《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教程》第一章計算機基礎(chǔ)知識

第1章計算機基礎(chǔ)知識學習目標：通過本章學習使學生掌握計算機基本概念、計算機系統(tǒng)組成、計算機各大硬件設(shè)備、 計算機的數(shù)制和信息的表示與存儲，并熟悉計算機的產(chǎn)生、發(fā)展、特點和應(yīng)用領(lǐng)域，了 解計算機中字符編碼的概念。1.1 計算機概述隨著微型計算機的出現(xiàn)及計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng)域，并逐步改變著人們的生活方式。21世紀的今天，掌握和使用計算機成為人們必不可少的技能。1.1.1 計算機的誕生及發(fā)展1946年2月，世界上第一臺電子計算機 ENIAC （埃尼阿克）在美國加州問世。ENIAC 使用了 17468電子管，1500個繼電器，體積3000立方英尺（1立方米=35.346立方英尺）， 占地170平方米，重30噸，耗電174千瓦。內(nèi)存17K,字長12位，運算速度每秒 5000 多次加法運算，300多次乘法運算，比當時最快的計算工具快300倍，耗資40萬美金。在當時用它來處理彈道問題，將人工計算使用20小時縮短到30秒。但是ENIAC去詠一個嚴重的問題，它不能存儲程序。如圖 1-1所示。圖1-1世界上第一臺電子計算機幾乎在同一時期，著名數(shù)學家馮 諾依曼提出了 “存儲程序”和“程序控制”的概念。 其主要思想為：1）采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。2）計算機應(yīng)包括運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件。3）采用存儲程序和程序控制的工作方式。所謂存儲程序，就是把程序和處理問題所需的數(shù)據(jù)均以二進制編碼形式預(yù)先按一定 順序存放到計算機的存儲器里。計算機運行時，中央處理器依次從內(nèi)存儲器中逐條取出 指令，按指令規(guī)定執(zhí)行一系列的基本操作，最后完成一個復(fù)雜的工作。這一切工作都是 由一個擔任指揮工作的控制器和一個執(zhí)行運算工作的運算器共同完成的，這就是存儲程 序控制的工作原理。馮諾依曼的上述思想奠定了現(xiàn)代計算機設(shè)計的基礎(chǔ)，所以后來人們將采用這種設(shè)計思想的計算機稱為馮諾依曼型計算機。從 1946年第一臺計算機誕生至今，雖然計算 機的設(shè)計和制造技術(shù)都有了極大的發(fā)展，但今天使用的絕大多數(shù)計算機其工作原理和基 本結(jié)構(gòu)仍然遵循著馮諾依曼的思想。計算機由于所使用的元器件的迅速發(fā)展經(jīng)歷了五個時代，如表1-1所示。代日期邏輯 元件土存輔存速度（次/ 秒）軟件代表產(chǎn)品，-代1946-1957電子管水銀延 遲線磁 鼓磁帶5千4萬機器語百、，匚編語百UNIVAC第二代1958-1964晶體管磁芯磁帶、磁盤幾十萬 幾白力局級語百、管理程序IBM7000、UNIVACII第三代1965-1970中小集 成電路半導(dǎo)體 存儲器磁盤幾白力 幾千萬操作系統(tǒng)診 斷程序IBM system/360第四代1971-現(xiàn)在超大規(guī) 模集成 電路半導(dǎo)體存儲器磁盤、上億固件、網(wǎng)絡(luò)、 數(shù)據(jù)庫第五代智能機能聽、說、看、有思維能力等的新一代的計算機被稱為智能 計算機。表1-1計算機年代的劃分1.1.2 計算機分類計算機按工作原理分可分為：模擬電子計算機、數(shù)字電子計算機、模擬數(shù)字混合計 算機；按功能分可分為專用計算機和通用計算機；按工作模式分可分為工作站和服務(wù)器; 按規(guī)模分可分為：巨型計算機、大型計算機、中型計算機、小型計算機和微型計算機。 如銀河系列計算機：運行速度每秒上百億次，如圖 1-2所示。圖1-2銀河系列計算機1.1.3 計算機特點1 .運算速度快當今計算機系統(tǒng)的運算速度已達到每秒萬億次，微機也可達每秒億次以上，使大量復(fù)雜的科學計算問題得以解決。例如：衛(wèi)星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣預(yù)報的計算等，過去人工計算需要幾年、幾十年，而現(xiàn)在用計算機只需幾天甚至幾分鐘 就可完成。2 .計算精確度高科學技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計算。計算機控制的 導(dǎo)彈之所以能準確地擊中預(yù)定的目標，是與計算機的精確計算分不開的。一般計算機可 以有十幾位甚至幾十位（二進制）有效數(shù)字，計算精度可由千分之幾到百萬分之幾，是任何計算工具所望塵莫及的。3 .存儲容量大計算機不僅能進行計算，而且能把參加運算的數(shù)據(jù)、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果 保存起來，以供用戶隨時調(diào)用。計算機的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計算機具有了 “記憶”功能。隨著計算機存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多。計算機 的“記憶”功能是與傳統(tǒng)計算工具的一個重要區(qū)別。4 .具有邏輯判斷能力計算機的運算器除了能夠完成基本的算術(shù)運算外，還具有對各種信息進行比較、判 斷等邏輯運算的功能。這種能力是計算機處理邏輯推理問題的前提。5 .自動化程度高，通用性強計算機內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進行的。用戶根據(jù)解題需要， 事先設(shè)計好運行步驟與程序，計算機十分嚴格地按程序規(guī)定的步驟操作，整個過程不需 人工干預(yù)，自動化程度高，這一特點是一般計算工具所不具備的。計算機通用性的特點表現(xiàn)在幾乎能求解自然科學和社會科學中一切類型的問題，能 廣泛地應(yīng)用各個領(lǐng)域。1.2 計算機系統(tǒng)組成及應(yīng)用完整的計算機系統(tǒng)包括：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是計算機的“軀干”，是基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)是建立在“軀干”上的“靈魂”。其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。運算器中央處理單元（CPU）控制器主機隨機存儲器（RAM ）I內(nèi)（主）存儲器計算機系統(tǒng)硬件 廠系統(tǒng)外設(shè)軟件系統(tǒng)只讀存儲器（ROM ）外（輔）存儲器（硬盤、軟盤、光盤等）輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標、光筆、圖形掃描儀、觸摸屏等）I輸出設(shè)備（顯示器、打印機、繪圖儀等）系統(tǒng)軟件（Windows98/2000/2003/XP、WIN 7、Linux 等）二應(yīng)用軟件（Word、Excel、Photoshop 等）圖1-3計算機系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)在計算機系統(tǒng)中，硬件是軟件賴以工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件的正常工作是硬件發(fā)揮作 用的唯一途徑。計算機系統(tǒng)必須要配備完善的軟件系統(tǒng)才能正常工作，且充分發(fā)揮其硬 件的各種功能。所以軟件與硬件一樣，都是計算機工作必不可少的組成部分。那么，計 算機由用戶來使用，用戶與計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系如圖1-4所示。1.2.1 硬件系統(tǒng)基本組成電子計算機從誕生至今，其體系結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化，仍舊沿用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，即計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備組成， 如圖1-5所示。圖1-5計算機的基本結(jié)構(gòu)1 .運算器運算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit , ALU ),是計算機對數(shù)據(jù)進行加工 處理的部件，也就是對二進制數(shù)碼進行加、減、乘、除等算術(shù)運算，或進行與、或、非 等的基本邏輯運算，從而實現(xiàn)邏輯判斷。運算器是在控制器的控制下實現(xiàn)算術(shù)邏輯運算 功能，運算結(jié)果由控制器送到內(nèi)存中。2 .控制器控制器是計算機指揮和控制中心。它負責從內(nèi)存中取出指令，確定指令類型，并對 指令進行譯碼，按時間的先后順序，向計算機的各個部件發(fā)出控制信號，使整個計算機 系統(tǒng)的各個部件協(xié)調(diào)一致地工作，從而一步一步地完成各種操作?？刂破髦饕芍噶罴拇嫫鳌⒅噶钭g碼器、程序計數(shù)器、時序部件、操作控制部件等 部件組成。3 .存儲器存儲器是計算機存儲數(shù)據(jù)的部件，用于保存程序及數(shù)據(jù)，以及運算的結(jié)果。包括數(shù) 據(jù)寄存器和地址寄存器。數(shù)據(jù)寄存器用于暫存操作數(shù)和運算結(jié)果，地址寄存器用于存放需要訪問的存儲單元的地址。4 . 輸入設(shè)備輸入設(shè)備負責把用戶命令，包括程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機中，是人與計算機之間對話的重要工具。文字、圖形、聲音、圖像等信息都要通過輸入設(shè)備才能被計算機接受。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數(shù)碼相機等。5 . 輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機運算或處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成用戶所需要的各種形式輸出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機等。1.2.2 軟件系統(tǒng)計算機軟件是各種程序和文檔的總稱，程序是人們?yōu)槭褂嬎銠C完成某向特定的任務(wù)而編寫的按一定次序排列和執(zhí)行的命令和數(shù)據(jù)的集合，文檔則是應(yīng)用各種編輯系統(tǒng)編寫的文本或帶格式的文本。計算機軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指控制、管理和協(xié)調(diào)計算機及其外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運行的軟件的總稱。系統(tǒng)軟件包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務(wù)程序。1 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是管理、控制和監(jiān)督計算機軟、硬件資源協(xié)調(diào)運行的程序系統(tǒng)，由一系列具有不同控制和管理功能的程序組成，它是直接運行在計算機硬件上的、最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)是計算機發(fā)展中的產(chǎn)物，它的主要目的有兩個：一是方便用戶使用計算機，是用戶和計算機的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成復(fù)雜的功能，這就是操作系統(tǒng)幫助的結(jié)果；二是統(tǒng)一管理計算機系統(tǒng)的全部資源，合理組織計算機工作流程，以便充分、合理地發(fā)揮計算機的效率。有關(guān)操作系統(tǒng)的知識將在第 3 章做進一步的介紹。2 程序設(shè)計語言計算機語言是人們根據(jù)描述實際問題的需要而設(shè)計的、 用于書寫計算機程序的語言。程序設(shè)計語言就是人們設(shè)計出來的能讓計算機讀懂并且能完成某特定事的語言。程序設(shè)計語言從低級到高級依次為機器語言、匯編語言、高級語言三類。低級語言包括機器語言和匯編語言。按照語言對機器的依賴程度，可分為：1)機器語言( Machine Language ) 是以二進制代碼形式表示的機器基本指令的集合。它的特點是運算速度快，每條指令都是0 和 1 的組合，不同計算機其機器語言不同，難閱讀，難修改，難移植。2)匯編語言(Assemble Language) 是為了解決機器語言難于理解和記憶，用易于理解和記憶的名稱和符號表示的機器指令。例如，加法指令 ADD傳送指令MOV匯編語言雖比機器語言直觀，但基本上還是一條指令對應(yīng)一種基本操作，對同一問題編寫的程序在不同類型的機器上仍然是互不通用。匯編語言必須經(jīng)過語言處理程序(匯編程序)的翻譯才能被計算機識別。3)高級語言(High Level Language) 是人們?yōu)榱私鉀Q低級語言的不足而設(shè)計的程序設(shè)計語言。它是由一些接近于自然語言和數(shù)學語言的語句組成。易學、易用、易維護。但是由于機器硬件不能直接識別高級語言中的語句，因此必須經(jīng)過“翻譯程序”，將用 高級語言編寫的程序翻譯成機器語言的程序才能執(zhí)行。一般說來用它的編程效率高，執(zhí) 行速度沒有低級語言高。高級語言必須經(jīng)過語言處理程序(編譯程序等)的翻譯才能被 計算機識別。目前最常用的高級語言有：C語言、C+ Java、Delphi等。除機器語言外，采用其他程序設(shè)計語言編寫的程序，計算機都不能直接識別其指令，這種程序稱為源程序，必須把源程序翻譯成等價的機器語言程序，即計算機能識別的0與1的組合，承擔翻譯工作的即為語言處理程序。語言處理程序是把源程序翻譯成與之等價的另一種語言表示的程序。其工作方法有解釋和編譯二種。如圖1-6(a)、(b)所示。圖1-6 (a)編譯過程示意圖圖1-6(b)解釋過程示意圖3 .應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是為計算機在特定領(lǐng)域中的應(yīng)用而開發(fā)的專用軟件。應(yīng)用軟件具體可分為 兩類：面向問題的應(yīng)用程序，如現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)、財務(wù)軟件、訂票系統(tǒng)、電話查詢系 統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、旅館服務(wù)系統(tǒng)。為用戶使用而開發(fā)的各種工具軟件，如診斷程序、 調(diào)試程序、編輯程序、鏈接程序、字處理軟件、圖形處理軟件、系統(tǒng)操作、維護軟件等。應(yīng)用軟件包括的范圍是極其廣泛的，可以這樣說，哪里有計算機應(yīng)用，哪里就有應(yīng) 用軟件。如辦公應(yīng)用 Office、WPS 平面設(shè)計 PhotoShop、Illustrator 、CorelDraw ;視 頻處理 Premiere、After Effects 、會聲會影；網(wǎng)站建設(shè) FrontPage、Dreamwerver;輔 助設(shè)計 Auto CAD;三維制作 3DS Max;多媒體開發(fā) Authorware、Flash等等。1.2.3 計算機應(yīng)用1 .科學計算科學計算通常是指用于完成科學研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學問題的計算，如應(yīng)用 于天氣預(yù)報、地震分析、導(dǎo)彈攔截大量的數(shù)值計算與分析等，是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域。 在計算機誕生初期，計算機主要用于科學計算，在彈道計算上顯示了它的巨大威力。當 時，用ENIAC計算炮彈從發(fā)射到彈道軌道40個點的位置只用了 3秒，代替了 7個小時的人工計算，速度提高了8400倍。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使得各種領(lǐng)域中的計算模型日趨復(fù)雜，人工計算已無法解決這些復(fù)雜的計算問題。科學計算的特點是計算工作量大、 數(shù)值變化范圍大。2 .信息處理信息處理是指對大量的數(shù)據(jù)進行加工處理(如分類、合并、統(tǒng)計、分析等)。使用計算機和其他輔助方式，把人們在各種實踐活動中產(chǎn)生的大量信息：文字、聲音、圖片、視頻等，按照不同的要求，及時地收集儲存、整理、傳輸和應(yīng)用。與科學計算不同，數(shù)據(jù)處理涉及的數(shù)據(jù)量大。信息處理也為社會和經(jīng)濟的管理和決策提供了新的技術(shù)手段，使辦公自動化這一門綜合的科學技術(shù)提高到了一個新的水平。大大提高政府、企業(yè)等的辦公效率，提高領(lǐng)導(dǎo)決策水平。3 計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計( Computer Aided Design ， CAD ) 就是用計算機幫助設(shè)計人員進行設(shè)計。由于計算機有快速的數(shù)值計算、較強的數(shù)據(jù)處理以及模擬的能力，輔助設(shè)計系統(tǒng)配有專門的計算程序用來幫助設(shè)計人員完成復(fù)雜的計算，配有專業(yè)繪圖軟件用來協(xié)助設(shè)計人員繪制設(shè)計圖紙。使CAD 技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。采用計算機輔助設(shè)計后，不但降低了設(shè)計人員的工作量，提高了設(shè)計的速度，更重要的是提高了設(shè)計的質(zhì)量。計算機輔助制造( Computer Aided Manufacturing ， CAM )是用計算機進行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。計算機輔助設(shè)計的產(chǎn)品，可以直接通過專門的加工制造設(shè)備自動生產(chǎn)出來。使用 CAM 技術(shù)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。計算機集成制造系統(tǒng)( Computer Integrated Manufacture System ， CIMS )是指以計算機為中心的現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理與產(chǎn)品開發(fā)制造的新一代制造系統(tǒng)， 是 CAD 、CAPP、 CAM 、 CAE 、 CAQ (計算機輔助質(zhì)量管理) 、 PDMS (產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)) 、管理 與決策、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫及質(zhì)量保證系統(tǒng)等子系統(tǒng)的技術(shù)集成。計算機輔助教學 (Computer Aided Instruction ， CAI) 是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內(nèi)容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術(shù)。CAI 為學生提供一個良好的個人化學習環(huán)境，綜合應(yīng)用計算機的多媒體、超文本、人工智能及知識庫等技術(shù)，克服傳統(tǒng)教學方式單一、片面的缺點，能有效地縮短學習時間、提高教學質(zhì)量和教學效率，實現(xiàn)最優(yōu)化的教學目標。4 計算機自動控制主要應(yīng)用于飛行控制、加工控制、生產(chǎn)線控制、交通指示燈控制等。過程控制又稱實時控制，指用計算機實時采集檢測數(shù)據(jù)，按最佳值迅速地對控制對象進行自動控制或自動調(diào)節(jié)。 利用計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程或裝置的運行過程進行狀態(tài)檢測并實施自動控制。不僅可以大大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準確性，從而改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。5 多媒體技術(shù)應(yīng)用隨著電子技術(shù)特別是通信和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來，構(gòu)成一種全新的概念“多媒體” 。 在 醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。6 電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機的應(yīng)用進一步深入到社會的各行各業(yè)，通過高速信息網(wǎng)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢、高速通信服務(wù) ( 電子郵件、電視電話、電視會議、文檔傳輸) 、電子教育、電子娛樂、電子購物(通過網(wǎng)絡(luò)選看商品、辦理購物手續(xù)、質(zhì)量投訴等)、遠程醫(yī) 療和會診、交通信息管理等。7 .人工智能方面的研究和應(yīng)用人工智能（簡稱AI ）是指計算機模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。 人工智能是計算機應(yīng)用的一個新的領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語言翻譯、機器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計算機模擬人腦的 部分功能進行思維學習、推理、聯(lián)想和決策，使計算機具有一定“思維能力”。我國已開發(fā)成功一些中醫(yī)專家診斷系統(tǒng)，可以模擬名醫(yī)給患者診病開方。機器人是計算機人工智能的典型例子。機器人的核心是計算機。智能機器人具有感知和理解周圍環(huán)境，使用語 言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能，模仿人完成某些動作。機器人不怕疲勞，精確度高， 適應(yīng)力強，現(xiàn)已開始用于搬運、噴漆、焊接、裝配等工作中。機器人還能代替人在危險工作中進行繁重的勞動，如在有放射線、污染有毒、高 溫、低溫、高壓、水下等環(huán)境中 工作。1.3 計算機數(shù)制及轉(zhuǎn)換與運算1.3.1 數(shù)制的概念數(shù)制的種類很多，但在日常生活中，人們習慣使用十進制，所謂十進制，就是逢十 進一。除十進制外，有時還使用十二進制、六十進制，比如一打襪子為十二雙，一年等 于十二個月，即逢十二進一。一小時等于六十分，一分鐘等于六十秒，即逢六十進一， 這是六十進制。在計算機中處理的數(shù)據(jù)是二進制，有時為書寫方便也常用八進制和十六 進制?；鶖?shù)：一組固定不變的不重復(fù)數(shù)字的個數(shù)。例如：二進制數(shù)基數(shù)是 2,十進制數(shù)基數(shù)為10。位權(quán)：某個位置上的數(shù)代表的數(shù)量大小。表示此數(shù)在整個數(shù)中所占的份量（權(quán)重）。數(shù)位是指數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置。二進制Binary notation :具有兩個不同的數(shù)字符號，即 0和1;其基數(shù)為2;二進 制的特點是逢二進一，可用B來表示二進制。十進制Decimal notation :具有十個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,其基數(shù)為10;十進制數(shù)的特點是逢十進一，可用D來表示十進制。八進制Octal notation :具有八個不同白數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7,其基數(shù)為8;八進制數(shù)的特點是逢八進一，通常用Q或O表示。十六進制Hexadecimal notation :具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A曰C、D E、F,其基數(shù)為16,十六進制數(shù)的特點是逢十六進一，用 H 表不。進位制十進制二進制八進制十六進制數(shù)碼0,1,2，,90,10,1,2,.,70,1,.,9,A,B,C,D,E,F規(guī)貝U逢十進一逢二逢八進一逢十六進一基數(shù)R102816位權(quán)10i2i8i16 i表小形式DBQ或OH表1-2十進制和計算機中常用進制其中：i=(0,1,2,3,n)為數(shù)位的編號，表示數(shù)的某一數(shù)位。例如：二進制的 4位位權(quán)值為24=16,十六進制2位位權(quán)值為162=256。每種進制數(shù)有各自的表示形式。例如：110D為十進制數(shù)、110B為二進制數(shù)、110Q為八進制數(shù)、110H為十六進制數(shù)。1.3.2 數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換1 .二進制轉(zhuǎn)換為十進制按權(quán)展開后，相加即得。例如：(1101.011) 2=1 X 23+1 X 22+0X 21+1 X 20+0X 2-1+1 X 22+1 X 23=(13.375) 102 .十進制轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)部分：采用除 2取余法，且除到商為 0為止；按從下往上順序排列余數(shù)即可得到結(jié)果。先取余數(shù)低位，后取余數(shù)高位。小數(shù)部分：采用乘 2取整法，直到小數(shù)部分為 0或達到所要求精度為止(小數(shù)部分可能永遠不會得到 0),最先得到的整數(shù)排在最高位。又例，(241.43) 10= (? ) 2,小數(shù)取 4 位。2聞余數(shù)2 |1201八2600230 0215 02|7 123 12|j 12|0 1計算結(jié)果：(241.43 ) 10= (11110001.011注：一般小數(shù)取四位，要做五位，第五位采璟0. 43X 2高位 00. 86X 211.72X 211.44X 20 0. 88)2手入法：有0舍1入發(fā)，恒舍發(fā)，恒置1發(fā)，列表法等來確定。3 .二、八、十六進制之間的相互轉(zhuǎn)換由于二、八、十六進制之間存在這樣一種關(guān)系:23=8, 24=16。所以，每位八進制數(shù)位組劃分是以0。相當于3位二進制數(shù)，每位十六進制數(shù)相當于 4位二進制數(shù)，在轉(zhuǎn)換時， 小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，中間的 0不能省略，兩頭位數(shù)不足時可補例如：(24.53) 8=(? )224 . 530 1 0 1 0 0. 1 0 1 0 1 1計算結(jié)果：(24.53) 8=(10100.101011) 2又例，(11010010110) 2=( ? ) 1601 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0LJ <J yVvv696計算結(jié)果：(11010010110) 2=( 696) 161.3.3 二進制的算術(shù)運算1 .加法運算運算法則：逢二進一。例如，(11101) 2 + (10101) 2= (110010) 21110 12 9+10101二進制轉(zhuǎn)換十進制+ 2 1< 1 1 0 0 1 05 02 .減法運算運算法則：借一當二。例如，(11001011) 2-(10110110) 2=(10101) 21 1 0 0 1 0 1 12 0 3-10110110 二進制轉(zhuǎn)換十進制一1 8 2 0 0 0 1 0 1 0 12 11.3.4 二進制的邏輯運算1 .邏輯或運算運算符：“+”或“V”。運算規(guī)則如下: 0+0=0 或 0 V 0=00+1=11+0=11+1=1或 0V1=1或 1 V0=1或 1V1=1例如：(110101)V (101100) 2 =(111101) 2110 10 1V 10 11 0 011110 12 .邏輯與運算運算符： “X”或。運算規(guī)則如下： 0X0=0或 0八0二0 0X1=0 或 0八1二0 1X 0=0 或 1A 0=0 1X1=1 或 1八1=1例如：(101101) 2 A (110110) 2 =(100100) 23 .邏輯非運算運算符：“”。運算規(guī)則如下：4 0的非為15 1的非為0_例如：x=100101,則 X=0110106 .邏輯異或運算運算符：“葭。運算規(guī)則如下： 0® 0=0 01=1 10=1 1 ® 1=0例如：(110010) 2 (101011) 2=(011001) 21.4數(shù)據(jù)信息的表示與存儲1.4.1 數(shù)據(jù)的存儲單位計算機中的數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)值數(shù)據(jù)是有量的大小，而非數(shù)值數(shù) 據(jù)是字符、聲音、圖形以及動畫等，所有類型的數(shù)據(jù)在計算機中都是用二進制形式表示 和存儲的。計算機常用的存儲單位有位、字節(jié)和字。位(bit )： 一個二進制位稱為比特，用 b表示，是計算機中存儲數(shù)據(jù)的最小單位。一個二進制位只能用表示 0或1兩種狀態(tài)。字節(jié)(Byte):八個二進制位稱為字節(jié)，通常用 B表示，字節(jié)是計算機數(shù)據(jù)處理和存 儲的基本單位。字（Word）: 一個字由若干個字節(jié)組成的（通常取字節(jié)的整數(shù)倍），是計算機一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長度，也是衡量計算機精度和運算速度的主要技術(shù)指標，字長越長，性能越好。計算機型號不同，其字長也不同，常用的字長有8位、16位、32位和64位。計算機存儲容量的大小是用字節(jié)的多少來衡量，通常使用的衡量單位是B、KB MBGB或TB,其中B代表字節(jié)，這些衡量單位之間的換算關(guān)系如下：1B=8bit , 1KB=1024R 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB1.4.2 小數(shù)的表示（定點數(shù)和浮點數(shù)）1.機器數(shù)機器數(shù)是指數(shù)在計算機中的表示形式；機器數(shù)真正表示的數(shù)值稱為這個機器數(shù)的真值。機器數(shù)有三個特征：1）機器數(shù)據(jù)表示的數(shù)的范圍受計算機字長的限制例如：8位字長的無符號整數(shù)的最大范圍是（11111111 ） 2 =（255） 10,運算時如果數(shù)值超過機器所能表示的范圍，運算就會因出錯而終止。這種情況稱為“溢出”。2）機器數(shù)的符號位被數(shù)值化數(shù)值數(shù)據(jù)有正負之分，機器數(shù)也有正有負。在計算機中，總是用數(shù)的最高位表示數(shù)的符號，并且規(guī)定 0表示正數(shù)，1表示負數(shù)。3）機器數(shù)的小數(shù)點處于約定的位置小數(shù)的表示兩種表示方法：定點數(shù)和浮點數(shù)。定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定不變；浮 點數(shù)：允許小數(shù)點位置浮動。2 .定點數(shù)的表示規(guī)定一個小數(shù)點固定的位置，采用把小數(shù)點固定在最低位的右邊或符號位的右面，即把參加運算的數(shù)化為純整數(shù)或純小數(shù)。例如：二進制數(shù) N可以寫成 N=25XS式中：S稱為數(shù)N的尾數(shù)；P稱為數(shù)N的階碼；2稱為階碼的底。S表示數(shù)N的全部有效數(shù)字，階碼P指明了小數(shù)點的位置，定點數(shù)的階碼P值是固定的。1）定點整數(shù)的表示法P=0,而S為純整數(shù)，則小數(shù)點的位置定在S之后：符號位尾數(shù)S2）定點小數(shù)的表示法小數(shù)點S為純小數(shù)，小數(shù)點固定在符號位的右面：符號位尾數(shù)S小數(shù)點3 .浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的階碼p值不是固定的，而是可以浮動的。這時：N=25XS式中：階碼為可變的整數(shù)，并且可以是正數(shù)，也可以是負數(shù)；尾數(shù)S也可正、可負。通常用一位二進制數(shù) Pf表示階碼的符號位，用一位二進制數(shù) Sf表示尾數(shù)的符號位。 浮點數(shù)表示法：階碼部分為定點整數(shù)，尾數(shù)部分為定點小數(shù)。Pf階碼PSf尾數(shù)S1.4.3 原碼、反碼、補碼的表示數(shù)在計算機中是以二進制形式表示的，它分為有符號數(shù)和無符號數(shù)。原碼、反碼、補碼都是有符號定點數(shù)的表示方法，一個有符號定點數(shù)的最高位為符號位，0表示正，1表示負。在計算機內(nèi)，定點數(shù)有 3種表示法：原碼、反碼和補碼。1 .原碼的表示原碼表示法是機器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號位用0表示正號，用：表示負號，數(shù)值一般用二進制形式表示。設(shè)有一數(shù)為X,則原碼表示可記作：X原。1）小數(shù)原碼的定義0<X<11-X-1<X <02）整數(shù)原碼的定義0<X<2-2n <X<0當 X=0 時，+0原=00000000, -0原=10000000。表示方法如下：X> 0,則符號位為0,其余照抄；XW 0,則符號位為1,其余照抄。例如，X=+1001001,X原=010010012 .反碼的表示機器數(shù)的反碼可由原碼得到。如果機器數(shù)是正數(shù)，則該機器數(shù)的反碼與原碼一樣； 如果機器數(shù)是負數(shù)，則該機器數(shù)的反碼是對它的原碼（符號位除外）各位取反而得到的。 設(shè)有一數(shù)X,則X的反碼表示記作X反。1）小數(shù)反碼的定義n-10<X<11<X<02）整數(shù)反碼的定義X X0< X<2 n兇反=Y2 2n+1-1-X-2n <XW0當 X=0 時，+0反=00000000, -0反=11111111。表示方法如下:若XA0,符號位為0,其余照抄；若XW 0,符號位為1,其余按位取反。例如，X=+1001001,X反=010010013 .補碼的表不機器數(shù)的補碼可由原碼得到。如果機器數(shù)是正數(shù)，則該機器數(shù)的補碼與原碼一樣;如果機器數(shù)是負數(shù)，則該機器數(shù)的補碼是對它的原碼（除符號位外）各位取反，并在未 位加1而得到的。設(shè)有一數(shù) X,則X的補碼表示記作X補。0<X<1-1<X <00<X<2 n-2n <X < 02）整數(shù)補碼的定義X X兇反=Y2 2n+1+X0補碼是00000000補碼沒有正0與負0之分。表示方法如下：若XA0,符號位為0,其余照抄；若XW 0,符號位為1,其余取反后，最低位加1。例如，X=+1001001,X補=010010013）補碼的性質(zhì)X+Y補=兇補+丫補，即兩數(shù)之和的補碼等于各自補碼的和。例如，X=+0110011, Y=-0101001 ,求X+Y補。兇 補=00110011Y補=11010111X+Y補=兇 補+Y補=00110011+11010111=00001010注：因為計算機中運算器的位長是固定的，上述運算中產(chǎn)生的最高位進位將丟掉, 所以結(jié)果不是 100001010 ,而是00001010。x-y補=兇補+-y補，即兩數(shù)之差的補碼等于被減數(shù)的補碼與減數(shù)相反數(shù)的補碼之 和。例如，X=+0111001,Y=+1001101 ,求X-Y補。兇補=00111001Y補=01001101 -Y補=10110011X-Y補=兇 補+-Y補=00111001+10110011=11101100x補補=兇原，即按求補的方法，對x補再求補一次，結(jié)果等于x原。4.反碼的表示正數(shù)的反碼與其原碼相同；負數(shù)的反碼是對其原碼逐位取反，但符號位除外。補碼表示法規(guī)定：正數(shù)的補碼與其原碼相同；負數(shù)的補碼是在其反碼的末位加1。拿單字節(jié)整數(shù)來說，無符號型，其表示范圍是0, 255，總共表示了 256個數(shù)據(jù)。有符號型，其表示范圍是-128 , 127。1.4.4 ASCII 編碼字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的字母、數(shù)字以及計算機能識別的其他符號，使用最廣泛的ASCII字符碼編碼，即美國國家標準信息交換碼(American Standard CodeforInformation Interchange )。如表 1-3 所示。、,b7b6b5000001010011100101110111b4b3b2b1、(0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)0000(0)NULDLESP0P'P0001(1)SOHDC1!1AQaq0010(2)STXDC22BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDE4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110 (6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*JZjz1011(B)VTESC+;Kk1100 (C)FFFS,<Ll|1101(D)CRGS-=Mm1110 (E)SORS.>MAn1111(F)SIUS/?O-oDEL表1-3 ASCII字符編碼ASCII碼用7位二進制數(shù)表示一個字符，排列順序為b7b6b5b4b3b2b1,并且規(guī)定用一個字節(jié)的低7位表示字符編碼，最高位恒為 0。7位二進制數(shù)共可以表示128個字符，這些字符包括26個大寫英文字母、26個小寫英文字母、10個十進制數(shù)字、32個標點符號、 運算符、專用字符以及 34個通用控制字符。例如：" CR'符的ASCII碼的十六進制為“ 0DH , " LF”符的ASCII碼的十六進制 為“0AHT , “ SP”符的ASCII碼的十六進制為“ 20H' , "9”的 ASCII碼的十六進制為 “39HT , “W白A ASCII碼的十六進制為“ 57H'等等。1.5漢字信息的處理每個國家使用計算機都要處理本國語言。1980年我國頒布了信息交換用漢字編碼字符集-基本集，即國家標準 GB2312-80。共收集漢字6763個，分為兩級。第一級 3755 個漢字，屬常用漢字，按漢字拼音字母順序排列。第二級 3008個漢字，屬次常用漢字， 按部首排列。1995年我國又頒布了漢字編碼擴展規(guī)范 （GBK。GBKW GB 2312-1980國家標準 所對應(yīng)的內(nèi)碼標準兼容，同時在字匯一級支持ISO/IEC10646-1和GB13000-1的全部中、日、韓（CJK）漢字，共計 20902字。1.計算機處理漢字的關(guān)鍵1）首先將每個漢字以外部碼輸入計算機。2）將外部碼轉(zhuǎn)換成計算機能識別的漢字內(nèi)碼進行存儲。3）將內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼輸出。2.漢字外部碼漢字外部碼又稱為漢字輸入碼，是指從鍵盤上輸入漢字時采用的編碼。目前廣泛使 用的漢字輸入編碼有很多種。1）以漢字讀音為基礎(chǔ)的拼音碼，如全拼輸入法、雙拼輸入法、詞匯輸入法、智能ABC 輸入法等；2）以漢字字形為基礎(chǔ)的字形碼，如五筆字型輸入法；3）音形碼，綜合拼音碼和字型碼的特點，如自然碼等；4）數(shù)字碼，如區(qū)位碼、電報碼、內(nèi)碼等。不同的漢字輸入方法有不同的外碼，但內(nèi)碼只能有一個。好的輸入方法應(yīng)具備規(guī)則 簡單、操作方便、容易記憶、重碼率低、速度快等特點。3.漢字國標碼GB2312-80編碼簡稱國標碼。由于漢字數(shù)量大，無法用一個字節(jié)進行編碼，因此使用 兩個字節(jié)對漢字進行編碼。規(guī)定兩個字節(jié)的最高位用來區(qū)分ASCII碼。這樣國標碼用兩個字節(jié)的低7位對漢字進行編碼。ASCII0ASCII碼低了位國標招： 0國標碼第一字節(jié)低1位0國標碼第二字節(jié)保1比一個字節(jié)只能有128-34=94種狀態(tài)用于漢字編碼（34是指34種控制字符），兩個字節(jié)可以表示94X94=8836種狀態(tài)。在基本集中漢字是按規(guī)則排列成94行和94列的矩陣，形成漢字編碼表，其行號稱為區(qū)號，列號稱為位號，第一個字節(jié)表示漢字在國標字符集中的區(qū)號，第二個字節(jié)表示漢字在國標字符集中的位號。每一個漢字在94X94的矩陣中都有一個固定的區(qū)號和位號，即區(qū)位碼，這個碼是唯一的，不會有重碼字。把換算成十六進制的區(qū)位碼加上 2020H,就得到國標碼。前面講過國標碼是用兩個字節(jié)（高位為0）來表示，為便于計算機能正確區(qū)分漢字字符與英文字符，在國標碼加上8080H （即將兩字節(jié)的最高位0都置為1,以示區(qū)別ASCII碼），就得到常用的計算機機內(nèi)碼。國標碼是以十六進制數(shù)字編碼，編碼范圍是從2121H（21H即為十進制的33）到7F7FH（7FH即為十進制的127）。因此，國標碼二區(qū)位碼（用十六進制表示）+2020Ho例如：漢字“大”的區(qū)號為 20,位號為83,即“大”的區(qū)位碼為 2083（0823H）; “大” 的國標碼為 2843H （ 0823H+2020H），機內(nèi)碼為 A8C3H （2843H+8080H）。4.漢字字形碼字形碼又稱漢字字模，用于漢字的輸出。漢字的字形通常采用點陣的方式產(chǎn)生。漢字點陣有16X16點陣、32X32點陣、64X64點陣，點陣不同，漢字字形碼的長度也不 同。點陣數(shù)越大，字形質(zhì)量越高，字形碼占用的字節(jié)數(shù)越多。如圖1-7是“國”字24X24的點陣字形。深色小正方形可以表示一個二進制位的信息“1”，淺色小正方形表示二進制位的信息“ 0漢字字形碼又稱為漢字輸出碼或漢字發(fā)生器的編碼。例：按32X32點陣存放兩級漢字的漢字庫，大約需要占用多少字節(jié)？解：32X32X6763+ 8=8656645 845KB大約需要845KB各種編碼之間白關(guān)系如圖1-8所示。漢字字形數(shù)字化后，以二進制文件的形式存儲在存儲器中，構(gòu)成漢字字形庫或漢字 字模庫，簡稱漢字字庫。它的作用是為漢字的輸出設(shè)備提供字形數(shù)據(jù)。漢字字形信息的 存儲方法有兩種：整字存儲法、壓縮信息存儲法。漢字字庫分為：1）硬字庫：它將漢字庫固化在ROhM EPROMK2）軟字庫：它將漢字庫存放在某種外存設(shè)備（如硬磁盤、軟磁盤）上。區(qū)位碼輸入拼音輸入拼形輸入漢字國標碼漢字機內(nèi)碼圖1-8各種編碼之間的關(guān)系習題一一、選擇題1. 世界上第一臺電子計算機誕生于()A. 20 世紀 40 年代 B. 19 世紀C. 20 世紀 80 年代 D. 1950 年2 最能準確描述計算機的主要功能的是B .計算機可以存儲大量信息.計算機可以實現(xiàn)高速度的計算。D .硬盤C. 外存儲器D .控制器D .字長C. 字處理軟件D .應(yīng)用軟件內(nèi)存A 計算機可以代替人的腦力勞動C 計算機是一種信息處理機D3 微型計算機的性能指標主要取決于A. RAM B . CPU C.顯示器4 .硬盤是計算機的A. 中央處理器 B 內(nèi)存貯器5 .存儲器容量的基本單位是A. 字位 B .字節(jié) C .字碼6 .“財務(wù)管理”軟件屬于A. 工具軟件B .系統(tǒng)軟件7 .下列存儲器中，存取速度最慢的是A. 軟盤 B .硬盤 C 光盤 D .8 . 計算機采用二進制不是因為()A. 物理上容易實現(xiàn)B. 規(guī)則簡單C. 邏輯性強D. 人們的習慣9 .以下十六進制數(shù)的運算，是正確的.A. 1+9=A B . 1+9=B C . 1+9=C D . 1+9=1010 .以下字符， ASCII 碼值最小的是A . A B .空格 C . 0 D . h11 . 下列說法不正確的是() 。A. 數(shù)據(jù)經(jīng)過加工成為信息B. 數(shù)據(jù)指文字，符號、聲、光等C. 信息就是數(shù)據(jù)的物理表示D. 信息與數(shù)據(jù)既有區(qū)別又有聯(lián)系12 . 計算機的機器語言程序是用()表示的。A. ASCII 碼 B. 二進制代碼C. 外碼 D. 目標碼二、簡答題1 .簡述計算機的發(fā)展史。2 .計算機的特點是什么？3 . 計算機的性能指標有哪些？4 .簡述計算機的組成及其原理。5 .計算下列進制轉(zhuǎn)換：(1023) 10=()2(569)10=()16(101101001)2=( )105 國標碼怎么表示？