搜索
1计算机基础知识§1计算机概述1．1．计算机的发展史（1）计算机发展可划分：代别年代逻辑元件第一代1946－1958电子管第二代1959－1964晶体管第三代1965－1970集成电路第四代1971－？大规模集成电路（2）1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer），这台计算机占地170平方米，重30吨，用了18000多个电子管，每秒能进行5000次加法运算。（3）冯·诺依曼理论1944年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯·诺依曼架构。其理论要点如下：·计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成。·存储程序思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。（4）我国的计算机发展情况·我国从1956年开始计算机的科研和教学工作；·1960年我国第一台自行设计的通用电子计算机107机诞生；1964年我国研制成大型通用电子计算机119机；·1983年每秒运行一亿次的银河巨型计算机在国防科技大学诞生；1992年研制成功每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机；1997年又研制成功每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机；·我国较有名的微型计算机品牌有：“联想”、“长城”、“方正”等；（5）微机发展：·1982年Intel公司发布80286个人计算机微处理器芯片；·1985年－80386·1989年－80486·1993年，Pentium，主频60－66MHz；·1997年，PentiumⅡ，主频233MHz；·1999年，PentiumⅢ，主频450MHz以上；·2000年，P4，主频1.4G以上；2．2．计算机的特点：运算速度快，运算精度高，具有记忆能力，具有逻辑判断能力，具有自动控制能力；计算机的应用：科学计算、自动控制、信息处理、辅助设计（教学、制造）等；3．3．分类2§2计算机系统的基本组成计算机系统由硬件和软件两部分组成。（一）计算机硬件计算机硬件由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。1．1．中央处理器（CPU——CentralProcessingUnit）由运算器、控制器和一些寄存器组成；运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU的主要性能指标是主频和字长。2．2．存储器（1）内部存储器中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括快速缓冲存储器和主存储器，中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。主存储器：内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。主存储器按读写功能，可分只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。（2）外部存储器外存储器：也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。·硬盘（Harddisk）：目前的硬盘大多采用了温彻斯特技术，所以又称为“温盘”；*温氏技术的特点是：将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写）。·软盘（FloppyDisk）：目前常见的是3.5英寸/1.44MB的软盘。·光盘存储器（CD-ROM）：普通的CD-ROM，只能读，不能写；CD盘片的存储量大约是650MB。可读写光驱：能读又能写。3．3．输入设备·键盘（Keyboard）：目前大多使用104或108键盘·鼠标（Mouse）：主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种·手写笔·触摸屏·麦克风·扫描仪（Scanner）·视频输入设备·条形码扫描器4．4．输出设备·显示器（Monitor）：目前主要有CRT（阴极射线管）显示器和LCD液晶显示器。·打印机（Printer）：主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。·绘图仪·音箱（二）计算机软件计算机软件可分为系统软件和应用软件两大类。·系统软件：用来支持应用软件的开发和运行的，主要是操作系统软件，如：DOS、Windows95/98/2000、Unix、Linux、WindowsNT；·应用软件：为了某个应用目的而编写的软件，主要有文字处理软件、电子表格软件、数据库管理软件等。§3信息数字化§3.1无符号位数的表示（一）、四种常用的数制及它们之间的相互转换：进制基数基数个数权进数规律十进制0、1、2、3、4、5、6、7、8、91010i逢十进一二进制0、122i逢二进一八进制0、1、2、3、4、5、6、788i逢八进一3十六进制0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F1616i逢十六进一注意：在进行十六进制运算时，A、B、C、D、E、F六个字母要化成对应的十进制数：10、11、12、13、14、15，详见后面例题。十进制、二进制、八进制与十六进制数字对照表(要求熟记于心)十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数的方法：整数转换方法：除基反取余法小数转换方法：乘基取整法二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数的方法：按权展开求和法1．二进制与十进制间的相互转换：（1）二进制转十进制方法：“按权展开求和”例：（1011.01）2＝（1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2）10＝（8＋0＋2＋1＋0＋0.25）10＝（11.25）10规律：个位上的数字的次数是0，十位上的数字的次数是1，......，依奖递增，而十分位的数字的次数是-1，百分位上数字的次数是-2，......，依次递减。注意：不是任何一个十进制小数都能转换成有限位的二进制数。（2）十进制转二进制·十进制整数转二进制数：“除以2取余，逆序输出”（短除反取余法）例：（89）10＝（1011001）2289244……1222……0211……025……122……121……00……1·十进制小数转二进制数：“乘以2取整，顺序输出”（乘2取整法）4例：(0．625)10=(0．101)20．625X21．251X20．50X21．012．八进制与二进制的转换：二进制数转换成八进制数：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位为一组用一位八进制数的数字表示，不足3位的要用“0”补足3位，就得到一个八进制数。八进制数转换成二进制数：把每一个八进制数转换成3位的二进制数，就得到一个二进制数。例：将八进制的37.416转换成二进制数：37．416011111．100001110即：（37.416）8＝（11111.10000111）2例：将二进制的10110.0011转换成八进制：010110.00110026.14即：（10110.011）2＝（26.14）83．十六进制与二进制的转换：二进制数转换成十六进制数：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每4位为一组用一位十六进制数的数字表示，不足4位的要用“0”补足4位，就得到一个十六进制数。十六进制数转换成二进制数：把每一个八进制数转换成4位的二进制数，就得到一个二进制数。例：将十六进制数5DF.9转换成二进制：5DF．9010111011111．1001即：（5DF.9）16＝（10111011111.1001）2例：将二进制数1100001.111转换成十六进制：01100001．111061．E即：（1100001.111）2＝（61.E）16注意：以上所说的二进制数均是无正、负符号的数。这些数的范围如下表：无符号位二进制数位数数值范围十六进制范围表示法8位二进制数0~255（255=28-1）00~0FFH16位二进制数0~65535（65535=216-1）0000H~0FFFFH32位二进制数0~232-100000000H~0FFFFFFFFH§3.2符号数的表示一、符号数的机器码表示方法1．带符号二进制数的表示方法：带符号二进制数用最高位的一位数来表示符号：0表示正，1表示负。含符号位二进制数位数数值范围十六进制范围表示法8位二进制数-128~+12780H~7FH16位二进制数-32768~+327678000H~7FFFH32位二进制数-2147483648~80000000H~7FFFFFFFH5+21474836472、符号位的机器码表示：1）机器数和真值数在计算机中的表示形式统称为机器数，它有两上特点：其一，数的符号数值化；其二，二进制数的位数受计算机设备字长的限制。字长：机器内部一次能表示的二进制位数由机器的字长，字长8位叫一个字节（Byte)，一般机器字长都是字节的整数倍，如字长8位、16位、32位、64位等。机器数的真值：指带符号位的机器数所对应的十进制数值；如符号数01001B，11011B的真值分别是+9和-11。2）最常用的机器数的表示方法：原码、反码和补码。（1）原码表示法：一个机器数x由符号闰和有效数值两部分组成，设符号位为x0，x真值的绝对值|x|=x1x2x3...xn，则x的机器数原码可表示为：[x]原=nxxxx...210，当x=0时，x0=0，当x0时，x0=1。例如：已知：x1=-1011B，x2=+1001B，则x1，x2有原码分别是[x1]原=11011B，[x2]原=01001B规律：正数的原码是它本身，负数的原码是取绝对值后，在最高位（左端）补“1”。（2）反码表示法：一个负数的原码符号位不变，其余各位按位取反就是机器数的反码表示法。正数的反码与原码相同。按位取反的意思是该位上是1的，就变成0，该位上是0的就变成1。即1=0，0=1设[x]原=nxxxx...210，则当x0=0时，[x]反=[x]原=nxxxx...210，当x0=1时，[x]反=[x]原=nxxxx...210。例：Bx10111，Bx10012，求反][1x和反][2x。解：反][1x=B10100，反][2x=B01001（3）补码表示法：首先分析两个十进制数年运算：78-38=41，79+62=141如果使用两位数的运算器，做79+62时，多余的100因为超出了运算器两位数的范围而自动丢弃，这样在做78-38的减法时，用79+62的加法同样可以得到正确结果。模是批一个计量系统的测量范围，其大小以计量进位制的基数为底数，位数为指数的幂。如两位十进制数的测量范围是1——9，溢出量是100，模就是102=100，上述运算称为模运算，可以写作：79+（-38）=79+62（mod100)进一步写为-38=62，此时就说–38的补法（对模100而言）是62。计算机是一种有限字长的数字系统，因此它的运算都是有模运算，超出模的运算结果都将溢出。n位二进制的模是2n,一个数的补码记作[x]补，设模是M，x是真值，则补码的定义如下：)0()0(][][xxMxxx原补例：设计算机字长n=8位，机器数真值x=-1011011B，求[x]补。解：因为n=8，所以模M=28=100000000B，x0，所以[x]补=M+x=100000000B-1011011B=10100101B注意：这个x的补码的最高位是“1”，表明它是一个负数。对于二进制数还有一种更加简单的方法由原码求出补码：（1）正数的补码表示与原码相同；（2）负数的补码是将原码符号位保持“1”之后，其余各位按位取反，末位再加1便得到补码，即取其原码的