《大学计算机基础》

《大学计算机基础》 第1章计算机基础知识桂林电子科技大学汪瑾适用教材：周娅等. 大学计算机基础.桂林：广西师范大学出版社，2013

1.1　计算机你知多少 • PC启动时做了什么 • 计算机是如何工作的 • 从史前恐龙到现代宠物 • 计算机的能与不能

1.1.1PC启动时做了什么 • PC启动需要具备的条件 • PC启动成功的标志热启动、冷启动 • PC启动时做了什么

1.1.1PC启动时做了什么 • BIOS （Basic Input Output System）：基本输入输出系统。一组固化在计算机主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 • CMOS: 存储计算机必备的启动信息和重要系统信息(如日期、时间、启动设置等)的芯片。可读写的RAM芯片，由纽扣电池供电。

1.1.2　计算机是如何工作的 • 计算机的工作原理：存储程序逐条执行程序控制工作方式冯·诺伊曼

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 第一台计算机 1946年2月由美国宾州大学研制成功的ENIAC 电子计算机时代的到来重达30吨占地250平方米启动工耗150000瓦 18000个电子管保存80个字节 5000次加法/秒

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变电子管时代迟延线或磁鼓做存储器，主要使用机器语言。速度慢，功耗惊人，用于科学计算和军事方面

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变晶体管时代磁芯做主存储器，磁盘机及磁带机做外存。使用汇编语言，出现FORTRAN、BASIC等。数据处理，事物管理

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变集成电路时代主存采用半导体，出现批处理，分时及实时操作系统。开展了程序设计语言标准化及结构化工作。应用于科学计算、工业控制、数据处理等。

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 计算机的演变大规模、超大规模集成电路摩尔定律：芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。

1.1.3　从史前恐龙到现代宠物 第五代计算机专家系统知识工程语音合成语音识别智能机器人电子计算机的发展

计算工具史料图片 1822年巴贝奇差分机唐朝 1642年 Pascal 加法器 1833年巴贝奇分析机 1946年 ENIAC 1944年阿肯 MARK I

计算机大家族家谱 按信息的表示和处理方式划分数字电子计算机模拟电子计算机数字模拟混合电子计算机用电流、电压等连续变化的物理量直接进行运算的计算机。

气候模拟超级计算机“暴雪”

计算机大家族族谱 按计算机用途划分专用计算机通用计算机

计算机大家族族谱 按计算机规模与性能分巨型机大型机中型机小型机微型机 “天河一号” 6144个CPU，5120个GPU，103个机柜，占地面积近千平方米，总重量达到155吨。字长64位主存1G~4G 时钟频率3GHz

计算机大家族族谱 天河1号曙光“星云”

1.1.4 计算机的能与不能 • 计算机能做什么 • 科学计算 • 实时控制 • 数据处理 • 计算机辅助设计、制造、教学等 • 文字处理和办公室自动化 • 人工智能 • 计算机网络应用

1.1.4 计算机的能与不能 • 不能用计算机处理的情况： • 信息不能数字化 • 不能找到处理数据的算法

1.2　计算机内如何表示信息 • 计算机内如何表示信息 • 计算机内如何表示英文符号 • 计算机内如何表示汉字符号

1.2.1　计算机内如何表示信息 计算机为什么采用二进制编码? • 受制于元器件 • 二进制的运算规则很简单 • 物理上容易实现数据的存储 • 便于逻辑判断

十进制: 方法：用0~9十个数字字符表示数的大小规则：逢十进一，借一当十一、基本概念 3.基数：一个计数制所包含的数字符号的个数。 1.数制：表示数的方法和规则。 2.进位（计数）制：按进位方式计数的数制。 4.权值：基数R的i次幂Ri。任何一个R进制都是由一串数码表示的，其中每一位数码所表示的实际大小，除了数码本身的数值以外，还与它所在的位置有关，由位置决定的值称为位值（或权值）。常用R来表示，例如：二进制的R为2，十进制的R为10等等

n 2 =∑ai×10i =∑ai×10i i=-2 i=0 权值基数其中：ai为数字字符0~9中的一个，10i为第i项的权值以这种方式表示数的方法也称为“按权展开法” • 例如：有十进制数如下 =200+20+2+0.2+0.02 222.22 =2×102+2×101+2×100+2×10-1+2×10-2 由此可知，任何一个十进制数整数都可以表示为： N10=an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100

二、数制的种类 计算机使用八（十六）进制原因：二进制书写麻烦、容易出错、很难记忆，十进制与二进制之间的转换过程复杂，二进制与八（十六）进制之间转换简单。表1-1 数制种类

二、数制的种类 十进制、二进制、八进制和十六进制对照表

二进制与十进制的转换 从“0”开始计位数 • 二进制转化为十进制: • 按权相加，逢十进一 76543210 例1:11001101.01011B=? 11001101.01011B=127+ 126 + 025 + 024 + 123 + 122 + 021 + 120 + 02-1 + 12-2 + 02-3 + 12-4 + 12-5 = 205.345或(205.345)10

二进制与十进制的转换 • 十进制转化为二进制: • 整数部分除2取余,逆序排列, • 小数部分乘2取整，顺序排列。 • 例2:十进制转化为二进制, • 205.345=?

0.345 2 2 205  0.690 2 102 1 2  2 51 0 2 1.380 25 2  1 0.760 2 12 1 2  2 2 2 6 0 1.520 1 0 3 0 1 1 2  1.04 余数低位高位高位低位 205.345=11001101. 01011B

二进制转换为八（十六）进制 • 转换规则：整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三(四)位进行分组例： 1101101110.110101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 1101101110.110101(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4 0100

二进制→八（十六）进制： 4E3 2343 举例 10011100011（B）= (O)= (H) 10011100011（B） =010 011 100 011 提示数值较大的十进制数转换为二进制数，可以先转化为十六进制。再转化为二进制，这样可减少长除法的步数。 =2 3 4 3 10011100011（B） =0100 1110 0011 =4 E 3 八（十六）进制→二进制： 011110101 101011100101 AE5（H）= (B) 365(O)= (B) 举例 AE5（H）= A E 5 365(O)= 3 6 5 =011 110 101 = 1010 1110 0101

64(H)= 01100100(B) 6 4 144(O)=001100100(B) 1 4 4 八（十六）进制转换为二进制 • 转换规则 • 一位八进制数对应三位二进制数 • 一位十六进制数对应四位二进制数例如：

1.2.2 计算机内如何表示英文符号 • 英文符号指的是英文字母、标点符号和特殊符号，以及作为符号使用的数字。 • ASCII码—美国标准信息交换码用7位二进制数表示一个字符的编码，共有27=128个不同的编码值. • 计算机内部用一个字节存放一个7位ASCII码.（最高位置0）

654 3210 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 @ P ′ p 0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v ASCII码表 “A”所对应的ASCII码为1000001，十进制大小是65 “e”所对应的ASCII码为0101110

B6B5B4 B3B2B1B0 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE （sp)空格32 0(48) @ P 、 p 0001 SOH DC1 ！ 1 A(65) Q a(97) q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB ' 7 G W g w 1000 BS CAN （ 8 H X h x 1001 HT EM ） 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS , < L \ l | 1101 CR回车(13) GS - = M ] m } 1110 SO RS · > N ^ n ～ 1111 SI US / ? O _ o DEL 附录1 ASCII码（美国标准信息交换码）表

ASCII码的比较 • 空格的ASCII码是：010 0000B=20H=32D • 0~9的ASCII码是：30H(48D)~39H(57D) • A~Z的ASCII码是：41H(65D)~5AH(90D) • a~z的ASCII码是：61H(97D)~7AH(122D) • 结论：空格＜0~9<A~Z<a~z

1.2.3　计算机内如何表示汉字符号 • 我国于1981年颁布了国家标准GB2312-80，即信息交换用汉字编码字符集，由两个字节构成一个汉字交换码，简称国标码。为区别ASCII码而将字节的最高位置1。 • 国标代码表中，纵向分为94行,横向分为94列。行与列分别为七位，其值（0100001->1111110）

国标码

国标码 • 例如，汉字“中国”在两个字节中的存放为： 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 中 5650H 国 397AH 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1

区位码 • 将GB2312-80代码表中的行号称为区号，列号称为位号，共94个区和94个位。每个汉字的区号和位号连起来就称为汉字的区位码。 • 区号和位号都用两位十进制数表示，不足前面补零。每个汉字或符号都用4位十进制数表示区位码是汉字的输入编码。 • 将区位码的区号和位号分别由十进制转化成对应的十六进制数，然后加上十六进制数2020H，就得到对应的国标码。汉字第一字节第二字节国标码区位码啊 0011 0000 0010 0001 30 21H 16 01D

00……20 21 22 23 24 25 26 …………7C 7D 7E 7F 00～20 1 2 3 4 5 6 ………………91 92 93 94 21～2F 1～15 非汉字图形符号（常用符号、数字序号、俄文、英文、法文、希腊字母、日文平、片假名等） 30～57 16～55 啊阿埃一级汉字（3755个） 58～77 56～87 二级汉字（3008个） 78～7E 88～94 空白区域 7F 国标字符集结构十六进制编码十进制编码位区区位编码国标码编码

机内码 • 机内码是指在计算机内部实际用来表示汉字的代码。 • 汉字机内码是以国标码规定的代码为依据，经转换后用两个字节表示一个汉字。每个字节的最高位均为1. • 转换规则：将十六进制的国标码加上8080H

1.3　计算机如何实现计算 • 计算机如何实现数值运算 • 计算机如何实现逻辑运算

1.3　计算机如何实现计算 • 计算机的计算可以分为数值计算（函数计算、方程求解、微分、积分、概率统计等）和非数值计算（逻辑推理、比较、排序、查找等）两大类，它们都可通过一些基本运算来实现。

1.3.1　计算机如何实现数值计算 所有复杂的数值计算都可以用四则运算来实现加法运算规则 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 乘法运算规则 0 ×0 = 0 1 ×0 = 0 0 ×1 = 0 1 ×1 = 1

逻辑“非” NOT 0 = 1 1 = 0 1.3.2　计算机如何实现逻辑运算所有复杂的数值计算都可以用四则运算来实现逻辑“与” 0 AND 0 = 0 1 . 0 = 0 0 AND 1 = 0 1 . 1 = 1 逻辑“或” 0 OR 0 = 0 1 + 0 = 1 0 OR 1 = 1 1 + 1 = 1

1.4　计算系统如何组成 • 计算机的基本结构和部件的功能 • 微型机的硬件系统组成 • 微型机的软件系统组成 • 计算机的性能如何评价

1.4.1　计算系统如何组成 计算机系统由硬件（hardware）和软件（software）两大部分组成各种程序和文档的总和计算机所有实体部件的集合

运算器 控制器输出设备 1 3 5 存储器输入设备 2 4 冯.诺依曼式计算机的基本结构

程序、数据 控制信号线数据信号线冯·诺依曼式计算机工作流程存储器外存储器主机内存储器输入设备输出设备控制器运算器中央处理器

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