计算机.docx
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计算机
10进制转换成其他的都是除以要转换成的那个数，也就是说转换成二进制的就除以2，转换成八进制的就除以8，转换成十六进制的就除以16，然后倒取余数。
具体例题如下
10---2：
把20转换成二进制
20/2=10..........余数为0
10/2=5...........余数为0
5/2=2............余数为1
2/2=1............余数为0
1/2=0............余数为1
则20换成二进制后是10100
10---8：
把20转换成八进制
20/8=2...........余数为4
2/8=0............余数为2
则20转换成八进制后是24
10---16：
把20转换成十六进制
20/16=1..........余数为4
1/16=0...........余数为1
则20转换成十六进制后是14
2---10：
把二进制数1101转换成十进制
1101=1*2的0次方+0*2的1次方+1*2的2次方+1*2的3次方=13
则1101变成十进制后是13
8---10：
把八进制数1340转换成十进制
1340=0*8的0次方+4*8的1次方+3*8的2次方+1*8的3次方=736
计算机中的信息用二进制表示。
计算机的存储器由很多的存储单元组成，每个存放一位二进制数（0或1）。
常用以下存储单位：
·位（bit）是二进制数的最小单位，常用“b”表示。
·字节（byte）由8个二进制位组成，常用“B”表示。
存储容量就是指它所能包含字节的数量。
·字（word）由若干字节组成，常用“W”表示。
通常把计算机一次所能处理的数据的最大二进制位数称为该机器的字长。
字长越大，计算精度越高。
字长是计算机功能的一个重要标志。
★存储单位：
1B=8b（字节）
1KB=1024B（千字节kilobyte）
1MB=1024KB（兆字节megabyte）
1GB=1024MB（吉字节gigabyte）
1K=210，1M=220，1G=230
第一章计算机基础知识
1.1计算机的基本概念
·计算机是电子数字计算机的简称，是一种自动地、高速地进行数值运算和信息处理的电子设备。
它主要由一些机械的、电子的器件组成，再配以适当的程序和数据。
计算机中的各个物理实体称为计算机硬件；程序和数据则称为计算机软件。
1.计算机的发展与分类
（1）计算机的发展过程
★第一台电子数字计算机的诞生
1946年第一台电子数字计算机ENIAC由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫契利（J.Mauchiy）和埃克（P.Eckert）研制成功。
设计的目的是为阿贝丁陆军试炮场进行弹道计算。
用了18000多个电子管,1500多个继电器,耗电150千瓦，重达30吨，占地150平方米。
运算速度为每秒5000次加法，或者400次乘法。
★根据所用电子器件，可将计算机的发展过程，划分为4个时代
①第一代计算机（1946～1958年）
--电子管为主要电子器件,主存储器采用汞延迟浦线
·主要特点：
体积大、耗电多、重量重、性能低
·主要贡献：
确立了模拟量可变换成数字量进行计算，开创了数字化技术的新时代
形成了电子数字计算机的基本结构——冯·诺依曼结构
确立了程序设计的基本方法
首创用阴极射线管CRT作为计算机的字符显示器
②第二代计算机（1958～1964年）
----晶体管为主要电子器件，主存储器采用磁芯存储器
·主要特点：
主存储器容量加大、运算速度加快、减小了体积、重量、功耗及成本，提高了计算机的可靠性。
·主要贡献：
开创了计算机处理文字和图形的新阶段
高级程序设计语言已投入使用
开始有了通用机和专用机之分
开始使用鼠标作为输入设备
③第三代计算机（1965～1971年）
----小规模集成电路SSI和中规模集成电路MSI为主要电子器件（几十至几百个/mm2）
·主要特点：
功能进一步增强，体积功耗进一步降低
·主要贡献：
运算速度已达到100万次/秒以上
操作系统更加完善
序列机的推出，较好地解决了“硬件不断更新，而软件相对稳定”的矛盾
机器可根据其性能分为巨型机、大型机、中型机和小型机
④第四代计算机（20世纪70年代初至今）
----大规模模集成电路LSI和超大规模集成电路VLSI为主要电子器件（几万至几千万个/mm2），主存采用半导体存储器
作为第四代计算机的典型代表——微型计算机应运而生。
1971年Intel公司使用LSI率先推出了4位的微处理器4004，成为计算机发展史上的一个新的里程碑，宣布第四代计算机问世。
微型计算机从4位、8位、16位、32位至64位字长迅速增长。
20世纪80年代进入全盛时期，速度、容量等性能飞速提高，已赶上或超过20世纪70年代的中、小型机水平。
·主要特点：
体积小、耗电少、性能稳定、价格低、对环境无特殊要求
目前已进入网络计算机时代，计算机集文字、图形、声音与图像处理于一体。
1993年“信息高速公路”计划的提出，促进了计算机与通信技术的结合，形成了从局域网、城域网、广域网到国际互联网的各种规模的计算机网络。
计算模式
集中模式--------大型主机为中心
单机模式--------个人计算机
客户机-服务器模式-----局域网
互联网模式（网格）---广域网
移动计算-----移动终端和无线网络
·发展趋势
多极化、网络化、多媒体化、智能化
（2）计算机的分类
①数字电子计算机
以数字量（也称为不连续量）作为运算对象并进行运算。
其特点是运算速度快，精确度高，具有“记忆”（存储）能力和逻辑判断能力。
计算机内部操作和运算是在程序控制下自动进行的。
数字电子计算机可按不同要求进行划分：
·按设计目的划分
通用计算机
专用计算机
·按用途划分
科学计算工程计算计算机
工业控制计算机
数据计算机
·按大小、规模划分（依据IEEE标准）
巨型机
小巨型机
大型主机
中型机
小型机
工作站
微型计算机
②模拟电子计算机
用连续变化的模拟量（如电压、长度、角度来模仿实际要计算的对象）作为运算量的计算机。
现在以很少使用。
2.计算机的主要特点
（1）具有自动控制能力
（2）具有高速运算能力
（3）具有记忆能力
（4）具有很高的计算精度
（5）具有逻辑判断能力
（6）通用性强
3.计算机的主要用途
（1）科学计算（数值计算）
（2）数据处理（信息处理）
（3）自动控制
（4）计算机辅助系统（CAD、CAM、CAT、CAE、CAI、CIMS）
（5）人工智能
4.信息的基本概念
信息是人们从客观事物得到的，使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包含的内容。
数据是客观事物的属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。
对计算机来说，数据是能够被计算机处理的、经过数字化的信息。
数据与信息的关联：
信息是向人们或机器提供的关于现实世界有关事物的知识；数据则是载荷信息的物理符号，是信息的载体，是信息的具体表现形式。
数据只有当其经过适当的加工处理而产生出有助于实现特定目标的信息时，对人们才有实际意义。
1.2计算机系统的组成
1.计算机系统的基本组成
计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成。
硬件系统是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。
软件系统是在计算机硬件设备上运行的各种程序、这些程序所使用的数据及其相关文档的总称。
2.计算机硬件组成及各部件的主要功能
1945年6月,美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出存储程序原理,奠定了计算机的基本结构和工作原理的技术基础。
存储程序原理的主要思想：
·计算机内部采用二进制计数
·程序由一系列指令构成，程序和数据存放在内存储器中，并按同样方法存取
·采用并行计算原理，即对一个字的各位同时进行处理
·将编好的程序和原始数据事先存入内存储器中,计算机在程序的控制下一步一步处理，直到得出结果
当今的计算机都属于冯·诺依曼结构计算机
★存储程序的工作原理图
在执行程序前，先将要执行的程序和有关数据放入内存储器中。
在执行程序时，CPU从存储器取出一条指令并执行，然后再取出下一条指令并执行，如此循环下去，不断地取指令和执行指令，将计算的结果放入指令指定的存储器地址中，直到迂结束指令时停止执行。
★冯·诺依曼结构计算机由五大部分组
★硬件系统组成部件
①运算器
运算器是计算机的核心部件，主要负责对信息的加工处理。
运算器不断地从存储器中得到要加工的数据，完成程序指令指定的基于二进制的算术运算和逻辑运算，并将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不紊地进行。
运算器除了进行信息加工外，还有一些寄存器可以暂时存放运算的中间结果，节省了从存储器中传递数据的时间，加快了运算速度。
②控制器
控制器是计算机的指挥控制中心，主要作用是使计算机能够自动地执行命令。
控制器从存储器中逐条将程序指令取出并进行分析，再根据指令的要求完成相应操作，产生一系列控制命令向各部件发出，使计算机各部件自动、连续并协调动作，成为一个有机的整体，实现程序的输入、数据的输入以及运算并输出结果。
另外，控制器还从各部件中接受有关指令执行情况的反馈信息，并依此向各部件发出下一步执行命令。
③存储器
存储器主要负责对程序和数据（原始数据、中间结果、最后结果）的存储，是计算机的记忆装置。
计算机的存储系统分为内存和外存两种。
内存也称主存，内存中存放将要执行的指令和运算数据，容量较小，但存取速度较快。
内存分成只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两种。
当前，内存都是半导体型的。
外存也称为辅助存储器。
外存容量大、成本低、存取速度慢，用于存放需要长期保存的程序和数据。
当存放在外存中的程序和数据需要处理时，必须先读入内存。
当前，外存有磁存储器和光存储器。
④输入设备
输入设备是从计算机外部向计算机内部传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换为计算机能够识别和处理的形式输入到计算机内部。
常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪、磁盘驱动器、触摸屏等。
⑤输出设备
输出设备是将计算机的处理结果传送到计算机外部供计算机用户使用的装置。
其功能是将计算机内部二进制形式的数据信息转换成人们所需要的或其他设备能接受和识别的信息形式。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和磁盘驱动器等。
★冯·诺依曼结构计算机的主要特点
·存储程序控制：
要求计算机完成的功能，必须事先编制好的相应的程序，并输入到内存储器中，计算机的工作过程是运行程序的过程。
·程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示
·指令由操作码和地址构成
·机器以CPU为中心。
3.指令、程序、软件的概念及软件的分类
·指令包含操作码和地址码的一串二进制代码，操作码规定操作的性质，地址码表示操作数和操作结果的存放位置。
·指令系统计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令系统。
不同类型的计算机使用的指令系统会不一样，指令格式也可能不同。
·程序为解决某个问题而设计的一系列有序的指令或语句（程序设计语言的语句实质上包含了一系列指令）的集合。
·软件是能够指挥计算机工作的程序、数据及其相关文档的集合。
其中文档包括文字说明和图表资料。
没有安装任何软件的计算机称为硬件计算机或裸机。
★软件的分类
软件是程序及开发、使用和维护程序所需要的所有文档和数据的集合。
计算机软件系统根据其功能和面向的对象分成系统软件和应用软件两大类。
1、系统软件系统软件是计算机系统的基本软件，也是计算机系统必惫的软件。
主要功能是管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件），以及开发应用软件。
系统软件包括4个方面的软件：
操作系统、数据库管理系统、系统支持和服务程序、各种语言的处理程序。
2、应用软件应用软件是为解决各类应用问题而开发的软件系统。
它具有很强的实用性。
应用软件可分为两种：
·应用软件包为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心设计的独立的软件系统，是一套满足同类应用的许多用户需要的软件。
·用户程序用户为解决自己特定的具体问题而开发的软件，一般在系统软件和应用软件包的支持下开发
★程序设计语言的种类
程序设计语言是人们在进行设计程序时使用的语言。
程序设计语言也常称为计算机语言。
程序设计语言可分为以下3类：
·机器语言：
机器语言指计算机可直接执行指令的集合。
缺乏通用性。
用机器语言编写的程序称为机器语言源程序。
·汇编语言：
汇编语言是机器语言的符号化表示。
缺乏通用性，但便于记忆。
用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序。
它需要汇编程序翻译成机器语言源程序后，计算机才能执行。
·高级语言：
高级语言是接近自然语言形式的程序设计语言。
它与计算机指令系统无关，其表达方式更接近人们对问题和求解过程的描述形式。
通用性强，便于记忆和学习。
用高级语言编写的程序称为“源程序”。
源程序需要编译程序翻译成机器语言形式的目标程序，再与有关的“库程序”连成可执行程序后，计算机才能执行（编译执行）；或者需要解释程序逐句翻译成机器指令执行（解释执行）。
以编译方式运行的程序要比解释方式运行的程序运行速度快很多。
1.3信息编码
1.数值在计算机中的表示形式
计算机采用二进制（0、1代码）表示和运算。
好处是:
运算简单、实现方便、成本低本
除了二进制和十进制外，还常用八进制和十六进制
（1）十进制数的特点
①有10个数码：
0，1，2，…，9
②“逢十进一”
如：
（362.4）10=3×102＋6×101＋2×100＋4×10-1
（2）二进制数的特点
①有两个数码：
0，1
②“逢二进一”
如：
（1101.1）2=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1
（3）八进制数的特点
①有8个数码：
0，1，2，…，7
②“逢八进一”
如：
（362.4）8=3×82＋6×81＋2×80＋4×8-1
（4）十六进制数的特点
①有16个数码：
0,1,2,…，9,A,B,C,D,E,F，其中：
A表示10,B表示11,…，F表示15
②“逢十六进一”
如：
（A6D.4）16=10×162＋6×161＋13×160＋4×16-1
采用二进制数书写时,位数较长，容易出错，常用八进制和十六进制书写。
通常用最后一个字母标识数制，加上字母B表示一个二进制数，以字母O表示八进制，以字母D或不加任何字母来表示十进制数，以字母H表示十六进制。
如，36D、10101B、75O、5DH分别表示十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数。
★数制转换
数制:
称为进位计数制，简称“进制”
任意r进制数P（n位整数，m位小数）可以表示为：
P=an-1rn-1+an-2rn-2+…+a1r1+a0r0+a-1r-1+a-2r-2+…+a-mr-m
其中：
ai表示各数位上的数码，取值范围为0～r-1。
r：
称为基数,代表进制，取值为2、8、10、16等。
ri：
称为权,i的取值范围为-m～n-1。
【例】二进制数转换为十进制数
（1101.11）2
=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2
=8+4+0+1+0.5+0.25
=（13.75）10
【例】八进制数转换为十进制数
（456.124）8
=4×82+5×81+6×80+1×8-1+2×8-2+4×8-3
=256+40+6+0.125+0.03125+0.0078125
=（302.1640625）10
【例】十六进制数转换为十进制数
（2A4E）16
=2×163+A×162+4×161+E×160
=8192+2560+64+14
=（10830）10
★十进制数转换成r进制数
十进制数转换成r进制数，要对整数和小数部分分别转换，最后再将两部分合成一个数。
方法：
·整数部分的转换用除以r取余数的方法，直至商为0，余数依次从右到左排列即为所求；
·小数部分的转换用乘以r取整数的方法，直至取走整数后余下的数为0（如若干次后，取走整数部分后余下的数仍不为0，满足精度要求停止计算），所取整数依次从左至右排列即为所求。
★将八进制数转换成二进制数
方法：
以小数点为界，向左和向右的每一位八进制数用三位二进制数取代。
【例】（714.431）8=（111001100.100011001）2
★将二进制数转换成八进制数
方法：
以小数点为界，向左和向右的每三位二进制数划分，不足三位时，对整数左边补零，对小数右边补零，每三位二进制数用相应的一位八进制数表示出来。
【例】将（11101110.00101011）2转换成八进制数：
011101110.001010110
356.126
转换结果：
（11101110.00101011）2=（356.126）8
★十六进制与二进制数的相互转换
·十六进制转换成二进制数方法：
以小数点为界，向左和向右的每一位十六进制数用相应的四位二进制数取代；
·二进制转换成十六进制数方法：
以小数点为界，向左和向右的每四位二进制数用相应的一位十六进制数取代，不足四位时，对整数左边补零，对小数右边补零。
【例】将（1AC0.6D）16转换成二进制数：
1AC0.6D
0001101011000000.01101101
转换结果:
（1AC0.6D）16=（1101011000000.01101101）2
【例】（将10111100101.00011001101）2转换为十六进制数
010111100101.000110011010
转换结果：
（10111100101.00011001101）2=（5E5.19A）16
2.字符编码
字符编码，规定用怎样的二进制数编码来表示文字和符号。
常用字符编码：
BCD码，ASCII码，汉字编码
★BCD码
·二—十进制编码（BinaryCodedDecimal）
·十进制数的每一位分别表示成四位二进制数
【例】十进制数12的BCD码为：
00010010
十进制数895的BCD码为：
100010010101
★ASCII码
·文本字符最普遍采用的是ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）即美国信息交换标准码
·ASCII码有7位版本和8位版本，国际上通用的是8位版本。
·7位版本和8位版本的ASCII码都有相应的国际标准。
7位版本的ASCII码
7位版本的ASCII码每个字符用7个二进制位编码，但每个字符由8位二进制组成，ASCII码只占其中的低7位，最高位置0（或置为校验码）。
7位版本的ASCII码中共有128个字符（27=128），其中：
阿拉伯数字10个：
0～9的ASCII码为48～57；大写英文字母26个：
A～Z的ASCII码为65～90；小写英文字母26个：
a～z的ASCII码为97～122；标点符号和运算符号32个；通用控制符34个
8位版本的ASCII码
·每个字符使用8位二进制数进行编码；
·当最高位为0时，称为基本ASCII码（编码与7位ASCII码相同）；
·当最高位为1时，形成扩充ASCII码，扩充ASCII码表示数的范围为128~255，也可表示128种字符。
通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。
★汉字编码：
解决使用计算机时汉字的输入、输出、存储以及汉字处理等所用的编码。
汉字编码分类：
汉字输入码；汉字内部码；汉字交换码；汉字字形码
1）汉字输入码是为将汉字输入到计算机而设计的代码。
汉字输入码种类较多，汉字输入码可分为流水码、拼音类输入法、拼形类输入法和音形结合类输入法等几大类。
（也称外码）
2）汉字内部码是计算机内部汉字的存储、加工处理和传输使用的统一代码。
计算机接收到外部码后，要转换成内码进行处理和传送。
（又称汉字机内码或汉字内码）
3）汉字交换码
·是国家规定的用于汉字处理及传送使用的代码。
此标准为GB2312—80，即《信息交换用汉字编码字符集·基本集》（又称国标码）。
它规定了信息交换用的7445个图形字符，其中6763个汉字和682个非汉字符号的代码。
·国标码规定，每个汉字用两个字节表示，每个字节仅用低7位，最高位为0。
·汉字的国标码和内码有一一对应的关系，即将最高位置1，国标码就变为内码。
4）汉字字形码
·用于汉字的显示和打印，又称输出码。
·字形码即以点阵方式形成汉字。
共有m×n个点，称为汉字点阵。
如16×16点阵的汉字，共有256个点。
·汉字点阵和字形的对应关系是，有笔画处的点为1，无笔画处的点为0。
·汉字点阵越大，即组成字形的点越多，则输出的字体越美观。
·点阵式字形码不便于汉字的放缩，故现在常用矢量式字形码。
如Windows中使用的TrueType型字形。
1.4微型计算机的硬件组成
1.CPU、内存、接口和总线的概念
微型计算机，简称为微机，又称为个人计算机。
微型计算机包含多种系列、档次和型号。
如IBMPC、MAC等。
微型计算机的共同特点是体积小、成本低、对环境无特殊要求，适合放在办公桌上使用，而且每个时刻只能一人使用。
IBMPC系列机的典型结构如下页的图所示。
（1）主板
主板是微机主机箱内最大的一块电路板，是微机的重要部件之一。
主板上装有大量有源电子元件。
其中主要组件有：
CMOS（互补型金属氧化物半导体）、基本输入输出系统（BasicInputandOutputSystem，BIOS）、高速缓冲存储器（Cache）、内存插槽、CPU插槽、槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（提供ISA、PCI等扩展槽）、串行接口（COM1、COM2）、并行接口（打印机接口LPT1）、芯片组等。
可见，主板是微机各部件相互连接的纽带和桥梁。
★芯片组是主板的核心部件，主要功能是:
·提供对CPU型号、规格的支持
·提供对内存容量、配置方式、类型的支持
·提供对Cache的容量、配置方式的支持
·提供对标准的I/O芯片、I/O
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