计算机基础课件ppt-第1讲计算机概论 70页

第1讲计算机基础知识本章主要内容：计算机的发展计算机的特点和分类计算的应用领域计算机中数据表示与运算基础\n1.1   计算机的发展巴贝奇：差分机（为制表而设计，1822年，制造出样机）分析机（1834年，现代通用数字计算机的前身）图灵：图灵机（1936年，提出图灵机模型）冯.诺依曼：现代计算机之父，美籍匈牙利科学家，1946                         年6月提出著名的冯.诺依曼原理：存储程序和程序控制。目前各种各样的计算机基本上都属于冯.诺依曼型计算机。\n1.1.1计算机的起源1822 差分机Ø1822英国人巴贝奇差分机“差分机”是一种能进行加减计算和简单函数运算的自动计算装置，同时它也可以完成数表编制工作，它的出现大大缩短了浩繁的计算过程。\n1834年，巴贝奇又完成了一项新计算装置的构想，把这种装置命名为“分析机”，它是现代数字计算机的前身。Ø1834英国人巴贝奇分析机1834   分析机他提出：计算机装置应该具有通用性，能解决数学上的各种问题，不仅可以进行数字运算，还可以进行逻辑运算。巴贝奇的分析机同现代计算机一样可以编程，而且分析机所涉及到的有关程序方面的概念，也与现代计算机一致。\nØ1936年英国人阿兰·麦席森·图灵图灵机它是一种抽象的计算模型，用来精确定义可计算函数。它是由一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头组成的。图灵提出该机器应具备一些基本功能：计Ø具有存储设备，可以存储数据算Ø具有一种语言，方便编程和运算科Ø具有输入设备，通过扫描方式学Ø具有计算意向，即控制程序运行之Ø能够连续执行指令父人工智能之父\n1946年2月15日世界上第一台电子数字积分计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)在美国宾夕法尼亚大学诞生。8英尺高、3英尺宽、100英尺长16种型号的18000个真空管1500多个继电器70000多个电阻18000多个电容重30吨占地170平方米战争ENIAC缺点:无存储器、布线接板控制、手工操作\n1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼J.VonNeumann提出了三个重要的概念：Ø存储程序：存储器不仅要存储数据,而且要存储程序Ø程序控制：从存储器中取指令或数据，由控制器解释由运算器完成计算Ø二进制：计算机使用二进制冯·诺依曼提出了现代计算机的体系结构，提出了“存储程序和程序控制”的设计原理，因而被誉为现代电子计算机之父。\nu1949年，英国剑桥大学完成了第一台“存储程序”控制的实验室计算机EDSAC（延迟存储自动计算机）u1951年，第一台“存储程序”控制的商品化计算机UNIVAC-I（通用自动计算机）问世u1952年，冯.诺依曼领导的研制小组研制成功并投入使用了第一台“存储程序”式计算机EDVAC(离散变量自动电子计算机）\n1.1.2计算机的发展史ＳＳＩＬＳＩＭＳＩＶＬＳＩIntelPENTIUM第一代第二代第三代第四代（46-57）（58-64）（64-70）（71到今）电子管时代晶体管时代小、中小大、超大规模集成电路规模集成电路\n\n1.1.3计算机的发展方向1.巨型化:速度更快,存储容量更大,功能更强2.微型化:性能优越,集成度高,体积小,价格便宜,使用方便3.网络化:资源共享4.智能化:具有“逻辑判断”和“直感”功能\n1.2计算机的特点与分类1.2.1计算机的特点1、运算速度快巨型机运算速度达万亿次/秒，PC机也有数亿次/秒，常见的衡量计算机运算速度的标准有：MIPS(GIPS:gigainstructionspersecond十亿条指令每秒)、MHZ(GHZ)2、计算精度高：计算机内部采用二进制记数，运算精度随字长位数增加而提高，目前常用PC机的字长32位，部分已达64位\n3、具有记忆功能大容量存储和高速存取能力：内存、硬盘容量飞速递增1Byte(字节)=8bit(位/比特)1KB=1024Byte1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB……PBEBZBYB4、具有逻辑判断功能5、具有自动执行程序的能力\n1.2.2计算机的分类v按所处理的信号分为：（1）电子数字计算机（2）电子模拟计算机（3）数模混合计算机v按用途分为：（1）专用计算机（2）通用计算机\nv按规模分为：主要用于国防顶尖技术及具有超高速大型计算任务1.巨型机的应用领域.如天气预报、材料分析、金融预测等个人计算机，PC机，可分为：台式微型计算机、便2.微型机捷式计算机、手持PC机、单片微型计算机主要用于企业和政府的大量数据存储、管理和处理3.服务器或作为计算中心和网络中心又叫服务器，主要用于科研机构、网吧、普通高校4.小型机等部门、小企业需要介于微型机和小型机之间，是高档微机，主要用于5.工作站图形图象处理和计算机辅助设计中6.嵌入式计作为一个信息处理部件嵌入到应用之中的计算机算机\n1.3计算机的应用领域在自然科学，在工程技术中使用，计算工作量是1.科学计算非常大的已广泛地应用于办公室自动化、情报检索、电影2.数据处理电视动画设计、图书管理、医疗诊断等各行各业微机控制系统除了应用于工业生产外，还广泛应3.过程控制用于交通、邮电、卫星通信等4.计算机辅计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM助系统）、计算机辅助教学（CAI）5.人工智能AI利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断专家系统、推理证明等各方面实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统，称6.网络应用为“计算机网络”\n1.4计算机中信息的表示l计算机能表示和处理的信息包括数值型数据、字符型数据、图形图象和视频数据以及音频数据。l信息在计算机内部都是以二进制的形式表现。输入设备输出设备数值十／二进制转换内存二／十进制转换数值西文ASCII码西文字形码西文中文输入码／机内码转换汉字字形码中文声音、图像模／数转换数／模转换声音、图像\n为什么要使用二进制（1）可行性：物理上容易实现（2）逻辑性：二进制中的“0”和“1”刚好可以对应逻辑值中的“真”和“假”（3）简易性：二进制运算法则比较简单（4）可靠性：二进制只有0和1两个数，传输和处理时不易出错，使计算机得到高可靠保障\n1.4.1计算机中使用的数制数制：以表示数值所用的数字符号的个数来命名，并按一定进位规则进行计数的方法基数：数制中所用的数字符号的个数(R)位权：数制中每一位数值所具有的值(Rk)数制的进位方法：逢R进一，借一为R\nR进位计数中，任意一个数值均可以表示为以下形式aaa…aaa.aa…ann-1n-2210-1-2-m其值为：S=aRn+aRn-1+aRn-2+…+aR2+aR1+a+ann-1n-2210-R-1+aR-2+…+aR-m1-2-m常用的数制：二进制、十进制、八进制、十六进制\n十进制数的表示数字符号：0、1、~~~~~8、9   （基为10）进位规则：逢十进一Eg:   1     2     3  .    4    =   1 × 102 +2 × 101+ 3 × 100 +4× 10-110210110010-1位权左边的叫做位置计数法，右边的叫做按权展开式\n二进制数的表示Eg:数字符号：0、1   （基为2）进位规则：逢二进一3210(1  0  1  1)2 =   (1 × 2+0 × 2+1 × 2+1 ×2)1023222120按权展开式位置计数法\n二进制数的四则运算加法法则：0+0=00+1=11+1=10乘法法则：0*0=00*1=01*1=1例题：101101+110110=（1100011）1010*110=（111100）练习：1100*101=（111100）\n八进制数的表示Eg:数字符号：0、1 、2、3、4、5、6、7（基为8）进位规则：逢八进一(4   5) =  (4 × 81 + 5 × 80)8108180按权展开位置计数法\n十六进制数的表示数字符号：0、1…..9、A、B、C、D、E、F（基为16）进位规则：逢十六进一Eg:(2a)=(2×161+a×160)1610161160按权展开位置计数法码源为何用A、B、C、D、E、F？只能用一个符号表示每一位数，书写易分辨：如（1123）16\n各种数制的表示十进制二进制八进制十六进制方法数据表示DBOH名称基数R102816位权Rk10k2k8k16k数字符号0~90，10~70~9A~F进位规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一借一当十借一当二借一当八借一当十六\n各种数制的记数十进制二进制八进制十六进制DBOH0,1,2,3,0,1,10,11,0,1,2,3,4,0,1,2,3,4,5,4,5,6,7,100,101,5,6,7,6,7,8,9,A,B,8,9,110,111…10…C,D,E,F,10…10…\n1.4.2数制的转换㈠R进制转换为十进制利用公式：nn-110-1-mS=aR+aR+···+aR+aR+aR+···+aRnn-110-1-mEg:(1011)=1×23+0×22+1×21+1×202=(11)10210(145)=1×8+4×8+5×88=(101)10210(A68)=10×16+6×16+8×1616=(2664)10\n练习：R进制转换为十进制(10101)=（21）210(0.101)=（0.625）102(A2F)=(2607)1610\n㈡十进制转换成二进制将整数部分和小数部分分别转换（1）整数部分的转换规则：除以二取余，直至商为零，将所得余数用倒序排列。举例：(26)10\n余数2260=a02131=a1倒序260=a2排231=a3列211=a40至商为零（26）=（11010）102\n练习（整数部分十进制转换成二进制）：（213）=（11010101）102（32）=（100000）102（96）=（1100000）102\n（2）小数部分的转换规则：乘二取整，直到小数部分为零或达到要求的精度，所得积用顺序排列。特别注意：若题目没有要求精度，则保留小数点后六位。举例：（0.56）10          要求精确到小数点后5位\n示例（整数部分不参加连乘）整数部分0.56×2=1.12a-1=10.12×2=0.24a-2=0顺0.24×2=0.48a-3=0序排0.48×2=0.96a-4=0列0.96×2=1.92a-5=10.92×2=1.84a-6=1达到精度（0.56）10=（0.100011）2\n由上面的(26)=（11010）10   2                  和(0.56)10  =  （0.10001）2可以得出(26.56)10  =  （11010.10001）2试一试：精度达到小数点后4位(0.0011)(0.23)10=2(0.1001)(0.5773)10=2\n㈢二进制和八进制间的转换八进制——二进制由于8是2的整数次幂，即为8=23，所以任意一个一位八进制数都可以用一个三位的二进制数来表示。\n⑴二进制转换为八进制方法：首先从小数点开始分别向左和向右把整数及小数部分每3位分成一组。若整数最高位不足3位，则在其最左边加0补足3位。若小数最高位的一组不足3位，则在其最右边加0补足3位。然后进行译码，即把每一个3位二进制数译为一个一位八进制数。EG：把（1011.10101）转换为八进制数2二进制数：001011.101010译码:1352所以（1011.10101）=（13.52）28\n⑵八进制转换为二进制方法：用3位二进制数取代每一位八进制数EG：把（13.52）转换为二进制数8八进制数：1      3   .  5      2001  011   101   010所以（13.52） =（1011.10101）82练习: （1010011.1011）= (  123.54    )2  8(62.14) = (                                 )110010.0011008 2\n（四）二进制数和十六进制数间的转换十六进制——二进制与八进制同理，任意一位十六进制数都可以用一个四位二进制数来表示。\n方法：a.分组：将二进制数分别向左和向右把整数及小数部分每四位分成一组，不足四位补足四位。b.译码：将分组后相应的二进制数对应相应的十六进制数\nEg:(111010010.10111)=(?)216a.分组：000111010010.10111000b.译码：1D2.B8(111010010.10111)2=(1D2.B8)16练习：(101111001101.01101)2=(BCD.68)16(6C.A5)16=(01101100.10100101)2\n小结10进制8进制2进制16进制练习：(532.76)= ( )8  15A.F816\n1.4.3计算机中的数据单位1、机器数：以二进制形式存放在计算机中的数据。2、位（Bit）：计算机存储数据的最小单位。3、字节（Byte）：最基本的数据单位，也就是说数据均以字节的形式存放在计算机当中的。4、字（Word）：计算机处理数据时，一次存取、加工、传送数据称作一个“机器字”。5、字长：计算机一次所能处理的二进制的位数。6、存储容量的常用单位和相互转换。（B、KB、MB、GB、TB、PB……）例：容量为2G的U盘能存多少个汉字？\n难点：地址在1000H–4FFFH范围的存储空间为多少KB（地址：内存空间的序号）解：4FFFH–1000H+1=4000H=0100000000000000=2^14B=2^4KB=16KB\n1.4.4数据运算基础1、算术运算：加、减、乘、除（+ 、- 、*、/ ）2、逻辑运算：与∧(&、and )、或∨( || 、or)、非┐(!) 、异或⊕(xor)ABA与BA或BA异或B非A非B0000011010111010011011111000\n1.4.5数值型信息的表示计算机中把数值型数据分为无符号数和有符号数在计算机当中,通常把一个数的最高位作为符号位。以8位二进制数为例，即为DDDDDDDD76543210D7为符号位，D6~D0为数字位。在符号位用0表示正，用1表示负。X=(01011011)=+912Y=(11011011)=-912这样连同一个符号位在一起作为一个数，就称为机器数；而它的数值称为机器数的真值。\n计算机中有符号数的表示方法：1.原码最高位为符号位：0表示正数，1表示负数x=(+57),[x]=(00111001)10原2Y=(-57),[Y]=(10111001)10原2\n特点（8位二进制数码）：范围：-127~+127（11111111~01111111）“0”有两种表示：[+0]=(00000000)原2[-0]=(10000000)原2\n2.反码正数：反码=原码（最高位为符号位，用“0”表示，其余为数值位）[+57]=[+57]=(00111001)原反2负数：其原码除符号位“1”外的其他各位按位取反[-57]=(10111001)原2[-57]=(11000110)反2\n特点（8位二进制数码）：l数值范围-127~+127（10000000~01111111）l反码中“0”也有两种表示[+0]=(00000000)反2[-0]=(11111111)反2注意：Ø有符号数的反码最高位仍为符号位Ø符号位为“0”（即为正数）时，后面7位为此数二进制值部分Ø当符号位为“1”（即为负数）时，后面7位不再表示该负数的数值大小\n3.补码正数的补码表示与原码和反码相同，即最高位为符号位，用“0”表示。其余为数值位。[+31]=[+31]=[+31]=(00011111)补原反2负数的补码用其反码且在最后位加“1”形成。即用原码除符号位的各位取反+1。[-31]=(10011111)[-31]=(11100000)原2反2末位加1[-31]补=(11100001)2\n特点：“0”只有一种表现形式：[+0]=[-0]=(00000000)补补28位二进制补码所能表示的数值范围：-128~+127（10000000~01111111）现代计算机都是采用补码来进行运算的\n掌握：任意一个10进制数在计算机中的表示任意一个数的补码转换后的10进制大小例题：给出一个数的补码，计算出它的10进制大小除符号位[X]=(10010100)补2(11101011)2按位取反末位减“1”[X]=(10010011)反2末位加“1”除符号位按位取反[X]=(11101100)==(11101100)原22X=-1101100=-(1*26+1*25+1*23+1*22)=(-108)10\n实例：利用补码进行运算[x-y]=[x]-[y]=[x]+[-y]补补补补补证明：利用34-68的结果验证上式的正确性右边：[x]=[34]+[-68]00100010补补补+10111100[+34]=(00100010)补211011110[-68]=(10111100)补2结果为补码X=34-68=34+(-68)=左边：（-34）X=(-34)X=(10100010)10原2X=(11011110)补2运算结果与方法一相同所以：[x–y]=[x]+[-y]补补补\n实例：利用补码计算26-19的值。已知：[+26]=(00011010)[+19]=(00010011)原2原2解：[+26]=(00011010)==>[+26]=(00011010)原2补2[+19]=(00010011)==>[-19]=(10010011)原2原2==>[-19]=(11101101)补2[26-19]=[+26]+[-19]补补补=(00011010)+(11101101)22=(100000111)2\n实例：灵活运用已知一个数的8位补码由4个1和4个0组成，问：这个数所能表示的最大(小)的正（负）数分别是多少？并写出它们的2进制数和10进制数所表示的大小。解：二进制十进制最大正数01111000120最小正数0000111115最小负数10000111-121最大负数11110000-16最大负数补码：11110000最小负数补码：10000111\n浮点数阶符阶码任意的二进制数N＝±Ｓ×２±p基数符尾数数阶符阶码P尾符尾码S1.阶码为整数，反映数的大小；2.尾数为纯小数，反映数的精度，必须规格化；3.基数R=2是隐含的。\nN＝－123.625＝－1111011.101B＝－0.1111011101×21110１１１1１１１１０１１１０１０i=111指明小数指明其有效位数点在此π＝3.1416＝11.00100100001B＝0.11001001000×210００１００１１００１００１０００指明其有效位数i=010指明小数点在此\n1.4.6字符型信息的表示1、字符编码(ASCⅡ码)ASCⅡ码全称：AmericanStandardCodeforInformationInterchange，即美国标准信息交换代码。字符型信息包括：数字、字母、汉字、符号。它们是用一个字节中的低7位来表示的，共128个不同的字符（26字母*2+10数字符号+32字符及运算符号+34控制字符）\nASCII码表高3位0        1          2        3         4         5         6         7低4位000     001     010     011     100     101     110     1110        0000NULDLESP０@P/p1        0001SOHDC1！１AQaq2        0010STXDC2”２BRbr3        0011ETXDC3＃３CScs4        0100EOTDC4＄４DTdt5        0101ENQNAK％５EUeu6        0110ACKSYN＆６FVfv7        0111BELETB‘７GWgw8        1000BSCAN(８HXhx9        1001HTEM)９IYiyA       1010LFSUB＊：JZjzB       1011VTESC＋;K[k{C       1100FFFS’＜L\l|D       1101CRGS－＝M]m}E       1110SORS·＞N^n~F       1111STUS/？O_oDEL\nnn基基本本ASCIIASCII码码u可可表表示示128128个个常常用用字字符符，，从从00到到127127。。u包包括括：：3434个个控控制制字字符符；；5252个个英英文文字字母母；；1010个个数数字字；；3232个个字字符符和和运运算算符符。。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；空格20H32‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H41H～5AH65～90‘a’～‘z’61H61H～7AH97～122\n思考：“8”和“D”的ASCII码分别是多少？“F”的ASCII码减“f”的ASCII码为多少？“F”的ASCII码减“A”的ASCII码为多少？\n2、汉字编码Ø汉字输入码/汉字外部码：数字编码/顺序码：区位码(以行/区、列/位来命名)字音编码：全拼、双拼音码字形码：表字形、五笔字形码音形码：自然码Ø汉字交换码/国标码G/GB：由两个字节表示一个汉字，且每个字节的最高位为0GB2313-80基本集中收录了6763个汉字，分为2级：第一级汉字3755个，按拼音字母排序，同音字则再按笔形的横、竖、撇、点、折来排序；第二级汉字3008个，按部首排序，同画数字则再按笔形的横、竖、撇、点、折来排序。Ø机内码J：也是由两个字节表示一个汉字，如果将国标码转换为机内码，只需将国标码的2个字节的最高位均设定为1\nu各类编码的转换规则：(Q—区位码、G—国标码、J—机内码)Q1+32=G1Q2+32=G2(区位码—国标码)G1+128=J1G2+128=J2(国标码—机内码)Q1+160=J1Q2+160=J2(区位码—机内码)区码和位码的范围分为是1-94实例：已知：汉字“大”的区位码是2083，那么它的国标码和机内码分别是多少？（国标码用16进制表示）解答：1、区位码为2083，则区号为20，位号为832、将区位码2083转换为十六进制表示20D=14H83D=53H得到1453H3、1453H＋2020H＝3473H，得到国标码3473H4、3473H＋8080H＝B4F3H，得到机内码为B4F3H\nØ汉字字形码：由点阵形式产生0000000000000000001111000000000000000000111111110000000000000000例：用64*48的汉字点阵存储20个这样的汉字，一共需要多大的空间？解：存储一个汉字需要64*48bit即(64*48)/8=384B所以存储20个汉字需要384*20=7680B=7.5KB\n1.4.7图形图像和视频信息的表示1、图形图像信息的表示⑴矢量图形：用一组指令集合来描述的内容。一般指用计算机绘制的画面⑵图像：指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面主要指标：①分辨率：分为屏幕分辨率、图像分辨率②颜色深度：反映了构成图像的颜色总数目计算机中所有图像都是由排成行列的点(像素)组成\n2、视频信息的表示视频文件是由一副副静止的图像组成的序列，因此，视频文件的大小其实就是组成该视频的每张静止图像大小的总和。视频容量=静止图形容量×帧率×视频放送时间实例：某人在640*480的分辨率下使用16位色,以每秒16帧的拍摄速度录制了一段30秒的视频录像，问：该视频文件在计算机中的存储需要多大空间？解：一个静止图像需要640*480*16bit即(640*480*16)/(8*1024)=600KB所以存储这段视频需600*16*30=288000KB即288000/1024=281.25MB\n1.4.8音频信息的表示1、声音是模拟信息，这些信息要在计算机中存储，首先应该对它们进行数字化转换，即模数转换。声音的数字化包括采样(把时间上连续的模拟信号变成离散的样值的信号)和量化(把幅度上连续的模拟信号变成离散的样值的信号)。采样频率越高，量化位数越小，音频质量越好f91794533t采样量化模拟量——>(91793345)——>(90803545)\n2、数字音频质量参数：①采样频率（傅立叶变换原理）②量化位数Ø采样频率：是将模拟声音波形转换为数字时，每秒所抽取声波幅样本的次数Ø量化数据位：是每个采样点能够表示的数据范围，量化数据位数大小决定了采样的数据\n3、波形文件：多媒体计算机中使用的标准数字音频①WAV：该文件记录了对实际声音进行采样的数据缺点：产生的文件太大，不适合长时间记录优点：能够较真实反映原声②MIDI文件(乐器数字接口）：不对音乐进行采样，而是将每个音符记录为一个数字缺点：缺乏重现真实自然声音的能力优点：比较节省空间