第一章 计算机基础知识

第一章 计算机基础知识 1.1计算机概述
1.1.2计算机的特点和分类 1、计算机的特点 ① 计算机速度快。计算机的运算速度用MIPS（百万条指令每秒）来 衡量。 ② 计算精度高。一般来说，现在的计算机有几十位有效数字。位数 越多精度就越高。 ③ 超强的记忆能力。计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆” （存储）大量的数据和计算机程序而不丢失，在计算的同时，还 可把中间结果存储起来，供以后使用。 ④ 具有逻辑判断能力。计算机在程序的执行过程中，会根据上一步 的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令。 ⑤ 可靠性高、通用性强。现代计算机不仅可以用于数值计算，还可 以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造和办公自动化 等。具有很强的通用性。
第一章 计算机基础知识 1.1计算机概述
2、计算机的分类 计算机按照信息的表示形式和对信息的处理方式不同可以分为数 字计算机和模拟计算机和混合计算机。 按计算机的用途不同可以分为通用计算机和专用计算机。 按运算速度快慢、存储数据量的大小、功能的强弱、以及软硬件 的配套规模等不同可以分为巨型机、大中型机、微型机(平时用的 台式机和笔记本)、工作站与服务器等。 1.1.3计算机发展趋势 1、智能化的超级计算机 2、新型高性能计算机问世
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
1.7.1计算机系统组成 计算机系统由硬件和软件两部分组成。 硬件是组成计算机的物理设备的总称，它们由各种器件和电子线路组成， 是计算机完成计算工作的物质基础。 软件是计算机硬件设备上运行的各种程序及相关的资料的总称。 1.7.2控制器和运算器 控制器是计算机的神经中枢，它的工作过程如下：首先从内存中取出指令， 并对指令进行分析，然后根据指令的功能向有关部件发出控制命令，控制 它们执行这条规定的操作。当各部件执行完控制器发来的命令后，都会向 控制器反馈执行的情况。 运算器的主要功能是进行算术运算和逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、 除等基本运算，逻辑运算是指逻辑判断、逻辑比较等。运算器由加法器和 补码器等组成。 运算器中的数据取自内存，结果也送回内存，运算器对内存的读写操作是 在控制器的控制之下进行的。
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
（7）L2高速缓存，即二级高速缓存，通常做在主板上。 （8）工作电压，是指CPU正常工作时所需的电压。目前CPU的工作电 压一般在1.6～2.8V之间。工作电压越低，CPU运行时的耗电功 率就越小。 （9）协处理器，含有内置协处理器的CPU可以加快特定类型的数值计 算。 1.7.3存储器 存储器是计算机的记忆部件，主要功能是存放程序和数据。 存储分类两大类：一类是和计算机的运算器、控制器直接相连， 称为主存储器，简称主存；另一类称为辅助存储器（外部存储 器），简称辅存（外存）。
第一章 计算机基础知识 1.6字符数据编码
字符包括西文字符和汉字字符。 1.6.1西文字符 西文字符编码最常用的是ASCII字符编码，即American Standard Code for Information Interchange（美国信息交换 标准代码）。ASCII是用7位二进制编码，它可以表示27，即128 个字符。表1-3 1.6.2汉字编码 1、汉字国标码 2、汉字机内码（是计算机内部对汉字的表示） 3、汉字的输入编码（常用的有五笔字型编码、智能拼音码） 4、汉字的字形码

第一章 计算机基础知识 1.4数制间相互转换
例1-8 将二进制数1010100101.10101转换成十六进制数 5、八进制数与十六进制数相互转换 八进制数与十六进制数之间的转化可以通过二进制数作为中间桥 梁，先转化为二进制数，再转化为其他进制数。
第一章 计算机基础知识 1.5原码、补码、反码
第一章 计算机基础知识 1.5原码、补码、反码
1.5.2反码表示法 机器数的反码可由原码得到。如果机器数是正数，则该机器数的 反码与原码一样；如果机器数是负数，则该机器数的反码是对它 的原码（符号位除外）各位取反而得到的。设有一数X，则X的反 码表示记作[X]反。 设X1=+1010110，X2=-1001010. [X1]原=[+1010110]原=01010110 [X1]反=[X1]原=01010110 [X2]原=[-1001010]原= 11001010 [X2]反=10110101（符号位除外，各位取反）
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
（4）按信息的可保存性分 非永久记忆的存储器（内存）和永久记忆性存储器（硬盘）。 （5）按在计算机系统中的作用分 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器等。 P20表1-4 3、存储器的性能指标 （1）存储容量 （2）存取速度 （3）数据传输率 （4）位存储价格
软盘
硬盘
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
（1）显示器 （2）显示卡 （3）声卡 （4）音箱 （5）打印机 ① 点阵打印机 ② 喷墨打印机 ③ 激光打印机
显卡
声卡
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
1.7.6 微型计算机的主要技术指标 1、CPU （1）主频：主频是衡量CPU运行速度的重要指标。通常的单位是 MHz。 （2）字长：字长是CPU可以同时处理的二进制数据位数。 （3）运算速度：计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。 单位为每秒百万条指令。（MIPS） 2、内存 （1）存取速度。内存储器完成一次读（或写）操作所需的时间称为存 取时间或者访问时间。而连续两次的间隔称为存储周期。 （2）存储容量是计算机内存所能存放二进制数的量。 3、I/O的速度 4、主板
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
4、常用存储设备 （1）软盘 （2）硬盘及其设备 （3）光盘存储器 1.7.4输入设备 输入设备用来接收用户输入的原始数据和程序，并将它 们转变为计算机可以识别的二进制形式存放在内容中。 1、鼠标 2、键盘 3、扫描仪 1.7.5输出设备 输出设备用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变 为人们所能接受的形式。
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
1、存储器的有关术语 （1）位（bit），存放一位二进制数即0或1.最小单位。 （2）字节（byte），8个二进制位为一个字节。是基本单位 （3）地址：为了能有效地存取该单元内的内容，每个单元必须有唯一 的编号（地址）来标识。 （4）读操作：按地址从存储器中取出信息。 （5）写操作：把信息写入存储器中。 2、存储器的分类 （1）按存储介质分 （2）按存储方式分 随机存储器和顺序存储器。 （3）按存储器的读写功能分 只读存储器和随机读写存储器
进制就是进位计数制，是指按照某种由低位到高位的进位方法进 行计数的数制，简称进制。在一般情况下，人们习惯于用十进制 来表示数。P9 1、十进制 2、二进制 3、八进制 4、十六进制 表1-2
第一章 计算机基础知识 1.4数制间相互转换
1、二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数P10 例1-1 二进制数转十进制数 (1111.11)B 例1-2八进制数转十进制数 (677.2)O 例1-3十六进制数转十进制数 (A10B.8)H 2、十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数 对于整数部分采用除基数取余法，即逐次除以基数，直至商为0， 得出的余数倒序排列，即为该进制各位的数码；小数部分采用乘 基数取整法，即逐次乘以基数，从每次乘积的整数部分得到该进 制数各位的数码。
第一章 计算机基础知识 1.7计算机系统
控制器和运算器一起组成中央处理器，也成CPU。 CPU的主要性能指标： （1）主频，即CPU工作的时钟频率。 （2）外频，通常是主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供 的节拍称为外频。 （3）倍频，CPU主频是外频的倍数，称为CPU的倍频。即CPU主频= 倍频×外频。 （4）地址总线宽度,CPU能够送出的地址宽度决定了它能直接访问的 内存单元的个数。 （5）数据总线宽度，该宽度决定了它一次所能传递的二进制数。数据 总线的宽度决定了在内存和CPU之间数据交换的效率。 （6）L1高速缓存，缓存是位于CPU和内存之间的容量较小但速度很 快的存储器。
第一章 计算机基础知识 1.4数制间相互转换
例1-4 将十进制数20.58转换成二进制数 例1-5 将十进制数20.58转换成八进制数。 例1-6 将十进制数20.58转换成十六进制数。 3、二进制数与八进制数的相互转换 二进制数转换成八进制数的方法：将二进制数从小数点开始，对 二进制整数部分向左每3位分成一组，对二进制小数部分向右每3 位分成一组，不足3位的分别向高位或低位补0凑成3位。全部连接 起来即可。 例1-7 将二进制数1010100101.10101转换成八进制数。 4、二进制数与十六进制数的相互转换 二进制数转换成十六进制数，4位分成一组，再分别转换成十六进 制数码中的一个数字，不足4位的分别向高位或低位补0凑成4为， 全部连接起来即可。
第一章 计算机基础知识 1.1计算机概述
1.1.1计算机发展 举世公认的第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）是1946年2月在美国宾夕法尼亚大学莫 尔学院研制成功的。 计算机的发展共经历了4个发展历程，根据计算机所使用的电子逻辑 器件的更替发展来描述计算机的发展过程。 ① 第一代计算机为电子管计算机（1946年到1957年）。电子管计算机的 主要电子元件是电子管，仅用于军事研究和科学计算。 ② 第二代计算机为晶体管计算机（1988年到1964年）。晶体管计算机的 主要电子元件是晶体管。 ③ 第三代计算机为中小规模集成电路计算机（1965年到1970年）。 ④ 第四代计算机为大规模集成电路计算机（1970年至今）
第一章 计算机基础知识 1.5原码、补码、反码
在补码表示法中，0只有一种表示形式。P13 例1-9已知[X]原=10011010，求[X]补。 首先判断该机器数是正数还是负数。 如果为正数，则原码和补码一样。 如果为负数，则补码为反码+1. 例1-10 已知[X]补=11100110，求[X]原。 首先判断机器数是否为正数。如为正数，则原码与补码相同。 若机器数为负数，则有[X]原=[[X]补]补 例1-11 求-3的补码。
第一章 计算机基础知识 1.5原码、补码、反码
1.5.3补码表示法 机器数的补码可由原码得到。如果机器数是正数，则该机器数的 补码与原码一样，如果机器数是负数，则该机器数的补码是对它 的原码（除符号位外）各位取反，并在末位加1而得到的。设有一 数X，则X的补码表示记作[X]补。 设X1=+1010110，X2=-1001010. [X1]原=[+1010110]原=01010110 [X1]反=[X1]原=01010110 [X1]补=[X1]原=01010110 [X2]原=[-1001010]原= 11001010 [X2]反=10110101（符号位除外，各位取反） [X2]补= [X2]反+1=10110101+1=10110110
数在计算机中是以二进制形式表示的。数可以分为有符号数和无 符号数。 原码、反码、补码都是有符号定点数的表示方法。一个有符号定 点数的最高位为符号位，分为正或负。 1.5.1原码表示法 原码表示法是机器数的一种简单的表示法。其符号位用0表示正号， 用1表示负号。设用一数位X，则原码表示可记作[X]原。 例如，有两个二进制数：X1=+1010110，X2=-1001010. [X1]=[+1010110]=01010110 [X2]=[-1001010]=11001010
第一章 计算机基础知识 1.2计算机的应用领域
计算机的主要领域如下： 1、科学计算（或数值计算） 2、数据处理（或信息处理） 3、辅助技术（或计算机辅助设计与制造） 计算机辅助技术包括CAD、CAM和CAI 4、过程控制（或实时控制） 5、人工智能（或智能模拟） 6、网络应用 7、多媒体技术
第一章 计算机基础知识 1.3数的不同Biblioteka Baidu制