《計算機應(yīng)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(xué)習(xí)目標(biāo)： 通過本章學(xué)習(xí)使學(xué)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(yīng)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(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立方英尺（1立方米＝

2、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 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）采用存儲程序和程序

3、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(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)計算機其工作原理和基本結(jié)構(gòu)仍然遵循著馮·諾依曼的思

4、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 主存 輔存 速度(次/ 秒) 軟件 代表產(chǎn)品 第一代 1946-1957 電子管 水銀延遲線磁鼓 磁帶 5千~4萬 機器語言、匯編語言 UNIVAC 第二代 1958-1964 晶體管 磁芯 磁帶、磁盤 幾十萬~幾百萬 高級語言、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 幾百萬~幾千萬 操作系統(tǒng)診斷程序 IBM system/360 第四代 1971-現(xiàn)在 超大規(guī)模集

5、成電路 半導(dǎo)體存儲器 磁盤、光盤 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(wù)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。 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(dāng)今計算機系統(tǒng)的

6、運算速度已達(dá)到每秒萬億次，微機也可達(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(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 計算機不僅能進(jìn)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

7、，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(jìn)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(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，這一特點是一般計算工具所不具備的。 計算機

8、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 計算機系統(tǒng)組成及應(yīng)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。 硬件 系統(tǒng) 計算機 系統(tǒng) 軟件 系統(tǒng) 外設(shè) 主機 外（輔）存儲器（硬盤、軟盤、光盤等） 系統(tǒng)軟件（ Windows98/2000/2003/XP、WIN 7、Linux等） 應(yīng)用軟件（Word、Excel、Photoshop等） 中央處理單元（CPU） 控制器 內(nèi)(主)存儲器 隨機存儲器（RAM） 輸出

9、設(shè)備（顯示器、打印機、繪圖儀等） 只讀存儲器（ROM） 輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、圖形掃描儀、觸摸屏等） 運算器 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)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系如圖1-4所示。 操作系統(tǒng)等軟件系統(tǒng) 應(yīng)用軟件 計算機硬件系統(tǒng) 圖1-4 用戶、軟件和硬件的關(guān)系 1.2.1 硬件系統(tǒng)基本組成 電子計算

10、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。 控制器 存儲器 運算器 輸出 設(shè)備 計算結(jié)果 (輸出信息) 程序、原始數(shù)據(jù) 輸入 設(shè)備 (輸入信息) 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(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

11、器送到內(nèi)存中。 2．控制器 控制器是計算機指揮和控制中心。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(fù)責(zé)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

12、機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)備才能被計算機接受。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、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(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)軟件包括：操作系統(tǒng)、

13、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(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(jìn)一步的介紹。 2．程序設(shè)計語言 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

14、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(jìn)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，用易于理解和記憶的名稱和符號表示的機器指令。例如，加法指令A(yù)DD，傳送指令MOV。匯編語言雖

15、比機器語言直觀，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(xué)語言的語句組成。易學(xué)、易用、易維護(hù)。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

16、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(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。 編譯程序 編輯程序，解釋一條執(zhí)行一條 高級語言源程序 執(zhí)行結(jié)果 執(zhí)行結(jié)果 機器語言目標(biāo)程序 高級語言源程序 圖1-6(b) 解釋過程示意圖 圖1-6 (a) 編譯過程示意圖 3．應(yīng)

17、用軟件 應(yīng)用軟件是為計算機在特定領(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、After Effects、會聲會影；網(wǎng)站建設(shè)FrontPage、Drea

18、mwerver；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(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，是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域。在計算機誕生初期，計算機主要用于科學(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

19、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． 計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）就是用計算機幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計。由

20、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(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(jìn)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)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 Integra

21、ted Manufacture System，CIMS）是指以計算機為中心的現(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(xué)(Computer Aided Instruction，CAI)是在計算機輔助下進(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)生提供一個良好的個人化學(xué)習(xí)環(huán)境，綜合應(yīng)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(xué)方式單一、片

22、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—

23、—“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）是指計算機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

24、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(jìn)行思維學(xué)習(xí)、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。機器人不怕疲勞，精確度高，適應(yīng)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(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 計算機數(shù)制及轉(zhuǎn)換與運算 1.3.1 數(shù)制

25、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Binary notation：具有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1；其基數(shù)為2

26、；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(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Octal notation：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、B、C、D、E、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

27、 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 逢二進(jìn)一 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 表示形式 D B Q或O H 表1-2 十進(jìn)制和計算機中常用進(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

28、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=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=(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。 低位 2 241

29、 2 120 1 2 60 0 2 30 0 2 15 0 2 7 1 2 3 1 2 1 1 2 0 1 余數(shù) 0. 43 × 2 0 0. 86 × 2 1 1. 72 × 2 1 1. 44 × 2 0 0. 88 高位 計算結(jié)果：（241.43）10=（11110001.0110）2 注：一般小數(shù)取四位，要做五位，第五位采取舍

30、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(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換 由于二、八、十六進(jìn)制之間存在這樣一種關(guān)系：23=8，24=16。所以，每位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于3位二進(jìn)制數(shù)，每位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于4位二進(jìn)制數(shù)，在轉(zhuǎn)換時，位組劃分是以小數(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0。 例如：(24.53)8=(？)2 2 4 . 5 3 0 1 0 1 0 0. 1 0 1 0 1 1 計算結(jié)果：(24.53)8=(10100.101011)2 又例，(11010010110)2=( ？ )16 0

31、1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 6 9 6 計算結(jié)果：(11010010110)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+(10101)2= （110010）2 1 1 1 0 1 2 9 + 1 0 1 0 1 + 2 1 1 1 0 0 1 0

32、 5 0 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 2．減法運算 運算法則：借一當(dāng)二。 例如，(11001011)2-(10110110)2=(10101)2 1 1 0 0 1 0 1 1 2 0 3 － 1 0 1 1 0 1 1 0 —1 8 2 0 0 0 1 0 1 0 1 2 1 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 1.3.4 二進(jìn)制的邏輯運算 1．邏

33、輯或運算 運算符： “+”或“∨”。運算規(guī)則如下： ①　0+0=0 　或　0∨0=0 ②　0+1=1　 或　0∨1=1 ③　1+0=1　 或　1∨0=1 ④　1+1=1 　或　1∨1=1 例如：(110101)2 ∨ (101100)2 =(111101)2 1 1 0 1 0 1 ∨ 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 2．邏輯與運算 運算符： “×”或“∧”。運算規(guī)則如下： ①　0×0=0 　或　0∧0=0 ②　0×1=0　 或　0∧1=0 ③　1×0=0　 或　1∧0=0 ③　1×1=1 　或　1∧1=1

34、 例如：(101101)2 ∧(110110)2 =(100100)2 3．邏輯非運算 運算符： “－”。運算規(guī)則如下： ①　0的非為1 ②　1的非為0 例如：X=100101，則X=011010 4．邏輯異或運算 運算符：“⊕”。運算規(guī)則如下： ①　0⊕0=0 ②　0⊕1=1 ③　1⊕0=1 ④　1⊕1=0 例如：(110010)2⊕(101011)2=(011001)2 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

35、二進(jìn)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(jìn)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(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)長度，也是衡量計算機精度和運算速度的主要技術(shù)指標(biāo)，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、

36、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=1024B，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(fù)之分，機器數(shù)

37、也有正有負(fù)。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(fù)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)化為純整數(shù)或純小數(shù)。 例如：二進(jìn)制數(shù)N可以寫成　N=2p×S 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

38、位置定在S之后： 小數(shù)點 ·。 符號位 尾 數(shù) S 2) 定點小數(shù)的表示法 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=2p×S 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 1.4.3 原碼、反碼、補碼的表示 數(shù)在計算機中是以二進(jìn)

39、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(fù)。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(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。 1）小數(shù)原碼的定義 -1

40、[－0]原=10000000。表示方法如下： X≥0，則符號位為0，其余照抄； X≤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(fù)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 －1

41、 當(dāng)X=0時，[+0]反=00000000，[-0]反=11111111。表示方法如下： 若X≥0，符號位為0，其余照抄； 若X≤0，符號位為1，其余按位取反。 例如，X=+1001001，?[X]反=01001001 3． 補碼的表示 機器數(shù)的補碼可由原碼得到。如果機器數(shù)是正數(shù)，則該機器數(shù)的補碼與原碼一樣；如果機器數(shù)是負(fù)數(shù)，則該機器數(shù)的補碼是對它的原碼（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的補碼表示記作[X]補。 1）小數(shù)補碼的定義 -1

42、X≤0 X 0≤X<2n 2n+1+X [X]反= 0補碼是00000000 補碼沒有正0與負(fù)0之分。表示方法如下： 若X≥0，符號位為0，其余照抄； 若X≤0，符號位為1，其余取反后，最低位加1。 例如，X=+1001001，?[X]補=01001001 3）補碼的性質(zhì) ①[X+Y]補=[X]補+[Y]補，即兩數(shù)之和的補碼等于各自補碼的和。 例如，X=+0110011，Y=-0101001，求[X+Y]補。 [X]補=00110011???[Y]補=11010111 [X+Y]補=[X]補+[Y]補=00110011+11010111=00001

43、010 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(jìn)位將丟掉，所以結(jié)果不是 100001010，而是00001010。 ②[x-y]補=[x]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。 [X]補=00111001[Y]補=01001101 [-Y]補=10110011 [X-Y]補=[X]補+[-Y]補=00111001+10110011=11101100 ③[[x]補]補=[x]原，即按求補的方法，對[x]補再求補一次，結(jié)果等于[x]原。 4．反碼的表示 正

44、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。補碼表示法規(guī)定：正數(shù)的補碼與其原碼相同；負(fù)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(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（American Standard Code for Information Interchange ）。如表1-3所示。 b7b6b5 b4b3b2b1 000

45、(0) 001 （1） 010 （2） 011 （3） 100 （4） 101 （5） 110 （6） 111 （7） 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 D T d t 0101（5） ENQ NAK % 5 E U e u 01

46、10（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 , < L \ l | 1101（D） CR GS - = M ] m } 1110（E） SO RS

47、 . > M ^ n ~ 1111（F） SI US / ? O - o DEL 表1-3　ASCII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”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0DH”，“LF”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0AH”，“SP”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“20H”，“9

48、”的ASCII碼的十六進(jìn)制為“39H”，“W”的ASCII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《漢字編碼擴展規(guī)范》（GBK）。GBK與GB 2312-1980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GB 13000-1的全部中、日、韓（CJK）

49、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(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

50、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94×94=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(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

51、漢字在94×94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機內(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即為十進(jìn)制的127）。因此，國標(biāo)碼=區(qū)位碼（用十六進(jìn)制表示）+2020H。 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）；“

52、大”的國標(biāo)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16×16點陣、32×32點陣、64×64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24×24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32×32點陣存放兩級漢字的漢字庫，大約需要占用多少

53、字節(jié)？ 解：32×32×6763÷8=865664B≈845KB 大約需要845KB。 各種編碼之間的關(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ROM或EPROM中。 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。 漢字國標(biāo)碼 區(qū)位碼輸入 顯示漢字 打印漢字 ———— 拼形輸入 漢字機內(nèi)碼 漢字字形碼 拼音輸入

54、 圖1-8 各種編碼之間的關(guān)系 習(xí)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(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)確描述計算機的主要功能的是 。 A．計算機可以代替人的腦力勞動 B．計算機可以存儲大量信息 C．計算機是一種信息處理機 D．計算機可以實現(xiàn)高速度的計算 3．微型計算機的性能指標(biāo)主要取決于 。 A. RAM B．CPU C．顯示器 D．硬盤 4．硬盤是計算機的——· A. 中央處理

55、器 B．內(nèi)存貯器 C.外存儲器 D．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 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=A B．1+9

56、=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(jìn)制代碼 C.外碼 D.目標(biāo)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(biāo)有哪些？ 4．簡述計算機的組成及其原理。 5．計算下列進(jìn)制轉(zhuǎn)換： (1023)10=( )2 (569)10=( )16 (101101001)2=( )10 5．國標(biāo)碼怎么表示？ 21