1、1第一节 计算机的基本常识1.1 计算机的产生与发展计算机的产生是 20 世纪最重要的科学技术大事件之一。世界上的第一台计算机（ENIAC）于 1946 年诞生在美国宾夕法尼亚大学，到目前为止，计算机的发展大致经历了四代： 第一代电子管计算机，始于 1946 年，结构上以 CPU 为中心，使用计算机语言，速度慢，存储量小，主要用于数值计算； 第二代晶体管计算机，始于 1958 年，结构上以存储器为中心，使用高级语言，应用范围扩大到数据处理和工业控制； 第三代中小规模集成电路计算机，始于 1964 年，结构上仍以存储器为中心，增加了多种外部设备，软件得到了一定的发展，文字图象处理功能加强； 第四
2、代大规模和超大规模集成电路计算机，始于 1971 年，应用更广泛，很多核心部件可集成在一个或多个芯片上，从而出现了微型计算机。 我国从 1956 年开始电子计算机的科研和教学工作，1983 年研制成功 1 亿/秒运算速度的“银河”巨型计算机，1992 年 11 月研制成功 10 亿/秒运算速度的“银河 II”巨型计算机，1997 年研制了每秒 130亿运算速度的“银河 III”巨型计算机。 目前计算机的发展向微型化和巨型化、多媒体化和网络化方向发展。计算机的通信产业已经成为新型的高科技产业。计算机网络的出现，改变了人们的工作方式、学习方式、思维方式和生活方式。 1.2 计算机系统及工作原理1.
3、计算机的系统组成 计算机系统由软件和硬件两部分组成。硬件即构成计算机的电子元器件；软件即程序和有关文档资料。冯诺依曼理论1945 年美籍数学家冯诺依曼（电脑之父）采用二进制，提出了“存储程序”的设计思想。当今的计算机仍属于冯诺依曼架构。其理论要点如下：计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备 5 部分组成。存储程序思想把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。(1） 计算机的主要硬件 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。 输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。 中央处理器（CPU）：包括控制器和运算器
4、运算器，可以进行算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统，它的操作过程是取指令分析指令执行指令。 存储器：具有记忆功能的物理器件，用于存储信息。存储器分为内存和外存内存是半导体存储器(主存）：它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器（Cache)；ROM:只能读，不能用普通方法写入，通常由厂家生产时写入，写入后数据不容易丢失，也可以用特殊方法（如紫外线擦除（EPROM)或电擦除(EEPROM_)存储器)；RAM:可读可写，断电后内容全部丢失；2Cache:因为 CPU 读写 RAM 的时间需要等待，为了减少等待时间，在 RAM 和 CPU 间需要设置高速缓存Cach
5、e,断电后其内容丢失。 外存：磁性存储器软盘和硬盘；光电存储器光盘，它们可以作为永久存器； 存储器的两个重要技术指标：存取速度和存储容量。内存的存取速度最快(与 CPU 速度相匹配)，软盘存取速度最慢。存储容量是指存储的信息量，它用字节(Byte)作为基本单位，1 字节用 8 位二进制数表示（1Byte=8bits），1KB=1024B，1MB=1024KB，lGB=1024MB ,1TB=1024GB(2)计算机的软件 计算机的软件主要分为系统软件和应用软件两类： 系统软件：为了使用和管理计算机的软件，主要有操作系统软件如，WINDOWS 9598 2000NT40、DOS 60、UNIX,
6、LINX 等；WINDOWS 95982000NT40 是多任务可视化图形 界面，而 DOS 是字符命令形式的单任务的操作系统。 应用软件：为了某个应用目的而编写的软件，主要有辅助教学软件(CAI)、辅助设计软件(CAD)、文 字处理软件、工具软件以及其他的应用软件。2.计算机的工作原理到目前为止,电子计算机的工作原理均采用冯.若依曼的存储程序方式,即把程序存储在计算机内,由计算机自动存取指令（计算机可执行的命令=操作码+操作数）并执行它。工作原理图如下：1.3 计算机中有关数及编码的知识 1.计算机是智能化的电器设备计算机就其本身来说是一个电器设备，为了能够快速存储、处理、传递信息，其内部采
7、用了大量的电子元件，在这些电子元件中，电路的通和断、电压高低，这两种状态最容易实现，也最稳定、也最容易实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态，用 0，1 来表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。2.二进制数的运算法则二进制数运算非常简单，计算机很容易实现，其主要法则是：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1由于运算简单，电器元件容易实现，所以计算机内部都用二进制编码进行数据的传送和计算。3.十进制与二进制、八进制、十六进制数之间的相互转换(1)数的进制与基数计数的进制不同，则它们的基数也不相同，如表 1-1 所
8、示。进制 基数 特点二进制 0 ,1 逢二进一八进制 0,1,2,3,4,5,6,7 逢八进一十六进制 0,1,2,.,9,A,B,C,D,E,F 逢十六进一（2）数的权 3不同进制的数，基数不同，每位上代表的值的大小（权）也不相同。 如：（219) 10=2*102+1*101+9*100 （11010) 2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20 （273) 8=2*82+7*81+3*80 (27AF)16=2*163+7*162+10*161+15*160 (3)十进制数转换任意进制 1) 将十进制整数除以所定的进制数,取余逆序。 （39) 10=(100111)2 (245
9、)10=(365)8 2)将十进制小数的小数部分乘以进制数取整,作为转换后的小数部分,直到为零或精确到小数点后几位。 如：（0.35) 10=(0.01011)2 (0.125)10=(0.001)2 (4)任意进制的数转换十进制 按权值展开: 如:（219) 10=2*102+1*101+9*100 （11010) 2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20=26 （273) 8=2*82+7*81+3*80=187 (7AF)16=7*162+10*161+15*160=1867 4.定点数与浮点数 定点数是指数据中的小数点位置固定不变。由于它受到字长范围的限制，所能表示的数的范
10、围有限，计算结果容易溢出。 浮点数的形式可写成：N=M*2 E(其中 M 代表尾数,E 代表阶码）其形式如下： 阶码 尾数（包括符号位）5.ASCII 编码 由于计算机是电器设备,计算机内部用二进制数,这样对于从外部输入给计算机的所有信息必须用二进制数表示,并且对于各种命令、字符等都需要转换二进制数，这样就牵涉到信息符号转换成二进制数所采用的编码的问题，国际上统一用美国标准信息编码（ASCII）它可用 7 位二进制数表示，存储时用一个字节，它的最高位为 0。因此基本的 ASCII 字符集有 128 个如: 0-9：48-57:00110000-. A-Z:65-90 :01000001-. a
11、-z:97-122:01100000-. 6.汉字编码与汉字输入法 （1）机内码 ASCII 码不能表示汉字，因此要有汉字信息交换码，我国国家标准是 gb2312,它也被称作国际码。它由两个字节组成，两个字节的最高位都为 1。 gb2312 共收纳 6763 个汉字，其中，一级汉字（常用字）3755 个按汉字拼音字母顺序排列，二级汉字 3008 个按部首笔画次序排列。 （2）汉字输入码（外码） 目前，汉字输入法主要有键盘输入、文字识别和语音识别。键盘输入法是当前汉字输入的主要方法。它大体可以分为： 流水码：如区位码、电报码、通信密码，优点重码律少，缺点难于记忆； 音码：以汉语拼音为基准输入汉字
12、，优点是容易掌握，但重码律高； 形码：根据汉字的字型进行编码，优点重码少，但不容易掌握； 音形码：将音码和形码结合起来，能减少重码律同时提高汉字输入速度。 （3）汉字字模 4供计算机输出汉字（显示和打印）用的二进制信息叫汉字字形信息也称字模。通用汉字字模点阵规格有 16*16，24*24，32*32，48*48，64*64，每个点在存储器中用一个二进制位（(bit)存储，如一个16*16 点阵汉字需要 32 个字节的存储空间。 1.4 原码、反码与补码 在计算机中，数据是以补码的形式存储的: 在 n 位的机器数中，最高位为符号位，该位为 0 表示为正，为 1 表示为负； 其余 n-1 位为数值
13、位，各位的值可为 0 或 1。 当真值为正时:原码、反码、补码数值位完全相同； 当真值为负时: 原码的数值位保持原样， 反码的数值位是原码数值位的各位取反， 补码则是反码的最低位加一。 注意符号位不变。 如:若机器数是 16 位: 十进制数 17 的原码、反码与补码均为： 0000000000010001 十进制数-17 的原码、反码与补码分别为：1000000000010001、1111111111101110、1111111111101111 1.5 逻辑运算 1.逻辑运算 逻辑与:同真则真 逻辑或:有真就真 逻辑非:你真我假 逻辑异或:不同则真 2.按位运算 按位与 :同 1 则 1 如
14、 10010101 10110111=10010101 按位或 :有 1 则 1 如 10010101 10110111=10110111 3. 逻辑化简 化简定律: （1）交换律： A + B = B + A ，AB = BA（2）结合律： （A + B）+ C = A + （B + C ） ， （AB ）C = A（BC ）（3）幂等律： AA = A ， A + A = A（4）吸收律： A（A + B ）= A ， A +（AB）= A（5）分配律： A（B + C ）= AB + AC ， A +（BC）=（A + B） （A + C）（6）互补律： A + A = 1 ，AA = 0（7）0-1 律： A + 0 = A ， A + 1 = 1 ， A1 = A ， A0 = 0例:化简函数 Q = AD + AD + AB + ACEF。这个函数有 5 个自变量，化简过程如下：Q = AD + AD + AB + ACEF= A + AB + ACEF= A + ACEF= A ABCD+ABD+AB(D+CD)=ABD
