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1、第一章 概述,教学目标,了解计算机发展的历史计算机分类知道计算机的设备组成了解计算机工作过程学习掌握二级制码的计算 了解信息数字化处理的工程,教学重、难点,重点：现代计算机的构成计算机的工作过程计算机中的二进制难点：二进制中的转换计算计算机的构成,1.1计算机的由来和发展,史前世,Babbage(17921871年),查理斯巴贝奇1822年制作了第一台差分机,1938年，楚泽(K.Zuse)完成了一台可编程数字计算机Z-1的设计,艾肯(H.Aiken)1944年电磁式计算机叫Mark，也叫“自动序列受控计算机”。,近代史,第一台现代电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒体重28吨占地17
2、0m218800只电子管1500个继电器功率150KW1946年建于宾夕法尼亚大学,计算机发展史,第四代（197190年代）集成电路几百万几亿（次/秒）,1964年911机,1966年112机,现代电子计算机发展的几个阶段,计算机发展史,第一代（19461956）电子管5千4万（次/秒）,香侬是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。而且是被称为人工智能之父。阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证计
3、算速度；3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,图灵与图灵机,为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”,计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。,图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。,John von Neumann冯诺依曼,1949 EDSAC,冯诺依曼计算机,存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序
4、中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,1.2计算机的组成,根据冯诺依曼的原理计算机是一种在存储的指令集控制下，接受输入、处理数据、存储数据、并产生输出的设备。根据冯诺依曼原理计算机的构成就该包括运算器，控制器，存储设备，输入设备，输出设备。,输出设备,输入设备,计算机系统论,冯诺依曼所提出的计算机五大构成，形成了计算机硬件的理论支持，可是只有硬件是构成不了计算机的。好比只拥有的烤箱，却没有面粉，这样是做不了面包的，我们还需要软件系统的帮助。可在最初的计算机发展中，它好像被忽略了。我们要从系统论的角度来审视计算机。那么计算机应该有硬件系统和软件系统两部分组成。,1.3计算
5、机分类,1989年IEEE（美国电子工业委员会）提出了按照运算速度来分类的方式。计算机分为了：巨型计算机 大型计算机 小型计算机 网络计算机 微型计算机常见的微型机还可以分为台式机、便携机、笔记本电脑、掌上型电脑等多种类型,拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。在气象、军事、能源等领域承担大规模、高速度的计算任务。趋势是用许多台计算机构成一台超级计算机。,巨型计算机,83年银河-I亿次机,92年银河-II10亿次机,97年银河-III百亿次机,大中型计算机,具有比小型机更强的数据处理能力。价格比小型机高。在银行等最早使用计算机的行业中广泛使用。,中科院计算技术研究所国家智能机中心研制的每秒
6、200亿次的曙光2000型超级服务器,小型计算机,具有比微机更强的数据处理能力和数据存储能力。多个用户可以同时使用（多用户，Multi-user）。目前主要用作服务器。,微型计算机（微机，Microcomputer）台式计算机（Desktop）,是通用计算机。通常是由一个用户来使用（单用户，Single-user）。配有文字、声音、图像等输入输出设备。可通过网络与其他计算机相连。高档台式机可充当服务器。,微型计算机（微机，Microcomputer）膝上型电脑（Laptop）/笔记本计算机（Notebook）,功能与台式机类似。一体化结构。耗电更少，并配有电池，可在没有交流电源的场合使用。可装
7、在文件包中。,微型计算机（微机，Microcomputer）掌上型电脑（Palmtop）、个人数字助理（PDA,Personal Digital Assistant）,向用户提供专门的功能。靠电池供电。可装在衣袋中。有些已具有无线通信能力。是嵌入式计算机的一类。,工作站（Workstation）,以联网为标志。计算能力比台式机更强，特别是在图形处理方面。价格比台式机高得多。随着台式机能力的不断提高，有可能被台式机所替代。,服务器（Server）,一种在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。可分为文件服务器、通信服务器、打印服务器等。,IBM z 系列z900 服务器,IBM z系列z990服
8、务器,网络计算机（net computer）,一种在网络环境下使用的终端设备，其特点是内容量大、显示器的性能高、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。,网络计算机,1.4计算机的工作原理,计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”,算术运算逻辑累加寄存器数据缓冲器状态寄存器,程序计数器指令寄存器指令编译器操作控制器,从内存中取出一条指令，并指向下一条指令对指令进行编译，产生操作控制信号（读下一次内存）指挥并控制CPU，内存，I/O设备间的数据流动方向。,1+1,+,取数字,总线,总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要由地址、数据和控制三大总线组
9、成，每种总线都由若干根信号线（总线宽度）构成。,存储器,I/O接口,输入设备,I/O接口,数据总线 DB,控制总线 CB,地址总线 AB,输出设备,CPU,三大总线,计算机工作原理,1.5计算机当中的数据表示,为什么二进制被叫做计算机的语言,计算机是一个数字化的设备，他所能处理的实际信息只能是简单的电脉冲信号（+5V和0V）。而二进制数值0或1则可以对应表示+5V和0V。所以二级制就成为了计算机能读懂的语言。而我们的现实生活中的文字，图像，音乐只有被数字化以后才能够被计算机所处理。数字化把其他格式的信息转变成为0,1二进制数码。,什么是二进制,十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,
10、7,8,9二进制R=2，可使用0,1八进制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一，借一当R”,进制的概念,计算机软件概述,例如：十进制1+1=2 二进制1+1=10,二进制的单位,位(bit)-每一个二进制数值所占的位置，记作”b”。例如：10010是一个5位的二进制数，大小为5b。字节(byte)由8个二进制位bit的数值组成，记作”B”。他是最主要的计数单位。例如：10010110是一个8位二进制数，记作1B。KB（kilobyte）=1024 B=210字节MB（megebyte）=1048576 B=220字节GB
11、（gigabyte）=230B字由二个字节组成。ASCII编码一个汉字就是二个字节大小。以16进制表示 Unicode编码为全世界所有字符编码，一个字节,二进制的转换,十进制二进制整数部分除以2直到商为0，将余数从下向上逆序排列。小数部分乘以2，取走整数部分1，再将剩余小数部分乘以2，直到乘积小数部分为0，将乘积的整数部分成上到下顺序排列。例如：（158.625）10求其二进制数2 158-0 2 79-1 2 39-1 2 19-1 2 9-12 4-02 2-02 1-1 0商为0，停止,0.625*2=1.25-10.25*2=0.5-00.5*2=1.0-1小数部分为0 停止,1001
12、1110,101,结果为：（10011110.101）2,二进制的转换,二进制十进制整数部分-二进制1，0乘以2的n-1次方，n为对应的bit位数。小数部分-二进制1,0 乘以2的-n次方，n为对应的bit位数。例如：111001.10111*25+1*24+1*23+0*22+0*21+1*20=571*2-1+0*2-2+1*2-3+1*2-4=0.6875结果为：57.6875,二进制中的编码,数的码制：原码，反码，补码（8位二进制）他们有正负数之分。正数的原码：最高位是0（第八位）表示符号为“+”其余表示数的绝对值。正数的反码：和原码一样正数的补码：和原码一样负数的原码：最高位是1，表
13、示符号为“-”其余表示数的绝对值。负数的反码：最高符号位1不变，其他位按位求反。负数的补码：器反码的末尾加1。,例如（-26）10求他的原码，反码，补码226-0213-126-023-121-1 0,计算(一)考试重点,(+26)10=(00011010)2原码(-26)10原=(10011010)2原码(-26)10反=(11100101)2反(-26)10补=(11100101)+1=111001102补,计算(二)考试重点,例如：由X补码=（01011001）2 求其十进制数。符号位为0说明X是正数，则X的原码和补码相同。X=+（1*26+0*25+1*24+1*23+1*20）=（8
14、9）10例如：X补码=（11011010）2 求其十进制数。符号位为1说明X是负数，则X的原码等于补码除符号位按位求反再加1。X原=X补求反+1=（10100101反+1）=0100110X=-（1*25+1*22+1*21）=（-38）10,二进制中的编码规则,对十进制数字编码（BCD码）用4位二进制位来表示一个十进制位。例如：（15.6）=10101.0110,6,5,0001,1,二进制中的编码规则,对字符进行编码（ASCII码）美国信息交换标准码用7位二进制数表示每个字符。ASCII为128个字符进行了编码其中包括(大小写字母，标点，数字等)。例如：“1000001”ASCII吗A扩展
15、ASCII码用8位二进制数为256个字符编码，在ASCII的基础之上添加了加框文字，圆圈等其它图形符号。它是目前字符编码中使用最为广泛的。,二进制中的编码规则,对汉字的编码机外码也就是我们所说的输入法 五笔字型，拼音，区位码机内码：计算机内部所对应的汉字编码国标码：即中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码，简称国标码 GB2312 国标码与ASCII码属同一制式，可以认为它是扩展的ASCII码。在7位ASCII码中可以表示128个信息，其中字符代码有94个。国标码是以94个字符代码为基础，其中任何两个代码组成一个汉字交换码，即由两个字节表示一个汉字字符。第一个字节称为“区”，第二个字节称为“位
16、”。这样，该字符集共有94个区，每个区有94个位，最多可以组成9494=8836个字。在国标码表中，共收录了一、二级汉字和图形符号7445个。其中图形符号682个，分布在115区；一级汉字(常用汉字)3755个，按汉语拼音字母顺序排列，分布在1655区；二级汉字(不常用汉字)3008个，按偏旁部首排列，分布在5687区；88区以后为空白区，以待扩展。国标码本身也是一种汉字输入码，由区号和位号共4位十进制数组成，通常称为区位码输入法。在区位码中，两位区号在高位，两位位号在低位。区位码可以唯一确定一个汉字或字符，反之任何一个汉字或字符都对应唯一的区位码。例如，汉字啊的区位码是1601，即在16区的
17、第01位；符号。的区位码是0103。其1601和0103是十六进制数。区位码最大的特点就是没有重码，虽然不是一种常用的输入方式，但对于其他输入方法难以找到的汉字，通过区位码却很容易得到，但需要一张区位码表与之对应。例如，汉字丰的区位码是2365。,对图像的编码光学三元色原理光线中的RGB（红，绿，蓝）三种颜色通过不同比例的混合可以组成42亿种色彩。例：黑色#FFFFFF正红色：#FF0000；黄色#FFFF00 一副图像可以看做许多许多个彩色的点按照一定的次序排列而成的。而每一个彩色的点我们称之为像素。然后对这些众多像素点进行采样，而每一个像素点都是由RGB三原色按比例调和而成。我们用32位二
18、进制数来记录RGB的色彩值.,二进制中的编码规则,二进制中的编码规则,对声音的编码对声音的震荡频率（声音的波形）进行采样。并把震频的高低用二进制数字记录下来。,程序和指令,指令是对计算机进行程序控制的最小单位。所有的指令的集合称为计算机的指令系统。,程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。,机器执行什么操作,执行对象（具体数、存放位置）,程序的执行,用高级编程语言所书写的指令序列叫做程序（源代码）,指令 二进制机器代码,编译,CPU 执行,执行,计算机中的语言,计算机的硬件在发展，其配套的程序开发也是在随之进步的。但终究不能脱离二进制代码。,高级语言,汇编语言,机器语言,C语言，VB语言，C#语言，JAVA语言，fortran语言，（都是一种类人语言）需要通过软件的编译才能执行。,把难以理解和记忆的机器语言指令变成好记的助记符，这就成了汇编语言。比如寻找内存用MOV,本章小结,重点内容：计算机的组成二进制的计算计算机中的语言分类,
