1、大学计算机基础第一章 计算机及信息技术概述 本章主要介绍计算机的发展史和特点、本章主要介绍计算机的发展史和特点、类型及应用，以及计算机的未来发展趋势；类型及应用，以及计算机的未来发展趋势；计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介绍信息技术的基本概念。绍信息技术的基本概念。20世纪以来人类最重大的科技发明当世纪以来人类最重大的科技发明当数电子数字计算机，计算机改变了人们数电子数字计算机，计算机改变了人们传统的工作和生活方式。传统的工作和生活方式。这是一幅很著名的人类进化这是一幅很著名的人类进化图图1.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想 人类从远古时代就产
2、生了计算的需要。钟表业，人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业，特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机械式计算机。械式计算机。下面介绍几位在电子计算机诞生前后对计算机下面介绍几位在电子计算机诞生前后对计算机发展有过突出贡献的几位早期历史人物。发展有过突出贡献的几位早期历史人物。法国物理学家帕斯卡法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在：在 1642年年发明了第一台机械式加法机。该机发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。来拨动转轮以输入数字。当时，当时，1
3、9岁的帕斯卡为了帮岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六的齿轮进位式计算器，可完成六位数字的加减法。位数字的加减法。德国数学家莱布尼茨：在德国数学家莱布尼茨：在1673年发明了机械式乘年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。据记载，莱布尼兹曾把自己的乘法实现了乘除运算。据记载，莱布尼兹曾把自己的乘法机复制
4、品送给康熙皇帝机复制品送给康熙皇帝。英国数学家巴贝奇：英国数学家巴贝奇：1822年，在历经年，在历经10年努力终于发明了年努力终于发明了“差分机差分机”。它有。它有3个齿个齿轮式寄存器，可以保存轮式寄存器，可以保存3个个5位数字，计算精位数字，计算精度可以达到度可以达到6位小数。位小数。巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，但最终失败。分析机，但最终失败。英国女数学家爱达英国女数学家爱达(1815-1852)：巴贝奇：巴贝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序第一件计算机程序”。她还建议分析机用。她还建
5、议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿英国诗人拜伦的女儿图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中机器，隐含了现代计算机中“存储程序存储程序”的的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。价的。英国科学家阿兰英国科学家阿兰 图灵图灵(理论计算机的奠基人理论计算机的奠基人1912-1954)控制器（含运算功能）控制器（含运算功能）可在纸带上左右移动的读写头，可在纸
6、带上左右移动的读写头，用于读写数据用于读写数据(输入输出设备输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）存储程序和数据（存储器）姚期智：姚期智：20002000年年首位获奖图灵奖首位获奖图灵奖的华裔学者的华裔学者 七十多年来，现代计算机基本结构仍然是七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺依曼诺依曼(计算机鼻祖计算机鼻祖)计算机应由运算器、控制器、存储器、计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成；输入设备和输出设备五大部件组成；应采用二进制简化机器的电路设计；应采
7、用二进制简化机器的电路设计；采用采用“存储程序存储程序”技术技术,以便计算机能保以便计算机能保存和自动依次执行指令。存和自动依次执行指令。冯冯诺依曼：诺依曼：“如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵图灵”1946年由美国宾夕法尼亚大学年由美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子数字研制出世界上第一台电子数字计算机，取名计算机，取名ENIAC。由此。由此诞生了诞生了“第一个电子的大脑第一个电子的大脑”Electronic Numerical Integrator And Calc
8、ulator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重重30吨，占地吨，占地167m2，耗电，耗电150千瓦千瓦主要元件为电子管、继电器，可保主要元件为电子管、继电器，可保存存80个字节，每秒钟做个字节，每秒钟做5000次加减次加减法或法或400次乘法运算。次乘法运算。致命缺陷：没有存储程序。致命缺陷：没有存储程序。1.1.2 电子计算机发展历程q 第一代计算机第一代计算机 19461958年年 以电子管为主要元件以电子管为主要元件 代表机型：代表机型：ENIACq 第二代计算机第二代计算机 19581964年年 以晶体管为主要元件以晶体管为主要元件采用晶体管的第二代采用晶体管的第二代电子计算机电
9、子计算机IBM7090IBM7090型型q 第四代计算机第四代计算机 1971年至今年至今 以大规模以大规模/超大集成电路为主要元件超大集成电路为主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 q 未来的第五代计算机是智能计算机未来的第五代计算机是智能计算机q 第三代计算机第三代计算机 19641971年年 以集成电路为主要元件以集成电路为主要元件采用集成采用集成电路的第电路的第一台电子一台电子计算机计算机IBM360IBM360型型电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。巨型机大型机小型机微型机工作站服务
10、器嵌入式计算机按计算机规模分类按计算机规模分类1.1.3 计算机类型 计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。智能电子设备。运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高存储容量大存储容量大具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力按照程序自动运行按照程序自动运行计算机特计算机特点点1.1.4 计算机的特点及应用领域科学计算科学计算数据处理数据处理过程与实时控制过程与实时控制人工智能人工智能计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计算机应用领计算机应用领域域远程通信与网
11、络应用远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实多媒体与虚拟现实微机的发展(1975-1995)1975年第一台个人电脑问世。年第一台个人电脑问世。1981年第一台年第一台IBM-PC问世。问世。1985年年386；1989年年486；1993年奔腾出现。年奔腾出现。CPU进入进入32位时代。位时代。1989年多媒体声卡问世。年多媒体声卡问世。1995年个人电脑出现年个人电脑出现CD-ROM光驱。光驱。1995年年Win 95问世，操作系统进入问世，操作系统进入Windows 时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。入家庭。1995年以来，年以来，Int
12、el的的CPU频率（频率（2000年年P4，2GHz；2004年年P4，3.8GHz）。）。2001年年Windows XP，集成大量应用程序，例如，集成大量应用程序，例如IE、Media Player、图像浏览等。、图像浏览等。2005年年4月，月，64位位Windows XP操作系统问世。操作系统问世。2005年年4月，月，CPU进入双核和多核时代。进入双核和多核时代。2006年，年，Windows Vista 32位位/64位操作系统发位操作系统发布。布。2009年，年，Windows7操作系统发布。操作系统发布。微机的发展(1995-)巨型化巨型化 存储容量大、运算速度达每秒百万亿、千
13、万亿次的巨型存储容量大、运算速度达每秒百万亿、千万亿次的巨型机是衡量一个国家科技实力的指标之一。机是衡量一个国家科技实力的指标之一。1.1.5 计算机发展趋势 计算机正向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。计算机正向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。2009年，我国成功研制出每秒年，我国成功研制出每秒1206万亿次的万亿次的“天河一号天河一号”超级计算机，成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿超级计算机，成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次计算机的国家。次计算机的国家。美洲豹美洲豹(美国美国)走鹃走鹃(美国美国)海妖海妖(美国美国)尤金尤金(欧洲欧洲)天河一号天河一号(中国中
14、国)2009年全球超级计算机排行榜年全球超级计算机排行榜 网络化网络化 通过计算机网络可通过计算机网络可共享远程资源，共享远程资源，实现通信和合作。实现通信和合作。智能化智能化 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。劳动的智能机器人。微型化微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。计算机不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。DeepblueGarry Kasparov1996年年2月月10日，卡斯帕罗夫战胜日，卡斯帕罗夫战
15、胜“深蓝深蓝”1997年年5月月12日，卡斯帕罗夫负于日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝更深的蓝”计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器存储器存储器内存内存外存外存输入输入/输出设备输出设备计算机系统构成计算机系统构成1.2.1 计算机硬件系统计算机系统构成计算机系统构成冯诺依曼计算机结构 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。输出设备五大部分组成。控制信号流数据流应用软件应用软件其它系统软其它系统软件件操作系统操作系统硬硬 件件 应用软件是指用户为解决各种实
16、际问题而编写的程序。应应用软件是指用户为解决各种实际问题而编写的程序。应用软件可分为两类：一类是针对某个应用领域的具体问题开发用软件可分为两类：一类是针对某个应用领域的具体问题开发的程序；第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软的程序；第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件。件。系统软件位于计算机系统最系统软件位于计算机系统最靠近硬件的一层，其他软件一般靠近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用，系统都通过系统软件发挥作用，系统软件主要包括：软件主要包括：(1)操作系统。操作系统。(2)语言处理程序。语言处理程序。(3)监控管理程序、调试程监控管理程序、调试程序、故障检
17、查和诊断程序等。序、故障检查和诊断程序等。1.2.2 计算机软件系统计算机系统构成计算机系统构成1.3.1 信息技术概念1.3 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息信息数据数据现代信息技术：现代信息技术：计算机技术微电子技术通信技术计算机技术微电子技术通信技术 信息、材料、能源是组成社会物质文明的三大信息、材料、能源是组成社会物质文明的三大要素。要素。信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。数据是信息的载体。数值、文字、语言、的知识。数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。图形、图像等都是不同形式的数据。计算机加工处
18、理的对象是数据。除了数学计算机加工处理的对象是数据。除了数学上的数值以外，象字符、汉字、符号、声音、上的数值以外，象字符、汉字、符号、声音、图形、图像等在进行数字编码后都可称之为数图形、图像等在进行数字编码后都可称之为数据。不同类型的数据在计算机内部有着不同的据。不同类型的数据在计算机内部有着不同的存储和处理方式。存储和处理方式。本章主要介绍计算机中采用的二进制及其本章主要介绍计算机中采用的二进制及其运算规则，二进制与其它进制之间的转换；计运算规则，二进制与其它进制之间的转换；计算机中度量信息的数据单位；不同类型的数据算机中度量信息的数据单位；不同类型的数据采用的信息编码等。采用的信息编码等。
19、第二章 计算机信息基础2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制2.1.1 数制的概念基数：基数：R进制的基数进制的基数=R位权：是一个与数字位置有关的常数，位权位权：是一个与数字位置有关的常数，位权=Rn其中其中n取值：以小数点为界，向左取值：以小数点为界，向左 0，1，2，3，向右向右-1，-2，-3例：例：(275.8)10=210271015100810-1常用数制常用数制十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制数字符号数字符号090，10709,A,B,C,D,E,F基基 数数102816(1011.1)(1011.1)2 2=1=12 23 3+0+02 22 2+1
20、+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-12.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010常常 用用 数数 制制 的的 对对 应应 关关 系系2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制2.1.2 二进制的运算二进制的算术运算二进制的算术运算加：加：0+0=00+1=11+0=11+1=1
21、0减：减：0-0=00-1=11-0=11-1=0乘：乘：00=001=010=011=1除：除：00=001=010(无意义无意义)11=1本位为本位为0，向高位进位向高位进位1本位为本位为1，向高位借向高位借1当当2二进制的逻辑运算二进制的逻辑运算与与AND：00=001=010=011=1或或OR：00=001=110=111=1非非(取反取反)：0=11=00表示表示“假、否假、否”，1表示表示“真、是真、是”2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制表示串联，表示串联，表示并联表示并联十进制数十进制数二、八、十六进制的转换二、八、十六进制的转换由一种数制转换成另一种数制由一种数制转
22、换成另一种数制2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制2.1.3 二进制和其它进制的转换十进制十进制 二进制、八进制、十六进制二进制、八进制、十六进制 十进制转二进制：整数部分除以十进制转二进制：整数部分除以2取余，直至商取余，直至商为为0；小数部分乘以；小数部分乘以2取整，直至小数部分为取整，直至小数部分为0或达或达到所需精度为止。到所需精度为止。十进制转八进制：方法同上。整数部分除以十进制转八进制：方法同上。整数部分除以8，小数部分乘以小数部分乘以8。十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以16，小数部分乘以，小数部分乘以16。2.1 计算机所使
23、用的数制计算机所使用的数制十进制十进制整数整数 二进制二进制整数整数2 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0结果为：结果为：1001011十进制十进制小数小数 二进制二进制小数小数0.6875 21 1.3750 2 0 0.7500 2 1 1.5000 2 1 1.0000结果为：结果为：0.1011(75.6875)10=(1001011.1011)22.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制十进制十进制整数整数 八进制八进制整数整数结果为：结果为：113十进制十进制整数整数 十六进制十六进制整数整数结果为：结果为：4B 8 75 3
24、 8 9 1 8 1 1 0 16 75 B 16 4 4 02.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制例：例：(1011.1)2=123+022+121+120+12-1 =8+0+2+1+0.5=(11.5)10二进制、八进制、十六进制二进制、八进制、十六进制 十进制十进制位权相加法位权相加法：各位数码乘位权，再相加。各位数码乘位权，再相加。2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制整数部分从右向左，小数部分从左向右，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每每3位二进制一组，变为位二进制一组，变为1位八进制。位八进制。不足不足3位时分别在最左端和最右端补位时分别在最左端和最右端补0凑够凑
25、够3位。位。例：例：(1100101001011.1101)2=(14513.64)8 二进制数二进制数 八进制数八进制数每每1位八进制，变为位八进制，变为3位二进制。位二进制。例：例：(16347.52)8=(001 110 011 100 111.101 010)2 =(1110011100111.10101)2八进制数八进制数 二进制数二进制数2.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制二进制二进制 十六进制十六进制整数部分从右向左，小数部分从左向右，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每每4位二进制一组，变为位二进制一组，变为1位十六进制。位十六进制。不足不足4位时分别在最左端和最右端
26、补位时分别在最左端和最右端补0凑够凑够4位。位。例：例：(11010111101.1010001)2=(6BD.A2)16 十六进制十六进制 二进制二进制每每1位十六进制，变为位十六进制，变为4位二进制。位二进制。例：例：(4C2.F6)16=(0100 1100 0010.1111 0110)2 =(10011000010.1111011)22.1 计算机所使用的数制计算机所使用的数制2.2 计算机中的数据单位位位(bit)：计算机存储数据的最小单元计算机存储数据的最小单元(0、1)字节字节(Byte)：处理数据的基本单位处理数据的基本单位(8bit/Byte)位（位（bit）字长字长字节（
27、字节（Byte）字长：字长：CPU一次处理数据的二进制位数。一次处理数据的二进制位数。常用的字节计数单位：常用的字节计数单位：1KB1024 Byte (210B)1MB1024 KB (220B)1GB1024 MB (230B)1TB1024 GB (240B)2.3 信息表示与编码信息表示与编码 所谓编码，就是利用数字串来标识所处理对象所谓编码，就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。的不同个体。计算机采用的是二进制，这就意味着所有需要计算机采用的是二进制，这就意味着所有需要计算机处理的信息，如数值、字母、汉字、符号、计算机处理的信息，如数值、字母、汉字、符号、声音、图像等，都要用声音
28、、图像等，都要用0和和1组成的二进制编码形式组成的二进制编码形式来表示。来表示。2.3.1 整数的表示 在数学中，数值是用在数学中，数值是用“”和和“”表示正数表示正数和负数的，而在计算机中只有和负数的，而在计算机中只有0 0和和1 1，所以正负号也，所以正负号也用用0 0和和1 1表示，即数值符号数字化。表示，即数值符号数字化。2.3 信息表示与编码信息表示与编码符号位符号位：在有符号的二进制数中，最高位用在有符号的二进制数中，最高位用0表示表示“正正”，1表示表示“负负”。机器数机器数：正负符号被数值化了的数。正负符号被数值化了的数。真值真值：该机器数所表达的数值。该机器数所表达的数值。机
29、器数机器数0 0 0 0 0 1 0 1+5 符号位符号位真值真值机器数机器数1 0 0 0 0 1 0 15 真值真值符号位符号位2.3 信息表示与编码信息表示与编码原码原码：正号为正号为0 0，负号为，负号为1 1，数值部分为二进制绝对值。，数值部分为二进制绝对值。反码反码：正数的反码和原码相同；负数的反码是将其原码正数的反码和原码相同；负数的反码是将其原码除符号位外各位取反。除符号位外各位取反。补码补码：正数的补码和原码相同；负数的补码是将其反码正数的补码和原码相同；负数的补码是将其反码在末位加在末位加1 1。-5 1 0 0 0 0 1 0 1原码原码1 1 1 1 1 0 1 0反码
30、反码1 1 1 1 1 0 1 1补码补码+5的原码、反码和补码都是的原码、反码和补码都是00000101 在有符号运算中，需要通过原码、反码、补码转换来完成运算。在有符号运算中，需要通过原码、反码、补码转换来完成运算。2.3 信息表示与编码信息表示与编码补码的概念是怎么来的？补码的概念是怎么来的？“模模”是指一个系统所能表示的数据个数。按是指一个系统所能表示的数据个数。按模运算是指运算结果超过模时，模（或模的整数倍）模运算是指运算结果超过模时，模（或模的整数倍）将溢出而只剩下余数。将溢出而只剩下余数。8位二进制的模为位二进制的模为28=256 假设假设M为模，若数为模，若数a，b满足满足ab
31、M，则称，则称a，b互为补数。互为补数。在有模运算中，减去一个数等于加上这个数对在有模运算中，减去一个数等于加上这个数对模的补数。模的补数。2.3.2 实数的表示小数点位置固定的数称为定点数。小数点位置固定的数称为定点数。定点整数：小数点隐含固定在数值部分最右端。定点整数：小数点隐含固定在数值部分最右端。定点整数是纯整数定点整数是纯整数,其符号位右边所有的位数表示其符号位右边所有的位数表示的是一个整数。的是一个整数。2.3 信息表示与编码信息表示与编码定点整数：定点整数：（-3-3）10 0 0 0 0 1 1隐含小数位隐含小数位符号位符号位010 0 0 0 0 0定点小数：定点小数：（+0
32、.5+0.5）符号位符号位隐含小数位隐含小数位2.3 信息表示与编码信息表示与编码 定点小数：小数点隐含固定在数值部分最左端。定点小数：小数点隐含固定在数值部分最左端。定点小数是纯小数。定点小数是纯小数。小数点位置不固定的数称为浮点数，它既有小数点位置不固定的数称为浮点数，它既有整数部分又有小数部分，如整数部分又有小数部分，如123.55、33.789等。等。在计算机中通常把浮点数分成阶码和尾数两在计算机中通常把浮点数分成阶码和尾数两部分来表示，也就是平时所说的科学记数法部分来表示，也就是平时所说的科学记数法。为。为保证不损失有效数字，对尾数进行规格化处理，保证不损失有效数字，对尾数进行规格化
33、处理，即保证尾数的最高位为即保证尾数的最高位为1，实际数值通过阶码进，实际数值通过阶码进行调整。例如，二进制实数行调整。例如，二进制实数1010.1101可以用可以用0.101011012100表示。表示。(注注:100等同于十进制的等同于十进制的4)2.3 信息表示与编码信息表示与编码例例：将十进制数：将十进制数+55 +55 以浮点数格式存放。以浮点数格式存放。(55)(55)1010=(110111)=(110111)2 2=0.110111=0.110111*2 26 6浮点数：字长浮点数：字长4字节，则阶码部分为字节，则阶码部分为8位补码定点整位补码定点整数，尾数部分为数，尾数部分为
34、24位补码定点小数。位补码定点小数。尾数最高位为尾数最高位为1 131 30 25 24 23 22 7 031 30 25 24 23 22 7 00 0 0 0 0 1 1 0 0 10 0 01 0 10 0阶码部分阶码部分尾数部分尾数部分阶码阶码符号位符号位尾数尾数符号位符号位2.3 信息表示与编码信息表示与编码1 1 0(注注:6:6等同于二进制的等同于二进制的110)110)例例：将十进制数：将十进制数-55 -55 以浮点数格式存放。以浮点数格式存放。（略）（略）-(55)-(55)1010=-(110111)=-(110111)2 2=-0.110111=-0.110111*2
35、 26 6其中其中(-110111)(-110111)的反码为：的反码为：1 1001000001000，补码：，补码：1 1001001001001尾数格式：尾数格式：0.1001(0.1001(小数点右移小数点右移2 2位，指数变为位，指数变为2 24 4)尾数最高位为尾数最高位为1 131 30 25 24 23 22 7 031 30 25 24 23 22 7 00 0 0 0 0 1 0 0 1 10 0 00 0 10 0阶码部分阶码部分尾数部分尾数部分阶码阶码符号位符号位尾数尾数符号位符号位2.3 信息表示与编码信息表示与编码0 0 0隐含小数位隐含小数位(注注:6:6等同于二
36、进制的等同于二进制的110)110)(注注:6:6等同于二进制的等同于二进制的100)100)2.3.3 十进制数的编码BCD码 编码和数值是完全不同的！编码和数值是完全不同的！BCD码码（8421码码）：二十进制编码，用）：二十进制编码，用4位二进位二进制 码 表 示制 码 表 示 1 位 十 进 制 数。（不 能 参 与 运 算）位 十 进 制 数。（不 能 参 与 运 算）例：例：(13579)10=(0001 0011 0101 0111 1001)BCD(0110 1000 0000.0010 0100)BCD=(680.24)10 2.3 信息表示与编码信息表示与编码2.3.4 西
37、文字符的编码ASCII码 ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange)128个常用字符，用个常用字符，用7位二进制编码，占一位二进制编码，占一个字节，最高位个字节，最高位0。其中，控制字符：其中，控制字符：032，127；普通字；普通字符：符：94个。个。2.3 信息表示与编码信息表示与编码b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt
38、0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL2.3.5 和汉字有关的编码(1)汉字输入码：操作人员通过键盘输入的汉字编码。汉字输入码：操作人员通过键盘输入的汉字编码。(2)数字编码：如区位码；数字编码：如区位码；(3)拼音编码：如全拼、智能拼音编码：如全拼、智能ABC、微软拼音输入法等；、微软拼音输入法等；(4)字形编码：如五笔字型法等字形编码：如五笔字型法等。2.3 信息表示与
39、编码信息表示与编码 (2)国标码和区位码国标码和区位码 1980年颁布年颁布(GB2312-80)，是中，是中文信息处理的国家标准，是大陆及海文信息处理的国家标准，是大陆及海外使用简体中文的地区使用的中文编外使用简体中文的地区使用的中文编码。每个汉字占两个字节的编码，且码。每个汉字占两个字节的编码，且每个字节最高位均为每个字节最高位均为0。2.3 信息表示与编码信息表示与编码 该编码共收录该编码共收录6763个简体汉字、个简体汉字、682个符号，其个符号，其中汉字部分：一级汉字：中汉字部分：一级汉字：3755个，以拼音排序个，以拼音排序；二级；二级汉字：汉字：3008个，以偏旁排序个，以偏旁排
40、序。所有汉字分所有汉字分94个区，每个区个区，每个区94个汉字。由此构成个汉字。由此构成区位码。而区位码的区码和位码各加区位码。而区位码的区码和位码各加32就得到国标码。就得到国标码。(3)机内码机内码 计算机内部存储和加工汉字所用的编码。不管用计算机内部存储和加工汉字所用的编码。不管用哪一种汉字输入法输入的汉字，在计算机内部都是由哪一种汉字输入法输入的汉字，在计算机内部都是由国标码转换成机内码来表示的。国标码转换成机内码来表示的。每个汉字的机内码占两个字节，每个字节最高位为每个汉字的机内码占两个字节，每个字节最高位为1。汉字汉字 国标码国标码 汉字机内码汉字机内码中中 8680(010101
41、10 01010000)2 (11010110 11010000)2 华华 5942(00111011 00101010)2 (10111011 10101010)2 中中 5448(区位码区位码)华华2710(区位码区位码)注注:十进制表示的国标码的每个字节减十进制表示的国标码的每个字节减32即得区位码。即得区位码。2.3 信息表示与编码信息表示与编码 点阵点阵汉字汉字：每一个汉字以点阵形每一个汉字以点阵形式存储，有点的地方为式存储，有点的地方为“1”“1”，空白，空白的地方为的地方为“0”“0”。有有1616、2424、4848点阵等。点阵等。点阵越大，字形分辨点阵越大，字形分辨率越好，字
42、形也越美观率越好，字形也越美观，但汉字存但汉字存储的字节数就多，字库也就越庞大。储的字节数就多，字库也就越庞大。2.3 信息表示与编码信息表示与编码 (4)(4)汉字字形码汉字字形码 汉字存储在计算机内采用机内码，但输出时必汉字存储在计算机内采用机内码，但输出时必须转换成字形码，再根据字形码输出汉字。字形码须转换成字形码，再根据字形码输出汉字。字形码又称汉字字模，用于在显示器或打印机上输出各种又称汉字字模，用于在显示器或打印机上输出各种文字和符号。通常有两种：文字和符号。通常有两种：2.3.5 和汉字有关的编码 矢量矢量汉字汉字:将汉字的笔画轮廓用一组直线和曲将汉字的笔画轮廓用一组直线和曲线来
43、勾画，并记录存储每一直线和曲线的数字描述线来勾画，并记录存储每一直线和曲线的数字描述(端点及控制点的坐标端点及控制点的坐标)。在需要输出时，根据字形。在需要输出时，根据字形轮廓的描述计算出汉字点阵。矢量产生的汉字即使轮廓的描述计算出汉字点阵。矢量产生的汉字即使放大仍能保持较好的质量。放大仍能保持较好的质量。2.3 信息表示与编码信息表示与编码 汉字字库一般都存放在磁盘上，这种字库称为汉字字库一般都存放在磁盘上，这种字库称为“软字库软字库”，使用时根据汉字内码到字库中找到相，使用时根据汉字内码到字库中找到相应的字形码应的字形码，然后调入内存并显示或打印。然后调入内存并显示或打印。计算机处理汉字的
44、基本过程 用户用键盘输入汉字的外码用户用键盘输入汉字的外码(输入码输入码)，然后通过，然后通过代码转换程序到码表中去检索机内码，汉字内码负责代码转换程序到码表中去检索机内码，汉字内码负责对汉字进行储存、处理、加工。输出时，利用字形检对汉字进行储存、处理、加工。输出时，利用字形检索程序在汉字字模库中查到表示这个汉字的字形码，索程序在汉字字模库中查到表示这个汉字的字形码，然后在显示器或打印机上输出。然后在显示器或打印机上输出。2.3 信息表示与编码信息表示与编码 (5)其它编码其它编码 GBK编码：是对编码：是对GB2312的扩充。仍采用双字的扩充。仍采用双字节编码，在此基础上对罕见汉字使用四字节
45、编码，节编码，在此基础上对罕见汉字使用四字节编码，共收录了共收录了2.7万个汉字，与国标码兼容，同时收录了万个汉字，与国标码兼容，同时收录了藏、蒙、维吾尔等主要少数民族文字。藏、蒙、维吾尔等主要少数民族文字。BIG5码：台湾、香港等地区使用的繁体汉字码：台湾、香港等地区使用的繁体汉字编码标准。编码标准。2.3 信息表示与编码信息表示与编码2.3.6 多媒体信息的数字化 数字化就是对模拟世界的一种量化，表示信息数字化就是对模拟世界的一种量化，表示信息的最小单位是位的最小单位是位(bit)“0”或或“1”。多媒体信。多媒体信息在计算机中也要转换为息在计算机中也要转换为0和和1，因此也需要进行编，因
46、此也需要进行编码。也就是说无论是文字、图像、声音或视频，数码。也就是说无论是文字、图像、声音或视频，数字化后都可分解为一系列字化后都可分解为一系列0或或1的排列组合。各种多的排列组合。各种多媒体信息在进入到计算机中进行运算、存储、传输媒体信息在进入到计算机中进行运算、存储、传输等过程中，需要进行数字化处理，输出时再将其还等过程中，需要进行数字化处理，输出时再将其还原成各自本身的特性呈现在我们面前。原成各自本身的特性呈现在我们面前。2.3 信息表示与编码信息表示与编码2.3 信息表示与编码信息表示与编码数值数值西文西文汉字汉字声像声像十十二进制转换二进制转换ASCIIASCII码码输入码输入码机
47、内码机内码模数转换模数转换数值数值西文西文汉字汉字声像声像十十二进制转换二进制转换ASCII码码输入码输入码机内码机内码模数转换模数转换数值数值西文西文汉字汉字声像声像二二十进制转换十进制转换西文形码西文形码汉字字形码汉字字形码数模转换数模转换内存内存各种多媒体信息的数字化处理过程示意图各种多媒体信息的数字化处理过程示意图 本章主要介绍计算机硬件方面的有关本章主要介绍计算机硬件方面的有关内容，包括计算机硬件系统的构成；微机内容，包括计算机硬件系统的构成；微机的结构的结构(CPU、主板、内存、总线、接口等、主板、内存、总线、接口等)；外部存储器外部存储器(软盘、硬盘、光盘、软盘、硬盘、光盘、U盘
48、等盘等)；常用外部设备常用外部设备(显示器、打印机等显示器、打印机等)；计算机；计算机指令系统等。指令系统等。第三章 计算机硬件体系结构 3.1 计算机系统的构成 一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中：输出设备五部分组成。其中：中央处理器中央处理器(简称简称CPU)=运算器运算器+控制器控制器 主机主机=中央处理器中央处理器+主存储器主存储器 软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系
49、统软件和用户完成任务所算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。需要的应用软件。3.1计算机系统的构成3.1.1 计算机的硬件系统计算机的硬件系统U盘盘3.1计算机系统的构成 冯冯诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存，然后让计算中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存，然后让计算机在工作时自动地从内存取出指令并加以执行，这就是存储机在工作时自动地从内存取出指令并加以执行，这就是存储程序的基本原理。程序的基本原理。3.1.2 冯冯诺依曼型计算机的结构诺依曼型计算机的结构 冯冯诺依曼计
50、算机体系结构的主要特点是：诺依曼计算机体系结构的主要特点是：(1)采用二进制形式表示程序和数据。采用二进制形式表示程序和数据。(2)计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成和输出设备五大部分组成。(3)程序和数据以二进制形式存放在存储器中。程序和数据以二进制形式存放在存储器中。(4)控制器根据存放在存储器中的指令控制器根据存放在存储器中的指令(程序程序)工作。工作。3.1计算机系统的构成3.1.3 微型计算机的诞生与发展微型计算机的诞生与发展 微型机属于第四代电子计算机产品，其核心部件是微型机属于第四代电子计算机产品，其
