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1上篇计算机原理第一章计算机的发展第一节计算机的发展概述本节要求了解计算机的发展与应用领域知识精讲一、产生计算机又称电脑，则一种能够自动、高速、精确地完成各种信息存储、数据处理、数值计算、过程控制和数据传输的电子设备。通常，它是以电子元器件为基本器件、以数字形式进行数据加工的设备，人们又称它为电子计算机（DigitalElectronicComputer）。计算机得以飞速发展的根本动力是计算机的广泛应用，在应用需求的强力推动下，计算机制造技术的进步呈加速发展的趋势，体积变小、速度更快、容量加大、功能更增、成本降低，其发展速度之快，大大超出人们的预料。世界上第一台数字计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的，并取名为埃尼阿克（ENIAC,ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）。它共用了18800个真空电子管及1500多个继电器，有30个操作台，占地面积170平方米，重量达30多吨，耗电量为150kw/时，加法运算速度每秒5000次，内存仅有20个寄存器，不能存放程序，仅靠插板编制程序。而当今广泛使用的Pentium处理器在一个小小的集成电路上集成了300多万个晶体管，面积不到5cm×5cm，时钟频率已远远超过100MHz,总功耗小于15W。二、特点与其它电子设备或工具相比，计算机具有如下特点：1．运行速度快、处理能力强2．大容量存储和高速存取能力3．运算精度高4．具有逻辑判断能力5．存储程序和自动执行能力6．具有数据传输和通信能力三、分类1．按信息分类（１）数字计算机：以“0”或“1”数字代码的数据形式来表示要处理上篇计算机原理2的信息。（２）模拟计算机：对模拟变量进行操作的计算机，要处理的信息是以模拟量来表示的，如电压量或电流量。一般用于模拟数据的处理。（３）混合计算机：利用模拟表示和数字表示这两种表示方式进行数据处理的电子计算机，既能处理数字量又能处理模拟量，并具有二者之间相互转换的能力。常用于炼钢、化工、模拟飞行等方面。２．按用途分（１）通用计算机：为了解决多方面的问题而设计的计算机。（２）专用计算机：为了处理某些特殊问题而设计的计算机。３．按规模或性能分巨型、大型、中型、中小型、小型、微型４．按元器件分电子管（1946~1958）、晶体管（1959~1964）、集成电路(1965~1971)、大规模(LSI)或超大规模集成(VLSI)电路(1971~)四、应用1．科学计算2．数据处理数据处理的对象不是数值数据而是各种业务数据。数据处理的内容主要不是数值运算，而是数据检索、分类、统计等工作。3．过程控制4．计算机辅助设计与制造5．办公自动化6．信息管理和决策(MIS及DSS)7．人工智能(AI)主要是利用计算机来模拟人的思维活动，进行逻辑判断，完成一部分人类智能担任的工作。四、计算机的发展趋势巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化六、计算机中常用的基本术语１．硬件：组成一台计算机的所有实际的物理装置的总称。２．软件：程序、数据和有关的文档资料。３．程序和程序设计程序是指按某种顺序排列的使计算机能完成某种任务的指令集合。程序设计是指设计、书写及检查、调试程序的过程。４．指令：规定计算类型及操作数地址的一些字符，是指挥计算机进行基本操作的命令。指令包括操作码（指明操作的性质）和操作数（完成操作所需要的数）两部分。3指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。指令可分为数据传送指令、数据运算指令、程序控制指令／转移指令、系统控制指令５．位、字节位：计算机中最小的数据单位是一个二进制位，简称位，一个二进制位可表示两种状态，位越多，所表示的状态就越多。字节：衡量计算机所容纳信息量多少的基本单位，用来表示存储空间大小。BitByteKBMBGBTB字位字节千字节兆字节千兆字节兆兆字节1bit8bits1024B1024KB1024MB1024GB6．字、字长字：存储、处理数据的一个运算单位。字长：每个字所含的二进制个数或字节的数量，即CPU能同时处理的数据宽度；字长是在设计机器时规定的，字长越长，在相同时间内能传送更多的信息；字长越长，计算机有更大的寻址空间；字长越长，计算机系统支持的指令数量地越多，功能也就越强。7．运算速度：每秒钟能执行定点加法指令的条数称为计算机的平均运算速度。以单字长定点加法指令的平均执行时间来计算，单位是MIPS（每秒钟能执行定点加法运算的次数）；以单字长浮点加法指令和平均执行速度来衡量，单位是MFLOPS。8．存取时间、存取周期存取时间：从存储器中读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间；存取周期：连续两次读或写数据所需的最短时间；存取时间和存取周期越短则存取速度越快。复习巩固一、填空题1．计算机的特点有、、运算精度高、和具有数据传输出能力等。2．计算机按用途可分为和计算机。3．第二代计算机被称为是晶体管计算机，主要是因为采用晶体管作为，此时也已开始使用操作系统。4．计算机中的LSI是指、VLSI是指。5．MIS的中文含义是、AI是指。6．未来计算机的发展趋势有、、、和智能化。7．程序是按按某种顺序排列的能使计算机完成某种任务的。上篇计算机原理48．程序设计是、及检查、调试程序的过程。9．计算机中的所讲的指令是由和两部分组成的。前者指明指令操作的性质，后者说明指令中所需要操作数。10．从存储器中读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间为，连续两次读或写数据所需的最短时间称为。二、选择题1．一个字节由相邻的个二进制位组成。A)3B)4C)8D)162．1MB=。A)1000BB)1024BC)1000BD)1024KB3．在计算机内部，数据是以形式加工处理和传送的。A)十进制码B)十六进制码C)八进制码D)二进制码三、判断题1．指令就是计算机能够直接执行的命令。2．程序设计就是指编写源程序。3．计算机中最小的数据单位是二进制位。4．计算机中最小的编址单位是字节。5．8个二进制位可以表示128种不同的状态。6．1GB约等于103MB，约等于106KB。7．计算机系统支持的指令越多则计算机的功能就强。8．字长越长，则计算机的存取速率就越快。9．计算机的运算速度可以用MFLOPS来衡量。第二节数制及数制的转换本节要求掌握各种数制及其转换方法知识精讲计算机处理各种信息时，首先需要将信息表示成为具体的数据形式，选择什么样的数制表示数，对机器的结构、性能和效率有很大的影响。二进制是计算机中数制的基础。二进制形式是指每位数码只取二个值，要么是“0”要么是“1”，超过1则要向上进位。计算机中采用二进制是因为二进制简单，仅有两个数字符号。一、数制及常用数制：基数：我们称某进制数所使用的数字符号的个数为基数。常用的数制：十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数；5十进制数的基数为10,即逢十进一，常用符号D表示；二进制数的基数为2，即逢二进一，常用符号B表示；八进制数的基数为8,即逢八进一，常用符号O表示；十六进制数的基数为16,即逢十六进一，常用符号H表示；一个任意的十进制数可表示为：anan-1…a2a1a0．b1b２…bm-1bm即an×10n+an-1×10n-1+…+a2×102+a1×101+a0×100+b1×10-1…bm-1×10-m-1+bm×10-m其中，aibj是０~９之间的任何一个数,a0~an每一位上所对就的权值则是10i一个任意的二进制数可表示为：anan-1…a2a1a0.b0b1b２…bm-1bm含义：an×2n+an-1×2n-1+…+a2×22+a1×21+a0×20+b1×2-1+b２×2-2+…bm-1×2-(m-1)+bm×2-m其中，aibj是０~９之间的任何一个数,a0~an每一位上所对就的权值则是2i二、数制之间的转换：在计算机内部，一切信息（包括数值、字符、指令等）的存取、处理和传送都是采用二进制的形式。二进制在计算机中是以器件的物理状态来表示的，这些器件具有两种不同的稳定状态且能相互转换，既简单又可靠，但书写较复杂，因此，通常又用八进制或十六进制来表示。表１．１常用数制的表示及前16个自然数十进制数二进制数八进制数十六进制数基数102816标志符DBOH000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010１．十进制数与二进制数之间的转换（１）十进制数转换成二进制数整数部分采用除２取余的方法，将每次除以2所得的余数按先低后高的上篇计算机原理6顺序排出来就是这个十进制数对应的二进制数的整数部分，直到商为０。小数部分采用乘２取整的方法，将每次乘以２所得的整数部分取出来，从左到右排列即得该十进制数所对应的二进制数的小数部分，直到余下的小数部分为０或满足所需求的精度为止。例１．123.6875D=?B整数：123D＝1111011B２|１２３12|６１１２|３００２|１５１２|７１２|３１２|１１０小数部分：０．６８７５Ｄ＝０．１０１１Ｂ０．６８７５×２１．３７５０１０．３７５０×２０．７５００００．７５００×２１．５０００１０．５０００×２１．００００１０．００００所以：１２３．６８７５Ｄ＝１１１１０１１．１０１１Ｂ以此类推，十进制数与八进制数或十六制数的转换整数部分可以采用“除基取余”小数部分采用“乘基取整”的方法进行。（２）二进制数转换成十进制数用二进制数制的通用形式表示出来后进行相加即可。1101.101B＝？D1101.101B＝1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=8+4+0+1+0.5+0+0.125=13.625D２．二进制数与八进制数之间的转换7（１）二进制、八进制、十六进制之间的关系我们知道，在计算机内部，所有的信息都是以二进制的形式存储、处理和传送，但用户在书写时可以用八进制或十六进制表示，由于8和16都是2的整数次幂，即8＝23，16＝24，利用这点我们可以在三者之间进行转换是非常方便的。一位八进制数正好相当于三位二进制数，一位十六进制数正好等于四位二进制数，所以要想把一个二进制转换成八进制或十六进制数，只要从小数点开始向前，每三位一组构成一位八进制数或每四位一组构成一位十六进制数，不够三位或四位时在最左边补0；从小数点向后，每三位一组构成一位八进制数或每四位一组构成一位十六进制数，不够三位或四位时，在最右边补0，这样便可以得到相应的八进制数或十六进制数。（２）二进制数转换成八进制数从小数点开始向前，每三位一组构成一位八进制数，不够三位时，在最左边补０。从小数点开始向后，每三位一组构成一位八进制数，不够三位时，在最右边补０。例３、１１１０１１０１．１０１１１Ｂ＝？Ｏ（０）１１１０１１０１．１０１１１（０）Ｂ＝３５５．５６Ｏ＝３５５．５６Ｏ（３）二进制数转换成十六进制从小数点开始向前，每四位一组构成一位十六进制数，不够四位时，在最左边补０。从小数点开始向后，每四位一组构成一位十六进制数，不够四位时，在最右边补０。例４、１１１０１１０１．１０１１１Ｂ＝？Ｈ１１１０１１０１．１０１１１（０００）Ｂ＝ＥＤ．Ｂ８Ｈ＝ＥＤ．Ｂ８Ｈ（４）八进制数转换成二进制将一位八进制数用相应的三位二进制数表示。例５、１５６．３７O＝？Ｂ１５６．３７Ｏ００１１０１１１０．０１１１１１Ｂ（５）十六进制数转换成二进制同上，将一位十六进制数用相应的四位二进制数表示。二进制数、八进制数、十六进制数之间的转换可借助于三者之间的关系进行，同样，二进制数、八进制数、十六进制数用位权法表示后求和，可以很方便地转换成十进制数。上篇计算机原理8在数制转换中，记住基数为２的一些基本乘幂值是十分有益的。表１．２基数为２的乘幂值次方２３４５６７８９１01112基数为２的值４8163264128256512102420484096思考：十六进制数与八进制之间如何转换呢？例题分析1．十六进行制数１８５．３ＡＨ转化为二进制