調(diào)節(jié)。利用計算機(jī)對工業(yè)生產(chǎn)過程或裝置的運行過程進(jìn)行狀態(tài)檢測并實施自動控制。 不僅可以大大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準(zhǔn)確性，從而改善 勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。 5．多媒體技術(shù)應(yīng)用 隨著電子技術(shù)特

22、別是通信和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視 頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來，構(gòu)成一種全新的概念——“多媒體”。在醫(yī) 療、教育、商業(yè)、銀行、保險、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體 的應(yīng)用發(fā)展很快。 6．電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)一步深入到社會的各行各業(yè)，通過高速信息 網(wǎng)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢、高速通信服務(wù)（電子郵件、電視電話、電視會議、文檔傳輸）、電 子教育、電子娛樂、電子購物（通過網(wǎng)絡(luò)選看商品、辦理購物手續(xù)、質(zhì)量投訴等）、遠(yuǎn)程醫(yī) 療和會診、交通信息管理等。 7．人工智能方面的研究和應(yīng)用 人工智能（簡稱AI）是指

23、計算機(jī)模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工 智能是計算機(jī)應(yīng)用的一個新的領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語言翻譯、機(jī)器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計算機(jī)模擬人腦的部分功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策，使計算機(jī)具有一定“思維能力”。我國已開 發(fā)成功一些中醫(yī)專家診斷系統(tǒng)，可以模擬名醫(yī)給患者診病開方。機(jī)器人是計算機(jī)人工智能的典型例子。機(jī)器人的核心是計算機(jī)。智能機(jī)器人具有感知和理解周圍環(huán)境，使用語言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能，模仿人完成某些動作。機(jī)器人不怕疲勞，精確度高，適應(yīng)力強(qiáng)，現(xiàn)已開始用于搬運、噴漆、焊接、裝配等工作中。機(jī)器人還能代替人在危險工作

24、中進(jìn)行繁重的勞動，如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓、水下等環(huán)境中工作。 1.3計算機(jī)數(shù)制及轉(zhuǎn)換與運算 1.3.1 數(shù)制的概念 數(shù)制的種類很多，但在日常生活中，人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，所謂十進(jìn)制，就是逢十進(jìn)一。除十進(jìn)制外，有時還使用十二進(jìn)制、六十進(jìn)制，比如一打襪子為十二雙，一年等于十二個月，即逢十二進(jìn)一。一小時等于六十分，一分鐘等于六十秒，即逢六十進(jìn)一，這是六十進(jìn)制。在計算機(jī)中處理的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制，有時為書寫方便也常用八進(jìn)制和十六進(jìn)制。 基數(shù)：一組固定不變的不重復(fù)數(shù)字的個數(shù)。例如：二進(jìn)制數(shù)基數(shù)是2,十進(jìn)制數(shù)基數(shù) 為10。 位權(quán)：某個位置上的數(shù)代表的數(shù)量大小。表示此數(shù)在整個數(shù)中所占的

25、份量（權(quán)重）。 數(shù)位是指數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置。 二進(jìn)制Binarynotation:具有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1;其基數(shù)為2;二進(jìn)制 的特點是逢二進(jìn)一，可用B來表示二進(jìn)制。 十進(jìn)制Decimalnotation:具有十個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、 9,其基數(shù)為10;十進(jìn)制數(shù)的特點是逢十進(jìn)一，可用D來表示十進(jìn)制。 八進(jìn)制Octalnotation:具有八個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7,其基 數(shù)為8;八進(jìn)制數(shù)的特點是逢八進(jìn)一，通常用Q或O表示。 十六進(jìn)制Hexadecimalnotation:具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4

26、、5、6、 7、8、9、A、RC、DE、F,其基數(shù)為16,十六進(jìn)制數(shù)的特點是逢十六進(jìn)一，用H表示。 進(jìn)位制 十進(jìn)制 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制 數(shù)碼 0,1,2，…,9 0,1 0,1,2,...,7 0,1,...,9,A,B,C,D,E,F 規(guī)則 逢十進(jìn)一 逢二『 逢八進(jìn)一 逢十六進(jìn)一 基數(shù)R 10 2 8 16 位權(quán) 10i 2i 8i 16i 表小形式 D B Q或O H 表1-2十進(jìn)制和計算機(jī)中常用進(jìn)制 其中：i=(0,1,2,3,…,n)為數(shù)位的編號，表示數(shù)的某一數(shù)位。 例如：二進(jìn)制的4位位權(quán)值為24=16,十六進(jìn)制

27、2位位權(quán)值為162=256。 每種進(jìn)制數(shù)有各自的表示形式。例如：110D為十進(jìn)制數(shù)、110B為二進(jìn)制數(shù)、110Q 為八進(jìn)制數(shù)、110H為十六進(jìn)制數(shù)。 1.3.2數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換 1 .二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 按權(quán)展開后，相加即得。 例如：(1101.011)2=1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2+1X2-3=(13.375)10 2 .十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 整數(shù)部分：采用除2取余法，且除到商為0為止；按從下往上順序排列余數(shù)即可得到結(jié)果。先取余數(shù)低位，后取余數(shù)高位。 小數(shù)部分：采用乘2取整法，直到小數(shù)部分為0或達(dá)到所要求精度為止(小數(shù)部分 可能永遠(yuǎn)不會得到

28、0),最先得到的整數(shù)排在最高位。 又例，(241.43)10=(?)2,小數(shù)取4位。 2241 21201 2600 2300 2150 2711 231| 211— 201| 計算結(jié)果：(241.43)102 注：一般小數(shù)取四位，要做五位，置1發(fā)，列表法等來確定。 3.二、八、十六進(jìn)制之間的相互 相當(dāng)于3位二進(jìn)制數(shù)，每位十六進(jìn)制婁小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，中間的例如：(24.53)8=(?)2 0.43X2 局位0PT86 X2 11.72 乂2 11.44 X2 00.88— :有0舍1入發(fā)，恒舍發(fā)，恒 種關(guān)系：23=8,24=16。所以，

29、每位八進(jìn)制數(shù) 于4位二進(jìn)制數(shù)，在轉(zhuǎn)換時，位組劃分是以 0不能省略，兩頭位數(shù)不足時可補(bǔ)0。 24.53 010100.101011 計算結(jié)果：(24.53)8=(10100.101011)2 又例，2=(?)16 011010010110 6祐算結(jié)果：2=(696)16 1.3.3 二進(jìn)制的算術(shù)運算 1 .加法運算 運算法則：逢二進(jìn)一。 例如，(11101)2+(

30、10101)2=(110010)2 1110129 +10101+21二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 11001050- 2 .減法運算 運算法則：借一當(dāng)二。 —22=(10101)2 11001011203 -10110110-182二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 1.3.4 000卿0的邏輯運算■一 1 .邏輯或運算 運算符：“+”或“V”。運算規(guī)則如下： ① 0+0=0或0V0=0 ② 0+1=1或0V1=1 ③ 1+0=1或1V0=1 ④ 1+1=1或1V1=1 例如：(110101)2V(101100)2=(111101)2 110101 V101100 111101 2

31、 .邏輯與運算 運算符：“X”或。運算規(guī)則如下： ① 0X0=0或0八0二0 ② 0X1=0或0八1二0 ③ 1X0=0或1A0=0 ④ 1X1=1或1八1二1 例如：(101101)2A(110110)2=(100100)2 3 .邏輯非運算 運算符：“―”。運算規(guī)則如下： ①0的非為1 ②1的非為0 例如：X=100101,則X=011010 4 .邏輯異或運算 運算符：“葭’。運算規(guī)則如下： ① 0?0=0 ② 0十1=1 ③ 1十0=1 ④ 1十1=0 例如：(110010)2十(101011)2=(011001)2 1.4 數(shù)據(jù)信息的表示與存儲

32、 1.4.1 數(shù)據(jù)的存儲單位 計算機(jī)中的數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)值數(shù)據(jù)是有量的大小，而非數(shù)值數(shù)據(jù)是字符、聲音、圖形以及動畫等，所有類型的數(shù)據(jù)在計算機(jī)中都是用二進(jìn)制形式表示和存儲的。計算機(jī)常用的存儲單位有位、字節(jié)和字。 位（bit）：一個二進(jìn)制位稱為比特，用b表示，是計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的最小單位。 一個二進(jìn)制位只能用表示0或1兩種狀態(tài)。 字節(jié)（Byte）:八個二進(jìn)制位稱為字節(jié)，通常用B表示，字節(jié)是計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和存儲的基本單位。 字（Word）:一個字由若干個字節(jié)組成的（通常取字節(jié)的整數(shù)倍），是計算機(jī)一次存 取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長度，也是衡量計算機(jī)精度和運算速度的主要技術(shù)指標(biāo)，

33、字長越長，性能越好。計算機(jī)型號不同，其字長也不同，常用的字長有8位、16位、32位和64位。 計算機(jī)存儲容量的大小是用字節(jié)的多少來衡量，通常使用的衡量單位是B、KBMB GB或TB,其中B代表字節(jié)，這些衡量單位之間的換算關(guān)系如下： 1B=8bit,1KB=1024R1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB 1.4.2 小數(shù)的表示（定點數(shù)和浮點數(shù)） 1 .機(jī)器數(shù) 機(jī)器數(shù)是指數(shù)在計算機(jī)中的表示形式；機(jī)器數(shù)真正表示的數(shù)值稱為這個機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)有三個特征： 1）機(jī)器數(shù)據(jù)表示的數(shù)的范圍受計算機(jī)字長的限制 例如：82=（255）io,運算時如果數(shù)值超過機(jī)器所能表示

34、的范圍，運算就會因出錯而終止。 這種情況稱為“溢出”。 2）機(jī)器數(shù)的符號位被數(shù)值化 數(shù)值數(shù)據(jù)有正負(fù)之分，機(jī)器數(shù)也有正有負(fù)。在計算機(jī)中，總是用數(shù)的最高位表示數(shù)的符號，并且規(guī)定0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。 3）機(jī)器數(shù)的小數(shù)點處于約定的位置 小數(shù)的表示兩種表示方法：定點數(shù)和浮點數(shù)。定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定不變；浮點數(shù)：允許小數(shù)點位置浮動。 2 .定點數(shù)的表示 規(guī)定一個小數(shù)點固定的位置，采用把小數(shù)點固定在最低位的右邊或符號位的右面，即把參加運算的數(shù)化為純整數(shù)或純小數(shù)。 例如：二進(jìn)制數(shù)N可以寫成N=25XS 式中：S稱為數(shù)N的尾數(shù)；P稱為數(shù)N的階碼；2稱為階碼的底。S表示數(shù)N的全部有效數(shù)字

35、，階碼P指明了小數(shù)點的位置，定點數(shù)的階碼P值是固定的。 1）定點整數(shù)的表示法 P=0,而S為純整數(shù)，則小數(shù)點的位置定在S之后： 符號位 尾數(shù)S 2）定點小數(shù)的表示法小數(shù)點 S為純小數(shù)，小數(shù)點固定在符號位的右面： 符號位 尾數(shù)S 3 .浮點數(shù)的表示1f 浮點數(shù)的階碼p假此固定的，而是可以浮動的。這時：n=23xs 式中：階碼為可變的整數(shù)，并且可以是正數(shù)，也可以是負(fù)數(shù)；尾數(shù)S也可正、可負(fù)。 通常用一位二進(jìn)制數(shù)Pf表示階碼的符號位，用一位二進(jìn)制數(shù)Sf表示尾數(shù)的符號位。 浮點數(shù)表示法：階碼部分為定點整數(shù)，尾數(shù)部分為定點小數(shù)。 Pf 階碼P Sf 尾數(shù)S

36、1.4.3 原碼、反碼、補(bǔ)碼的表示 數(shù)在計算機(jī)中是以二進(jìn)制形式表示的，它分為有符號數(shù)和無符號數(shù)。原碼、反碼、 補(bǔ)碼都是有符號定點數(shù)的表示方法，一個有符號定點數(shù)的最高位為符號位，0表示正，1 表示負(fù)。在計算機(jī)內(nèi)，定點數(shù)有3種表示法：原碼、反碼和補(bǔ)碼。 1 .原碼的表不 原碼表示法是機(jī)器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號位用0表示正號，用：表示負(fù)號, 數(shù)值一般用二進(jìn)制形式表示。設(shè)有一數(shù)為X,則原碼表示可記作：［X］原。 0

37、表示方法如下: X>0,則符目:位乳X0,其余照協(xié)0,符3悌1-10X其余照抄；-2n

38、XW0,符號位為1,其余按位取反。、 例如，X=+1001001,?［X］反=01001001 3 .補(bǔ)碼的表不 機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼可由原碼得到。如果機(jī)器數(shù)是正數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼與原碼一樣；如果機(jī)器數(shù)是負(fù)數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼是對它的原碼（除符號位外）各位取反，并在未位加1而得到的。設(shè)有一數(shù)X,則X的補(bǔ)碼表示記作［X］補(bǔ)。 1）小數(shù)補(bǔ)碼的定義 XX0

39、例如，X=+1001001,?［X］補(bǔ)=01001001 3）補(bǔ)碼的性質(zhì) ①［X+Y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+［丫］補(bǔ)，即兩數(shù)之和的補(bǔ)碼等于各自補(bǔ)碼的和。 例如，X=+0110011,Y=-010如01,求［X+Y］補(bǔ)。 ［X］補(bǔ)=00110011???［Y］補(bǔ) ［X+Y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+［Y］補(bǔ) 注：因為計算機(jī)中運算器的位長是固定的，上述運算中產(chǎn)生的最高位進(jìn)位將丟掉，所以結(jié)果不是 ②［x-y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+［-y］補(bǔ)，即兩數(shù)之差的補(bǔ)碼等于被減數(shù)的補(bǔ)碼與減數(shù)相反數(shù)的補(bǔ)碼之和。 例如，X=+0111001,Y=+1001101,求［X-Y］補(bǔ)。 ［X］補(bǔ)=00111001［Y］補(bǔ)=01001101［-

40、Y］補(bǔ) ［X-Y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+［-Y］補(bǔ) ③［［x］補(bǔ)］補(bǔ)=兇原，即按求補(bǔ)的方法，對［x］補(bǔ)再求補(bǔ)一次，結(jié)果等于［x］原。 4 .反碼的表示 正數(shù)的反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼是對其原碼逐位取反，但符號位除外。補(bǔ)碼 表示法規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的末位加1。拿單字節(jié)整 數(shù)來說，無符號型，其表示范圍是［0,255］，總共表示了256個數(shù)據(jù)。有符號型，其表 示范圍是［-128,127］。 1.4.4 ASCII編碼 字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的字母、數(shù)字以及計算機(jī)能識別的其他符號，使用最廣泛的ASCII字符碼編碼，即美國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼 (Amer

41、icanStandardCodeforInformationInterchange)。如表1-3所示。 rQ7b6b5 000 001 010 011 100 101 110 111 b4b3b2b；、、 (0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) ⑺ 0000(0) NUL DLE SP 0 @ P ' P 0001(1) SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010(2) STX DC2 2 B R b r 0011(3) ETX DC3 # 3 C S c s

42、0100(4) EOT DE4 $ 4 D T d t 0101(5) ENQ NAK % 5 E U e u 0110(6) ACK SYN & 6 F V f v 0111(7) BEL ETB 7 G W g w 1000(8) BS CAN ( 8 H X h x 1001(9) HT EM ) 9 I Y i y 1010(A) LF SUB * J Z j z 1011(B) VT ESC + ； K [ k { 1100(C) FF

43、 FS , < L \ l | 1101(D) CR GS - = M ] m } 1110(E) SO RS . > M A n ~ 1111（F）|SI|US|/[?]O|-|o|DEL 表1-3ASCII字符編碼 ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，排列順序為b7b6b5b4b3b2b1,并且規(guī)定用一個 字節(jié)的低7位表示字符編碼，最高位恒為0。7位二進(jìn)制數(shù)共可以表示128個字符，這些 字符包括26個大寫英文字母、26個小寫英文字母、10個十進(jìn)制數(shù)字、32個標(biāo)點符號、運算符、專用字符以及34個通用控制字符。 例如："CR'符

44、的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0DH,"LF”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0AHT,“SP”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“20H',"9”的ASCII碼的十六進(jìn)制為“39HT,“W白AASCII碼的十六進(jìn)制為“57H'等等。 1.5 漢字信息的處理 每個國家使用計算機(jī)都要處理本國語言。1980年我國頒布了《信息交換用漢字編碼 字符集-基本集》，即國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80。共收集漢字6763個，分為兩級。第一級3755個漢字，屬常用漢字，按漢字拼音字母順序排列。第二級3008個漢字，屬次常用漢字， 按部首排列。 1995年我國又頒布了《漢字編碼擴(kuò)展規(guī)范》（GBK。GBKWGB2312

45、-1980國家標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的內(nèi)碼標(biāo)準(zhǔn)兼容，同時在字匯一級支持ISO/IEC10646-1和GB13000-1的全部中、日、韓（CJK）漢字，共計20902字。 1 .計算機(jī)處理漢字的關(guān)鍵 1）首先將每個漢字以外部碼輸入計算機(jī)。 2）將外部碼轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的漢字內(nèi)碼進(jìn)行存儲。 3）將內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼輸出。 2 .漢字外部碼 漢字外部碼又稱為漢字輸入碼，是指從鍵盤上輸入漢字時采用的編碼。目前廣泛使用的漢字輸入編碼有很多種。 1）以漢字讀音為基礎(chǔ)的拼音碼，如全拼輸入法、雙拼輸入法、詞匯輸入法、智能ABC輸入法等； 2）以漢字字形為基礎(chǔ)的字形碼，如五筆字型輸入法； 3）音形碼，綜合

46、拼音碼和字型碼的特點，如自然碼等； 4）數(shù)字碼，如區(qū)位碼、電報碼、內(nèi)碼等。 不同的漢字輸入方法有不同的外碼，但內(nèi)碼只能有一個。好的輸入方法應(yīng)具備規(guī)則簡單、操作方便、容易記憶、重碼率低、速度快等特點。 3 .漢字國標(biāo)碼 GB2312-80編碼簡稱國標(biāo)碼。由于漢字?jǐn)?shù)量大，無法用一個字節(jié)進(jìn)行編碼，因此使用兩個字節(jié)對漢字進(jìn)行編碼。規(guī)定兩個字節(jié)的最高位用來區(qū)分ASCII碼。這樣國標(biāo)碼用兩 個字節(jié)的低7位對漢字進(jìn)行編碼。 一個字節(jié)只能有128-34=94種狀態(tài)用于漢字編碼（34是指34種控制字符），兩個字節(jié)可以表示94X94=8836種狀態(tài)。在基本集中漢字是按規(guī)則排列成94行和94列的矩陣，

47、 形成漢字編碼表，其行號稱為區(qū)號，列號稱為位號，第一個字節(jié)表示漢字在國標(biāo)字符集 中的區(qū)號，第二個字節(jié)表示漢字在國標(biāo)字符集中的位號。每一個漢字在94X94的矩陣中 都有一個固定的區(qū)號和位號，即區(qū)位碼，這個碼是唯一的，不會有重碼字。把換算成十 六進(jìn)制的區(qū)位碼加上2020H,就得到國標(biāo)碼。前面講過國標(biāo)碼是用兩個字節(jié)（高位為0） 來表示，為便于計算機(jī)能正確區(qū)分漢字字符與英文字符，在國標(biāo)碼加上8080H（即將兩字 節(jié)的最高位0都置為1,以示區(qū)別ASCII碼），就得到常用的計算機(jī)機(jī)內(nèi)碼。 國標(biāo)碼是以十六進(jìn)制數(shù)字編碼，編碼范圍是從2121H（21H即為十進(jìn)制的33）到7F7FH （7FH即為十

48、進(jìn)制的127）。因此，國標(biāo)碼二區(qū)位碼（用十六進(jìn)制表示）+2020Ho 例如：漢字“大”的區(qū)號為20,位號為83,即“大”的區(qū)位碼為2083（0823H）;“大”的國標(biāo)碼為2843H（0823H+2020H），機(jī)內(nèi)碼為A8C3H（2843H+8080H）。 4 .漢字字形碼 字形碼又稱漢字字模，用于漢字的輸出。漢字的字形通常采用點陣的方式產(chǎn)生。漢 字點陣有16X16點陣、32X32點陣、64X64點陣，點陣不同，漢字字形碼的長度也不同。點陣數(shù)越大，字形質(zhì)量越高，字形碼占用的字節(jié)數(shù)越多。 如圖1-7是“國”字24X24的點陣字形。深色小正方形可以表示一個二進(jìn)制位的信 息“1”，淺色小正

49、方形表示二進(jìn)制位的信息“0 圖1-7漢字點陣 漢字字形碼又稱為漢字輸出碼或漢字發(fā)生器的編碼。 例：按32X32點陣存放兩級漢字的漢字庫，大約需要占用多少字節(jié)？ 解：32X32X6763+8=8656645845KB 大約需要845KB 各種編碼之間白^關(guān)系如圖1-8所示。 漢字字形數(shù)字化后，以二進(jìn)制文件的形式存儲在存儲器中，構(gòu)成漢字字形庫或漢字字模庫，簡稱漢字字庫。它的作用是為漢字的輸出設(shè)備提供字形數(shù)據(jù)。漢字字形信息的存儲方法有兩種：整字存儲法、壓縮信息存儲法。 漢字字庫分為： 1）硬字庫：它將漢字庫固化在ROhMEPROMK 2）軟字庫：它將漢字庫存放在某種外存設(shè)備（如硬

50、磁盤、軟磁盤）上。 區(qū)位碼輸入拼音輸入拼形輸入 漢字國標(biāo)碼 圖1-8各種編碼之間的關(guān)系 漢字機(jī)內(nèi)碼 漢字字形碼 顯示漢字打印漢字 習(xí)題一 一、選擇題 1.?世界上第一臺電子計算機(jī)誕生于()。 A.20世紀(jì)40年代B.19世紀(jì) C.20世紀(jì)80年代D.1950年 2．最能準(zhǔn)確描述計算機(jī)的主要功能的是。 A.計算機(jī)可以代替人的腦力勞動B.計算機(jī)可以存儲大量信息 C.計算機(jī)是一種信息處理機(jī)D.計算機(jī)可以實現(xiàn)高速度的計算 3．微型計算機(jī)的性能指標(biāo)主要取決于。 A.RAMBCPUC顯示器D.硬盤 4—硬盤是計算機(jī)的—— A.中央處理器B.內(nèi)存貯器C.外存儲器D

51、.控制器 5—存儲器容量的基本單位是—— A.字位B.字節(jié)C.字碼D.字長 6.“財務(wù)管理”軟件屬于—— A.工具軟件B.系統(tǒng)軟件C.字處理軟件D.應(yīng)用軟件 7．下列存儲器中，存取速度最慢的是 A.軟盤B,硬盤C光盤D.內(nèi)存 8.?計算機(jī)采用二進(jìn)制不是因為()。 A.物理上容易實現(xiàn)B.規(guī)則簡單 C.邏輯性強(qiáng)D.人們的習(xí)慣 9．以下十六進(jìn)制數(shù)的運算，——是正確的． A.1+9=AB．1+9=BC．1+9=CD．1+9=10 10．以下字符，ASCII碼值最小的是 A.AB.空格C.0'D.'h' 11 .?下列說法不正確的是()。 A.數(shù)據(jù)經(jīng)過加工成為信息B.數(shù)據(jù)指文字，符號、聲、光等???? C.信息就是數(shù)據(jù)的物理表示D.信息與數(shù)據(jù)既有區(qū)別又有聯(lián)系 12 .?計算機(jī)的機(jī)器語言程序是用()表示的。 A.ASCII碼B.二進(jìn)制代碼 C.外碼D.目標(biāo)碼 二、簡答題 1．簡述計算機(jī)的發(fā)展史。 2．計算機(jī)的特點是什么？ 3.計算機(jī)的性能指標(biāo)有哪些？ 4．簡述計算機(jī)的組成及其原理。 5．計算下列進(jìn)制轉(zhuǎn)換： (1023)10=()2(569)10=()16 )10 5．國標(biāo)碼怎么表示？