什么是計算機？1-11.1計算機概述一、什么是計算機計算機是一種能對各種信息進行存儲和高速處理的工具或電子機器。對上述定義要強調兩點：①計算機不僅是一個計算工具，而且還是一個信息處理機。②計算機不同于其它任何機器，它能存儲程序，并按程序的引導自動存取和處理數據，輸出人們所期望的信息。1-21.1計算機概述二、計算機的發展史

1.電子計算機的誕生

1946年2月,美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利和工程師埃克特為首的數十人共同開發了世界上第一臺通用數字電子計算機(ENIAC)。1-31.1計算機概述ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator簡稱ENIAC，譯為電子數字積分機和計算機1-4電子管:18000只電阻:70000個電容:10000只繼電器:1500個耗電:140kW/h占地:170m2重量:30噸速度:5000次/秒1.1計算機概述1-5

ENIAC的主要任務是分析炮彈軌跡。當ENIAC公開展出時，一條炮彈的軌道用20s就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。

1949：EDSAC(英國劍橋大學)1951：EDVAC(美國賓夕法尼亞大學)1.1計算機概述2.計算機的發展階段代別第一代1946-1958第二代1959-1964第三代1965-1970第四代1971-現在電子器件電子管晶體管集成電路大規模和超大規模集成電路存儲器水銀延遲線磁鼓、磁芯磁芯、磁鼓磁盤、磁帶半導體存儲器磁盤、磁帶半導體存儲器磁盤、光盤運算速度5000-幾萬幾十萬-百萬百萬-幾百萬幾百萬-幾億處理方式機器語言匯編語言算法語言操作系統實時處理分時處理網絡操作系統應用領域科學計算數據處理實時控制各行各業典型機種ENIACEDVACIBM7090CDC6600IBM360PDP-IIVAX-IIIBMPC/Apple1-61.1計算機概述第五代計算機(新一代計算機)創新：基本元器件生物計算機采用生物工程技術產生的蛋白質分子制成生物芯片，其運算過程是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。量子計算機采用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。光計算機采用光學技術，由光器件構成的計算機。在光器件方面研制的基本部件有：用于進行圖像處理的快速傅立葉變換部件，用于進行信息處理的光乘法、加法運算器。1-71.1計算機概述3.計算機的發展趨勢巨型化(功能巨型化)巨型化是指具有高速運算、大存儲容量和功能強大的計算機系統，如：ILLIAC-IV、銀河機、深超-21C(1.5萬億次/秒)。微型化(體積微型化)微型化包括臺式微型機、筆記本電腦、掌上電腦。摩爾定律：集成電路→翻一番/18個月網絡化(資源網絡化)網絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分散在不同地點的計算機互連起來，按照網絡協議相互通信，以達到所有用戶都可共享數據、軟硬件資源的目的。如：Internet。智能化(處理智能化)智能化就是要求計算機能模擬人的感覺和思維能力，如：專家系統和機器人。1-81.1計算機概述三、計算機的分類

1.按計算機用途分類

通用計算機：為了能夠解決各種問題，具有較強的通用性而設計的計算機。它具有一定的運算速度和存儲容量，帶有通用的外設，配備各種系統軟件和應用軟件。

專用計算機：為了解決一個或一類特定問題而專門設計的計算機。其軟硬件的配置依據解決問題的需要而定。1-91.1計算機概述

2.按處理對象分類

數字式電子計算機：處理非連續變化的數據，這些數據在時間上是離散的。其基本運算部件是數字邏輯電路。

模擬式電子計算機：處理連續變化的數據，這些數據在時間上是連續的。其基本運算部件是由運算放大器構成的微分器、積分器和通用函數運算器等組成。

混合式電子計算機：可處理數字量和模擬量1-101.1計算機概述

3.按規模和處理能力分類(IEEE)

巨型機：超級計算機,功能最強,價格最貴。

小巨型機：與巨型機相比，價格大幅降低。

大型機：主機，具有很強的管理和處理數據的能力，在大企業、銀行等單位使用。

小型機：中小企業，VAX-II,DJS-2000。

工作站：高檔微機，具有很強的圖形處理能力，應用于計算機輔助設計，Sun工作站。

個人計算機：IBMPC，Apple1-111.1計算機概述四、計算機的特點

1.運算速度快：每秒數萬億次，氣象預報

2.計算精度高：理論上不受限制，圓周率

3.存儲能力強：中等規模圖書館

4.具有邏輯判斷能力：算術運算邏輯運算判斷或比較

5.具有自動執行能力：無需人工干預1-121.1計算機概述五、計算機的應用領域

1.科學計算或數值計算利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數學問題的計算。實際問題→數學模型→計算量大。

2.數據處理或信息處理指對數據進行收集、存儲、整理、分類、統計、加工、檢索和傳播等一系列活動的統稱。信息時代海量數據的管理和有效利用。1-131.1計算機概述3.過程控制或實時控制利用計算機及時采集檢測數據，按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。無人自動化工廠。

4.計算機輔助技術計算機輔助設計：CAD

計算機輔助制造：CAM

計算機集成制造系統--CIMS

計算機輔助教學：CAI1-141.1計算機概述5.人工智能利用計算機模擬或部分模擬人的智能活動，如感知、判斷、理解、學習、圖像識別等。實用技術：智能機器人、專家系統

6.通信網絡

Internet→網上銀行、網上訂票網上教學、網上醫療網上稅收、網上出版1-151.2計算機運算基礎一、數制及其轉換

1.什么是數制數制是用一組固定的數碼和一套統一的規則來表示數目的方法。

非進位記數制：表示數值大小的數碼與它在數中的位置無關。典型的非進位記數制是羅馬數字，例如羅馬數字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ

進位記數制：表示數值大小的數碼與它在數中的位置有關。例如，十進制數123.451-161.2計算機運算基礎

進位計數制的要素：①數位：是指數碼在一個數中所處的位置。②基數：指各種進位記數制中允許選用基本數碼的個數。例如十進制的數碼有：

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9→基數是10③位權：每個數碼所表示的數值等于該數碼乘以一個與數碼所在位置相關的常數，這個常數叫做權值。例如：

123.4＝1×102+2×101+3×100

+4×10-11-171.2計算機運算基礎

2.幾種進位記數制1-18③幾種進位計數制的對應關系1.2計算機運算基礎十進制二進制八進制十六進制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1-19幾種進制數之間的對應關系1.2計算機運算基礎

3.不同進制數的相互轉換

⑴二進制數與十進制數的互換

人→十進制，計算機→二進制

二進制數轉換成十進制數按權展開，然后求和，就可把二進制數轉換成十進制數。例如：

(101.1)2＝1*22+0*21+1*20+1*2-1

＝(?)101-201.2計算機運算基礎

十進制數轉換成二進制數十進制數有整數和小數兩部分。在轉換時，整數部分采用除2取余法

小數部分采用乘2取整法

然后通過小數點將轉換后的二進制數連接起來即可。例如：(105.625)10=(?)21-211.2計算機運算基礎

⑵二進制數與八進制數的互換

二進制數轉換成八進制數

三位并一位：以小數點為基準，整數部分從右到左，小數部分從左到右，每三位一組，不足三位添0補足,然后把每組的三位二進制數按權展開后相加，得到相應的一位八進制數碼，再按權的順序連接即得相應的八進制數。例如：(1011100.00101011)2=(?)8(001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8

134.1261-221.2計算機運算基礎

八進制數轉換成二進制數

一位拆三位：將每一位八進制數寫成對應的三位二進制數，然后按權連接即可。例如：(123.67)8=(?)2123.67(八進制)001,010,011.110111(二進制)(123.67)8=(1010011.110111)21-231.2計算機運算基礎

⑶二進制數與十六進制數的互換

二進制數轉換成十六進制數

四位并一位：以小數點為基準，整數部分從右到左，小數部分從左到右，每四位一組，不足四位添0補足,然后把每組的四位二進制數按權展開后相加，得到相應的一位十六進制數碼，再按權的順序連接即得相應的十六進制數。

例如：(1011110.00011)2=(?)16

(0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16

5E.181-241.2計算機運算基礎

十六進制數轉換成二進制數

一位拆四位：把一位十六進制數寫成對應的四位二進制數，然后按權連接即可。例如：(123.EF)16=(?)2

123.EF(十六進制)

0001,0010,0011.1110,1111(二進制)(123.EF)16=(100100011.11101111)

十進制數:512D或512二進制數:1011B

八進制數:127Q十六進制數:A8H1-251.2計算機運算基礎

4.計算機為什么采用二進制

電路簡單：計算機是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個狀態。

可靠性高：兩個狀態表示的二進制兩個數碼，數字傳輸和處理不容易出錯。

運算簡單：二進制運算法則簡單。

邏輯性強：計算機工作原理是建立在邏輯運算基礎上的，邏輯代數是邏輯運算的理論依據。1-26計算機二進制數可以表示連續的數嗎？1-271.2計算機運算基礎二、數據的存儲單位

1.位(bit，b)

位是計算機存儲數據的最小單位，一個二進制位只能表示兩種狀態，如0、1。

2.字節(Byte，B)

字節是數據處理的基本單位，一個字節是由八位二進制數組成。1Byte=8bit01000001存儲器容量大小的單位：KB、MB、GB。1-281.2計算機運算基礎

1KB＝210＝1024B1MB＝210×210＝1024×1024＝1048576B1GB＝210×210×210＝1024×1024×1024

＝1073741824B

3.字(Word)

字是CPU通過數據總線一次存取、加工和傳送數據的長度。一個字通常由一個或若干個字節組成。字長越長，計算機性能越強。

常用的字長：8位、16位、32位、64位等。1-291.2計算機運算基礎三、計算機中數的表示

1.機器數與真值

數值型數據(符號＋數字)→數碼化

規定：＋→0，－→1

例如：(+68)10＝(01000100)2(-68)10＝(11000100)2

機器數：將符號和數字組合的二進制數

真值：由機器數所表示的實際值大小1-301.2計算機運算基礎2.原碼、反碼和補碼

⑴原碼

規定：用符號位和數值位表示一個帶符號數正數符號→0，負數符號→1

例如：求二進制數+10011，-10011的原碼。

[+10011]原＝00010011[-10011]原＝10010011

又如：求十進制數+65，-66的原碼。1-311.2計算機運算基礎

零的原碼形式有兩種：

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000

原碼表示數的范圍：

8位：-127～+12716位：-32767～+32767

用原碼表示一個數，與真值之間轉換方便。對乘除法比較合適，但對加減法容易出錯。1-321.2計算機運算基礎⑵反碼

規定：正數的反碼與原碼相同，負數的反碼是對該數的原碼除符號位外各位取反。例如：求二進制數+10011，-10011的反碼。

[+10011]反＝00010011[-10011]反＝11101100零的反碼形式有兩種：

[+0]反＝00000000[-0]反＝111111111-33任意數的反碼的反碼即是原碼本身1.2計算機運算基礎⑶補碼

規定：正數的補碼與原碼相同，負數的補碼是對該數的原碼除符號位外各位取反，末位加1.例如：求二進制數+10011，-10011的補碼。

[+10011]補＝00010011[-10011]補＝11101101零的補碼形式有兩種：

[+0]補＝00000000[-0]補＝000000001-34任意數的補碼的補碼即是原碼本身-128的原碼是10000000。反碼是11111111補碼是反碼+1：依然是10000000。（因為加1進位了，但是只有8位，所以進位無法顯示）。1.2計算機運算基礎補碼表示數的范圍：

8位：-128～+12716位：-32768～+32767引入補碼后，減法運算可轉換為加法運算。

[X+Y]補＝[X]補+[Y]補[X-Y