《計算機應用基礎(chǔ)教程》第一章計算機基礎(chǔ)知識

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1、第1章計算機基礎(chǔ)知識 學習目標： 通過本章學習使學生掌握計算機基本概念、計算機系統(tǒng)組成、計算機各大硬件設(shè)備、 計算機的數(shù)制和信息的表示與存儲，并熟悉計算機的產(chǎn)生、發(fā)展、特點和應用領(lǐng)域，了 解計算機中字符編碼的概念。 1.1 計算機概述 隨著微型計算機的出現(xiàn)及計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機的應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世紀的今天，掌握和使用計算機成為人們必不可 少的技能。 1.1.1 計算機的誕生及發(fā)展 1946年2月，世界上第一臺電子計算機 ENIAC （埃尼阿克）在美國加州問世。ENIAC 使用了 17468電子管，1500個繼電器，體積3000立

2、方英尺（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，比當時最快的計算工具快300倍，耗資40萬美金。 在當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去詠一 個嚴重的問題，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 幾乎在同一時期，著名數(shù)學家馮 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）采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。 2）計算機應包括運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件

3、。 3）采用存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)均以二進制編碼形式預先按一定 順序存放到計算機的存儲器里。計算機運行時，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，最后完成一個復雜的工作。這一切工作都是 由一個擔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) 計思想的計算機稱為馮?諾依曼型計算機。從 1946年第一臺計算機誕生至今，雖然計算 機的設(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

4、其工作原理和基 本結(jié)構(gòu)仍然遵循著馮?諾依曼的思想。 計算機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 土存 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 局級語百、 管理程序 IBM7000、 UNIVACII 第三代 1965-1970 中小集 成電路 半導體 存儲器 磁盤 幾白力~ 幾千萬 操作系統(tǒng)診

5、斷程序 IBM system/360 第四代 1971-現(xiàn)在 超大規(guī) 模集成 電路 半導體 存儲器 磁盤、 上億 固件、網(wǎng)絡(luò)、 數(shù)據(jù)庫 第五代 智能機 能聽、說、看、有思維能力等的新一代的計算機被稱為智能 計算機。 表1-1計算機年代的劃分 1.1.2 計算機分類 計算機按工作原理分可分為：模擬電子計算機、數(shù)字電子計算機、模擬數(shù)字混合計 算機；按功能分可分為專用計算機和通用計算機；按工作模式分可分為工作站和服務器; 按規(guī)模分可分為：巨型計算機、大型計算機、中型計算機、小型計算機和微型計算機。 如銀河系列計算機：運行速度每秒上百億次，如圖 1-2所示。

6、 圖1-2銀河系列計算機 1.1.3 計算機特點 1 .運算速度快 當今計算機系統(tǒng)的運算速度已達到每秒萬億次，微機也可達每秒億次以上，使大量 復雜的科學計算問題得以解決。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)在用計算機只需幾天甚至幾分鐘 就可完成。 2 .計算精確度高 科學技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計算。計算機控制的 導彈之所以能準確地擊中預定的目標，是與計算機的精確計算分不開的。一般計算機可 以有十幾位甚至幾十位（二進制）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

7、莫及的。 3 .存儲容量大 計算機不僅能進行計算，而且能把參加運算的數(shù)據(jù)、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。計算機的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計算機具有了 “記憶”功能。隨著計算機存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多。計算機 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行比較、判 斷等邏輯運算的功能。這種能力是計算機處理邏輯推理問題的前提。 5 .自動化程度高，通用性強 計算機內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進行的。用戶根據(jù)解題需要， 事先設(shè)計好運行步驟

8、與程序，計算機十分嚴格地按程序規(guī)定的步驟操作，整個過程不需 人工干預，自動化程度高，這一特點是一般計算工具所不具備的。 計算機通用性的特點表現(xiàn)在幾乎能求解自然科學和社會科學中一切類型的問題，能 廣泛地應用各個領(lǐng)域。 1.2 計算機系統(tǒng)組成及應用 完整的計算機系統(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。 運算器 ＜中央處理單元 （CPU） 控制器 主機 隨機存儲器（RAM ） I內(nèi)（主）存儲器 計算機 系統(tǒng) 硬件 廠系統(tǒng) 外設(shè) 軟件 系統(tǒng) 只讀存儲器（ROM ） 外（輔）

9、存儲器（硬盤、軟盤、光盤等） 《輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標、光筆、圖形掃描儀、觸摸屏等） I輸出設(shè)備（顯示器、打印機、繪圖儀等） 系統(tǒng)軟件（ Windows98/2000/2003/XP、WIN 7、 Linux 等） 二應用軟件（Word、Excel、Photoshop 等） 圖1-3計算機系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 在計算機系統(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，都是計算機工作必不可少的組成部分。那么，計 算機由用戶來使用，用戶與計算機硬件系統(tǒng)和軟件系

10、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計算機的基本結(jié)構(gòu) 1 .運算器 運算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit , ALU ),是計算機對數(shù)據(jù)進行加工 處理的部件，也就是對二進制數(shù)碼進行加、減、乘、除等算術(shù)運算，或進行與、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)存中。 2 .控制

11、器 控制器是計算機指揮和控制中心。它負責從內(nèi)存中取出指令，確定指令類型，并對 指令進行譯碼，按時間的先后順序，向計算機的各個部件發(fā)出控制信號，使整個計算機 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)備負責把用戶命令，包括程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機中，是人與計算機之間對

12、 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)備才能被計算機接受。 常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數(shù)碼相機等。 5 . 輸出設(shè)備 輸出設(shè)備是將計算機運算或處理的結(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、打印機等。 1.2.2 軟件系統(tǒng) 計算機軟件是各種程序和文檔的總稱，程序是人們?yōu)槭褂嬎銠C完成某向特定的任務 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，文檔則是應用各種編輯系統(tǒng)編寫 的文本或帶格式的文本。計算機軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件是指控制、 管理和協(xié)調(diào)計算機及其外部設(shè)備，支持應用軟件的開發(fā)和運行的軟件的總稱。系統(tǒng)軟

13、件 包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務程序。 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，是用戶和計算機的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自 動完成復雜的功能，這就是操作系統(tǒng)幫助的結(jié)果；二是統(tǒng)一管理計算機系統(tǒng)的全部資源， 合理組織計算機工作流程，以便充分、合理地發(fā)揮計算機的效率。有關(guān)操作系統(tǒng)的知識 將在第 3 章做進一步的介紹。 2 ．程序設(shè)計語言

14、 計算機語言是人們根據(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器語言、匯編語言、高級語言三類。低級語言包括機器語 言和匯編語言。按照語言對機器的依賴程度，可分為： 1)機器語言( Machine Language ) 是以二進制代碼形式表示的機器基本指令的集 合。它的特點是運算速度快，每條指令都是0 和 1 的組合，不同計算機其機器語言不同， 難閱讀，難修改，難移植。 2)匯編語言(Assemble Language) 是為了解決機器語言難于理解和記憶，用易于

15、理 解和記憶的名稱和符號表示的機器指令。例如，加法指令 ADD傳送指令MOV匯編語言 雖比機器語言直觀，但基本上還是一條指令對應一種基本操作，對同一問題編寫的程序 在不同類型的機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 翻譯才能被計算機識別。 3)高級語言(High Level Language) 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)學語言的語句組成。易學、易用、易維護。 但是由于機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器語言的程序才能執(zhí)行。一般說來用它的編程

16、效率高，執(zhí) 行速度沒有低級語言高。高級語言必須經(jīng)過語言處理程序(編譯程序等)的翻譯才能被 計算機識別。目前最常用的高級語言有：C語言、C++ Java、Delphi等。 除機器語言外，采用其他程序設(shè)計語言編寫的程序，計算機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器語言程序，即計算機能識別的0 與1的組合，承擔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。 圖1-6 (a)編譯過程示意圖圖1-6(b)解釋過程示意圖 3 .應用軟件 應用軟件是為

17、計算機在特定領(lǐng)域中的應用而開發(fā)的專用軟件。應用軟件具體可分為 兩類：面向問題的應用程序，如現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)、財務軟件、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、維護軟件等。 應用軟件包括的范圍是極其廣泛的，可以這樣說，哪里有計算機應用，哪里就有應 用軟件。如辦公應用 Office、WPS 平面設(shè)計 PhotoShop、Illustrator 、CorelDraw ;視 頻處理 Premiere、After Effects 、會聲會影；網(wǎng)站建設(shè) FrontPage、Dre

18、amwerver;輔 助設(shè)計 Auto CAD;三維制作 3DS Max;多媒體開發(fā) Authorware、Flash等等。 1.2.3 計算機應用 1 .科學計算 科學計算通常是指用于完成科學研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學問題的計算，如應用 于天氣預報、地震分析、導彈攔截大量的數(shù)值計算與分析等，是計算機最早的應用領(lǐng)域。 在計算機誕生初期，計算機主要用于科學計算，在彈道計算上顯示了它的巨大威力。當 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。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使得各種領(lǐng)域中的計算模型日 趨復雜，人工計算已無法解

19、決這些復雜的計算問題?？茖W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)進行加工處理(如分類、合并、統(tǒng)計、分析等)。使用計 算機和其他輔助方式，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、傳輸和應用。與科學計算不同，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)導決策水平。 3 ． 計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助設(shè)計( Computer Aided De

20、sign ， CAD ) 就是用計算機幫助設(shè)計人員進行設(shè) 計。由于計算機有快速的數(shù)值計算、較強的數(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)得到廣泛應用。采用計算機輔助設(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。 計算機輔助制造( Computer Aided Manufacturing ， CAM )是用計算機進行生產(chǎn)設(shè)備 的管理、控制和操作的過程。計算機輔助設(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)

21、可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。 計算機集成制造系統(tǒng)( Computer Integrated Manufacture System ， CIMS )是指以計算 機為中心的現(xiàn)代化信息技術(shù)應用于企業(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。 計算機輔助教學 (Computer Aided Instruction ， CAI) 是在計算機輔助下進行的各種教學 活動，以對話方式與學生討論教學內(nèi)容、安排教

22、學進程、進行教學訓練的方法與技術(shù)。 CAI 為學生提供一個良好的個人化學習環(huán)境，綜合應用計算機的多媒體、超文本、人工 智能及知識庫等技術(shù)，克服傳統(tǒng)教學方式單一、片面的缺點，能有效地縮短學習時間、 提高教學質(zhì)量和教學效率，實現(xiàn)最優(yōu)化的教學目標。 4 ． 計算機自動控制 主要應用于飛行控制、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，指用計算機實時采集檢測數(shù)據(jù)，按最佳值迅速地對控制對象進行自動控制或 自動調(diào)節(jié)。 利用計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程或裝置的運行過程進行狀態(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確性，從而改善 勞

23、動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。 5 ． 多媒體技術(shù)應用 隨著電子技術(shù)特別是通信和計算機技術(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 體的應用發(fā)展很快。 6 ． 電子商務等網(wǎng)絡(luò)應用 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機的應用進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 ( 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)、遠程醫(yī) 療

24、和會診、交通信息管理等。 7 .人工智能方面的研究和應用 人工智能（簡稱AI ）是指計算機模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應用。 人工 智能是計算機應用的一個新的領(lǐng)域，這方面的研究和應用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、 定理證明、語言翻譯、機器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計算機模擬人腦的 部分功能進行思維學習、推理、聯(lián)想和決策，使計算機具有一定“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。機器人是計算機人工智 能的典型例子。機器人的核心是計算機。智能機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。機器

25、人不怕疲勞，精確度高， 適應力強，現(xiàn)已開始用于搬運、噴漆、焊接、裝配等工作中。機器人還能代替人在危險 工作中進行繁重的勞動，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，人們習慣使用十進制，所謂十進制，就是逢十 進一。除十進制外，有時還使用十二進制、六十進制，比如一打襪子為十二雙，一年等 于十二個月，即逢十二進一。一小時等于六十分，一分鐘等于六十秒，即逢六十進一， 這是六十進制。在計算機中處理的數(shù)據(jù)是二進制，有時為書寫方便也常用八進制和十六 進制。 基數(shù)：一組固定不變的不重復數(shù)

26、字的個數(shù)。例如：二進制數(shù)基數(shù)是 2,十進制數(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。 二進制Binary notation :具有兩個不同的數(shù)字符號，即 0和1;其基數(shù)為2;二進 制的特點是逢二進一，可用B來表示二進制。 十進制Decimal notation :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;十進制數(shù)的特點是逢十進一，可用D來表示十進制。 八進制Octal notation :具有八個不同白^數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7,其基 數(shù)為8;

27、八進制數(shù)的特點是逢八進一，通常用Q或O表示。 十六進制Hexadecimal notation :具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、 6、7、8、9、A曰C、D E、F,其基數(shù)為16,十六進制數(shù)的特點是逢十六進一，用 H 表不。 進位制 十進制 二進制 八進制 十六進制 數(shù)碼 0,1,2，…,9 0,1 0,1,2,...,7 0,1,...,9,A,B,C,D,E,F 規(guī)貝U 逢十進一 逢二『 逢八進一 逢十六進一 基數(shù)R 10 2 8 16 位權(quán) 10i 2i 8i 16 i 表小形式 D B Q或O H

28、表1-2十進制和計算機中常用進制 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：二進制的 4位位權(quán)值為24=16,十六進制2位位權(quán)值為162=256。 每種進制數(shù)有各自的表示形式。例如：110D為十進制數(shù)、110B為二進制數(shù)、110Q 為八進制數(shù)、110H為十六進制數(shù)。 1.3.2 數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換 1 .二進制轉(zhuǎn)換為十進制 按權(quán)展開后，相加即得。 例如：(1101.011) 2=1 X 23+1 X 22+0X 21+1 X 20+0X 2-1+1 X 2—2+1 X 2—3=(13.375) 10 2 .十進制轉(zhuǎn)換為二進制 整數(shù)部分：采用

29、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或達到所要求精度為止(小數(shù)部分 可能永遠不會得到 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。 2聞 余數(shù) 2 | 120 1 八 2 [600 2 [30 0 2 [15 0 2 |7 1 2 [3 1 2 |j 1 2 |0 1 計算結(jié)果：(241.43 ) 10= (11110001.011 注：一般小數(shù)取四位，要做五位，第五位采璟 0. 43 X 2 高

30、位 0 0. 86 X 2 1 1.72 X 2 1 1.44 X 2 0 0. 88 )2 手入法：有 0舍1入發(fā)，恒舍發(fā)，恒 置1發(fā)，列表法等來確定。 3 .二、八、十六進制之間的相互轉(zhuǎn)換 由于二、八、十六進制之間存在這樣一種關(guān)系: 23=8, 24=16。所以，每位八進制數(shù) 位組劃分是以 0。 相當于3位二進制數(shù)，每位十六進制數(shù)相當于 4位二進制數(shù)，在轉(zhuǎn)換時， 小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，中間的 0不能省略，兩頭位數(shù)不足時可補 例如：(24.53) 8=(? )2 24 . 53 0 1 0 1 0 0. 1 0 1 0 1 1 計算結(jié)

31、果：(24.53) 8=(10100.101011) 2 又例，(11010010110) 2=( ? ) 16 01 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 LJ

32、0110110) 2=(10101) 2 1 1 0 0 1 0 1 12 0 3 -10110110 二進制轉(zhuǎn)換十進制一1 8 2 ■ 0 0 0 1 0 1 0 12 1 1.3.4 二進制的邏輯運算 1 .邏輯或運算 運算符：“+”或“V”。運算規(guī)則如下: ① 0+0=0 或 0 V 0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 或 0V1=1 或 1 V0=1 或 1V1=1 例如：(110101) V (101100) 2 =(111101) 2 110 10 1 V 10 11 0 0 11110 1 2 .邏輯與運算 運算

33、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 1X 0=0 或 1A 0=0 ④ 1X1=1 或 1八1=1 例如：(101101) 2 A (110110) 2 =(100100) 2 3 .邏輯非運算 運算符：“―”。運算規(guī)則如下： 4 0的非為1 5 1的非為0_ 例如：x=100101,則 X=011010 6 .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 ? 1=0 例如：(110010) 2 十(101011) 2=(011001) 2

34、 1.4數(shù)據(jù)信息的表示與存儲 1.4.1 數(shù)據(jù)的存儲單位 計算機中的數(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)在計算機中都是用二進制形式表示 和存儲的。計算機常用的存儲單位有位、字節(jié)和字。 位(bit )： 一個二進制位稱為比特，用 b表示，是計算機中存儲數(shù)據(jù)的最小單位。 一個二進制位只能用表示 0或1兩種狀態(tài)。 字節(jié)(Byte):八個二進制位稱為字節(jié)，通常用 B表示，字節(jié)是計算機數(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），是計算機一次存 取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長

35、度，也是衡量計算機精度和運算速度的主要技術(shù)指標，字長越 長，性能越好。計算機型號不同，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、KB MB 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=1024R 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1.4.2 小數(shù)的表示（定點數(shù)和浮點數(shù)） 1.機器數(shù) 機器數(shù)是指數(shù)在計算機中的表示形式；機器數(shù)真正表示的數(shù)值稱為這個機器數(shù)的真 值。機器數(shù)有三個特征： 1）機器數(shù)據(jù)表示的數(shù)的范圍受計算機字

36、長的限制 例如：8位字長的無符號整數(shù)的最大范圍是（11111111 ） 2 =（255） 10,運算時如果數(shù)值 超過機器所能表示的范圍，運算就會因出錯而終止。這種情況稱為“溢出”。 2）機器數(shù)的符號位被數(shù)值化 數(shù)值數(shù)據(jù)有正負之分，機器數(shù)也有正有負。在計算機中，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表示負數(shù)。 3）機器數(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

37、整數(shù)或純小數(shù)。 例如：二進制數(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，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 小數(shù)點 3 .浮點數(shù)的表示 浮點數(shù)的階碼p值不是固定的，而是可以浮動的。這時：N=25XS 式中：階碼為可變的整數(shù)，并且可以是正數(shù)，也可以是負數(shù)；尾數(shù)S也可正、可負。 通常用一位二進制數(shù) P

38、f表示階碼的符號位，用一位二進制數(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 1.4.3 原碼、反碼、補碼的表示 數(shù)在計算機中是以二進制形式表示的，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。在計算機內(nèi)，定點數(shù)有 3種表示法：原碼、反碼和補碼。 1 .原碼的表示 原碼表示法是機器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號位用0表示正號，用：表示負號， 數(shù)值一般用二進制形式表示。設(shè)有一數(shù)為X,則原碼表示可記作：［X］原。 1）小數(shù)原碼

39、的定義 0 0,則符號位為0,其余照抄； XW 0,則符號位為1,其余照抄。 例如，X=+1001001,［X］原=01001001 2 .反碼的表示 機器數(shù)的反碼可由原碼得到。如果機器數(shù)是正數(shù)，則該機器數(shù)的反碼與原碼一樣； 如果機器數(shù)是負數(shù)，則該機器數(shù)的反碼是對它的原碼（符號位除外）各位取反而得到的。 設(shè)有一數(shù)X,則X的反碼表示記作［X］反。 1）小數(shù)反碼的定義

40、n-1 0

41、補。 0

42、補=兇 補+［Y］補=00110011+11010111=00001010 注：因為計算機中運算器的位長是固定的，上述運算中產(chǎn)生的最高位進位將丟掉, 所以結(jié)果不是 100001010 ,而是00001010。 ②［x-y］補=兇補+［-y］補，即兩數(shù)之差的補碼等于被減數(shù)的補碼與減數(shù)相反數(shù)的補碼之 和。 例如，X=+0111001,Y=+1001101 ,求［X-Y］補。 兇補=00111001［Y］補=01001101 ［-Y］補=10110011 ［X-Y］補=兇 補+［-Y］補=00111001+10110011=11101100 ③［［x］補］補=兇原，即按求補的方法，對［x

43、］補再求補一次，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；負數(shù)的反碼是對其原碼逐位取反，但符號位除外。補碼 表示法規(guī)定：正數(shù)的補碼與其原碼相同；負數(shù)的補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，即美國國家標準信息交換碼(American Standard Codefor Information Interc

44、hange )。如表 1-3 所示。 、,b7b6b5 000 001 010 011 100 101 110 111 b4b3b2b1、 (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 0100 (4) EOT DE4 $ 4

45、 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 FS ,

46、< L \ l | 1101 (D) CR GS - = M ] m } 1110 (E) SO RS . > M A n ~ 1111 (F) SI US / ? O - o DEL 表1-3 ASCII字符編碼 ASCII碼用7位二進制數(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個十進制數(shù)字、32個標點符號、 運算符、專用字符以及 34個通用控制字符。

47、例如：" CR'符的ASCII碼的十六進制為“ 0DH , " LF”符的ASCII碼的十六進制 為“0AHT , “ SP”符的ASCII碼的十六進制為“ 20H' , "9”的 ASCII碼的十六進制為 “39HT , “W白A ASCII碼的十六進制為“ 57H'等等。 1.5漢字信息的處理 每個國家使用計算機都要處理本國語言。1980年我國頒布了《信息交換用漢字編碼 字符集-基本集》，即國家標準 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

48、頒布了《漢字編碼擴展規(guī)范》 （GBK。GBKW GB 2312-1980國家標準 所對應的內(nèi)碼標準兼容，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。 2）將外部碼轉(zhuǎn)換成計算機能識別的漢字內(nèi)碼進行存儲。 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；

49、 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.漢字國標碼 GB2312-80編碼簡稱國標碼。由于漢字數(shù)量大，無法用一個字節(jié)進行編碼，因此使用 兩個字節(jié)對漢字進行編碼。規(guī)定兩個字節(jié)的最高位用來區(qū)分ASCII碼。這樣國標碼用兩 個字節(jié)的低7位對漢字進行編碼。 ASCII 0 ASCII碼低了位 國標招： 0國標碼第一字節(jié)低1位0國標碼第二字節(jié)保1

50、比 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， 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)表示漢字在國標字符集 中的區(qū)號，第二個字節(jié)表示漢字在國標字符集中的位號。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 六進制的區(qū)位碼加上 2020H,就得到國標碼。前面講過國標碼是用兩個字節(jié)（高位為0） 來表示，為便于計算機能正確區(qū)分漢字字符與英文字符，在國標碼加上8080H （即將兩

51、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機內(nèi)碼。 國標碼是以十六進制數(shù)字編碼，編碼范圍是從2121H（21H即為十進制的33）到7F7FH （7FH即為十進制的127）。因此，國標碼二區(qū)位碼（用十六進制表示）+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” 的國標碼為 2843H （ 0823H+2020H），機內(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、

52、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制位的信 息“1”，淺色小正方形表示二進制位的信息“ 0 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=8656645 845KB 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

53、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ROhM EPROMK 2）軟字庫：它將漢字庫存放在某種外存設(shè)備（如硬磁盤、軟磁盤）上。 區(qū)位碼輸入 拼音輸入 拼形輸入 漢字國標碼 漢字機內(nèi)碼 圖1-8各種編碼之間的關(guān)系 習題一 一、選擇題 1. 世界上第一臺電子計算機誕生于() A. 20 世紀 40 年代 B. 19 世紀 C. 20 世紀 80 年代 D. 1950 年 2 ．最能準確描述計算機的主要功能的

54、是 B .計算機可以存儲大量信息 .計算機可以實現(xiàn)高速度的計算 。 D .硬盤 C. 外存儲器 D .控制器 D .字長 C. 字處理軟件 D .應用軟件 內(nèi)存 A ．計算機可以代替人的腦力勞動 C ．計算機是一種信息處理機D 3 ．微型計算機的性能指標主要取決于 A. RAM B . CPU C.顯示器 4 .硬盤是計算機的—— A. 中央處理器 B ．內(nèi)存貯器 5 .存儲器容量的基本單位是—— A. 字位 B .字節(jié) C .字碼 6 .“財務管理”軟件屬于—— A. 工具軟件B .系統(tǒng)軟件 7 .下列存儲器中，存取速度最慢的是 A. 軟盤 B .硬盤

55、 C 光盤 D . 8 . 計算機采用二進制不是因為() A. 物理上容易實現(xiàn)B. 規(guī)則簡單 C. 邏輯性強D. 人們的習慣 9 .以下十六進制數(shù)的運算，——是正確的. A. 1+9=A B . 1+9=B C . 1+9=C D . 1+9=10 10 .以下字符， ASCII 碼值最小的是 A . A ’ B .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 . 計算機的機器語言程序是用()表示的。 A. ASCII 碼 B. 二進制代碼 C. 外碼 D. 目標碼 二、簡答題 1 .簡述計算機的發(fā)展史。 2 .計算機的特點是什么？ 3 . 計算機的性能指標有哪些？ 4 .簡述計算機的組成及其原理。 5 .計算下列進制轉(zhuǎn)換： (1023) 10=()2(569)10=()16 (101101001)2=( )10 5 ．國標碼怎么表示？