大学计算机导论课件-第1章 计算机和数字基础
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• 高级编程语言使用关键字的有限集（如if、 for、while、printf等）来形成程序语句，这 些语句可用来指挥CPU进行相应的操作。
• 未编译的按照程序设计语言规范书写的文 本为源代码。源代码不能直接被计算机识 别，必须经过解释器或编译器转换才能被 执行。
解释器
• 解释器的执行方式类似于日常生活中的“同 声翻译”，应用程序源代码一边由相应语言 的解释器“翻译”成目标代码，一边执行。
+ 0 × 21 + 1 × 20 + 1 × 2-1 = (1001.5)10
进制转换
• 二进制与十六进制的相互转换： • 十六进制一位对应二进制四位
• 例：(F6A9)16=(1111011010101001)2
字符编码
• ASCII码
• 使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符
• 理论上量子计算机的速度相比于传统计算机以 指数方式增长——n个量子位能代表2的n次方， 而n个常规位只能代表n。
• 随着量子位数的增加，量子计算机的性能将达 到传统计算机难以企及的程度。
使用计算机的优缺点
• 优点
• 计算速度更加快速准确 • 用很少的空间存储大量的信息 • 从不疲惫 • 开拓视野 • 计算机网络方便人们之间的沟通
• EBCDIC码 • Unicode码
• 又可分为UTF-8、UT8-16、UTF-32等
• 汉字编码
• GB2312、GBK、GB18030-2005等
图像编码
• 将图像离散成像素点，每一个点的色彩都 可以由一个或一组特定的二进制数来表示
图像的像素点
声音编码
• 用离散化的点代替连续的波形
声波采样点
• 哪些问题能够被计算 • 如何利用计算机系统实现计算 • 如何高效地实现计算
计算思维的主要思想
• 符号化思想 • 程序化思想 • 递归思想 • 抽象和分解思想
• 缺点
• 网络沉迷 • 电磁辐射 • 碎片化时间 • 低头族
计算机的数字数据表示
• 数字数据与模拟数据
• 数字数据：离散状态 • 模拟数据：连续值
• 常用的进制系统
• 二进制：0-1 • 十进制：0-9 • 十六进制：0-9、A-F • 通用规则：逢基数进一
十进制系统与二进制系统
十进制（基数10） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1001
以字节为单位
芯片
• 芯片也称微电路、集成电路、微芯片，是 指由半导体材料组成的极薄的薄片。
• 常见的芯片封装类型
• DIP双列直插式 • PGA插针网络式 • BGA球珊阵列式 • CSP芯片尺寸式 • MCM多芯片模式
计算机的数字处理
• 程序通常是由高级编程语言编写的，如C、 C++、C#、Java、COBOL等。
1010
B
11
1011
C
12
1100
D
13
1101
E
14
1110
F
15
1111
10
16
10000
进制转换
• 十进制转换为其他进制：余数法
• 十进制的数被2（转换成二进制）或者16 （转换成十六进制）除，得到商和余数。 将余数记录下来，商继续重复上述过程， 直到商为0。所有余数倒序排列即是转换后 的数字。
• 计算机的特征：
• 接收输入（键盘、鼠标） • 处理数据（CPU） • 存储数据（内存、存储器） • 产生输出（显示屏、打印机）
计算机的基础知识
• 计算机程序与软件
• 程序的定义：控制计算机执行处理任务的指令 集
• 程序构成了软件
• 软件的分类
• 系统软件 • 应用软件
计算机的分类
• 多种多样的计算机分类方法
• 对于十进制小数：将其小数位乘2（转换为 二进制），提取整数部分，再对小数位重 复如上操作，直到小数部分为0。将过程中 得到的整数部分顺序排列即是转换后的数 字。
进制转换
• 例：将十进制79转换为二进制
• （1）用2除该数，得到商和余数 • （2）对商重复上述过程直到商为0 • （3）将所得余数倒序排列获取对应的二进制
第1章 计算机和数字基础
主要内容
• 计算机的基础知识 • 计算机的分类和使用 • 计算机的数字数据表示 • 计算机的数字处理 • 计算思维
计算机的基础知识
• 计算机的概念：
• 广义：可编程自动化计算设备（机械计算机、 电子计算机与计算器等）
• 狭义：电子计算机
手摇机械计算机
继电器计算机
计算机的基础知识
二进制（基数2） 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1111101001
十六进制系统
十六进制（基数16） 十进制（基数10） 二进制（基数2）
0
0
0
1
1
1
2
2
10
3
3
11
4
4
100
5
5
101
6
6
110
7
7
111
8
8
1000
9
9
1001
A
10
制小数0.1101
小数
乘2所得数 取整
0.8125
1.625
1
0.625
1.25
1
0.25
0.5
0
0.5
1
1
进制转换
• 非十进制转换为十进制：位权法 • 把各非十进制数按权展开，然后求和 • 例：将二进制1111101001.1转换为十进制 • (+1111×112061+0011×.1)225=+10××2924++11××2823++10××2722
数字音频工作站
计算机的分类
• 服务器
• 服务器通常是指那些具有较高计算能力，能够 提供给多个用户使用的计算机。
• 服务器的高性能主要体现在高速度的运算能力、 长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力 等方面。
服务器
计算机的分类
• 大型计算机
• 大型计算机（简称“大型机”）体积庞大，价格 昂贵，能够同时为众多用户处理数据。
• 按计算性能：巨型机、大型机、中型机、小型 机、微型机。
• 按使用场景：个人计算机、服务器、大型计算 机、超级计算机、手持设备、量子计算机。
计算机的分类
• 个人计算机
• 个人计算机是在大小、性能以及价位等多个方 面适合于个人使用，并由最终用户直接操控的 计算机的统称。
• 包括台式机、笔记本电脑、上网本、平板电脑、 超极本、工作站等。
值1001111
被除数
商
79
39
39
19
19
9
9
4
4
2
2
1
1
0
Biblioteka Baidu余数
1 1 1 1 0 0 1
进制转换
• 例：将十进制小数0.8125转换为二进制小 数
• （1）用2乘该数，取整 • （2）将所得数的小数部分乘2，取整 • （3）重复上一步，直到小数部分为0 • （4）将所得整数顺序排列，得到对应的二进
位与字节
• 位（bit，简写b）
• 一位代表着一个二进制数字0或1
• 字节（byte，简写B）
• 一个字节由8个位组成
• 常用简写及换算
• 1KB = 1024B，1MB = 1024KB，1GB = 1024MB， 1TB=1024GB，1PB=1024TB，1EB=1024PB
• 1MB=8Mb • 网络带宽的单位通常是Mb/s，文件大小则通常
• 大型机主要用于大量数据和关键项目的计算， 例如银行金融交易及数据处理、人口普查、企 业资源规划等等。
计算机的分类
• 超级计算机
• 超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最 快、存储容量最大的一类计算机，是一种超大 型电子计算机。
• 超级计算机具有很强的计算和处理数据的能力， 主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外 部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。
• 解释器在程序运行时，一次只会转换并执 行一条语句。在一条语句被执行后，解释 器才会转换到下一条语句，如此循环直到 程序结束。
• 这种方式效率较低，应用程序不能离开其 解释器，但比较灵活，可以动态地调整、 修改应用程序。
编译器
• 编译器在程序执行之前，就将程序源代码 “翻译”成目标代码。
• 编译器能一次性转换一个程序中的所有语 句，并将生成的目标代码放在新文件中。
• 使用编译器生成的目标程序可以脱离其语 言环境独立运行，使用比较方便、效率较 高。但如果需要修改应用程序，则需要先 修改其源代码，再重新编译。
处理器逻辑
计算思维
• 计算思维是运用计算机科学的基础概念进 行问题求解、系统设计及人类行为理解等 涵 盖计算机科学广度的一系列思维活动。
• 在解决实际问题时,要利用计算机高速的计 算能力,需要考虑以下3个问题
“天河二号”超级计算机
计算机的分类
• 手持设备
• 易于手持并使用的设备：智能手机、Kindle电 子书等。
• 手持设备可以分为允许用户安装应用和不允许 用户安装应用两大类。
• 允许用户安装应用的手持设备可以归类为手持 计算机。
计算机的分类
• 量子计算机
• 量子计算机和传统计算机的区别在于它们利用 电子、原子核等粒子的工作作为量子位。
• 未编译的按照程序设计语言规范书写的文 本为源代码。源代码不能直接被计算机识 别，必须经过解释器或编译器转换才能被 执行。
解释器
• 解释器的执行方式类似于日常生活中的“同 声翻译”，应用程序源代码一边由相应语言 的解释器“翻译”成目标代码，一边执行。
+ 0 × 21 + 1 × 20 + 1 × 2-1 = (1001.5)10
进制转换
• 二进制与十六进制的相互转换： • 十六进制一位对应二进制四位
• 例：(F6A9)16=(1111011010101001)2
字符编码
• ASCII码
• 使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符
• 理论上量子计算机的速度相比于传统计算机以 指数方式增长——n个量子位能代表2的n次方， 而n个常规位只能代表n。
• 随着量子位数的增加，量子计算机的性能将达 到传统计算机难以企及的程度。
使用计算机的优缺点
• 优点
• 计算速度更加快速准确 • 用很少的空间存储大量的信息 • 从不疲惫 • 开拓视野 • 计算机网络方便人们之间的沟通
• EBCDIC码 • Unicode码
• 又可分为UTF-8、UT8-16、UTF-32等
• 汉字编码
• GB2312、GBK、GB18030-2005等
图像编码
• 将图像离散成像素点，每一个点的色彩都 可以由一个或一组特定的二进制数来表示
图像的像素点
声音编码
• 用离散化的点代替连续的波形
声波采样点
• 哪些问题能够被计算 • 如何利用计算机系统实现计算 • 如何高效地实现计算
计算思维的主要思想
• 符号化思想 • 程序化思想 • 递归思想 • 抽象和分解思想
• 缺点
• 网络沉迷 • 电磁辐射 • 碎片化时间 • 低头族
计算机的数字数据表示
• 数字数据与模拟数据
• 数字数据：离散状态 • 模拟数据：连续值
• 常用的进制系统
• 二进制：0-1 • 十进制：0-9 • 十六进制：0-9、A-F • 通用规则：逢基数进一
十进制系统与二进制系统
十进制（基数10） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1001
以字节为单位
芯片
• 芯片也称微电路、集成电路、微芯片，是 指由半导体材料组成的极薄的薄片。
• 常见的芯片封装类型
• DIP双列直插式 • PGA插针网络式 • BGA球珊阵列式 • CSP芯片尺寸式 • MCM多芯片模式
计算机的数字处理
• 程序通常是由高级编程语言编写的，如C、 C++、C#、Java、COBOL等。
1010
B
11
1011
C
12
1100
D
13
1101
E
14
1110
F
15
1111
10
16
10000
进制转换
• 十进制转换为其他进制：余数法
• 十进制的数被2（转换成二进制）或者16 （转换成十六进制）除，得到商和余数。 将余数记录下来，商继续重复上述过程， 直到商为0。所有余数倒序排列即是转换后 的数字。
• 计算机的特征：
• 接收输入（键盘、鼠标） • 处理数据（CPU） • 存储数据（内存、存储器） • 产生输出（显示屏、打印机）
计算机的基础知识
• 计算机程序与软件
• 程序的定义：控制计算机执行处理任务的指令 集
• 程序构成了软件
• 软件的分类
• 系统软件 • 应用软件
计算机的分类
• 多种多样的计算机分类方法
• 对于十进制小数：将其小数位乘2（转换为 二进制），提取整数部分，再对小数位重 复如上操作，直到小数部分为0。将过程中 得到的整数部分顺序排列即是转换后的数 字。
进制转换
• 例：将十进制79转换为二进制
• （1）用2除该数，得到商和余数 • （2）对商重复上述过程直到商为0 • （3）将所得余数倒序排列获取对应的二进制
第1章 计算机和数字基础
主要内容
• 计算机的基础知识 • 计算机的分类和使用 • 计算机的数字数据表示 • 计算机的数字处理 • 计算思维
计算机的基础知识
• 计算机的概念：
• 广义：可编程自动化计算设备（机械计算机、 电子计算机与计算器等）
• 狭义：电子计算机
手摇机械计算机
继电器计算机
计算机的基础知识
二进制（基数2） 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1111101001
十六进制系统
十六进制（基数16） 十进制（基数10） 二进制（基数2）
0
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1
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2
2
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8
1000
9
9
1001
A
10
制小数0.1101
小数
乘2所得数 取整
0.8125
1.625
1
0.625
1.25
1
0.25
0.5
0
0.5
1
1
进制转换
• 非十进制转换为十进制：位权法 • 把各非十进制数按权展开，然后求和 • 例：将二进制1111101001.1转换为十进制 • (+1111×112061+0011×.1)225=+10××2924++11××2823++10××2722
数字音频工作站
计算机的分类
• 服务器
• 服务器通常是指那些具有较高计算能力，能够 提供给多个用户使用的计算机。
• 服务器的高性能主要体现在高速度的运算能力、 长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力 等方面。
服务器
计算机的分类
• 大型计算机
• 大型计算机（简称“大型机”）体积庞大，价格 昂贵，能够同时为众多用户处理数据。
• 按计算性能：巨型机、大型机、中型机、小型 机、微型机。
• 按使用场景：个人计算机、服务器、大型计算 机、超级计算机、手持设备、量子计算机。
计算机的分类
• 个人计算机
• 个人计算机是在大小、性能以及价位等多个方 面适合于个人使用，并由最终用户直接操控的 计算机的统称。
• 包括台式机、笔记本电脑、上网本、平板电脑、 超极本、工作站等。
值1001111
被除数
商
79
39
39
19
19
9
9
4
4
2
2
1
1
0
Biblioteka Baidu余数
1 1 1 1 0 0 1
进制转换
• 例：将十进制小数0.8125转换为二进制小 数
• （1）用2乘该数，取整 • （2）将所得数的小数部分乘2，取整 • （3）重复上一步，直到小数部分为0 • （4）将所得整数顺序排列，得到对应的二进
位与字节
• 位（bit，简写b）
• 一位代表着一个二进制数字0或1
• 字节（byte，简写B）
• 一个字节由8个位组成
• 常用简写及换算
• 1KB = 1024B，1MB = 1024KB，1GB = 1024MB， 1TB=1024GB，1PB=1024TB，1EB=1024PB
• 1MB=8Mb • 网络带宽的单位通常是Mb/s，文件大小则通常
• 大型机主要用于大量数据和关键项目的计算， 例如银行金融交易及数据处理、人口普查、企 业资源规划等等。
计算机的分类
• 超级计算机
• 超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最 快、存储容量最大的一类计算机，是一种超大 型电子计算机。
• 超级计算机具有很强的计算和处理数据的能力， 主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外 部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。
• 解释器在程序运行时，一次只会转换并执 行一条语句。在一条语句被执行后，解释 器才会转换到下一条语句，如此循环直到 程序结束。
• 这种方式效率较低，应用程序不能离开其 解释器，但比较灵活，可以动态地调整、 修改应用程序。
编译器
• 编译器在程序执行之前，就将程序源代码 “翻译”成目标代码。
• 编译器能一次性转换一个程序中的所有语 句，并将生成的目标代码放在新文件中。
• 使用编译器生成的目标程序可以脱离其语 言环境独立运行，使用比较方便、效率较 高。但如果需要修改应用程序，则需要先 修改其源代码，再重新编译。
处理器逻辑
计算思维
• 计算思维是运用计算机科学的基础概念进 行问题求解、系统设计及人类行为理解等 涵 盖计算机科学广度的一系列思维活动。
• 在解决实际问题时,要利用计算机高速的计 算能力,需要考虑以下3个问题
“天河二号”超级计算机
计算机的分类
• 手持设备
• 易于手持并使用的设备：智能手机、Kindle电 子书等。
• 手持设备可以分为允许用户安装应用和不允许 用户安装应用两大类。
• 允许用户安装应用的手持设备可以归类为手持 计算机。
计算机的分类
• 量子计算机
• 量子计算机和传统计算机的区别在于它们利用 电子、原子核等粒子的工作作为量子位。