大学计算机基础教程广西经干院.ppt
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1、大学计算机基础教程,教案设计:广西经干院计算机系,2023年11月1日,上课时间:,第1章 计算机基础知识,1.1 概述1.2 计算机的数制与编码1.3 计算机的基本运算1.4 计算机的系统组成1.5 计算机系统处理信息的基本过程,1.1 概述,1.1.1 计算机与信息处理1.1.2 计算机的工作原理和分类1.1.3 计算机的发展与应用,返回首页,1.1.1 计算机与信息处理,什么是计算机?简单地说,计算机是一种信息处理机。什么是信息(Information)?信息是反映客观情况的资料。狭义的信息可以理解为消息、情报、资料、指令、信号、数据等关于环境的知识。广义的信息指的是事物存在的方式、运动
2、状态以及这些方式、状态的直接和间接的表达。其表达形式则不局限于语言、文字、声音、图形和符号。,所谓数字电子计算机是相对于模拟电子计算机而言。这种计算机能处理的信息是数字化信息。“数字化”即把信息转换成和组成的代码串来表示。因此,计算机实质上是对数字化信息进行处理的机器。可以把输入计算机的信息分成两大类:数据(Data)和程序(Program)。所谓“数据”指的是被处理的对象,而“程序”是指示计算机如何工作(处理数据)的一连串指令。,所谓“计算机信息处理”指的是计算机对信息的编码、存储、转换、传输、检测等操作。信息处理又称为信息加工。各种不同的信息处理都是通过计算机的基本指令确定的十几种到上百种
3、最基本的操作组合实现的。当前,计算机能加工的信息有文字、数值、图形、声音、图像、视频等。,返回本节,1.1.2 计算机的工作原理和分类,1.工作原理 存储程序,逐条执行。这个设计思想由美籍匈牙利数学家冯诺依曼(Von Neumann)明确提出并付诸实现。冯诺依曼还确定了计算机的五大组成部分的作用和相互联系,形成了计算机的“冯诺依曼体系结构”。,冯诺依曼体系结构,运算器,控制器,存储器,输出设备,输入设备,冯诺依曼体系结构,2.计算机的分类计算机分类方法大致有如下三种:.按信息的表示和处理方式分 按信息的表示和处理方式划分,计算机可分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数字模拟混合电子计算机。,.
4、按计算机用途分 按计算机的用途划分,可分为专用计算机与通用计算机。.按计算机规模与性能分 按计算机规模大小与性能高低划分,可分为巨型机、大型机、中型机、小型机与微型机五大类。,返回本节,1.1.3 计算机的发展与应用,1计算机的发展概况2.计算机的特点3计算机的应用领域,返回本节,1.计算机的发展概况,计算机的诞生 计算机从发明至今只有60年的历史。世界上第一台计算机诞生于1946年。,莫克利(左)John Mauchly 和埃克特(右)J.Presper Eckert 美国,总体积约90立方米,重达30吨,占地170M2 18000个电子管,1500 个继电器10000个电容7000个电阻,
5、6000个开关,ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer),计算机发展史中的重要人物和思想,查尔斯巴贝奇 Charles Babbage,计算机发展史中的重要人物和思想,计算器、逻辑控制装置、存储器、输入、输出等5个部分程序和数据均以二进制形式不加区分地存放在同一存储器中计算机工作时能自动从存储器中取指令执行,约翰冯诺伊曼John Von Neumann,现代信息论的创始人 1938年,发表论文继电器和开关电路的符号分析,首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路,奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础。,计算机发展史中的重要人物和思想,
6、克劳德艾尔伍德香农Claude Elwood Shannon,计算机发展史中的重要人物和思想,计算机的三条原则:(1)以二进制的逻辑基础来实现数字运算,以保证精度;(2)利用电子技术来实现控制,逻辑运算和算术运算,以保证计算速度;(3)采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构。,约翰阿塔纳索夫 John Vincent Atanasoff,计算机发展史中的重要人物和思想,图灵和图灵机 计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是由三部分组成的一种思想模型:一个控制器;一条可以无限延伸的带子;一个在带子上左右移动的读写头。,阿兰图灵Alan Turing,美国计算机协会于19
7、66年设立了“图灵奖”,计算机的发展,表1-1 计算机发展的四个阶段,微型计算机的发展,返回本节,2.计算机的特点(1)运算速度快(2)计算精度高(3)具有记忆能力(4)具有逻辑判断能力(5)高度自动化与灵活性,返回本节,3.计算机的应用领域(1)科学计算。(2)实时控制。(3)数据处理。(4)计算机辅助设计、辅助制造和辅助教学。(5)文字处理和办公自动化。(6)人工智能。(7)计算机网络。,返回本节,1.2 计算机的数制与编码,1.2.1 数制1.2.2 ASCII码1.2.3 汉字编码,返回首页,1.2.1 数制,一、计算机数据单位与编码 计算机中的信息也称为数据。由于二进制电路简单、可靠
8、且具有很强的逻辑功能,因此数据在计算机中均以二进制表示,并用它们的组合表示不同类型的信息。1、计算机数据单位(1)位 计算机中所有的数据都是以二进制来表示的,一个二进制代码称为一位,记为bit。位是计算机中最小的信息单位。,(2)字节 在对二进制数据进行存储时,以八位二进制代码为一个单元存放在一起,称为一个字节,记为Byte。容量 容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词,主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位有B、KB、MB、GB,它们之间的关系是:1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB。,二、数制基本知识,数制一种进位计数制包含一组数码符号和两个基本因素:,
9、数码 一组用来表示某种数制的符号。如:1、2、3、A、B、C。,基数 数制所用的数码个数,用R表示,称R进制,如:十进制的基数是10。,位权 数码在不同位置上的权值。在某进位制中,处于不同数位的数码,代表不同的数值,某一个数位的数值是由这位数码的值乘上这个位置的固定常数构成,这个固定常数称为“位权”。即:R进制的i位的位权值是“Ri”.如:(1001.11)2的位权值是从右到左分别是23、22、21、20、2-1、2-2。,(1)十进位计数制 十进位计数制(简称十进制)使用十个数码(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)表示数,低位向高位进位的规则是“逢十进一”。十进制的基数为10。一个十进
10、制整数可用多项式展开。例如,976可以写成:976=9102+7101+6100写成通式,一个十进制整数表示的数值是:,(2)二进位计数制 二进位计数制(简称二进制)的基数为2,使用两个数码(0、1)表示数。低位向高位进位的规则是“逢二进一”。写成通式,一个二进制整数表示的数值为:,(3)八进位计数制 八进位计数制(简称八进制)的基数为8,使用8个数码(0,1,2,3,4,5,6,7)表示数。低位向高位进位的规则是“逢八进一”。写成通式,一个八进制整数表示的数值为:,(4)十六进位计数制 十六进位计数制(简称十六进制)基数为16,使用16个数码,即 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,
11、B,C,D,E,F表示数。这里借用A、B、C、D、E、F作为数码,分别代表十进制中的10、11、12、13、14、15。低位向高位进位的规则是“逢十六进一”。写成通式,一个十六进制整数表示的数值为:,不同进制之间的转换,1二进制与十进制的相互转换 二进制数要转换成十进制数非常简单,只需将每一位数字乘以它的权2n,再以十进制的方法相加就可以得到它的十进制的值(注意,小数点左侧相邻位的权为20,从右向左,每移一位,幂次加1)。【例1】(10110.011)B=124+023+122+121+020+02-1+12-2+12-3=(22.375)D,十进制数据转换成二进制采用的是倒除法,即整数“除2
12、取余”的方法,小数采用“乘R取整”。整数部分的转换具体过程介绍如下:(1)将十进制数除2,保存余数。(2)若商为0,则进行第三步,否则,用商代替原十进制数,重复第1步。(3)将所有的余数找出,最后得到的余数作为最高位,最先得出的余数作为最低位,由各余数依次排列而成的新的数据就是转换成二进制的结果。,【例2】将(236)D转换成二进制。转换过程如图所示。,(3)(13)10=(?)2,13,2,6,3,1,0,1,取余数,(13)10=(1101)2,0,1,1,(4)(0.625)10=(?)2,0.625,1.250,0.250,0.500,0.500,1.000,1,0,1,(0.625)
13、10=(0.101)2,2,2,2,取整数,例:,2二进制数与十六进制数的相互转换 将二进制数转变成十六进制数 由于16=24,所以在将二进制数转换成十六进制数时,从最右侧开始,每四位二进制数划为一组,用一位十六进制数代替,也称为“以四换一”;十六进制数转换成二进制数时正好相反,一位十六进制数用四位二进制数来替换,也称“以一换四”。,3十六进制与十进制的相互转换 十六进制数与十进制数相互转换时,可以分成两步完成:将待转换的十六进制数转换成二进制,然后再将二进制数转换成十进制。,返回本节目录,返回首页,1.2.2 ASCII码,目前在国际上广泛采用“美国信息交换标准代码”表示英文字符、标点符号和
14、作为符号使用的阿拉伯数字等。其全称为 American Standard Code of Information Interchange,简称ASCII码。,返回本节目录,1.2.3 汉字编码,由于汉字的字符多,一个字节八位二进制代码不足以表示所有的常用的汉字。为了不与西文的ASCII 码混淆,在微型机汉字系统中,国标码的每个符号都用两个字节(十六位)代码来表示,并作为转换为机内码或其他汉字处理代码的依据。,1.国标码 汉字国标码就是GB 2312-80为汉字规定的代码,也称为交换码。国标码是汉字编码的国家标准。在GB 2312-80代码表中,纵向分为093,共94行;横向也是093,共94列
15、。行与列分别用七位二进制码表示,第一字节表示行,第二字节表示列。其值都从0100001到1111110。这正是ASCII 码的可打印字符的编码。其范围为十六进制的217E。汉字国标码是将第一字节和第二字节连写而得到的。由于二进制形式太长,通常用十六进制表示。例如:汉字第一字节第二字节十六进制 区位码 啊 0110000 0100001 3021 1601 保 0110001 0100011 3123 1703 播 0110010 0100101 3225 1805,b7 第 b6 二 b5 字 b4 节 b3 b2 b1 第一字节 位 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 区 16 啊阿埃
16、挨哎唉哀皑 17 薄雹保堡饱宝抱报 18 病并玻菠播拨钵波 19 场尝常长偿肠厂敞 图4.2GB2312-80代码表(局部),2.区位码 国标码还可以表示成区位码的形式。在GB2312-80代码表中,将行号称为区号,列号称为位号,分别有94个区和94个位。区号与位号都用两位十进制数表示,不足两位的前面补零。每个汉字或符号的区号和位号连起来就组成这个汉字或符号的区位码。这样,每个汉字或其他符号都可以用位十进制数表示。,区位码与国标码之间有一定的对应关系:将区位码的区号和位号分别由十进制转换成对应的十六进制数,然后加上十六进制数2020H(H表示2020为十六进制数码),就得到对应的国标码。例如,
17、“啊”字的区位码是1601,分别将区号和位号转换成对应的十六进制数得1001H,再加上2020H就得到“啊”字的国标码为3021H。,3.机内码 汉字机内码是在计算机内部实际用来表示汉字的代码。不同的计算机系统使用的机内码是不同的。由国标码转换为机内码的规则是:将十六进制的国标码加上8080H,就得到对应的机内码。如“大”字的区位码为2083,国标码为3473H,机内码为 3473H+8080H=B4F3H。将B4F3H 化为二进制数得:,这就是在计算机中实际使用的机内码的二进制形式。,返回首页,1.3 计算机的基本运算,1.3.1 四则运算1.3.2 基本逻辑运算,返回首页,1.3.1 四则
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