第 1 章计算机基础知识

第1章计算机基础知识

目录 • 1.1 计算机概述 • 1.2 数制 • 1.3 计算机中的字符编码 • 1.4 计算机系统组成 • 1.5 信息化社会

1.1 计算机概述 • 1.1.1 计算机的概念计算机是一种根据一系列指令来对数据进行处理的机器，它能够存储程序和数据、自动执行程序、快速而高效地处理各种数字化信息，其主要工作是进行数值计算和信息处理。

ENIAC 电子数字积分计算机 Electronic Numerical Integrator And Calculator 1.1 计算机概述 • 1.1.2 计算机的发展世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年2月，美国宾夕法尼亚大学。

1.1 计算机概述 • 1.1.2 计算机的发展第一代（1946～1957）电子管计算机时代第二代（1958～1964）晶体管计算机时代第三代（1965～1970）中、小规模集成电路计算机时代第四代（1971～）大、超大规模集成电路计算机时代

1.1 计算机概述 • 1.1.3 计算机的分类 • 巨型机（supercomputer） • 大型主机（mainframe） • 小巨型机（minisupercomputer） • 小型机（minicomputer 或Minis） • 工作站（workstation ） • 微机（microcomputer）

1.1 计算机概述 • 1.1.3 计算机的分类 “天河一号”超级计算机

1.1 计算机概述 • 1.1.4 计算机的应用 • 科学计算 • 数据处理 • 自动控制 • 人工智能 • 数据库应用 • 网络应用 • CAD、CAM、CBE

1.2 数制 • 1.2.1 常用数制 • 数制的定义：指用一组固定的数码符号和一套统一的规则来表示数值的方法 • 十进制（Decimal） • 二进制 (Binary) • 八进制（Octonary，Q） • 十六进制（Hexadecimal）

1.2 数制 • 1.2.1 常用数制 (1)十进制数（Decimal）十进制的基数是“10”，使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这十个数字符号，逢十进一 203.49＝2×102＋0×101＋3×100＋4×10－1＋9×10－2 一个十进制数： S＝KnKn－1... K1K0. K－1K－2 ... K－m 所代表的实际数值是： S＝Kn×10n＋Kn－1×10n－1＋...＋K1×101＋K0 ×100 ＋K－1×10－1＋K－2 ×10－2+…＋K－m ×10－m

1.2 数制 • 1.2.1 常用数制 (2)二进制数（Binary）二进制的基数是“2”，使用0和1两个不同的数字符号，逢二进一 (101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2 ＝(5.25)10 一个二进制数 S＝KnKn－1 ... K1K0 . K－1K－2 ... K－m 所代表的实际数值是： S = Kn×2n＋ Kn－1×2n－1 ＋ … ＋ K1×21＋ K0 ×20 ＋ K－1 ×2－1＋ K－2 ×2－2＋…＋K－m ×2－m

1.2 数制 • 1.2.1 常用数制 • (3)八进制数(Octonary)和十六进制数(Hexadecimal) • 八进制数基数是“8”，使用0、1、2、3、4、5、6、7八个符号，逢八进一 (365.2)8= 3×82＋6×81＋5×80 ＋2×8－1 = (245.25)10 • 十六进制数基数是“16”，使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六个符号，其中A、B、C、D、E、F分别代表十进制的10、11、12、13、14、15。 • 逢十六进一 • (F5.4)16=15×161＋5×160＋4×16－1 = (245.25)10

1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（1）十进制数转换成N（N=2\8\16）进制数十进制数转换为N进制数，需要按整数部分和小数部分分别进行。十进制整数转换为N进制整数，方法是“除以N倒取余，直到商为0”。即把十进制整数除以N，一直到商是0为止，然后将所得到的余数由下而上排列。

2 2 2 2 2 2 1 8 4 17 2 69 2 34 余1 低位余0 余1 余0 余0 余0 高位 0 余1 1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（1）十进制数转换成N（N=2\8\16）进制数【例题1.1】把十进制整数69转换成二进制数。 • 所以：69D=1000101B

2 2 2 2 × × × × 1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（1）十进制数转换成N（N=2\8\16）进制数 • 【例题1.2】把十进制小数0.6875转换成二进制小数 0.6875 高位取整1 1.3750 0.3750 取整0 0.7500 取整1 1.5000 • 所以：0.6875D=0.1011B 0.5000 取整1 低位 1.0000

1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（1）十进制数转换成N（N=2\8\16）进制数在进行转换时，如果一个数既有整数部分，又有小数部分，应将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来。【例题1.3】将十进制数69.6875转换成二进制数。 69D=1000101B 0.6875D=0.1011B 所以，69.6875D=1000101.1011B

1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（2）N（N=2\8\16）进制数转换成十进制数 N进制数转换成十进制数采用“位权法”，即把各非十进制数按权展开，然后求和。【例题1.4】将二进制数100111转换成十进制数。 100111B =1×25+0×24+0×23+1×22+1×21+1×20 =32+0+0+4+2+1 =39D

1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（3）二进制数与八、十六进制数之间的转换 • 二进制数转换为八、十六进制数二进制数转换为八进制数时，按“3位并1位”的方法进行。也就是说，以小数点为界，用两端补“0”的方法，先将二进制数的整数与小数部分分别补足为3的倍数位，然后，将各组的3位二进制数按22、2l、20权展开后相加，得到1位八进制数。

111 001 110 001 110 . 100 110 1 4 6 7 1 6 6 . 1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（3）二进制数与八、十六进制数之间的转换 • 二进制数转换为八、十六进制数【例题1.5】将二进制数1100110110111. 00111转换成八进制数 • 所以，1100110110111. 00111B=14667.16Q

1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（3）二进制数与八、十六进制数之间的转换 • 八、十六进制数转换为二进制数将八进制数转换成二进制数时，先把每位八进制数用对应的3位二进制数展开表示，即“1位拆3位”，然后去掉两端多余的0。

A 9 0 . B F 4 0100 1010 1001 0000 . 1011 1111 1.2 数制 • 1.2.2 不同数制间的转换（3）二进制数与八、十六进制数之间的转换 • 八、十六进制数转换为二进制数 • 【例题1.6】将十六进制数4A90.BF转换成二进制数。 • 所以，4A90.BFH=100101010010000.10111111B

1.2 数制 • 1.2.3 二进制的运算对二进制数可以进行两种不同类型的基本运算：算术运算和逻辑运算。 • （1）算术运算： • 两个一位数的加法和减法的基本运算规则是： • 加法 • 0 0 1 1 • ＋0 ＋1 ＋0 ＋1 • 0 1 1 10（向高位进1）

1.2 数制 • 1.2.3 二进制的运算对二进制数可以进行两种不同类型的基本运算：算术运算和逻辑运算。 • （1）算术运算： • 两个一位数的加法和减法的基本运算规则是： • 减法 • 1 1 0 0 • -0 -1 -0 -1 • 1 0 1 1（向高位借1）

1.2 数制 • 1.2.3 二进制的运算对二进制数可以进行两种不同类型的基本运算：算术运算和逻辑运算。 • （2）逻辑运算 • 与运算 • 或运算 • 非运算

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.1 西文字符编码在计算机中，字符是计算机中使用最多的非数值型数据，对西文字符进行编码通常采用的是ASCII编码，全称是美国标准信息交换代码（American Standard Code for Information Interchange）。

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.1 西文字符编码 ASCII字符编码表

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.1 西文字符编码 ASCII字符编码有以下规律：（1）相邻的英文字母，ASCII码值相差1。例如，大写英文字母“A”的ASCII码值为65，相邻的大写英文字母“B”的ASCII码值就为66，依此类推。阿拉伯数字也满足此规律。（2）同一字母大小写的ASCII码值相差32。例如，小写英文字母“a”的ASCII码值比大写英文字母“A”的ASCII码值大32，是97。

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.2 中文字符编码输入码/外码机内码/内码字形码

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.2 中文字符编码 • 汉字输入码：又称外部码，简称外码，指用户从键盘上输入的代表汉字的编码。例：五笔、拼音。

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.2 中文字符编码 • 汉字机内码：又称内码，指计算机内部存储、处理加工和传输汉字时所用的由0和1符号组成的代码。GB2312-80是中国国家标准简体中文字符集，全称《信息交换用汉字编码字符集基本集》，由中国国家标准总局发布，1981年5月1日实施。GB2312-80标准共收录6763个汉字，其中一级汉字3755个，按汉语拼音字母顺序排列，二级汉字3008个，按偏旁部首排列；同时收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个。

1.3 计算机中的字符编码 • 1.3.2 中文字符编码 • 字形码：是汉字的输出编码，因为汉字是象形文字，所以对于计算机来说每个汉字都像一幅画，每个汉字的字形都需要预先存放在计算机中，即字库，通常分为点阵字库和矢量字库。

输入设备 存储器输出设备控制器运算器数据流控制流 1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成（1）运算器（Arithmetical and Logical Unit）运算器也叫算术逻辑单元，其主要功能是对数据进行各种运算。这些运算除了常规的加、减、乘、除等基本的算术运算之外，还包括能进行“逻辑判断”的逻辑处理能力，即“与”、“或”、“非”这样的基本逻辑运算以及数据的比较、移位等操作。

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成（2）存储器（Memory Unit）存储器的主要功能是存储程序和各种数据信息，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆”功能的设备，它用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息，因此在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成 • 数据的存储单位－位，字节，字 • 位--信息存储的最小单位，也称比特记为bit或b • 字节--是计量存储容量的基本单位，也称拜特记为Byte或B 位字节

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成存储容量：存储器所包含的存储单元总数,表示存储容量的单位有B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）、TB（太字节）、PB（拍字节）、EB（艾字节） 1 B = 8 bit 1 KB = 1024 B 1 MB = 1024 KB 1 GB = 1024 MB 1 TB= 1024 GB

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成（3）控制器（Control Unit）控制器是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。

1.4计算机系统组成 • 1.4.1 计算机的逻辑组成（4）输入设备（Input Device）用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备叫输入设备。（5）输出设备（Output Device）从计算机输出各类数据的设备叫做输出设备。

CPU 主机硬盘内存外存储器光盘计算机硬件 U盘鼠标外设输入设备键盘显示器输出设备打印机 1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（1）中央处理器中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU，在微型计算机中，CPU被集成在一片超大规模集成电路芯片上，也叫微处理器（Micro Processing Unit），简称MPU，是构成微型计算机的核心部件，包括运算器和控制器两大部件，也可以说是微型计算机的心脏。

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（1）中央处理器 • CPU的主要技术参数包括： • 字长 • 频率 • 高速缓冲存储器 • 制造工艺

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（2）内存储器内存是直接与CPU相联系的存储设备，是微型计算机工作的基础，位于微型计算机主板上。微型计算机使用的存储器按照存储介质的特性可以分为ROM和RAM两类。 RAM

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，是由多层印刷电路板和焊接在其上的CPU插槽、内存插槽、控制芯片组、总线扩展插槽（ISA、PCI、AGP）、外设接口（键盘接口、鼠标接口、USB接口、网卡接口等）、CMOS和BIOS控制芯片等构成，

AGP插槽 北桥 PCI插槽 CPU插槽内存条插槽南桥 1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板 • 芯片组 • 芯片组是主板的灵魂，由一组超大规模集成电路芯片构成。芯片组控制和协调整个计算机硬件系统与外设的接口系统的正常运转和各个部件的选型，它被固定在主板上，不像CPU、内存等能进行简单的升级换代。

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板 • BIOS和CMOS • 基本输入输出系统（Basic Input/Output System，简称BIOS），是计算机在操作系统没启动前的引导程序，存储在主板上的一块ROM芯片中，早年ROM只能读，BIOS不能修改，不过现在随着ROM摆脱只读的限制，BIOS也可以在专业人员操作下进行升级了。

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板 BIOS程序包括以下4部分： ①自检程序：识别硬件配置，并对其进行自检和初始化。刚启动计算机时可以听到一声鸣音，说明硬件通过自检。 ②CMOS设置程序：CMOS是主板上的一块RAM芯片，存放系统的重要信息，如系统时间、启动顺序等。引导过程中，用特殊热键（通常是Delete）启动，进行设置后，存入CMOS芯片中，因为RAM芯片断电会丢失信息，所以主板上有一块电池为其供电。 ③系统自举装载程序：在自检成功后将磁盘相对0磁道0扇区上的引导程序装入内存，让其运行以装入操作系统。 ④主要I/O设备的驱动程序。

1.4计算机系统组成 • 1.4.2 计算机的硬件系统（3）主板 • CPU插座 • 内存插槽 • PCI插槽 • 主板上有一系列的扩展槽，用来连接各种功能插卡。用户可以根据自己的需要在扩展槽上插入各种用途的插卡，如显卡、声卡、防病毒卡、网卡等，以扩展微型计算机的各种功能。任何插卡插入扩展槽后，就可以通过系统总线与CPU连接，作为一个输入／输出设备，在操作系统的支持下使用。这种开放的体系结构为用户组合各种功能设备提供了方便。

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