第一章 计算机基础知识 计算机的基本概念 计算机系统的组成 信息的编码 微型计算机的硬件组成.

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1 第一章 计算机基础知识 计算机的基本概念 计算机系统的组成 信息的编码 微型计算机的硬件组成

2 本章重点和难点 一、计算机系统 了解计算机发展历程 掌握计算机系统基本结构和工作原理（重点） 掌握微型计算机系统（难点）
二、计算机常用的数制及其转换 掌握进制的概念（重点） 掌握不同进制间的转换（难点） 三、信息在计算机中的表示 了解信息的存储方法（重点） 了解计算机常用信息编码（难点）

3 第一章 计算机基础知识 1.1 计算机的基本概念 1.2 计算机系统的组成 1.3 信息的编码 1.4 微型计算机的硬件组成

4 第一章 计算机基础知识 1.1 计算机的基本概念 1.1.1 计算机发展概况 1.1.2计算机的特点 1.1.3 计算机的主要用途
第一章 计算机基础知识 1.1 计算机的基本概念 1.1.1 计算机发展概况 1.1.2计算机的特点 1.1.3 计算机的主要用途 1.1.4 计算机的分类 1.1.5 信息的基本概念

5 1.1计算机的基本概念 计算机的定义 电子计算机是按一系列指令，对数据进行处理的机器。 现在的计算机往往是指微机（PC机：台式或笔记本）。
相对于早期或专用计算机，现代电子计算机多为通用型电子计算机。 指令在机器设计时确定，可达上百条。一条指令通常包括两方面：操作码和操作数，操作码是要完成的操作，操作数指参加运算的数据所在的单元地址。 在计算机中运行时，指令以二进制编码存放在存储器中。譬如： 是一条加法指令。

6 1.1计算机的基本概念 计算机系统 = + 计算机硬件系统 计算机软件系统

7 1.1计算机的基本概念 1.1.1 计算机的发展历程 最早的计算工具
由于缺少足够的证据，算盘的起源问题直至今天仍是众说纷纭。最早可以追溯到汉末。

8 1.1计算机的基本概念 计算尺 1620年，英国的数学家埃德蒙·甘特发明的，可执行加、 减、乘、除、指数、三角函数等运算。

9 1.1计算机的基本概念 机械式计算机 1642年法国物理学家帕斯卡发明，只能进行加减。1673年由德国数学家莱布尼兹改良，增加了乘除。
基于齿轮技术构造的计算装置，被人们称作机械式计算机

10 1.1计算机的基本概念 计算机发展史上的两位重要人物 建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础；
提出图灵测试的论断，阐述了机器智能的概念 。 发表的著名论文： 阿兰·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing， — ） 【简介】             英国数学家、逻辑学家，被称为人工智能之父。 1931年图灵进入剑桥大学国王学院，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥，后曾协助军方破解德国的著名密码系统Enigma，帮助盟军取得了二战的胜利。 阿兰·麦席森·图灵，1912年生于英国伦敦，1954年死于英国的曼彻斯特，他是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准“图灵测试”，如果有机器能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能机，和人没有区别了。他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人，现在人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为“图灵奖”。 大学毕业后，他前往美国普林斯顿大学也正是在那里，他制造出了以后称之为图灵机的东西。图灵机被公认为现代计算机的原型，这台机器可以读入一系列的零和一，这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤，按这个步骤走下去，就可以解决某一特定的问题。这种观念在当时是具有革命性意义的，因为即使在50年代的时候，大部分的计算机还只能解决某一特定问题，不是通用的，而图灵机从理论上却是通用机。 1936年，图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为“论数字计算在决断难题中的应用”。在这篇开创性的论文中，图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出著名的“图灵机”(Turing Machine)的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。“图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名，被永远载入计算机的发展史中。1950年10月，图灵又发表了另一篇题为“机器能思考吗”的论文，成为划时代之作。也正是这篇文章，为图灵赢得了“人工智能之父”的桂冠。 “论数字计算在决断难题中的应用” “机器能思考吗” 1.英国科学家艾兰.图灵 Alan Mathison Turing 1912~1954 “人工智能之父”

11 1.1计算机的基本概念 图灵的主要贡献

12 1.1计算机的基本概念 计算机发展史上的两位重要人物
提出 “冯·诺伊曼原理”,又称为“存贮程序控制”原理。这一原理在计算机的发展过程中，始终发挥着重要影响，确立了电子计算机的逻辑结构和工作方式。 计算机："计算机之父"． 经济学：“博弈论之父” １．冯·诺伊曼原理 　　电子计算机采用了“存贮程序控制”原理。这一原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼提出的，所以又称为“冯·诺伊曼原理”。这一原理在计算机的发展过程中，始终发挥着重要影响，确立了现代计算机的基本组成和工作方式，直到现在，各类计算机的工作原理还是采用冯·诺伊曼原理思想。冯·诺伊曼原理的核心是“存贮程序控制”。 “存贮程序控制”原理的基本内容是：　　 (1) 采用二进制形式表示数据和指令； 　　 (2) 将程序（数据和指令序列）预先存放在主存贮器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存贮器中取出指令，并加以执行； 　 (3) 由运算器 、存贮器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了这五大部件的基本功能。冯·诺伊曼思想实际上是电子计算机设计的基本思想，奠定了现代电子计算机的基本结构，开创了程序设计的时代。 补充：（2）计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中,在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令,然后再取出下一条指令并执行,如此循环下去直到程序... 美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼： 　 冯.诺伊曼，(Von Neumann,John),1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯；1957年2月8日卒于美国华盛顿。数学，物理，计算机科学。冯.诺伊曼一生担任过许多科学职位，获得了众多荣誉，最主要的有：1937年获美国数学会博歇奖；1947年获美国数学会吉布斯(Gibbs)讲师席位，并得到功勋奖章（总  统奖）； 年任美国数学会主席；1956年获爱因斯坦纪念奖及费米奖。 他发表的学术论文共有150余篇，全部收录在1961年珀格蒙出版社出版的《冯.诺伊曼文集》。其中60篇是纯粹数学方面的，60篇关于应用数学，20篇属于物理学。他在电子计算机诞生之前就提出了组成计算机的部件及工作原理，称为“冯·诺伊曼原理”。以后人们根据他的思想设计出了第一代电子计算机。计算机的发明及迅猛发展，给人类的进步带来了巨大的动力，至今的计算机的组成还是遵循“冯·诺伊曼原理”。冯.诺伊曼以其超人的才思和丰硕的学术成果，成为一代科学巨匠。 囚徒的困境：冯·诺伊曼、博弈论，和原子弹之谜 在经济学领域，1944年他与奥斯卡·摩根斯特恩合著的巨作《博弈论与经济行为》出版，标志着现代系统博弈理论的的初步形成。他被称为“博弈论之父”。博弈论被认为是20世纪经济学最伟大的成果之一。  哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。 哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。 目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11。 冯·诺伊曼结构，也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。 目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。 他的精髓贡献是2点：2进制思想与程序内存思想 。 　　冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。 　　一次，在一个数学聚会上，有一个年轻人兴冲冲的找到他，向他求教一个问题，他看了看就报出了正确答案。年轻人高兴地请求他告诉自己简便方法，并抱怨其他数学家用无穷级数求解的烦琐。冯·诺依曼却说道：“你误会了，我正是用无穷级数求出的。”可见他拥有过人的心算能力。 　　据说有一天，冯·诺依曼心神不定地被同事拉上了牌桌。一边打牌，一边还在想他的课题，狼狈不堪地“输掉”了10元钱。这位同事也是数学家，突然心生一计，想要捉弄一下他的朋友，于是用赢得的5元钱，购买了一本冯·诺依曼撰写的《博弈论和经济行为》，并把剩下的5元贴在书的封面，以表明他 “战胜”了“赌博经济理论家”，着实使冯·诺依曼“好没面子”。 　　另一则笑话发生在ENIAC计算机研制时期。 有几个数学家聚在一起切磋数学难题，百思不得某题之解。有个人决定带着台式计算器回家继续演算。次日清晨，他眼圈黑黑，面带倦容走进办公室，颇为得意地对大家炫耀说： 　　“我从昨天晚上一直算到今晨4点半，总算找到那难题的5种特殊解答。它们一个比一个更难咧！”说话间，冯·诺依曼推门进来，“什么题更难？”虽只听到后面半句话，但“更难”二字使他马上来了劲。有人把题目讲给他听，教授顿时把自己该办的事抛在爪哇国，兴致勃勃地提议道：“让我们一起算算这5种特殊的解答吧。” 　　大家都想见识一下教授的“神算”本领。只见冯·诺依曼眼望天花板，不言不语，迅速进到“入定” 状态。约莫过了5分来钟，就说出了前4种解答，又在沉思着第5种……。青年数学家再也忍不住了，情不自禁脱口讲出答案。冯·诺依曼吃了一惊，但没有接话茬。又过了1分钟，他才说道：“你算得对！” 　　那位数学家怀着崇敬的心情离去，他不无揶揄地想：“还造什么计算机哟，教授的头脑不就是一台‘超高速计算机’吗？”然而，冯·诺依曼却呆在原地，陷入苦苦的思索，许久都不能自拔。有人轻声向他询问缘由，教授不安地回答说：“我在想，他究竟用的是什么方法，这么快就算出了答案。”听到此言，大家不禁哈哈大笑：“他用台式计算器算了整整一个夜晚！”冯·诺依曼一愣，也跟着开怀大笑起来。 2.美籍匈牙利数学家冯.诺依曼 John Von Nouma 1903~1957

13 1.1计算机的基本概念 冯·诺依曼的主要贡献 1944年，冯·诺依曼参加了ENIAC（埃尼阿克，Electronic Numerical Integrator And Computer：电子数字积分计算机）和EDVAC （Electronic Discrete Variable Automatic Computer：电子离散变量自动计算机）研制。 1944年8月制定EDVAC的建造计划； 1945年，冯·诺依曼及其研制小组，发表全新的“存储程序通用电子计算机方案”EDVAC。因此，称他为“现代计算机之父”。 1946年ENIAC运行，1951年EDVAC 运行。

14 1.1计算机的基本概念 第一台电子计算机 名字：ENIAC（埃尼阿克） 时间：1946.2.15. 研制：美国宾夕法尼亚大学
不足： 冯·诺依曼在参与ENIAC的研制工作时，就发现ENIAC有两个致命的缺陷：一是采用十进制运算，逻辑元件多，结构复杂，可靠性低；二是没有内部存储器。 由于ENIAC的制造已接近尾声， 直到EDVAC才采用冯·诺依曼的改进意见。 ENIAC虽然是世界上第一台电子计算机，但不是存储程序式的，程序要通过外接电路板输入。冯.诺伊曼在ENIAC研制过程中就发现了这个问题，并提出了解决方案。 1945年6月30日，冯.诺伊曼发表了题为“关于离散变量自动电子计算机的草案”的正文， 正式提出了存储程序的概念，因此存储程序式计算机被称为“冯.诺伊结构”， 而他所建议的“离散变量自动电子计算机” 也就是后来由宾夕法尼亚大学莫尔学院建成的EDVAC计算机（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）。 ENIAC并不具备存储程序的能力，程序要通过外接电路输入。改变程序必须改接相应的电路板，对于每种类型的题目，都要设计相应的外接插板，导致其实用性不强，同冯.诺依曼（John Von Nouma）早先提出的存储程序的设想还有很大的差距 1946年4月，美陆军阿伯丁弹道实验室，占地170m2，重30吨，18800个电子管，1500个继电器，7000个电阻，耗电150千瓦，5000次/秒 主要用于计算弹道和氢弹的研制

15 1.1计算机的基本概念 冯·诺依曼思想 计算机的五大部件：运算器、 控制器、 存储器、输入设备、输出设备。
ENIAC有 18000个电子管； 占地170平方米； 重达30吨； 耗电150千瓦； 由1500个继电器 70000个电阻等组成； 运算速度为5000次/s。 主要用于 计算弹道和氢弹研制 冯·诺依曼思想 计算机的五大部件：运算器、 控制器、 存储器、输入设备、输出设备。 是至今仍在使用的计算机体系结构和工作原理 二进制 程序式

16 1.1计算机的基本概念 根据所采用的主要元件，计算机分为四代 代次 起止年份 所用电子元件 典型软件 运算速度 应用领域 第一代
1946~1957 电子管 机器语言、汇编语言 5千~3万次/秒 国防及高科技 第二代 1958~1964 晶体管 高级程序设计语言 数十万~几百万次/秒 工业控制、数据处理 第三代 1965~1971 中、小规模集成电路 操作系统 数百万~几千万次/秒 文字处理、图形处理 第四代 1971~今 大规模、超大规模集成电路 多媒体、 数据库、 网络 上亿条指令/秒 社会各领域

17 1.1计算机的基本概念 电子管 晶体管 集成电路

18 1.1计算机的基本概念 1.1.2 计算机的特点 3. 超强的存储能力 高速、精确的运算能力 特点 2. 准确的逻辑判断能力
气候模拟超级计算机“暴雪” （Blizzard）：20TB内存，3PB硬盘 高速、精确的运算能力 Jaguar：1750万亿次每秒。 计算圆周率π 特点 2. 准确的逻辑判断能力 地图四色定理(Four color theorem)的证明 4.自动控制能力 存储程序控制 电子计算机作为一种通用的信息处理工具，具有以下主要特点： （1）高速、精确的运算能力 计算机能以极快的速度进行运算。目前计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次，微型计 算机也可达每秒亿次以上，使大量复杂的科学计算问题得以解决。 一般计算机可以有十几位甚至几十位（二进制）有效数字，计算精度可由千分之几到百万 分之几，是任何其他计算工具所望尘莫及的。从理论上讲，电子计算机的计算精度可以是不受 限制的，即可以实现任何精度要求。著名的数学家挈依列曾经为计算圆周率π整整花了15 年 时间，算到了小数点后的第707 位。现在把将这件事交给电子计算机来做，几个小时内就可以 计算到10 万位。 （2）准确的逻辑判断能力 人是有思维的，思维能力本质上是一种逻辑判断能力。计算机借助于逻辑运算，能模拟人 的思维进行逻辑判断，分析命题是否成立，并根据命题成立与否确定下一步该做什么。例如， 数学中有个“四色问题”，说是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上 不同的颜色。”这一问题是1872 年由英国著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出的。100 多年来不少数学家一直想去证明这一命题或者去推翻它，但一直没有得出结论。因此，“四色 问题”就成了数学中著名的难题。1976 年6 月，两位美国数学家哈肯和阿佩尔使用电子计算 机，用了1200 小时，作了100 亿次的判断，终于验证了这一著名的猜想。 （3）超强的存储能力 计算机中有许多用以记忆信息的存储单元，这些存储单元构成了计算机的存储部件，也称 内存储器。内存储器中可以存储大量信息，只要事先将数据输入到内部的存储单元中，需要时 就可以准确无误地获取。电子计算机一般能存储几百兆、几千兆甚至几千千兆数据。随着计算 机存储容量的不断增大，可存储记忆的信息越来越多。计算机不仅能把参加运算的数据、程序、 中间结果和最终结果保存起来，还可以存储庞大的多媒体信息。 （4）自动控制能力 由于计算机具有存储能力和逻辑判断能力，实现计算机工作的自动控制就成为必然。计算 机的工作方式就是存储程序的控制方式。计算机在程序的控制下自动连续地高速运算，一旦输 入编制好的程序并启动，就能自动地执行直到完成任务。这是计算机最突出的特点。 世界近代三大数学难题：地图四色定理、费马最后定理、 哥德巴赫猜想 地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里（Francis Guthrie）的英国大学生提出来的。德·摩尔根（Augustus De Morgan，1806～1871）1852年10月23日致哈密顿的一封信提供了有关四色定理来源的最原始的记载。四色问题又称四色猜想，是世界近代三大数学难题之一。四色问题的内容是：“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。”用数学语言表示，即“将平面任意地细分为不相重迭的区域，每一个区域总可以用1，2，3，4这四个数字之一来标记，而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。” 　　这里所指的相邻区域，是指有一整段边界是公共的。如果两个区域只相遇于一点或有限多点，就不叫相邻的。因为用相同的颜色给它们着色不会引起混淆。 计算机证明四色问题 　　高速数字计算机的发明，促使更多数学家对“四色问题”的研究。从1936年就开始研究四色猜想的海克，公开宣称四色猜想可用寻找可约图形的不可避免组来证明。他的学生丢雷写了一个计算程序，海克不仅能用这程序产生的数据来证明构形可约，而且描绘可约构形的方法是从改造地图成为数学上称为“对偶”形着手。 　　他把每个国家的首都标出来，然后把相邻国家的首都用一条越过边界的铁路连接起来，除首都(称为顶点)及铁路(称为弧或边)外，擦掉其他所有的线，剩下的称为原图的对偶图。到了六十年代后期，海克引进一个类似于在电网络中移动电荷的方法来求构形的不可避免组。在海克的研究中第一次以颇不成熟的形式出现的“放电法”，这对以后关于不可避免组的研究是个关键，也是证明四色定理的中心要素。 　　电子计算机问世以后，由于演算速度迅速提高，加之人机对话的出现，大大加快了对四色猜想证明的进程。美国伊利诺大学哈肯在1970年着手改进“放电过程”，后与阿佩尔合作编制一个很好的程序。就在1976年6月，他们在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿判断，终于完成了四色定理的证明，轰动了世界。 德国气候模拟超级计算机“暴雪” 存储能力惊人 “暴雪”硬件规格： 　　－ IBM p575 Power6集群 　　－ 水冷散热 　　－ 每节点16颗Power6双核心处理器 　　－ 总计264个节点、8448个处理核心，包括249个计算节点、12个I/O节点、3个交互节点 　　－ 每核心计算能力18.8GFlops，合计158TFlops 　　－ 20TB内存 　　－ 3PB(3000TB)硬盘，采用GPFS文件系统 (2011年还会再增加3PB) 　　－ 8个Qlogic 288口4×DDR InfiniBand交换机，节点间双向带宽16GB/s，线缆总长25.4公里 计算机能够自动、准确、快速地按照人们意图进行运行的最基本思想是存储程序和程序控制

19 1.1计算机的基本概念 1.1.3计算机的主要用途 2 数据处理(信息处理) 3
对信息进行输入、分类、排序、存储、计算、统计、制表和检索等操作。是目前计算机应用最广泛的领域，已占计算机应用的80%以上。 人事管理、财务管理 图书资料管理 商业数据交流 情报检索,etc. 3 实时控制(过程控制)实时采集和检测数据、并进行处理和判断，按最佳值进行调节的过程。 钢铁企业、电力 石油化工业、医药工业等 国防和航空航天 1 科学计算(数值计算) 在尖端科学领域，显得尤为重要。 人造卫星轨迹的计算 人类基因序列分析计划 火箭、宇宙飞船的研究设计 中长期天气预测分析 1．科学计算（数值计算） 科学研究和工程设计中遇到大量数学问题的数值计算 数值计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域，显得尤为重要。 人造卫星轨迹的计算 人类基因序列分析计划 火箭、宇宙飞船的研究设计 中长期天气预测分析 2．数据处理（信息处理） 在科学研究和工程技术中大量的原始数据：大批图片资料以及多媒体信息。 信息处理：对信息进行收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表等操作。 信息处理应用：人事管理、库存管理、财务管理、图书资料管理、商业数据交流、情报检索、经济管理等。 信息处理已成为当代计算机的主要任务（80%），是现代化管理的基础 3．自动控制 不需人工干预，按预定目标和状态进行过程控制。 过程控制：实时采集和检测数据、并进行处理和判断，按最佳值进行调节的过程。 应用领域： 钢铁企业、石油化工业、医药工业等 国防和航空航天：无人驾驶飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制 优点：大大提高了控制的实时性和准确性，提高劳动效率、提高产品质量、降低成本，缩短生产周期。

20 1.1计算机的基本概念 1.1.3 计算机的主要用途 5 网络与通信 6
以网络为特征的时代： 信息发布、资料检索 电子邮件、电子商务 IP 电话、远程教育 网上出版、娱乐休闲 即时通信和虚拟社区 6 多媒体技术应用Multimedia —文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种“媒体”的综合。 4 辅助系统 CAD计算机辅助设计： Computer Aided Design CAM 计算机辅助制造 CAT 计算机辅助测试 CAE 计算机辅助工程：使设计、制造、测试和管理有机地组成为一体，形成高度的自动化系统。 CBE计算机辅助教育 辅助系统 计算机辅助设计（CAD）：Computer Aided Design 应用：飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、大规模集成电路设计等 CAM 计算机辅助制造 manufacture CAT 计算机辅助测试 test CAE 计算机辅助工程 engineering 使设计、制造、测试和管理有机地组成为一体，形成高度的自动化系统。 计算机辅助教学（CAI）：Computer Aided Instruction

21 1.1计算机的基本概念 1.1.3 计算机的主要用途 8 人工智能（AI） … 7 嵌入式系统 etc…
- Artificial Intelligence 用计算机模仿人的感知能力、思维能力和行为能力等。 专家系统、模式识别 智能检索 智能机器人 定理证明、语言翻译 … etc… 7 嵌入式系统 把处理器芯片嵌入不同的设备系统，完成特定的处理任务，这些系统称为嵌入式系统。 数码相机（摄像机） 高档电动玩具等。

22 1.1计算机的基本概念 分类 1.1.4 计算机的分类 巨型机、大型机、小型机、工作站、微机和服务器 模拟计算机、数字计算机
按规模和性能 按信息表现和处理 按用途 模拟计算机、数字计算机 1. 按规模和性能分类 可分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机、工作站、微型计算机和服务器等。它们的 基本区别在于体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设 备与软件配置等的不同。 巨型计算机是一种超大型电子计算机，主要用于重大科学研究和尖端科技领域；大型计算 机在运算速度和存储容量等方面稍弱于巨型计算机，主要用于商业处理和大型数据库及数据通 讯；小型计算机在性能上尽可能贴近大型机，但在结构组成、体积和性价比方面有一定优势， 主要用于企事业单位和一般科研院所；工作站是一种介于PC机和小型计算机之间的高档微机， 主要用于图像处理和辅助设计等方面；微型计算机是目前最广泛使用的一种机型，其特点是体 积小、性能好、使用灵活；服务器是一种管理网络资源并为用户提供网络服务的计算机，其上 运行网络操作系统和服务软件，如文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器等。 2．按信息表现形式和对信息的处理方式分类 可分为模拟计算机和数字计算机。模拟计算机是对连续的物理量进行运算的计算机，输入 的运算量是由电压、电流等连续的物理量表示，输出的结果也是物理量。模拟计算机处理问题 的精度差，电路结构复杂，抗干扰能力差。数字计算机是计算机的主流机种，输入的运算量是 离散的数字量，处理的结果也是数字量。由于数字计算机内部使用的是数字电信号，因此其组 成结构和性能上都优于模拟计算机。目前我们使用的计算机大多是电子数字计算机。 3. 按用途分类 可分为专用计算机和通用计算机。专用计算机是用于某一专门应用领域或专项研究方面的 计算机。专用计算机功能单一，主要针对某类问题的处理、运算、显示、可靠性、有效性和经 济性设计，不适于其他方面的应用。如导弹和火箭上使用的计算机大部分就是专用计算机。通 用计算机功能多样，广泛应用于科学计算、数据处理、过程控制、网络通信、人工智能等各个 领域。但由于强调其功能的多样化，通用计算机的运行效率、速度和经济性依据不同的应用对 象会受到一定的影响。 计算机分类的方式还有很多，比如按采用的操作系统分类，按计算机字长分类，按CPU 等级分类，按主机形式分类等。 专用计算机、通用计算机

23 1.2 计算机系统的组成 1.2.1 计算机系统基本组成 按照用途，存储器分为内存与外存，似书桌与文件柜。 似“小提琴” 似“乐谱”
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外存：软盘、硬盘、光盘等 网络设备：网卡、调制解调器等 计算机系统 软件 外部设备 系统软件 应用软件 硬件 运算器 控制器 主机 内存 CPU 操作系统：Windows、Unix、Linux 语言处理程序：C、Java、VB；DBMS 实用程序：诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库应用软件等 似“小提琴” 似“乐谱” 为系统设计的程序 为应用设计的程序

24 1.2 计算机系统的组成 计算机硬件系统 硬件是组成计算机的物理部件。 硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。

25 1.2 计算机系统的组成 计算机软件系统 计算机软件（Computer Software）系统是相对于硬件而言的，是使用计算机的各种程序和数据。程序是计算机命令或指令的序列，譬如： Windows 7

26 1.2 计算机系统的组成 1.2.2计算机工作原理和基本结构 主机 =内存+CPU CPU
数据 输入设备 内存储器 输出设备 运算器 控制器 CPU 程序数据 指令 运行结果 数 据 控制信号 数据信号 主机 =内存+CPU 外存可以用于输入或输出。CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输，必须通过内存进行。

27 1.2 计算机系统的组成 ★运算器 ：进行各种算术和逻辑运算。 ★控制器 ：发布控制指令，指挥计算机各部分协调运作。
★存储器 ：临时或长期存放各种数据、程序及运算结果。 ★输入设备 ：将人们需要用计算机处理的程序和数据输入计算机内，并转换为可处理的信号。 ★输出设备 ：将计算机处理的信息和响应输出。 计算机硬件组成的另一种划分： 主机和外设两部分

28 1.2 计算机系统的组成 计算机工作流程 计算机按照程序编写的指令顺序，自动地逐条取出指令、分析指令、完成指令规定的操作。
计算机工作过程如下所述： 第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。 第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。 第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。 第四步：当运算任务完成后，就根据指令将结果通过输出设备输出。

29 1.2 计算机系统的组成 1.2.3 计算机中的数据存储 内存 输出设备 输入设备 二进制 数值 数值 西文 西文 汉字 汉字 声音、图像
十／二进制转换 内存 二／十进制转换 数值 数值 西文 ASCII码 西文字形码 西文 汉字 输入码／机内码转换 汉字字形码 汉字 声音、图像 模／数转换 数／模转换 声音、图像

30 1.2 计算机系统的组成 1.2.3 计算机中的数据存储 为什么在计算机中使用二进制数？
电路简单，技术操作可行，逻辑电路只有两种状态，可靠性高。 二进制的运算规则简单；二进制中的“1”和“0”与逻辑值“真”和“假”对应，易于逻辑运算。 减法运算法则 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1 (有借位) 加法运算法则 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0(有进位) 乘法运算法则 0×0=0 0×1=1×0=0 1×1=1 除法运算法则 0÷1=0 1÷1=1

31 1.2 计算机系统的组成 1.2.3 计算机中的数据存储 字节Byte 1KB = 1024B = 210B
1MB = 1024KB = 220B 1GB = 1024MB = 230B 1TB = 1024GB = 240B 1PB = 1024TB = 250B Kilo Mega Giga Tera Peta 位bit 二进制数中的一位0或1，是最小数据单位 字（Word）：计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制数字串。（字长是字节的整数倍）

32 1.2 计算机系统的组成 1.2.4 计算机软件系统 计算机硬件是基础（裸机）。计算机软件丰富，可分为三层：操作系统、公用程序和应用程序，外层可以利用内层提供的功能。首先安装操作系统，再选装其他软件。 硬件 操作系统 实用程序 网络软件 数据库 管理系统 语言处理程序 应用程序 一个安全的系统 =Win7操作系统 +启用防火墙 +关闭自动更新 +360安全卫士 +其他常用软件 +onekey一键还原 +备份系统 安全“6+1”

33 1.2 计算机系统的组成 SQA：软件质量保证

34 1.2 计算机系统的组成 用户和计算机间的接口——操作界面 （1）操作系统 操作系统是最基本最重要的系统软件，有四大管理功能：
文件管理、存储管理、任务管理和设备管理。 它管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，协调计算机各部分工作，为用户提供友好的操作界面。

35 1.2 计算机系统的组成 根据操作系统的功能和使用环境，分类如下： 单/多用户操作系统 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统
网络操作系统 分布式操作系统 多用户操作系统 单用户操作系统 服务器

36 1.2 计算机系统的组成 微机常用操作系统 单用户单任务（如DOS） 单用户操作系统 单用户多任务 (如Windows XP/7)
多用户操作系统(如Windows Server、 Linux、Unix)

37 1.2 计算机系统的组成 （2）语言处理程序 语言处理程序是指汇编、解释或编译程序。用于编写计算机程序的语言叫做程序设计语言。
计算机程序设计语言按发展过程分为： 机器语言 譬如： 二进制操作码 操作数 计算机可直接执行 汇编语言 ADD R1 符号操作码 操作数 转成机器语言再执行 高级语言 s=b*b-4*a*c 英文语句 翻译成机器语言再执行 汇编 解释或编译

38 1.2 计算机系统的组成 高级语言可有两种翻译方式：编译方式和解释方式。
编译方式：通过编译程序，将高级语言源程序全部翻译成机器语言程序（目标程序），然后连接和执行。 编译程序 高级语言源程序 机器语言目标代码 连接 执行

39 1.2 计算机系统的组成 高级语言源程序 解释方式：通过解释程序，对高级语言（源）程序解释一句就执行一句，不产生机器语言（目标）程序。

40 1.2 计算机系统的组成 （3）数据库管理系统 用于建库，对计算机中存放的大量数据进行组织、管理、查询，以及设计数据库应用软件（如QQ等）。
目前，常用的数据库管理系统（DBMS）： SQL Server、Oracle、Mysql和Access等。

41 1.2 计算机系统的组成 （4）联网及通信软件 局域网或服务器操作系统
Microsoft Windows NT/Server 2003/2008，Unix等 通信软件 Microsoft公司的IE Netscape公司的Navigator 傲游浏览器 360浏览器等

42 1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 1.3.2 不同进制之间的转换 1.3.3 计算机中数据的存储单位
1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 1.3.2 不同进制之间的转换 1.3.3 计算机中数据的存储单位 1.3.4 数值型数据在计算机中的表示 1.3.5 字符在计算机中的表示 补码 􀂋 补码的特点 􀁺最高位既是符号位，又是数值位 􀁺只有正0，无负0

43 1.3 信息编码 读一读下面的数值是多少？ A：1000、10、8 B： 41 C： 65 D： 1111 1111 E： 7A
1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 读一读下面的数值是多少？ A：1000、10、8 B： 41 C： 65 D： E： 7A 说明：不同的进制中，表示的数值不同。

44 1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 用一组固定的符号、按统一的进位规则表示数值的方法。 数码：一组表示某种数制的符号（0~9，A~F）
1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 用一组固定的符号、按统一的进位规则表示数值的方法。 数码：一组表示某种数制的符号（0~9，A~F） 基数：数制所用的数码个数。 位权：多位数中处在某一位上的“1”所表示 的数值的大小，称为该位的位权。 ● 三要素 对N进制数： - 整数部分第i位的位权为Ni-1 - 小数部分第j位的位权为N－j 不同进制数的两种表示方法： 脚标： (110.1)2 (13.7)8 (4F.B6) (6.9)10 十进制可省略 字母： 110.1B O 4F.B6H D

45 1.3 信息编码 二进制、八进制、十进制 、十六进制 Binary、Octal、Decimal 、Hex 基数： R （是几进制就是几）
1.3 信息编码 1.3.1 进位计数制 常用计数制 二进制、八进制、十进制 、十六进制 Binary、Octal、Decimal 、Hex 不同进制数的基本特点 组成：0 1 ( (8 9 (A B C D E F))) 基数： R （是几进制就是几） 加减运算规则：逢R进一，借一当 R

46 不同进制数的对应关系 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 十进制 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 八进制 16 17 十六进制 A B C D E F

47 A：（10011）2 B： （48）o C： （AD）16 D： 125 说明：答案为B。 八进制中，数码是0~7，没有8。
下面不合法的数值表示是哪个？ A：（10011）2 B： （48）o C： （AD）16 D： 125 说明：答案为B。 八进制中，数码是0~7，没有8。

48 1.3 信息编码 1．R进制数转换为十进制数 1.3.2 不同进制之间的转换 方法：把R进制数按权展开求和 举例：
1.3 信息编码 1.3.2 不同进制之间的转换 1．R进制数转换为十进制数 方法：把R进制数按权展开求和 举例： (101.11)2=1×22+0×21+ 1×20+1×2-1+1×2-2 =5.75 (71.2)8=7×81+ 1×80 +2×8-1 =57.25 (F.18)16=15×160 +1× ×16-2 =

49 把下面的数转换成十进制数 （20.8）16 （FF）H （177.24）8 （ ）2 32.5 255

50 1.3 信息编码 2．十进制数转换为R进制数 - 整数部分的余数反序书写； - 小数部分的整数正序书写。 1.3.2 不同进制之间的转换
1.3 信息编码 1.3.2 不同进制之间的转换 2．十进制数转换为R进制数 整数部分：除R取余，且除到商为0为止； 小数部分：乘R取整，乘到小数部分为0为止; 乘不尽时，到满足精度为止。 - 整数部分的余数反序书写； - 小数部分的整数正序书写。 ● 注 意

51 例： (123.45)10 =( ？ )2 余数 2 123 1 0.45 低 X 2 61 1 2 0.90 2 30 X 2 15 1 2 1.80 X 2 7 1 2 （215）10＝（ ）2 ＝（327）8 ＝（D7）16 1.60 2 3 1 X 2 高 1 2 1 1.20

52 例： ( )10 =( )8 3275 .54 余数 8 1725 5 0.6875 低 × 8 215 7 8 5.50 2 8 26 × 8 8 3 3 高 4.00

53 例： ( )10 =( )16 8A2F .AC 余数 16 35375 15 低 × 16 2210 2 16 10 16 138 × 16 8 8 16 高

54 把下面的十进制数转换为R进制数 （215）10 11010111 ＝（？）2 327 ＝（？）8 D7 ＝（？）16 （0.6875）10
0.3=( ….)2 （0.1011）2 （0.3）10 ＝（？）2

55 1.3 信息编码 3．二进制、八进制和十六进制数之间的转换 105.17 例：(423.45)8 =( ？)2
1.3 信息编码 1.3.2 不同进制之间的转换 3．二进制、八进制和十六进制数之间的转换 八进制数 二进制数 二进制数 八进制数 以小数点为界，二进制数分别向左向右每三位合成一位八进制数。 每一位八进制数展成三位二进制数，不足三位者补0。 例：(423.45)8 =( ？)2 例：( )2 =( ？)8 105.17

56 1.3 信息编码 3．二进制、八进制和十六进制数之间的转换 例：(AD7.B6)16 =( ？)2
1.3 信息编码 1.3.2 不同进制之间的转换 3．二进制、八进制和十六进制数之间的转换 十六进制数 二进制数 二进制数 十六进制数 以小数点为界，二进制数分别向左向右每四位合成一位十六进制数。 每一位十六进制数展成四位二进制数，不足四位者补0。 例：(AD7.B6)16 =( ？)2 八进制数与十六进制数的转换借助于二进制完成。 例： ( )2 =( ？)16 154.B8

57 1.3 信息编码 1.3.4 计算机常用信息编码 数值型数据分为整数（定点数）和实数（浮点数），本节介绍整数的表示。 有符号整数 无符号整数
1.3 信息编码 1.3.4 计算机常用信息编码 数值型数据分为整数（定点数）和实数（浮点数），本节介绍整数的表示。 数值部分 符号位S 有符号整数 无符号整数 S S：0表示正，1表示负。 数值部分

58 1.3 信息编码 1.数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 原码
1.3 信息编码 1.数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 原码 整数X的符号位0或1表示X的正负，数值位=数X的绝对值 以一个字节存储为例： [+7]原= [ -7]原= 整数0的原码表示不唯一，不适合计算机运算 [+0]原= [ -0]原= S：0表示正，1表示负。

59 1.3 信息编码 1. 数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 反码
1.3 信息编码 1. 数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 反码 正数的反码与原码相同 负数的反码把原码除符号位以外，其余各位按位求反。 [+7]反= [ +7]原= [ -7]反= 整数0的反码表示也不唯一 [+0]反= [ -0]反= S：0表示正，1表示负。

60 1.3 信息编码 1.数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 补码
1.3 信息编码 1.数值编码 在计算机中表示的有符号的二进制数称为“机器数”。机器数形式有三种：原码、反码和补码。 补码 正数的补码与原码相同 负数的补码把原码除符号位以外，其余各位按位求反，然后在最低位加1。 [+7]补= [ +7]原= [ -7]补= 整数0的补码表示唯一 [+0]补= [ -0]补= 在机器中 负数的补码是这样算的: 先将该负数取绝对值,再用二进制表示出这个绝对值 对该二进制数进行取反加一操作就得到负数的补码了 -128 绝对值是 的二进制表示为: 取反 加 这就是-128的补码补码 􀂋 补码的特点 􀁺最高位既是符号位，又是数值位 􀁺只有正0，无负0 在计算机中整数是以补码的形式存放和运算的。

61 1.3 信息编码 2.字符编码 西文字符编码： ASCII码 即美国信息交换标准代码。
1.3 信息编码 2.字符编码 西文字符编码： ASCII码 即美国信息交换标准代码。 American Standard Code for Information Interchange 基本ASCII码 7位二进制字符编码； 字节的最高位固定为0； 可以表示128个字符。 扩充ASCII码 8位二进制字符编码； 最高位为0或1； 可以表示256个字符。 西文字符： —— 拉丁字母、数字、标点符号和一些特殊符号

62 ASCII码 7位二进制 97

63 1.3 信息编码 2.字符编码 ASCII码表 包括： 34个控制字符； 52个英文字母；10个数字； 32个字符和运算符。
1.3 信息编码 2.字符编码 ASCII码表 包括： 34个控制字符； 52个英文字母；10个数字； 32个字符和运算符。 例如：“a”字符的编码为 ，对应的十进制数是97； 空格 32 ‘0’～‘9’ 48～57 ‘A’～‘Z’ 65～90 ‘a’～‘z’ 97～122

64 注意：数值与数字字符的区别 十进制数字字符的ASCII码与它们的二进制数值是有区别的，例如： 十进制数3的7位二进制数为（0000011）2
数值3能表示数的大小，并可以参与数值运算 ； 而数字字符‘3’只是一个符号。

65 1.3 信息编码 2. 字符编码 中文字符编码 汉字输入码 音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等。
1.3 信息编码 2. 字符编码 中文字符编码 输入码 国标码 机内码 地址码 字形码 汉字输入 汉字输出 汉字存储 汉字输入码 音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等。 形码类 五笔字型法、郑码输入法等。 汉字输入法软件负责完成汉字输入码到机内码的转换。

66 什么是区位码？ 国标GB2312－80规定，所有的国标汉字与符号组成一个94×94的矩阵，在此方阵中，每一行称为一个“区”（区号为01－94），每一列称为一个“位”（位号为01－94），该方阵实际组成了一个94个区，每个区内有94个位的汉字字符集，每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码，叫该字符的区位码。使用区位码方法输入汉字时，必须先在表中查找汉字并找出对应的代码，才能输入。区位码输入汉字的优点是无重码，而且输入码与内部编码的转换方便。 区码 位码

67 1.3 信息编码 2.字符编码 中文字符编码 国标码（GB2312-80） 汉字扩展编码（GBK） 每个汉字占两个字节。
1.3 信息编码 2.字符编码 中文字符编码 国标码（GB ） 每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。 在区号和位号之上各加上20H以后所得到的二进制代码，就是该字符的国标码。 （加20H是为了避免与基本ASCII码中的控制码冲突） 汉字扩展编码（GBK） GB2312的扩充规范，收录汉字21003个。 同一个汉字的GB2312编码与GBK编码相同。

68 1.3 信息编码 H 2.字符编码 中文字符编码 机内码 即汉字存储码。两个字节编码，其中字节的最高位均为1。 在国标码的基础上再加80H（即最高位均置“1”）构成汉字机内码。 汉字 中（3630H） 华（1B1AH） 区位码 ( )B ( )B 国标码 ( )B ( )B 机内码 ( )B ( )B 汉字“中” 国标码为5650H、机内码为D6D0H

69 1.3 信息编码 2.字符编码 中文字符编码 字形码 点阵：汉字字形点阵的代码 优点：编码、存储方式简单、 无需转换直接输出
1.3 信息编码 2.字符编码 中文字符编码 字形码 点阵：汉字字形点阵的代码 16×16、24×24、32×32、48×48 优点：编码、存储方式简单、 无需转换直接输出 缺点：放大后产生的效果差 矢量：存储的是描述汉字字形的 轮廓特征（TrueType） 每一个汉字的字形须预先存放在计算机内，国标汉字字符集的所有字符形状描述信息集合在一起，称为字形信息库，简称字库。不同的字体（如仿宋、楷体、黑体等）对应着不同的字库。

70 1.3 信息编码 2.字符编码 中文字符编码 地址码 每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址 地址码和机内码有简明的对应转换关系

71 1.3 信息编码 汉字地址码 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反 每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址
1.3 信息编码 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反 汉字地址码 每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址 地址码和机内码要有简明的对应转换关系

72 其它汉字编码 BIG5编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。 GBK码 2字节表示一个汉字 第一字节从81H~FEH，最高位为1； 第二字节从40H~FEH，第二字节的最高位不一定是1。 Unicode码 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。

73 各种汉字编码之间的关系 数字编码 字音编码 字形编码 国标码 内码 字形码 显示汉字 打印汉字

74 Thank You!