第一章 計算機基礎知識 計算機應用基礎 1 1計算機概述 1 1 1計算機發展簡史展1946年2月 世界上第一臺計算機在美國賓夕法尼亞大學誕生 名字叫埃尼阿克 ENIAC 這臺計算機的主要元件是電子管 它由1 88萬個電子管組成 體積龐大 占地約為170平方米 重達30噸 它能在一秒鐘內完成5000次運算 耗電總量超過174千瓦 小時 圖1 1第一臺計算機ENIAC 2020年3月13日 3 1 1計算機概述 依據計算機主要組成部件來分 它的發展經歷了發下4個階段 小常識 計算機之父 馮 諾依曼馮 諾依曼 VonNeumann 1903 1957 美籍匈牙利科學家 是計算機科學的創始人之一 他不僅在計算機方面 而且在教學 邏輯 物理等領域都做出了巨大的貢獻 他的杰出成就成為科學上的巨人 被譽為 計算機之父 2020年3月13日 4 計算機基礎教研室 1 1 2 計算機的分類 計算機的種類很多 通常根據計算機系統規模的大小和功能強弱不同 將計算機分為 巨型機 大型機 中型機 小型機 微型機等 如下圖所示 圖1 2巨型機 圖1 3大型機 2020年3月13日 5 圖1 4微型機 臺式機 圖1 5便攜機 筆記本電腦 圖1 6掌上電腦 2020年3月13日 6 2020 3 13 7 1 1 3計算機的特點與性能指標 1 計算機的主要特點 1 運算速度快 現在的電子計算機可以達到每秒幾萬億次 甚至更高 2 運算精度高 計算機的計算精度是其他計算工具無法相比的 3 有記憶能和邏輯判斷能力 4 存儲容量大 5 可靠性高和通用性強 2020年3月13日 7 2 計算機的性能指標1 字長字長是指計算機的運算部件能夠同時處理的二進制數據的位數 字長決定了計算機的精度 尋址速度和處理能力 一般情況下 長越長 計算精度越高 處理能力越強 微型機按字長可分為 8位 16位 32位和64位 2 主頻主頻是指CPU的時鐘頻率 通常以時鐘頻率來表示系統的運算速度 3 存取周期存取周期是指完成一次讀 取 或寫 存 信息所需時間 存取周期是反應內存儲器性能的一項重要技術指標 直接影響計算機的速度 2020年3月13日 8 4 存儲容量存儲容量指微型機新配置的內存總字節數 它決定計算機能否運行較大程序 并直接影響運行速度 在系統中直接與CPU交換數據 5 外部設備配置為主機配置合理的外設 也是衡量一臺機器綜合性能的重要指標 微型計算機的最基本外設包括鍵盤 顯示器 打印機 軟盤驅動器 硬盤驅動器 鼠標等 2020年3月13日 9 1 1 4計算機的應用 1 計算機的傳統應用領域 科學計算 信息處理 過程控制 2 計算機的現代應用領域 A 計算機輔助系統 CAD CAM CAE CIMS CAT CSB 辦公自動化 OA C 娛樂休閑計算機游戲 計算機多媒體 網上沖浪等 2020年3月13日 10 1 2計算機的數制和編碼 1 2 2數值的基本概念數制的概念數制是數的表示及計算方法 任何一種數制 都具有以下3個要點 1 數制使用的數碼 十進制10個數碼 0 9 二進制2個數碼 0 1等 2 進位規則 十進制逢十進一 二進制逢二進一 3 每一位數位上數碼所具有的權 二進制數碼各位的權是以2為底的冪 2020年3月13日 11 計算機基礎教研室 由于不同的位置的權值不同 因此同一數碼在不同的位置上 其表示的值也不同 每個數位上值等于該位置上的數碼與位置權值的乘積 相鄰數位中高位權與低位權之比即是該進制的基數 每種進制的基數即為該進制的本身 可用下面的通式 按權展開式 表示 N 上式中 R表示基數 或稱底 a表示某數制的數碼 表示數位的權 m和n為正整數 只要按上式展開計算 可以將任意進制轉換為十進制 2020年3月13日 12 計算機基礎教研室 十進制 二進制 十六進制的3種數制對照表 2020年3月13日 13 計算機基礎教研室 1 2 3不同計數制之間的轉換 1 二進制 八進制和十六進制數轉換為十進制轉換原則 按權展開 相加之和例1 將二進數10111轉換為十進制數 10111 2 1 24 0 23 1 22 1 21 1 20 16 4 2 1 23 10例2 將八進數136轉換為十進制數 136 8 1 82 3 81 6 80 64 24 6 94 10例3 將十六進數35A轉換為十進制數 35A 16 3 162 5 161 10 160 768 80 10 858 10 2020年3月13日 14 計算機基礎教研室 2 十進制轉換為二進制 八進制或十六進制轉換原則 整數 除以基數 2 8 16 取其余數 倒排列 小數 乘以基數 2 8 16 取其整數 順排列 例 將十進制數 45 25 10轉換為二進制數 2020年3月13日 15 計算機基礎教研室 3 二進制數與八進制 十六進制數的相互轉換二進制轉換為八進制轉換原則 三位一組法 3位二進制1位八進制二進制轉換成十六進制轉換原則 四位一組法 4位二進制1位十六進制 2020年3月13日 16 計算機基礎教研室 八進制轉換成二進制轉換原則 一分為三法 2020年3月13日 17 計算機基礎教研室 十六進制轉換成二進制轉換原則 一分為四法八進制與十六進制之間的相互轉換八進制與十六進制之間不能直接轉換 它們之間是通過二進制間接來實現的 2020年3月13日 18 計算機基礎教研室 1 3計算機中的數據表示 1 3 1計算機中的數據單位數據泛指一切可以被計算機接受并處理的符號 包括數值 文字 圖形 圖像 聲音 視頻等各種信息 計算機中數據的常用單位有位 字節和字 1 位 Bit 位又稱比特 是計算機表示信息的數據編碼中的最小單位 1位二進制的數碼用0或1來表示 2 字節 Byte 字節是計算機存儲信息的最基本單位 因此也是信息數據的基本單位 一個字節用8位進制數表示 通常計算機以字節為單位來計算內存容量 2020年3月13日 19 計算機基礎教研室 計算機中字節與容量的換算 1B 8bit1KB 210B 1024B1MB 220B 1024KB1GB 230B 1024MB3 字 Word 計算機一次存儲 傳輸或操作時的一組二進制數稱為字 一個字由若干個字節組成 用于表示數據或信息的長度 2020年3月13日 20 計算機基礎教研室 1 3 2數值型數據的表示 計算機中的數的編碼是數在字節中的存放形式 以8位編碼 一個字節 為例 規定最高位為符號位 正數的最高位為0 負數的最高位為1 其余為數值位 這種符號被數值化后的數可以在計算機中表示 稱為機器數 機器數的編碼有原碼 反碼和補三種 正數的3種碼與該數的二進制數的形式一致 而負數的3種碼的最高位總是1 數值位則按原 反 0變1 1變0 補 加1 的規則 當計算機處理減法運算時 把減號連同其后的數一起當作負數 使用補碼 做加法 2020年3月13日 21 計算機基礎教研室 數值數據 能進行算術運算的數據真值 計算機外部表示數值數據的方法用 號表示正 負數值機器數 計算機內部表示數值數據的方法機器數的范圍機器數的符號小數點的位置 2020年3月13日 22 計算機基礎教研室 最高位為符號位 0 為正 1 為負 寄存器有8 16 32 64位D7D6D5D4D3D2D1D001 N 11000001B 真值 N 0 101100000000000B 真值 2020年3月13日 23 計算機基礎教研室 機器數中小數點的位置 定點整數 在最低位的后面定點小數 在最高位的前面浮點數 位置是浮動的N S 2 J其中 N J S均為二進制數 N 110 011 1 10011 2 10 0 110011 2 11階符階碼數符尾數0110110011 2020年3月13日 24 計算機基礎教研室 1 3 3非數值數據的表示 計算機中 對非數值的文字和其它符號進行處理時 要對文字和符號進行數字化處理 即用二進制編碼來表示文字和符號 字符編碼就是規定用怎樣的二進制編碼來表示文字和符號 1 BCD碼 二 十進制編碼 人們習慣于使用十進制數 而計算機內部多采用二進制數表示和處理數值數據 因此在計算機輸入和輸出數據時 就要進行由十進制到二進制和從二進制到十進制的轉換處理 這是多數應用環境的實際情況 2020年3月13日 25 計算機基礎教研室 BCD編碼方法很多 通常采用的是8421編碼 這種編碼較為自然 簡單 其方法是用四位二進制數表示一位十進制數 自左至右每一位對應的位權分別是8 4 2 1 值得注意的是 四位二進制數有0000 1111十六種狀態 這里我們只取了0000 1001十種狀態 而1010 1111六種狀態在這種編碼中沒有意義 這種編碼的另一特點是書寫方便 直觀 易于識別 例如十進制數864 其二 十進制編碼為 2020年3月13日 26 十進制數與8421碼的對照表 2020年3月13日 27 計算機基礎教研室 2 ASCII碼在將用匯編語言或各種高級語言編寫的程序輸入到計算機中時 人與計算機通信所用的語言 已不再是一種純數學語言了 而多為符號式語言 因此 需要對各種符號進行編碼 以使計算機能識別 存儲 傳送和處理 ASCII碼有7位版本和8位版本兩種 國際上通用的是7位版本 7位版本的ASCII碼有128個元素 其中通用控制字符34個 阿拉伯數字10個 大 小寫英文字母52個 各種標點符號和運算符號32個 7位版本ASCII碼只需用7個二進制位 27 128 2020年3月13日 28 計算機基礎教研室 8位ASCII碼需用8位二進制數進行編碼 當最高位為0時 稱為基本ASCII碼 編碼與7位ASCII碼相同 當最高位為1時 形成擴充的ASCII碼 它表示數的范圍為128 255 可表示128種字符 通常各個國家都把擴充的ASCII碼作為自己國家語言文字的代碼 2020年3月13日 29 計算機基礎教研室 3 漢字編碼我國用戶在使用計算機進行信息處理時 一般都要用到漢字 因此 必須解決漢字的輸入 輸出以及漢字處理等一系列問題 當然 關鍵問題是要解決漢字編碼的問題 由于漢字是象形文字 數目很多 常用漢字就有3000 5000個 加上漢字的形狀和筆畫多少差異極大 因此 不可能用少數幾個確定的符號將漢字完全表示出來 或像英文那樣將漢字拼寫出來 每個漢字必須有它自己獨特的編碼 1 信息交換用漢字編碼字符集 基本集 信息交換用漢字編碼字符集 基本集 是我國于1980年制定的國家標準GB2312 80 代號為國標碼 是國家規定用于漢字信息交換使用的代碼依據 2020年3月13日 30 計算機基礎教研室 2 漢字的機內碼漢字的機內碼是供計算機系統內部進行存儲 加工處理 傳輸統一使用的代碼 又稱為漢字內部碼或漢字內碼 3 漢字的輸入碼 外碼 漢字輸入碼是為了將漢字通過鍵盤輸入計算機而設計的代碼 漢字輸入編碼方案很多 其表示形式大多用字母 數字或符號 4 漢字的字形碼漢字字形碼是漢字字庫中存儲的漢字字形的數字化信息 用于漢字的顯示和打印 2020年3月13日 31 計算機基礎教研室 1 4計算機系統的組成及其工作原理 1 4 1計算機系統的硬件硬件系統 是組成計算機系統的各種物理設備的總稱 2020年3月13日 32 計算機基礎教研室 硬件系統的基本組成 運算器 用于各種算術運算和邏輯運算 控制器 起著統一指揮管理計算機各部件協調工作 輸入設備 輸入和轉換 常用的輸入設備有 鍵盤 鼠標 掃描儀 光筆 數字化儀等 輸出設備 輸出和轉換 常用的輸出設備有 顯示器 打印機 繪圖儀等 存儲器 用于存儲各種程序和數據 2020年3月13日 33 計算機基礎教研室 1 4 2計算機的基本工作原理 計算機是如何工作的 CPU 2020年3月13日 34 計算機基礎教研室 軟件分類 系統軟件 操作系統 語言處理程序 連接程序 診斷程序 數據庫系統 應用軟件 文字處理軟件 表格處理軟件 輔助設計軟件 實時控制軟件 軟件 程序 數據 文檔 1 4 3計算機系統的軟件 2020年3月13日 35 功能 為發揮計算機效能的程序 1 操作系統 OperatingSystem 它起著指揮 控制 協調內存與外設的工作 是計算機所有資源的管理者和組成織者 是輔助應用程序的開發和執行者 也是其它軟件運行時所必須的依賴基礎 常用操作系統 Windows3 x 95 98 WindowsNT 2000 xp UNIX Linux DOS 任務 1 管理好計算機的所有資源 2 擔當人和機器的接口 系統軟件 2020年3月13日 36 計算機基礎教研室 2 語言處理程序和聯接程序 源程序 可執行程序 目標程序 編輯程序 匯編或編譯程序 聯接程序 機器語言 高級語言 匯編語言 2020年3月13日 37 計算機基礎教研室 常用的服務程序有 編輯程序 能提供方便的編輯環境 使用戶通過簡單的操作就可建立 修改程序或其它文件 連接裝配程序 可以把幾個分別編譯的目標程序連接成一個目標程序 并在必要時和系統提供的庫程序相連接 得到一個可執行程序 測試程序 能檢查出程序中的某些錯誤 方便用戶對錯誤的排除 診斷程序 能檢測計算機硬件故障并對故障定位 方便用戶對計算機維護 3 常用服務程序 現代計算機系統提供多種服務程序 它們可供用戶共享 方便用戶使用計算機和管理人員維護管理計算機 2020年3月13日 38 數據庫 DB 數據庫應用程序 用戶 DBMS DB 數據庫應