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计算机基础知识1


计算机基础知识

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第一节 计算机的基本常识 1.1 计算机的产生与发展 计算机的产生是 20 世纪最重要的科学技术大事件之一。世界上的第一台计算机(ENIAC)于 1946 年诞生在美国宾夕法尼亚大学,到目前为止,计算机的发展大致经历了四代: ① 第一代电子管计算机,始于 1946 年,结构上以 CPU 为中心,使用计算机语言,速 度

慢,存储量小,主要用于数值计算; ② 第二代晶体管计算机,始于 1958 年,结构上以存储器为中心,使用高级语言,应 用范围扩大到数据处理和工业控制; ③ 第三代中小规模集成电路计算机,始于 1964 年,结构上仍以存储器为中心,增加 了多种外部设备,软件得到了一定的发展,文字图象处理功能加强; ④ 第四代大规模和超大规模集成电路计算机,始于 1971 年,应用更广泛,很多核心 部件可集成在一个或多个芯片上,从而出现了微型计算机。 我国从 1956 年开始电子计算机的科研和教学工作, 1983 年研制成功 1 亿/秒运算速度的 “银河”巨型计算机,1992 年 11 月研制成功 10 亿/秒运算速度的“银河 II”巨型计算机, 1997 年研制了每秒 130 亿运算速度的“银河 III”巨型计算机。 目前计算机的发展向微型化和巨型化、多媒体化和网络化方向发展。计算机的通信产 业已经成为新型的高科技产业。计算机网络的出现,改变了人们的工作方式、学习方式、思 维方式和生活方式。 1.2 计算机系统及工作原理 1.计算机的系统组成 计算机系统由软件和硬件两部分组成。硬件即构成计算机的电子元器件;软件即程序和有关 文档资料。 (1) 计算机的主要硬件

输入设备:键盘、鼠标、扫描仪等。 输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。 中央处理器(CPU):包括控制器和运算器运算器,可以进行算术运算和逻辑运算; 控制器是计算机的指挥系统,它的操作过程是取指令——分析指令——执行指令。 存储器:具有记忆功能的物理器件,用于存储信息。存储器分为内存和外存 ①内存是半导体存储器(主存):
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它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器(Cache); ROM:只能读,不能用普通方法写入,通常由厂家生产时写入,写入后数据不容易丢失,也 可以用特殊方法(如紫外线擦除(EPROM)或电擦除(EEPROM_)存储器); RAM:可读可写,断电后内容全部丢失; Cache:因为 CPU 读写 RAM 的时间需要等待,为了减少等待时间,在 RAM 和 CPU 间需要设置 高速缓存 Cache,断电后其内容丢失。 ②外存: 磁性存储器——软盘和硬盘; 光电存储器——光盘, 它们可以作为永久存器; ③存储器的两个重要技术指标:存取速度和存储容量。 内存的存取速度最快(与 CPU 速 度相匹配),软盘存取速度最慢。 存储容量是指存储的信息量,它用字节(Byte)作为基本单位, 1 字节用 8 位二进制数表示,1KB=1024B,1MB=1024KB,lGB=1024MB (2)计算机的软件 计算机的软件主要分为系统软件和应用软件两类: ①系统软件:为了使用和管理计算机的软件,主要有操作系统软件如,WINDOWS 95/98 / 2000/NT4.0、DOS 6.0、UNIX 等;WINDOWS 95/98/2000/NT4.0 是多任务可视化图 形 界面,而 DOS 是字符命令形式的单任务的操作系统。 ②应用软件:为了某个应用目的而编写的软件,主要有辅助教学软件(CAI)、辅助设计软 件(CAD)、文 字处理软件、工具软件以及其他的应用软件。 2.计算机的工作原理 到目前为止,电子计算机的工作原理均采用冯.若依曼的存储程序方式,即把程序存储在计算 机内,由计算机自动存取指令(计算机可执行的命令=操作码+操作数)并执行它。工作原理 图如下:

计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。 预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列(称为程序)和原始数据通过输入设备输送到
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计算机内存贮器中。每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数,进行什么操作,然后 送到什么地址去等步骤。 计算机在运行时,先从内存中取出第一条指令,通过控制器的译码,按指令的要求,从 存贮器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工,然后再按地址把结果送到内存中去。 接下来,再取出第二条指令,在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去,直至遇到停 止指令。 程序与数据一样存贮,按程序编排的顺序,一步一步地取出指令,自动地完成指令规定的 操作是计算机最基本的工作原理。 这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于 1945 年 提出来的,故称为冯.诺依曼原理。 1.3 计算机中有关数及编码的知识 1.计算机是智能化的电器设备 计算机就其本身来说是一个电器设备,为了能够快速存储、处理、传递信息,其内部采用了 大量的电子元件,在这些电子元件中,电路的通和断、电压高低,这两种状态最容易实现, 也最稳定、也最容易实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态,用 0,1 来表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。 2.二进制数的运算法则 二进制数运算非常简单,计算机很容易实现,其主要法则是: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1

由于运算简单, 电器元件容易实现, 所以计算机内部都用二进制编码进行数据的传送和计算。 3.十进制与二进制、八进制、十六进制数之间的相互转换 (1)数的进制与基数 计数的进制不同,则它们的基数也不相同,如表 1-1 所示。 进制 二进制 八进制 基数 0 ,1 0,1,2,3,4,5,6,7 特点 逢二进一 逢八进一 逢十六进一

十六进制 0,1,2,...,9,A,B,C,D,E,F (2)数的权

不同进制的数,基数不同,每位上代表的值的大小(权)也不相同。 如:(219)10=2*10 +1*10 +9*10
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(11010)2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20 (273)8=2*82+7*81+3*80 (27AF)16=2*163+7*162+10*161+15*160
(3)十进制数转换任意进制 1) 将十进制整数除以所定的进制数,取余逆序。 (39)10=(100111)2 (245)10=(365)8

2)将十进制小数的小数部分乘以进制数取整,作为转换后的小数部分,直到为零或精确 到小数点后几位。 如:(0.35)10=(0.01011)2 (4)任意进制的数转换十进制 按权值展开: 如:(219)10=2*102+1*101+9*100 (11010)2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20=26 (273)8=2*82+7*81+3*80=187 (7AF)16=7*162+10*161+15*160=1867 4.定点数与浮点数 定点数是指数据中的小数点位置固定不变。由于它受到字长范围的限制,所能表示的数的范 围有限,计算结果容易溢出。 浮点数的形式可写成:N=M*2E(其中 M 代表尾数,E 代表阶码)其形式如下: 阶码 尾数(包括符号位) (0.125)10=(0.001)2

5.ASCII 编码 由于计算机是电器设备,计算机内部用二进制数,这样对于从外部输入给计算机的所有信息 必须用二进制数表示,并且对于各种命令、字符等都需要转换二进制数,这样就牵涉到信息 符号转换成二进制数所采用的编码的问题,国际上统一用美国标准信息编码(ASCII)它可 用 7 位二进制数表示, 存储时用一个字节, 它的最高位为 0。 因此基本的 ASCII 字符集有 128 个如: 0-9:48-57:00110000-... A-Z:65-90 :01000001-... a-z:97-122:01100000-...
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6.汉字编码与汉字输入法 (1)机内码 ASCII 码不能表示汉字,因此要有汉字信息交换码,我国国家标准是 GB2312,它也被称作国 际码。它由两个字节组成,两个字节的最高位都为 1。 GB2312 共收纳 6763 个汉字,其中, 一级汉字(常用字)3755 个按汉字拼音字母顺序排列,二级汉字 3008 个按部首笔画次序排 列。 (2)汉字输入码(外码) 目前,汉字输入法主要有键盘输入、文字识别和语音识别。键盘输入法是当前汉字输入的主 要方法。它大体可以分为: 流水码:如区位码、电报码、通信密码,优点重码律少,缺点难于记忆; 音码:以汉语拼音为基准输入汉字,优点是容易掌握,但重码律高; 形码:根据汉字的字型进行编码,优点重码少,但不容易掌握; 音形码:将音码和形码结合起来,能减少重码律同时提高汉字输入速度。 (3)汉字字模 供计算机输出汉字(显示和打印)用的二进制信息叫汉字字形信息也称字模。通用汉字字模 点阵规格有 16*16, 24*24, 32*32, 48*48, 64*64, 每个点在存储器中用一个二进制位 ((bit) 存储,如一个 16*16 点阵汉字需要 32 个字节的存储空间。 1.4 原码、反码与补码 在计算机中,数据是以补码的形式存储的: 在 n 位的机器数中,最高位为符号位,该位为零表示为正,为 1 表示为负; 其余 n-1 位为数值位,各位的值可为 0 或 1。 当真值为正时:原码、反码、补码数值位完全相同; 当真值为负时: 原码的数值位保持原样, 反码的数值位是原码数值位的各位取反, 补码则是反码的最低位加一。 注意符号位不变。 如:若机器数是 16 位: 十进制数 17 的原码、反码与补码均为: 0000000000010001

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十进制数-17 的原码、反码与补码分别为:1000000000010001、1111111111101110、 1111111111101111 1.5 逻辑运算 1.逻辑运算 逻辑与:同真则真 逻辑或:有真就真 逻辑非:你真我假 逻辑异或:不同则真 2.按位运算 按位与∩:同 1 则 1 如 10010101∩10110111=10010101 按位或∪:有 1 则 1 如 10010101∪10110111=10110111 3.逻辑化简 化简定律: (1)交换律: A + B = B + A ,A·B = B·A (2)结合律: (A + B)+ C = A + (B + C ), (A·B)·C = A·(B·C) (3)幂等律: A·A = A , A + A = A (4)吸收律: A·(A + B )= A , A +(A·B)= A (5)分配律: A·(B + C )= A·B + A·C , A +(B·C)=(A + B)·(A + C) (6)互补律: A + A = 1 ,A· A = 0 (7)非深入:A + B = A · B , A·B = A +B
一 一 一 一 一 一 一

(8)0-1 律: A + 0 = A , A + 1 = 1 , A·1 = A , A·0 = 0 例:化简函数 Q = AD + AD + AB + ACEF。这个函数有 5 个自变量,化简过程如下: Q = AD + AD + AB + ACEF = A + AB + ACEF = A + ACEF = A 练习:求证: (A+B)(A+C)=AB+AC
一 一 一

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