第1章 计算机基础知识

高职高专21世纪规划教材大学计算机文化基础中国铁道出版社第1章计算机基础知识本章将介绍计算机的一些基础知识，如计算机的发展史、特点及应用，计算机的基本组成，计算机的硬件、软件及常用术语、计算机的数制表示等。通过本章的学习，使读者对计算机有个初步认识，为今后学习计算机的应用技术打下良好的基础。本章要点●计算机概述●信息在计算机中的表示●计算机系统●微型计算机1.1计算机概述1.1.1计算机发展简史-第一台电子计算机的诞生电子计算机诞生于二十世纪四十年代，它的出现对人类社会产生了巨大的影响。它是一种能够按照人的意图自动、高速、精确地进行数值运算和数据处理的现代化的电子设备。1946年2月14日美国宾夕法尼亚州立大学莫尔机电工程学院研制完成并在美国费城公开展示了世界上第一台电子计算机ENIAC（埃尼阿克）。这台计算机使用了18000多个电子管，5000多个继电器，占地约170平方米，重达30吨，功耗达150千瓦/小时，当时价值40万美元。虽然其运算速度仅每秒5000次加法运算，也还是比当时的继电器计算机快1000倍。世界上第一台电子计算机第一代计算机（1946—1956年）使用的电子元器件主要是电子管，运算速度为每秒几千次—几万次，内存容量仅几千字。第二代计算机（1957—1964年）使用的电子元器件主要是晶体管，运算速度从每秒几万次提高到几十万次，内存容量扩大到几十万字。1.1计算机概述1.1.1计算机发展简史---计算机发展阶段第三代计算机（1965—1970年）使用的电子元器件主要是小规模集成电路。这一时期的计算机开始使用操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。第四代计算机（1971年起至今）使用的电子元器件主要是大规模集成电路和超大规模集成电路。1.1计算机概述1.1.1计算机发展简史---计算机发展阶段美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年针对ENIAC的缺点提出计算机的“存储程序”工作原理。同时，指出计算机的体系结构应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成，并首次提出“中央处理器”（CentralProcessingUnit，简称CPU）的概念，这就是著名的“冯·诺伊曼结构”。1.1计算机概述1.1.1计算机发展简史----“存储程序”工作原理和冯·诺伊曼结构1.1.2计算机的分类按处理数据的方式分类：模拟计算机和数字计算机；按应用范围分类：专用计算机和通用计算机；按规模分类：巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等。1971年，美国的Intel公司成功地在一个芯片上实现了中央处理器的功能，制成了世界上第一片4位微处理器MPU(microprocessingunit)，并由它组成了第一台微型计算机，由此揭开了微型计算机大普及的序幕。随后，芯片的主频和集成度在不断提高，芯片的集成度几乎每18个月就提高一倍，而由它们构成的微型机在功能上也不断完善。现在一般所说的计算机都是指微型机，也称作电脑或微机。1.1计算机概述1.1.3计算机的应用电子计算机以其卓越的性能和旺盛的生命力，在科学技术、国民经济及生产、生活等各个方面都得到了广泛的应用，并取得了明显的社会效益和经济效益。1．科学计算（数值计算）2．数据处理（信息管理）3．自动控制4．计算机辅助系统5．办公自动化6．人工智能7．多媒体技术应用1.1计算机概述1.2.1计算机内数的表示与转换不论是指令还是数据，若想让计算机识别并执行都必须采用二进制编码形式，即使是图像、声音这样的信息，也必须转换成二进制数的形式，计算机才能识别。1．常用的进位计数制数的进位制有十进制、二进制、八进制和十六进制等。十进制数是我们日常生活中最常用的数制形式；二进制是计算机内部采用的编码形式；八进制和十六进制是二进制的缩写形式。1.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（1）十进制有十个不同的数码符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，计数特点是每一个数码符号根据它在数中所处的位置（数位），按“逢十进一”来决定其实际数值（即各数位的位权是以10为底的幂次方）基数为10。十进制是人们习惯使用的计数方式，在计算机应用中用户仍使用十进制数据，通过计算机自动转换为二进制数据。1.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（2）二进制二进制有两个不同的数码符号0和1，计数特点是“逢二进一”，基数为2。计算机中数的存储和运算都是用二进制进行的。加法规则：0+0=01+0=10+1=11+1=10乘法规则：0×0=00×1=01×0=01×1=11.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（3）八进制有八个不同的数码符号，0、1、2、3、4、5、6、7，计数特点是“逢八进一”，基数为8。例如八进制数7+1=10而不是8；一个八进制数653.27可表示为：（653.27）8=6×82+5×81+3×80+2×8-1+7×8-21.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（4）十六进制十六进制有十六个不同的数码符号，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，计数特点是“逢十六进一”，基数为16。例如十六进制数F+1=10，9+1=A而不是10。（8B.D）16=8×161+11×160+13×16-11.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换2．数制的转换（1）十进制数转换为二（八、十六）进制数将十进制数转换为基数为二（八、十六）的数制时，可将此数分成整数和小数两部分分别进行转换，然后再拼接起来。即：整数部分：除2（8或16）取余数，余数从下向上依次从高位到低位排列。小数部分：乘2（8或16）取整数，整数从上到下依次从高位到低位排列。1.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换1.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（2）二（八、十六）进制数转换成十进制数基数为二（八、十六）进制的数字，只要将其各位数字与它的位权相乘，其积相加，得到的数就是十进制数。【例1.2】将二进制数（11010111.11001）2转换成十进制数（11010111.11001）2=1×27+1×26+0×25+1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2+0×2-3+0×2-4+1×2-5=215+0.78125=（215.78125）101.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（2）二（八、十六）进制数转换成十进制数基数为二（八、十六）进制的数字，只要将其各位数字与它的位权相乘，其积相加，得到的数就是十进制数。【例1.3】将十六进制数（D7.C8）16转换成十进制数（D7.C8）16=13×161+7×160+12×16-1+8×16-2=（215.78125）101.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换（3）二、八、十六进制数之间的相互转换一般来说，3位二进制数可用1位八进制数表示，4位二进制数可用1位十六进制数表示，这样就可以将二进制数通过不同数位的组合构成新的八进制或十六进制数。①二进制数转换成八（十六）进制数转换方法：以二进制数小数点为中心，向左右两边各分成3位（4位）一组，中间的0不能省略。若最高位或最低位不足3位（4位）的，分别补0即可。【例1.4】将二进制数（11010111.11001）2转换成十六进制数（11010111.11001）2=11010111.11001000=（D7.C8）16D7C81.2信息在计算机中的表示1.2.1计算机内数的表示与转换②八（十六）进制数转换成二进制数将八（十六）进制数的每一位数分别扩展成3位（4位）二进制数，排列顺序和小数点位置不变，并去掉两端的多余的0即可。【例1.5】将十六进制数（D7.C8）16转换成二进制数（D7.C8）16=D7.C8=（11010111.11001）211010111.110010001.2信息在计算机中的表示1.2.2计算机容量的表示计算机中的任何信息都是以二进制编码形式存储的，即以0和1的形式存在。计算机信息的单位通常用“位”、“字节”和“字”等。1．位（bit）位是度量数据的最小单位，表示一位二进制信息。一个二进制位可以表示0或1两种不同状态。1.2信息在计算机中的表示1.2.2计算机容量的表示2．字节（Byte）一个字节由8位二进制数字组成（1Byte=8bit）。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本单位。计算机中的信息容量通常都是按2的幕次方数来计算的，如210=1024。例如说一个文件的大小为1K，即意味着该文件存储需要1024个字节的存储空间，也就是1024×8个二进制位。1.2信息在计算机中的表示1.2.2计算机容量的表示2．字节（Byte）计算机的存储器通常是以多少字节来表示容量的。常用的单位有Byte（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）1B=8bit1KB=210B=1024Byte1MB=220B=1024KB=1024×1024Byte1GB=230B=1024MB=1024×1024KB=1024×1024×1024Byte1TB=240B=1024GB=1024×1024MB=1024×1024×1024KByte1.2信息在计算机中的表示1.2.3字符的表示计算机中的数字和字符都是用二进制表示的，而人们已习惯于使用十进制数及其他文字符号，那么输入输出时，数据就要进行相应的转换处理。为此，首先要对文字和符号进行数字化变换，即用二进制编码来表示文字和符号。字符编码（CharacterCode）就是用二进制编码来表示字母、数字以及专门符号。下面简要介绍ASCII码和汉字编码。1.2信息在计算机中的表示1.2.3字符的表示1．ASCII码目前计算机中普遍采用的字符信息编码方案是ASCII码，即美国信息交换标准代码（AmericanStandardsCodeforInformationInterchange—ASCII）。ASCII码包括0-9十个数字，大小写英文字母52个，控制字符33个，各种标点符号和运算符号32个。ASCII码由7位二进制数编码组成，有128（27=128）个不同符号，由于计算机中实际用8位表示一个字符，故ASCII码的最高位用作校验位，其他7位记录数字符号的编码。1.2信息在计算机中的表示1.2.3字符的表示2．汉字编码ASCII码只能表示英文字母和数字等符号，要用计算机处理汉字，还必须对汉字进行编码处理。与西文字符比较，汉字数量大，字形复杂，同音字多，所以汉字在计算机内部的存储、传输、交换、输入、输出过程中所使用的编码是不同的。（1）汉字输入码（2）国标码、区位码和顺序码（3）汉字机内码（4）汉字字型码1.2信息在计算机中的表示汉字输入码目前在计算机上输入汉字使用最多的仍是标准西文键盘，为直接使用西文标准键盘输入汉字，就必须为汉字设计对应于各个键位的编码，以适应计算机输入汉字的需要。所谓汉字输入码，就是汉字按某种规则所对应的西文键盘上的键位序列。根据汉字的笔划和偏旁建立这种对应关系所形成的汉字编码称为字型码，如五笔字型编码。根据汉字的读音建立这种对应关系，所形成的汉字编码称为音码，如目前流行的智能ABC、微软拼音等。同时根据汉字的笔划、偏旁和读音建立这种对应关系，所形成的汉字编码称为音型码，如自然码等。1.3.1计算机系统一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。1.3计算机系统1.3计算机系统1.3.1计算机系统硬件系统是构成计算机系统的物理部件。是由各种电子器件和印刷电路板构成的计算机插件、机箱、电源、散热系统以及外部设备等所组成的复杂系统。它通过电气的，机械的方式彼此相连，组成一个功能实体，是整个计算机系统的物质基础。硬件操作系统软件开发工具应用软件用户软件系统是指各种系统软件和应用软件及相应的说明文件等。软件按其功能又可以分为系统软件和应用软件。系统软件是指为方便用户、提高计算机系统的效率、扩充硬件功