第1章計算機與社會信息化

教學目的和要求：本章介紹計算機基礎知識，主要內容有計算機的發展和應用領域、計算機硬件系統和軟件系統的組成及各主要部件的功能、計算機編碼和數制。通過學習，了解計算機的發展和應用領域；了解計算機硬件系統的基本配置、主要性能指標、硬件和軟件系統的組成；理解和掌握數制轉換和數據編碼的概念和方法。1第1章計算機與社會信息化1第1章計算機與社會信息化1.1計算機發展簡介1.2信息技術概述1.3計算機系統組成1.4計算機硬件組成1.5計算機軟件分類1.6計算機工作原理及主要技術指標1.7數制及其運算1.8文字信息編碼形式2第1章計算機與社會信息化1.1計算機發展簡介21.1.1計算機的發展歷程英國數學家喬治·布爾（GeorgeBoole，1815-1864）創立邏輯代數，奠定電子計算機的數學理論基礎；英國科學家圖靈（AlanTuring,1912-1954）首次提出邏輯機模型

—圖靈機。建立算法理論和提出圖靈測試——即智能機器；第一臺電子數值積分計算機（1946）——ENIAC31.1.1計算機的發展歷程3445566美籍匈牙利數學家馮·諾依曼（JohnVonNeumann,1903-1957）提出EDVAC計算機方案。77三個基本原則:①

計算機基本結構：計算機硬件應具有運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大基本功能。②

采用二進制數：二進制數便于硬件實現，又有簡單的運算規則。③

存儲程序控制：存儲程序實現自動計算。這3個基本原則確定了馮·諾依曼型計算機基本結構8三個基本原則:8計算機經歷了四代發展歷程:第一代（1946年～1958年）為電子管計算機；第二代（1958年～1964年）為晶體管計算機；第三代（1964年～1970年）為中小規模集成電路計算機；第四代（1971年～

）為大規模、超大規模集成電路計算機。以元件作為劃分標準。9計算機經歷了四代發展歷程:91010111112121.1.2計算機分類按計算機運算速度、字長、存儲容量、軟件配置及用途等多項性能指標劃分：1.

高性能計算機指目前運算速度最快、處理能力最強的計算機。2.微型計算機個人計算機（PC—PersonalComputer）。3.工作站介于微計算機與小型計算機之間的高檔微機系統131.1.2計算機分類134.服務器高性能計算機，用于網絡管理、運行應用程序、處理網絡工作站成員的信息請求等5.嵌入式計算機計算機作為一個信息處理部件，嵌入到其他設備中，使其成為智能化和自動化程度更高的設備14141.1.3計算機的主要應用領域

1.科學計算（ScientificComputing）2.數據處理（DataProcessing）

3.過程控制（ProcedureControl）

4.計算機輔助系統（Computer-AidedSystem）

5.人工智能（ArtificialIntelligence）

6.信息高速公路（InformationSuper-Highway）

7.多媒體技術（Multimedia）151.1.3計算機的主要應用領域15線框圖實體圖應用舉例：計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）16線框圖實體圖應用舉例：計算機輔助設計與制造（CAD/CAM應用舉例：生物仿真模擬17應用舉例：生物仿真模擬17應用舉例：室外建筑效果圖18應用舉例：室外建筑效果圖18應用舉例：醫學里的應用用AVS對焦點區域的圖象進行分析處理19應用舉例：醫學里的應用用AVS對焦點區域的圖象進行分析處理1應用舉例：油氣工業20應用舉例：油氣工業20應用舉例：天氣預報Bosnia上空九小時天氣預報圖FSL用AVS實現的天氣圖LAPS用AVS實現的三維局地氣象預報實時圖21應用舉例：天氣預報Bosnia上空九小時天氣預報圖FSL用A1.1.4計算機發展的趨勢1.人工智能進一步發展自動裝置使用微電腦內核，帶有“眼睛”—攝像機，用以完成特定工作。2.計算機與通信相結合計算機應用進入網絡時代——信息技術。計算機與通信網絡相互協調、相互補充，融于一體。3.未來新型計算機將由磁、光或DNA來制造，即所謂磁計算機、光子計算機、生物計算機和量子計算機。221.1.4計算機發展的趨勢1.人工智能進一步發展221.2信息技術概述信息技術以計算機技術、通信技術、控制技術為核心1.2.1信息與數據數據是信息的載體和表示形式信息是數據表達的內涵或解釋1.信息客觀存在的事物及其運動狀態的表征

2.信息的基本特征

①普遍性②寄載性③共享性

④時效性⑤可識別性⑥可加工性

3.數據數據是信息的載體。

4.信息數字化將現實世界中的信息轉換為計算機能識別、存儲和處理的形式231.2信息技術概述1.2.1信息與數據1.信息1.2.2現代信息技術信息技術是利用信息科學的原理和方法，研究產生、獲取、變換、傳輸、存儲、處理和利用信息的技術。1.2.3信息技術的發展趨勢

①多學科結合②智能化

③多媒體化④

高速度、網絡化1.2.4信息化社會信息化社會是以信息活動為社會發展的基本活動。信息化水平是衡量一個國家或地區國際競爭力、現代化程度、綜合國力和經濟成長能力的重要標志。241.2.2現代信息技術1.2.3信息技術的發展趨勢1 1.3計算機系統組成25計算機系統組成251.4計算機硬件組成馮?諾依曼計算機結構運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備執行指令協調控制存儲程序、數據、結果輸入程序、數據輸出結果261.4計算機硬件組成馮?諾依曼計算機結構運算器存計算機系統的硬件邏輯組成馮.諾依曼思想：程序與數據一樣存放在內存存儲器數據流控制流運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器中央處理器27計算機系統的硬件邏輯組成馮.諾依曼思想：存儲器數據流控制流1.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）

1.運算器

計算機用來進行算術、邏輯運算的部件：①算術邏輯運算單元ALU執行算數和邏輯運算的裝置,核心是加法器

②

內部總線

運算器和控制器之間的公共信息通道③

寄存器組

暫存操作數和中間結果有：累加、暫存、標志、通用等281.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）21.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）

2.控制器

控制、協調計算機各部件自動連續地執行指令，控制整個計算機有條不紊地工作。

主要功能有：①取指令——自動形成指令地址②分析指令——分解成微操作③

執行指令

——執行微操作命令④改變指令執行順序——根據判斷結果⑤輸入/輸出控制——主機與入/出設備間⑥中斷處理——

非預期服務291.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）2控制器由以下部件組成：①程序計數器（PC）——下條指令地址②指令寄存器（IP）——暫存③指令譯碼器（ID）——分析指令，分解成微操作④時序控制電路——發出命令⑤微操作控制電路——實際執行命令30301.4.2存儲器用于存儲程序和數據的部件。兩種基本操作：

①讀操作②寫操作311.4.2存儲器31存儲容量：

——是存儲器的重要性能指標。存儲容量單位：

bit(位);Byte(字節)；KB（千字節）MB（兆字節）；GB（千兆字節）；它們之間的換算關系為：1字節（Byte）＝8個二進制位（bits）1KB＝210B＝1024B

1MB＝220B＝1024KB1GB＝230B＝1024MB32存儲容量：——是存儲器的重要性能指標。32……位字，字長位、字節、字及字長字節（8位）數據存儲的組織形式33……位字，字長位、字節、字及字長字節（8位）數33⒈主存儲器（內存）分類：隨機存儲器（RAM）SRAM——靜態——用于CacheDRAM——動態——用于內存條用于CMOS只讀存儲器（ROM）——BIOSPROM——只能寫1次EPROM——可多次擦寫34342．輔助（外）存儲設備外部長久存儲區域。常用輔助存儲器有:磁盤存儲器——硬盤、軟盤;光盤;U盤;磁帶磁鼓3535硬磁盤磁盤信息存儲格式

記錄面=磁頭數

磁道：4096

柱面：所有記錄面上同一編號的磁道

扇區：每個扇區容量為512字節0磁道柱面扇區讀/寫磁頭硬盤片磁盤工作原理36硬磁盤磁盤信息存儲格式0磁道柱面扇區讀/寫磁頭硬盤片磁盤工作3737硬盤的存儲容量

=磁頭數×柱面數×扇區數×扇區容量例：若已知磁頭數為16，柱面數為4096，扇區數為63，扇區容量512字節，則：硬盤容量=16×4096×63×512＝2.1GB38硬盤的存儲容量381.4.3輸入輸出設備 輸入輸出（I/O）系統的主要功能是對指定外部設備進行輸入輸出操作。輸入設備向主機輸入程序、原始數據和操作命令等信息的設備。鍵盤、鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏、數字化掃描儀、圖像攝像儀、光學字符閱讀器、聲音識別器等都是輸入設備。2.輸出設備

將計算機處理后的信息，轉換成人們能識別的形式

打印機、顯示器、繪圖儀、音箱等391.4.3輸入輸出設備 輸入設備2.輸出設備 391.5計算機軟件分類軟件：是計算機完成一定任務所需的程序、數據和資料，分為兩大類：系統軟件和應用軟件。1.5.1系統軟件 包括4類：操作系統語言處理系統數據庫系統服務程序401.5計算機軟件分類1.5.1系統軟件 40操作系統（OS）為了合理方便地利用計算機系統而對其資源進行管理的軟件。操作系統管理的資源有4類：①進程管理②存儲管理③設備管理④文件管理41操作系統（OS）412.語言處理系統通過計算機語言可以編寫程序，控制計算機完成預定任務。計算機語言分為3大類：機器語言匯編語言高級語言422.語言處理系統423.數據庫管理系統 管理數據庫的軟件，主要面向解決數據處理的非數值計算問題。4.服務程序完成一些與管理計算機系統資源及文件有關的任務。433.數據庫管理系統 4.服務程序431.5.2應用軟件針對某一應用目的而開發的軟件。分為二大類：通用應用軟件專用應用軟件通用應用軟件支持最基本的應用，廣泛地應用于幾乎所有專業領域。441.5.2應用軟件44計算機系統的層次結構用戶系統應用程序操作系統機器語言硬件系統45計算機系統的層次結構用戶系統應用程序操作系1.6計算機工作原理及主要技術指標計算機工作過程是執行程序的過程。

程序：為一系列指令的有序集合。461.6計算機工作原理及主要技術指標46計算機的工作過程(1)計算機的工作過程就是執行程序的過程輸入設備輸出設備內存儲器中央處理器程序執行結果地址/指令/數據控制命令控制命令47計算機的工作過程(1)計算機的工作過程就是執行程序的過程輸入1.計算機的指令系統指令：是使計算機完成某個操作所發出的命令；指令系統：一臺計算機有許多作用不同的指令；

所有指令集合稱為該計算機的指令系統；481.計算機的指令系統指令系統：48指令和程序程序：按一定順序組織在一起的指令序列。機器指令：硬件能夠直接識別并執行的指令。49指令和程序程序：機器指令：49一條機器指令由兩部分組成：操作碼和操作數。①操作碼：指明該指令要完成的操作類型或性質，如取數、做加法或輸出數據等。②操作數：指明操作對象的內容或所在單元地址。指令格式：說明指令的功能說明指令操作的對象指令碼目標操作數源操作數50一條機器指令由兩部分組成：操作碼和操作數。指令格式：說明指指令是能被計算機識別并執行的的二進制代碼，完成一種操作操作碼

操作數

數據傳送指令數據處理指令程序控制指令輸入輸出指令其它指令

ifgoto……＋－×÷AndOr……CPU內存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等指令

結構分類操作碼

要完成的操作類型或性質操作數操作的內容或所在的地址51指令是能被計算機識別并執行的的二進制代碼，完成一種操作操作碼2.計算機工作原理計算機執行指令一般分為兩個階段：第一階段稱為取指周期，第二階段稱為執行周期。指令執行的一般過程

取指令分析指令讀取操作數

執行指令存放結果52指令執行的一般過程取指令分析指令讀取操作數計算機的工作過程(2)指令存取命令運算命令輸入/輸出命令原始數據命令/程序取數讀結果存數寫I/O設備內存儲器運算器控制器數據線：控制線：53計算機的工作過程(2)指令存取命令運算命令輸入/輸出命令原始計算機執行程序的方式有兩種執行方式：順序執行：一條指令執行完了再執行下一條指令。并行執行：同時執行兩條或多條指令。54計算機執行程序的方式有兩種執行方式：543．計算機主要技術指標①字長——一次并行處理的二進制數的位數；②主頻——CPU的時鐘頻率；③運算速度——每秒執行指令的次數（MIPS）；④存儲容量；⑤存儲周期——一次完整存取的操作時間；553．計算機主要技術指標551.7數制及其運算計算機中采用具有兩個不同穩態的電子器件表示數，這就是二進制數。為書寫和表示方便，引進八進制和十六進制數。1.7.1進位計數制在進位計數制中有基數、位權和數位3個要素。基數—某個計數制中所包含的數碼個數；數位--指數碼在一個數中所處位置；

位權--由位置決定的值；（位權用基數R的i次冪Ri表示）。561.7數制及其運算1.7.1進位計數制56十進制計數制十進制數的基數是10。數碼有0—9共10個數字符號（用D表示）。數碼處于不同位置代表不同數值——取決于位權。因此，301.6876可寫成權展開表示式：301.6876＝3×102＋0×101＋1×100＋6×10－1＋8×10－2＋7×10－3＋6×10－457因此，301.6876可寫成權展開表示式：572.R進制計數制 任意R進制計數制同樣有基數R、位權Ri和按權展開的表示式。R可以是任意正整數。任意一個R進制數N可以表示為：N=An-1×Rn-1+An-2×Rn-2+…+A1×R1+A0×R0+A-1×R-1+…+A-m×R-m=582.R進制計數制 任意一個R進制數N可以表示為：58進位制二進制八進制十進制十六進制規則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一基數R=2R=8R=10R=16基本符號0，10,1,2,…,70,1,2,…,90,1,…,9,A,B,…,F權2i8i10i16i形式表示BODH常用的各種進制數的表示59進位制二進制八進制十進制十六進制規則逢二進一逢八進一逢十進一1.7.2不同進制間的轉換各種進制數之間存在一定的轉換規則。

R進制數(非十進制）轉換為十進制數規則：利用按權展開方法，可以將任一進制數轉換成十進制數。方法：只要將各位數碼與對應的位權乘積進行相加，和數就是對應的十進制數。601.7.2不同進制間的轉換60【例1.7.1】將二進制數轉換為十進制數。（1101.1011）B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4＝（13.6875）D【例1.7.2】將八進制數轉換為十進制數。（455.54）o＝4×82＋5×81＋5×80＋5×8-1＋4×8-2

＝256＋40＋5＋0.625＋0.0625＝（301.6875）D

【例1.7.3】將十六進制數轉換為十進制數。（12D.B）H＝1×162＋2×161＋13×160＋11×16－1＝（301.6875）D61【例1.7.1】將二進制數轉換為十進制數。【例1.7.2】將2.十進制數轉換為R進制數（非十進制）規則：將此數分成整數與小數兩部分分別轉換，然后再將結果拼接起來即可。方法：整數部分轉換步驟：采用“除R取余法”。即將十制制整數不斷除R取余數，直到商為0。余數從右到左排列，首次取得的余數在最右。622.十進制數轉換為R進制數（非十進制）方法：62②

小數部分轉換步驟：采用“乘R取整法”。即將十進制小數不斷乘以R取整數，直到小數部分為0或達到所求的精度為止（小數部分可能永遠不會得到0）；所得的整數從小數點自左往右排列，取有效精度，首次取得的整數放在最左。63②小數部分轉換步驟：采用“乘R取整法”。63【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數。①整數部分2|3012|150

余數為1最低位2|75

余數為0

2|37

余數為1

2|18

余數為12|9

余數為02|4

余數為12|2

余數為02|1

余數為0

0

余數為1最高位64【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數。②小數部分0.6876×2＝1.3752

整數為1最高位0.3752×2＝0.7504整數為00.7504×2＝1.5008整數為10.5008×2＝1.0016整數為1最低位因此(301)D＝(100101101)B

(0.6876)D≈(0.1011)B

轉換結果：（301.6876）D

≈(100101101.1011)B

65【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數3.二進制、八進制、十六進制數（非十）間的相互轉換二進制、八進制和十六進制之間存在特殊關系：81＝23

一位八進制數對應三位二進制數；161＝24

一位十六進制數對應四位二進制數因此轉換方法比較容易（表1.7.2）。663.二進制、八進制、十六進制數（非十）間的相互轉換一位八進制數二進制一位十六進制數二進制0000000001001100012010200103011300114100401005101501016110601107111701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F111167一位八進制數二進制一位十六進制數二進制00000000010八進制和十六進制轉換成二進制每一位八進制數對應三位二進制數。（1分3）(7123.14)O=(111

001

010

011.001

100)B

712314每一位十六進制數對應四位二進制數。（1分4）(2C1D.A1)H=(0010

1100

0001

1101.1010

0001)B2C1DA168八進制和十六進制轉換成二進制每一位八進制數對應三位二進制數。二進制轉換成八進制和十六進制轉換成八進制時三位二進制一組。（3合1）轉換成十六進制時四位二進制一組。（4合1）分組方法：從小數點向兩邊三（四）位一組，

位數不足整數前補0，小數后補0。(1101101110.110101)B=(0011

0110

1110.1101

0100)B=(36E.D4)H(1101101110.110101)B=(001101

101

110.110

101)B=(1556.65)O69二進制轉換成八進制和十六進制轉換成八進制時三位二進制一組例：將二進制數100101101.1011轉換成十六進制數：（0001

0010

1101.1011）B＝（12D.B）H

1

2

D.B

即：整數高位補零又如將二進制數100101101.1011轉換成八進制數：（100

101

101.101100）B＝（455.54）O455.54即：小數低位補零70例：將二進制數100101101.1011轉換成十六進制數：1.7.3數值表示及運算機器數的概念計算機內部,表示數的正、負的符號必須數碼化。將一個帶符號數在機器中的表示形式稱為機器數;而在機器外部由正負號表示的數稱為真值數。若一個數占16位:規定最高位為符號位，用0表示“＋”號；用1表示“－”號，其余位表示數值。

例如：真值數為：-000000011000001其機器數為：1000000011000001稱為數符711.7.3數值表示及運算計算機內部,表示數的正、負的符號數據在計算機中的表示方式2、真值數：+100110101001101+77

符號位值機器數/真值數3、機器數1、自然數72數據在計算機中的表示方式2、真值數：+1001102.定點數和浮點數定點整數隱含小數點位置定點數——固定隱含位置浮點數——不固定隱含位置定點小數在定點數中,小數點位置一旦固定,就不再改變。定點數中又有定點整數和定點小數之分。732.定點數和浮點數定點整數隱含小數點位置定點小數在定點數中2.定點數和浮點數定點小數：小數點位置固定在數值最高位前面，用來表示小于1的純小數定點整數：小數點位置固定在數值最低位后面，用來表示整數。1000001100000000數值部分小數點位置數符742.定點數和浮點數定點小數：小數點位置固定在數值最高位前面

定點整數的表示范圍：272625242322212010000000128272625242322212011000000符號64-（27-1）≤N≤（27-1）即-127≤N≤12775

定點整數的表示范圍：2726252423222120任何浮點數都可表示為：N=±S×10±jj:N的階碼J前面的±：階符S：N的尾數；S前面的±：數符二進制浮點數的規范化：尾數的最高位為1。例如：110.001的規范化格式為：0.110001×2+11階符階碼數符尾數76任何浮點數都可表示為：二進制浮點數的規范化：階符階碼數符尾數機器數、定點數和浮點數都是用數據第一位表示數的符號，用其后各位表示數的絕對值。這種方法簡單易懂，稱為“原碼”編碼方式。3.原碼、反碼和補碼77機器數、定點數和浮點數都是用數據第一位表示數的符號，用其后各①原碼：最高位存放數的符號（0為正，1為負）。數值部分用剩余的位以二進制形式表示。例如：X＝＋1010011[X]原＝01010011X＝－1010011

[X]原＝11010011②反碼：正數的反碼是原碼本身；負數的反碼表示為該數對應的正數按位取反（包括符號位）。例如：正數[+

0000100]的反碼=

00000100負數[-

0000100]的反碼=1111101178①原碼：②反碼：78③補碼：正數的補碼表示與原碼相同；負數的補碼等于其相應反碼加1（在最低位加1）例如：正數[＋0000100]補＝00000100負數[-0000100]補＝[－0000100]反＋1＝11111011＋1＝11111100

7979機器數可以有三種表示法：原碼反碼補碼80機器數可以有三種表示法：80101100101100110110110011在計算機內部數據是以補碼形式出現帶符號的機器數-77

原碼反碼補碼數據在計算機中的表示方式81101100101100110110110011在計算機內部補碼運算主要優點是:對負數處理后將減法轉化為加法。不論求和或求差，也不管參加運算的數正與負，運算時一律只做加法,大大簡化運算。82補碼運算主要優點是:82二進制加法運算規則0011+0+1+0+1（加法）01110

（向高位進位）

0100111001100101+1+1

010011110110011083二進制加法運算規則00補碼運算：已知：X=11;Y=－3;求：X+Y=?求：[X+Y]補＝[X]補＋[Y]補[X]反＝00001011[Y]反＝11111100

00001011

+

11111101=00001000[

X]補＝00001011[Y]補＝11111101補碼的優點：數符也當數值參與運算。[Y]原＝10000011[X]原＝0000101184補碼運算：已知：X=11;Y=－3;求：X+Y1.7.4算術與邏輯運算計算機中數據采用二進制編碼形式實現算術運算和邏輯運算。1.二進制數算術運算二進制數算術運算與十進制數算術運算基本相同，也包括加、減、乘和除四則運算，但運算更簡單。851.7.4算術與邏輯運算1.二進制數算術運算852.二進制數邏輯運算

邏輯數據值用于判斷某個條件成立與否，成立為1——真反之為0——假當要對多個條件進行判斷時，則需要用邏輯運算符構成邏輯表達式，結果還為邏輯值。邏輯運算主要包括三種基本運算。①邏輯與運算：通常用“×”或“∧”符號表示兩個邏輯量間的與關系。②邏輯或運算：通常用“＋”或“∨”符號表示兩個邏輯量間的或關系。③邏輯非運算：表示同原條件A含義相反，用A表示862.二進制數邏輯運算 ①邏輯與運算：通常用“×”或“∧”在邏輯運算中，將邏輯量的各種可能的組合與對應運算結果列成表格，稱為真值表，它是全面描述邏輯運算關系的工具之一。一般在真值表中可用1或T（True）表示真，用0或F（False）表示假。

邏輯運算真值表ABA×BA＋B0000101011100101111087在邏輯運算中，將邏輯量的各種可能的組合與對應運算結果列成表格1.8.1西文字符編碼 采用ASCⅡ碼。即美國國家信息交換標準字符碼。用7位二進制數表示一個字符編碼1.8文字信息編碼形式字符必須按特定規則進行二進制編碼才能進行存儲。881.8.1西文字符編碼 1.8文字信息編碼形式88d6d5d4d3d2d1d0，0000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS－=M]m}1110SORS.>N↑n~1111SIUS/?O←oDEL00000101001110010111011189d6d5d4d3d2d1d0，0000NULDLESP0@P1.8.2中文字符編碼漢字編碼包括三個方面：輸入編碼(外碼)內碼字型碼(字模)

輸入碼指輸入漢字時的編碼，由鍵盤上字符和數字組成。

如：區位碼、拼音輸入編碼、字形輸入編碼901.8.2中文字符編碼 902.國標碼（漢字信息交換碼）漢字用雙字節表示。國家標準GB23l2-80規定7445個字符編碼，其中有682個非漢字圖形符和6763個漢字代碼。有一級常用字3755個，二級常用字3008個。區位碼:GB2312－80基本字符集構成一個二維表，分成94行，94列，行號稱為區號，列號稱為位號。每一個漢字和符號在碼表中都有惟一位置編碼，即區號（行號）和位號（列號）為該漢字（或字符）的區位碼。漢字國標碼＝區號（十六進制數）＋20H接位號（十六進制數）＋20H

912.國標碼（漢字信息交換碼）區位碼:GB2312－80基3.內碼計算機內部對漢字存儲和處理的代碼。一個漢字輸入計算機后便轉換為內碼。將某漢字的國標碼加上8080H，作為漢字內碼。4.字型碼（也稱字模或漢字輸出碼）將漢字作為一幅平面圖畫，分別從縱、橫兩個方向分成相等的N×N小方塊，得到一幅由“1”組成的漢字輪廓畫，是一幅數值化的圖形。按順序編成二進制代碼串存入計算機中，數值化的圖形為某漢字的N×N點陣字模。923.內碼4.字型碼（也稱字模或漢字輸出碼）925.地址碼所有漢字字模的集合稱為字庫。漢字地址碼是指漢字庫中存儲漢字字型信息的邏輯地址碼。它與漢字內碼有著簡單的對應關系。6.各種漢字代碼之間的關系936.各種漢字代碼之間的關系939494第1章作業習題一、二、三將下列進制數分別轉換為十進制數：（1011101.1110）B、(135.76)o、（5D.EF)H將十進制數215.6531分別轉換成其它進制數。求下列各數的補碼：195、127、138、-1、-105、-12795第1章作業習題一、二、三95第1章計算機與社會信息化

教學目的和要求：本章介紹計算機基礎知識，主要內容有計算機的發展和應用領域、計算機硬件系統和軟件系統的組成及各主要部件的功能、計算機編碼和數制。通過學習，了解計算機的發展和應用領域；了解計算機硬件系統的基本配置、主要性能指標、硬件和軟件系統的組成；理解和掌握數制轉換和數據編碼的概念和方法。96第1章計算機與社會信息化1第1章計算機與社會信息化1.1計算機發展簡介1.2信息技術概述1.3計算機系統組成1.4計算機硬件組成1.5計算機軟件分類1.6計算機工作原理及主要技術指標1.7數制及其運算1.8文字信息編碼形式97第1章計算機與社會信息化1.1計算機發展簡介21.1.1計算機的發展歷程英國數學家喬治·布爾（GeorgeBoole，1815-1864）創立邏輯代數，奠定電子計算機的數學理論基礎；英國科學家圖靈（AlanTuring,1912-1954）首次提出邏輯機模型

—圖靈機。建立算法理論和提出圖靈測試——即智能機器；第一臺電子數值積分計算機（1946）——ENIAC981.1.1計算機的發展歷程399410051016美籍匈牙利數學家馮·諾依曼（JohnVonNeumann,1903-1957）提出EDVAC計算機方案。1027三個基本原則:①

計算機基本結構：計算機硬件應具有運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大基本功能。②

采用二進制數：二進制數便于硬件實現，又有簡單的運算規則。③

存儲程序控制：存儲程序實現自動計算。這3個基本原則確定了馮·諾依曼型計算機基本結構103三個基本原則:8計算機經歷了四代發展歷程:第一代（1946年～1958年）為電子管計算機；第二代（1958年～1964年）為晶體管計算機；第三代（1964年～1970年）為中小規模集成電路計算機；第四代（1971年～

）為大規模、超大規模集成電路計算機。以元件作為劃分標準。104計算機經歷了四代發展歷程:91051010611107121.1.2計算機分類按計算機運算速度、字長、存儲容量、軟件配置及用途等多項性能指標劃分：1.

高性能計算機指目前運算速度最快、處理能力最強的計算機。2.微型計算機個人計算機（PC—PersonalComputer）。3.工作站介于微計算機與小型計算機之間的高檔微機系統1081.1.2計算機分類134.服務器高性能計算機，用于網絡管理、運行應用程序、處理網絡工作站成員的信息請求等5.嵌入式計算機計算機作為一個信息處理部件，嵌入到其他設備中，使其成為智能化和自動化程度更高的設備109141.1.3計算機的主要應用領域

1.科學計算（ScientificComputing）2.數據處理（DataProcessing）

3.過程控制（ProcedureControl）

4.計算機輔助系統（Computer-AidedSystem）

5.人工智能（ArtificialIntelligence）

6.信息高速公路（InformationSuper-Highway）

7.多媒體技術（Multimedia）1101.1.3計算機的主要應用領域15線框圖實體圖應用舉例：計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）111線框圖實體圖應用舉例：計算機輔助設計與制造（CAD/CAM應用舉例：生物仿真模擬112應用舉例：生物仿真模擬17應用舉例：室外建筑效果圖113應用舉例：室外建筑效果圖18應用舉例：醫學里的應用用AVS對焦點區域的圖象進行分析處理114應用舉例：醫學里的應用用AVS對焦點區域的圖象進行分析處理1應用舉例：油氣工業115應用舉例：油氣工業20應用舉例：天氣預報Bosnia上空九小時天氣預報圖FSL用AVS實現的天氣圖LAPS用AVS實現的三維局地氣象預報實時圖116應用舉例：天氣預報Bosnia上空九小時天氣預報圖FSL用A1.1.4計算機發展的趨勢1.人工智能進一步發展自動裝置使用微電腦內核，帶有“眼睛”—攝像機，用以完成特定工作。2.計算機與通信相結合計算機應用進入網絡時代——信息技術。計算機與通信網絡相互協調、相互補充，融于一體。3.未來新型計算機將由磁、光或DNA來制造，即所謂磁計算機、光子計算機、生物計算機和量子計算機。1171.1.4計算機發展的趨勢1.人工智能進一步發展221.2信息技術概述信息技術以計算機技術、通信技術、控制技術為核心1.2.1信息與數據數據是信息的載體和表示形式信息是數據表達的內涵或解釋1.信息客觀存在的事物及其運動狀態的表征

2.信息的基本特征

①普遍性②寄載性③共享性

④時效性⑤可識別性⑥可加工性

3.數據數據是信息的載體。

4.信息數字化將現實世界中的信息轉換為計算機能識別、存儲和處理的形式1181.2信息技術概述1.2.1信息與數據1.信息1.2.2現代信息技術信息技術是利用信息科學的原理和方法，研究產生、獲取、變換、傳輸、存儲、處理和利用信息的技術。1.2.3信息技術的發展趨勢

①多學科結合②智能化

③多媒體化④

高速度、網絡化1.2.4信息化社會信息化社會是以信息活動為社會發展的基本活動。信息化水平是衡量一個國家或地區國際競爭力、現代化程度、綜合國力和經濟成長能力的重要標志。1191.2.2現代信息技術1.2.3信息技術的發展趨勢1 1.3計算機系統組成120計算機系統組成251.4計算機硬件組成馮?諾依曼計算機結構運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備執行指令協調控制存儲程序、數據、結果輸入程序、數據輸出結果1211.4計算機硬件組成馮?諾依曼計算機結構運算器存計算機系統的硬件邏輯組成馮.諾依曼思想：程序與數據一樣存放在內存存儲器數據流控制流運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器中央處理器122計算機系統的硬件邏輯組成馮.諾依曼思想：存儲器數據流控制流1.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）

1.運算器

計算機用來進行算術、邏輯運算的部件：①算術邏輯運算單元ALU執行算數和邏輯運算的裝置,核心是加法器

②

內部總線

運算器和控制器之間的公共信息通道③

寄存器組

暫存操作數和中間結果有：累加、暫存、標志、通用等1231.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）21.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）

2.控制器

控制、協調計算機各部件自動連續地執行指令，控制整個計算機有條不紊地工作。

主要功能有：①取指令——自動形成指令地址②分析指令——分解成微操作③

執行指令

——執行微操作命令④改變指令執行順序——根據判斷結果⑤輸入/輸出控制——主機與入/出設備間⑥中斷處理——

非預期服務1241.4.1中央處理器（CPU為控制器和運算器的總稱）2控制器由以下部件組成：①程序計數器（PC）——下條指令地址②指令寄存器（IP）——暫存③指令譯碼器（ID）——分析指令，分解成微操作④時序控制電路——發出命令⑤微操作控制電路——實際執行命令125301.4.2存儲器用于存儲程序和數據的部件。兩種基本操作：

①讀操作②寫操作1261.4.2存儲器31存儲容量：

——是存儲器的重要性能指標。存儲容量單位：

bit(位);Byte(字節)；KB（千字節）MB（兆字節）；GB（千兆字節）；它們之間的換算關系為：1字節（Byte）＝8個二進制位（bits）1KB＝210B＝1024B

1MB＝220B＝1024KB1GB＝230B＝1024MB127存儲容量：——是存儲器的重要性能指標。32……位字，字長位、字節、字及字長字節（8位）數據存儲的組織形式128……位字，字長位、字節、字及字長字節（8位）數33⒈主存儲器（內存）分類：隨機存儲器（RAM）SRAM——靜態——用于CacheDRAM——動態——用于內存條用于CMOS只讀存儲器（ROM）——BIOSPROM——只能寫1次EPROM——可多次擦寫129342．輔助（外）存儲設備外部長久存儲區域。常用輔助存儲器有:磁盤存儲器——硬盤、軟盤;光盤;U盤;磁帶磁鼓13035硬磁盤磁盤信息存儲格式

記錄面=磁頭數

磁道：4096

柱面：所有記錄面上同一編號的磁道

扇區：每個扇區容量為512字節0磁道柱面扇區讀/寫磁頭硬盤片磁盤工作原理131硬磁盤磁盤信息存儲格式0磁道柱面扇區讀/寫磁頭硬盤片磁盤工作13237硬盤的存儲容量

=磁頭數×柱面數×扇區數×扇區容量例：若已知磁頭數為16，柱面數為4096，扇區數為63，扇區容量512字節，則：硬盤容量=16×4096×63×512＝2.1GB133硬盤的存儲容量381.4.3輸入輸出設備 輸入輸出（I/O）系統的主要功能是對指定外部設備進行輸入輸出操作。輸入設備向主機輸入程序、原始數據和操作命令等信息的設備。鍵盤、鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏、數字化掃描儀、圖像攝像儀、光學字符閱讀器、聲音識別器等都是輸入設備。2.輸出設備

將計算機處理后的信息，轉換成人們能識別的形式

打印機、顯示器、繪圖儀、音箱等1341.4.3輸入輸出設備 輸入設備2.輸出設備 391.5計算機軟件分類軟件：是計算機完成一定任務所需的程序、數據和資料，分為兩大類：系統軟件和應用軟件。1.5.1系統軟件 包括4類：操作系統語言處理系統數據庫系統服務程序1351.5計算機軟件分類1.5.1系統軟件 40操作系統（OS）為了合理方便地利用計算機系統而對其資源進行管理的軟件。操作系統管理的資源有4類：①進程管理②存儲管理③設備管理④文件管理136操作系統（OS）412.語言處理系統通過計算機語言可以編寫程序，控制計算機完成預定任務。計算機語言分為3大類：機器語言匯編語言高級語言1372.語言處理系統423.數據庫管理系統 管理數據庫的軟件，主要面向解決數據處理的非數值計算問題。4.服務程序完成一些與管理計算機系統資源及文件有關的任務。1383.數據庫管理系統 4.服務程序431.5.2應用軟件針對某一應用目的而開發的軟件。分為二大類：通用應用軟件專用應用軟件通用應用軟件支持最基本的應用，廣泛地應用于幾乎所有專業領域。1391.5.2應用軟件44計算機系統的層次結構用戶系統應用程序操作系統機器語言硬件系統140計算機系統的層次結構用戶系統應用程序操作系1.6計算機工作原理及主要技術指標計算機工作過程是執行程序的過程。

程序：為一系列指令的有序集合。1411.6計算機工作原理及主要技術指標46計算機的工作過程(1)計算機的工作過程就是執行程序的過程輸入設備輸出設備內存儲器中央處理器程序執行結果地址/指令/數據控制命令控制命令142計算機的工作過程(1)計算機的工作過程就是執行程序的過程輸入1.計算機的指令系統指令：是使計算機完成某個操作所發出的命令；指令系統：一臺計算機有許多作用不同的指令；

所有指令集合稱為該計算機的指令系統；1431.計算機的指令系統指令系統：48指令和程序程序：按一定順序組織在一起的指令序列。機器指令：硬件能夠直接識別并執行的指令。144指令和程序程序：機器指令：49一條機器指令由兩部分組成：操作碼和操作數。①操作碼：指明該指令要完成的操作類型或性質，如取數、做加法或輸出數據等。②操作數：指明操作對象的內容或所在單元地址。指令格式：說明指令的功能說明指令操作的對象指令碼目標操作數源操作數145一條機器指令由兩部分組成：操作碼和操作數。指令格式：說明指指令是能被計算機識別并執行的的二進制代碼，完成一種操作操作碼

操作數

數據傳送指令數據處理指令程序控制指令輸入輸出指令其它指令

ifgoto……＋－×÷AndOr……CPU內存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等指令

結構分類操作碼

要完成的操作類型或性質操作數操作的內容或所在的地址146指令是能被計算機識別并執行的的二進制代碼，完成一種操作操作碼2.計算機工作原理計算機執行指令一般分為兩個階段：第一階段稱為取指周期，第二階段稱為執行周期。指令執行的一般過程

取指令分析指令讀取操作數

執行指令存放結果147指令執行的一般過程取指令分析指令讀取操作數計算機的工作過程(2)指令存取命令運算命令輸入/輸出命令原始數據命令/程序取數讀結果存數寫I/O設備內存儲器運算器控制器數據線：控制線：148計算機的工作過程(2)指令存取命令運算命令輸入/輸出命令原始計算機執行程序的方式有兩種執行方式：順序執行：一條指令執行完了再執行下一條指令。并行執行：同時執行兩條或多條指令。149計算機執行程序的方式有兩種執行方式：543．計算機主要技術指標①字長——一次并行處理的二進制數的位數；②主頻——CPU的時鐘頻率；③運算速度——每秒執行指令的次數（MIPS）；④存儲容量；⑤存儲周期——一次完整存取的操作時間；1503．計算機主要技術指標551.7數制及其運算計算機中采用具有兩個不同穩態的電子器件表示數，這就是二進制數。為書寫和表示方便，引進八進制和十六進制數。1.7.1進位計數制在進位計數制中有基數、位權和數位3個要素。基數—某個計數制中所包含的數碼個數；數位--指數碼在一個數中所處位置；

位權--由位置決定的值；（位權用基數R的i次冪Ri表示）。1511.7數制及其運算1.7.1進位計數制56十進制計數制十進制數的基數是10。數碼有0—9共10個數字符號（用D表示）。數碼處于不同位置代表不同數值——取決于位權。因此，301.6876可寫成權展開表示式：301.6876＝3×102＋0×101＋1×100＋6×10－1＋8×10－2＋7×10－3＋6×10－4152因此，301.6876可寫成權展開表示式：572.R進制計數制 任意R進制計數制同樣有基數R、位權Ri和按權展開的表示式。R可以是任意正整數。任意一個R進制數N可以表示為：N=An-1×Rn-1+An-2×Rn-2+…+A1×R1+A0×R0+A-1×R-1+…+A-m×R-m=1532.R進制計數制 任意一個R進制數N可以表示為：58進位制二進制八進制十進制十六進制規則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一基數R=2R=8R=10R=16基本符號0，10,1,2,…,70,1,2,…,90,1,…,9,A,B,…,F權2i8i10i16i形式表示BODH常用的各種進制數的表示154進位制二進制八進制十進制十六進制規則逢二進一逢八進一逢十進一1.7.2不同進制間的轉換各種進制數之間存在一定的轉換規則。

R進制數(非十進制）轉換為十進制數規則：利用按權展開方法，可以將任一進制數轉換成十進制數。方法：只要將各位數碼與對應的位權乘積進行相加，和數就是對應的十進制數。1551.7.2不同進制間的轉換60【例1.7.1】將二進制數轉換為十進制數。（1101.1011）B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4＝（13.6875）D【例1.7.2】將八進制數轉換為十進制數。（455.54）o＝4×82＋5×81＋5×80＋5×8-1＋4×8-2

＝256＋40＋5＋0.625＋0.0625＝（301.6875）D

【例1.7.3】將十六進制數轉換為十進制數。（12D.B）H＝1×162＋2×161＋13×160＋11×16－1＝（301.6875）D156【例1.7.1】將二進制數轉換為十進制數。【例1.7.2】將2.十進制數轉換為R進制數（非十進制）規則：將此數分成整數與小數兩部分分別轉換，然后再將結果拼接起來即可。方法：整數部分轉換步驟：采用“除R取余法”。即將十制制整數不斷除R取余數，直到商為0。余數從右到左排列，首次取得的余數在最右。1572.十進制數轉換為R進制數（非十進制）方法：62②

小數部分轉換步驟：采用“乘R取整法”。即將十進制小數不斷乘以R取整數，直到小數部分為0或達到所求的精度為止（小數部分可能永遠不會得到0）；所得的整數從小數點自左往右排列，取有效精度，首次取得的整數放在最左。158②小數部分轉換步驟：采用“乘R取整法”。63【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數。①整數部分2|3012|150

余數為1最低位2|75

余數為0

2|37

余數為1

2|18

余數為12|9

余數為02|4

余數為12|2

余數為02|1

余數為0

0

余數為1最高位159【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數。②小數部分0.6876×2＝1.3752

整數為1最高位0.3752×2＝0.7504整數為00.7504×2＝1.5008整數為10.5008×2＝1.0016整數為1最低位因此(301)D＝(100101101)B

(0.6876)D≈(0.1011)B

轉換結果：（301.6876）D

≈(100101101.1011)B

160【例1.7.4】將(301.6876)D轉換成二進制數3.二進制、八進制、十六進制數（非十）間的相互轉換二進制、八進制和十六進制之間存在特殊關系：81＝23

一位八進制數對應三位二進制數；161＝24

一位十六進制數對應四位二進制數因此轉換方法比較容易（表1.7.2）。1613.二進制、八進制、十六進制數（非十）間的相互轉換一位八進制數二進制一位十六進制數二進制0000000001001100012010200103011300114100401005101501016110601107111701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F1111162一位八進制數二進制一位十六進制數二進制00000000010八進制和十六進制轉換成二進制每一位八進制數對應三位二進制數。（1分3）(7123.14)O=(111

001

010

011.001

100)B

712314每一位十六進制數對應四位二進制數。（1分4）(2C1D.A1)H=(0010

1100

0001

1101.1010

0001)B2C1DA1163八進制和十六進制轉換成二進制每一位八進制數對應三位二進制數。二進制轉換成八進制和十六進制轉換成八進制時三位二進制一組。（3合1）轉換成十六進制時四位二進制一組。（4合1）分組方法：從小數點向兩邊三（四）位一組，

位數不足整數前補0，小數后補0。(1101101110.110101)B=(0011

0110

1110.1101

0100)B=(36E.D4)H(1101101110.110101)B=(001101

101

110.110

101)B=(1556.65)O164二進制轉換成八進制和十六進制轉換成八進制時三位二進制一組例：將二進制數100101101.1011轉換成十六進制數：（0001

0010

1101.1011）B＝（12D.B）H

1

2

D.B

即：整數高位補零又如將二進制數100101101.1011轉換成八進制數：（100

101

101.101100）B＝（455.54）O455.54即：小數低位補零165例：將二進制數100101101.1011轉換成十六進制數：1.7.3數值表示及運算機器數的概念計算機內部,表示數的正、負的符號必須數碼化。將一個帶符號數在機器中的表示形式稱為機器數;而在機器外部由正負號表示的數稱為真值數。若一個數占16位:規定最高位為符號位，用0表示“＋”號；用1表示“－”號，其余位表示數值。

例如：真值數為：-000000011000001其機器數為：1000000011000001稱為數符1661.7.3數值表示及運算計算機內部,表示數的正、負的符號數據在計算機中的表示方式2、真值數：+100110101001101+77

符號位值機器數/真值數3、機器數1、自然數167數據在計算機中的表示方式2、真值數：+1001102.定點數和浮點數定點整數隱含小數點位置定點數——