《計算機應用基礎教程》計算機基礎知識

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1、第1章計算機基礎知識 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，并熟悉計算機的產生、發(fā)展、特點和應用領域，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)絡的發(fā)展，計算機的應用已滲透到社會的各個領 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）在美國加少M問世。ENIAC 使用了17468電子管，1500個繼電器，體積3000立方英尺（

2、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卻有一 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）計算機應包括運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備五大基本部件。 3）采用存

3、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)代計算機設計的基礎，所以后來人們將采用這種設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，雖然計算機的設計和制造技術都有了極大的發(fā)展，但今天使用的絕大多數(shù)計算機其工作原理和基 本結構仍然遵循

4、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)展經歷了五個時代，如表1-1所示。 代 日期 邏輯元件 上存 輔存 速度（次/ 秒） 軟件 代表產品 ，-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 [Wj級語百、管理程序 IBM7000、 UNIVACII 第三代 1965-1970 中小集成電路 半導體存儲器 磁盤 幾白力~幾千萬 操作系統(tǒng)診斷程序 IBMsystem/360 第四

5、代 1971-現(xiàn)在 超大規(guī)模集成電路 半導體 存儲器 磁盤、 上億 固件、網(wǎng)絡、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

6、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 科學技術的發(fā)展特別是尖端科學技術的發(fā)展，需要高度精確的計算。計算機控制的導彈之所以能準確地擊中預定的目標，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)

7、、程序以及中間結果和最后結果保存起來，以供用戶隨時調用。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，自動化程度高，這一

8、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，能廣泛地應用各個領域。 1.2計算機系統(tǒng)組成及應用 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。軟件系統(tǒng)是建立在“軀干”上的“靈魂”。其結構如圖1-3所示。 計算機 系統(tǒng) 圖1-3計算機系統(tǒng)的組成結構 在計算機系統(tǒng)中，硬件是軟件賴以工作的物質基礎，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

9、來使用，用戶與計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關系如圖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，其體系結構基本沒有發(fā)生變化，仍舊沿用馮?諾依曼體系 結構，即計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備組成，如圖1-5所示。 圖1-5計算機的基本結構 1 .運算器 運算器又稱算術邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,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)算術邏輯運算功能，運算結果由控制器送到內存

10、中。 2 .控制器 控制器是計算機指揮和控制中心。它負責從內存中取出指令，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)調一致地工作，從而一步一步地完成各種操作。 控制器主要由指令寄存器、指令譯碼器、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 .輸入設備輸入設備負責把用戶命令，包括程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機中，是人與計算

11、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備才能被計算機接受。 常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數(shù)碼相機等。 5 .輸出設備輸出設備是將計算機運算或處理的結果轉換成用戶所需要的各種形式輸出。常見的 輸出設備有顯示器、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 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)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件是指控制、 管理和協(xié)調計算機及其外部設備，支持應用軟件的開發(fā)和運行的軟件的總稱。系統(tǒng)

12、軟件 包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務程序。 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 動完成復雜的功能，這就是操作系統(tǒng)幫助的結果；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。有關操作系統(tǒng)的知識 將在第3章做進一步的介紹。 2．程序設計語言 計

13、算機語言是人們根據(jù)描述實際問題的需要而設計的、用于書寫計算機程序的語言。 程序設計語言就是人們設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 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(MachineLanguage)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(AssembleLanguage)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

14、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(HighLevelLanguage)是人們?yōu)榱私鉀Q低級語言的不足而設計的程序設計語言。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

15、須經過語言處理程序(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。 編輯程序，解釋一條執(zhí)行一條 編譯程序 tWj級語日 源程序 機器語百 目標程序 M 1-6(a)編譯過程示意圖 執(zhí)行 結果 tW

16、j級語日 源程序 圖1-6(b)解釋過程示意圖 執(zhí)行 結果 應用軟件是為計算機在特定領域中的應用而開發(fā)的專用軟件。應用軟件具體可分為 兩類：面向問題的應用程序，如現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)、財務軟件、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，哪里有計算機應用，哪里就有應 用軟件。如辦公應用Office、WPS平面設計PhotoShop、Illustrator、CorelDraw;視頻處理Premiere、Af

17、terEffects、會聲會影；網(wǎng)站建設FrontPage、Dreamwerver;輔助設計AutoCAD;三維制作3DSMax多媒體開發(fā)Authorware、Flash等等。 1.2.3 計算機應用 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中提出的數(shù)學問題的計算，如應用于天氣預報、地震分析、導彈攔截大量的數(shù)值計算與分析等，是計算機最早的應用領域。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。隨著科學技術的發(fā)展，使得各種領域中的

18、計算模型日趨復雜，人工計算已無法解決這些復雜的計算問題?？茖W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濟的管理和決策提供了新的技術手段， 使辦公自動化這一門綜合的科學技術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，提高領導決策水平。 3．計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助設計（Computer

19、AidedDesign，CAD）就是用計算機幫助設計人員進行設 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，輔助設計系統(tǒng)配 有專門的計算程序用來幫助設計人員完成復雜的計算，配有專業(yè)繪圖軟件用來協(xié)助設計 人員繪制設計圖紙。使CAD技術得到廣泛應用。采用計算機輔助設計后，不但降低了設 計人員的工作量，提高了設計的速度，更重要的是提高了設計的質量。 計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）是用計算機進行生產設備的 管理、控制和操作的過程。計算機輔助設計的產品，可以直接通過專門的加工制造設備 自動生產出來。使用CAM技術可以提高產品

20、的質量，降低成本，縮短生產周期。 計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufactureSystem，CIMS）是指以計算機 為中心的現(xiàn)代化信息技術應用于企業(yè)管理與產品開發(fā)制造的新一代制造系統(tǒng)，是CAD、 CAPP、CAM、CAE、CAQ（計算機輔助質量管理）、PDMS（產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）、管理 與決策、網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫及質量保證系統(tǒng)等子系統(tǒng)的技術集成。 計算機輔助教學（ComputerAidedInstruction，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容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。 CAI為學生提供一個良好

21、的個人化學習環(huán)境，綜合應用計算機的多媒體、超文本、人工 智能及知識庫等技術，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 主要應用于飛行控制、加工控制、生產線控制、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 自動調節(jié)。利用計算機對工業(yè)生產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、提高產品質量及合格率。 5．多媒體技術應用 隨著電子技術特

22、別是通信和計算機技術的發(fā)展，人們已經有能力把文本、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)、廣播和出版等領域中，多媒體 的應用發(fā)展很快。 6．電子商務等網(wǎng)絡應用 隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，計算機的應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（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)絡選看商品、辦理購物手續(xù)、質量投訴等）、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用 人工智能（簡稱AI）是指

23、計算機模擬人類某些智力行為的理論、技術和應用。人工 智能是計算機應用的一個新的領域，這方面的研究和應用正處于發(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

24、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。 基數(shù)：一組固定不變的不重復數(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：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

25、份量（權重）。 數(shù)位是指數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置。 二進制Binarynotation: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Decimalnotation: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Octalnotation:具有八個不同的數(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Hexadecimalnotation:具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4

26、、5、6、 7、8、9、A、RC、DE、F,其基數(shù)為16,十六進制數(shù)的特點是逢十六進一，用H表示。 進位制 十進制 二進制 八進制 十六進制 數(shù)碼 0,1,2，…,9 0,1 0,1,2,...,7 0,1,...,9,A,B,C,D,E,F 規(guī)則 逢十進一 逢二『 逢八進一 逢十六進一 基數(shù)R 10 2 8 16 位權 10i 2i 8i 16i 表小形式 D B Q或O H 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位位權值為24=16,十六進制

27、2位位權值為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)值之間的轉換 1 .二進制轉換為十進制 按權展開后，相加即得。 例如：(1101.011)2=1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2+1X2-3=(13.375)10 2 .十進制轉換為二進制 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

28、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。 2241 21201 2600 2300 2150 2711 231| 211— 201| 計算結果：(241.43)102 注：一般小數(shù)取四位，要做五位，置1發(fā)，列表法等來確定。 3.二、八、十六進制之間的相互 相當于3位二進制數(shù)，每位十六進制婁小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，中間的例如：(24.53)8=(?)2 0.43X2 局位0PT86 X2 11.72 乂2 11.44 X2 00.88— :有0舍1入發(fā)，恒舍發(fā)，恒 種關系：23=8,24=16。所以，

29、每位八進制數(shù) 于4位二進制數(shù)，在轉換時，位組劃分是以 0不能省略，兩頭位數(shù)不足時可補0。 24.53 010100.101011 計算結果：(24.53)8=(10100.101011)2 又例，2=(?)16 011010010110 6祐算結果：2=(696)16 1.3.3 二進制的算術運算 1 .加法運算 運算法則：逢二進一。 例如，(11101)2+(

30、10101)2=(110010)2 1110129 +10101+21二進制轉換十進制 11001050- 2 .減法運算 運算法則：借一當二。 —22=(10101)2 11001011203 -10110110-182二進制轉換十進制 1.3.4 000卿0的邏輯運算■一 1 .邏輯或運算 運算符：“+”或“V”。運算規(guī)則如下： ① 0+0=0或0V0=0 ② 0+1=1或0V1=1 ③ 1+0=1或1V0=1 ④ 1+1=1或1V1=1 例如：(110101)2V(101100)2=(111101)2 110101 V101100 111101 2

31、 .邏輯與運算 運算符：“X”或。運算規(guī)則如下： ① 0X0=0或0八0二0 ② 0X1=0或0八1二0 ③ 1X0=0或1A0=0 ④ 1X1=1或1八1二1 例如：(101101)2A(110110)2=(100100)2 3 .邏輯非運算 運算符：“―”。運算規(guī)則如下： ①0的非為1 ②1的非為0 例如：X=100101,則X=011010 4 .邏輯異或運算 運算符：“葭’。運算規(guī)則如下： ① 0?0=0 ② 0十1=1 ③ 1十0=1 ④ 1十1=0 例如：(110010)2十(101011)2=(011001)2 1.4 數(shù)據(jù)信息的表示與存儲

32、 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指標，

33、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、KBMB GB或TB,其中B代表字節(jié)，這些衡量單位之間的換算關系如下： 1B=8bit,1KB=1024R1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB 1.4.2 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：82=（255）io,運算時如果數(shù)值超過機器所能表示

34、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

35、，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)S 2）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 3 .浮點數(shù)的表示1f 浮點數(shù)的階碼p假此固定的，而是可以浮動的。這時：n=23xs 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P Sf 尾數(shù)S

36、1.4.3 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，定點數(shù)有3種表示法：原碼、反碼和補碼。 1 .原碼的表不 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。設有一數(shù)為X,則原碼表示可記作：［X］原。 0

37、表示方法如下: X>0,則符目:位乳X0,其余照協(xié)0,符3悌1-10X其余照抄；-2n

38、XW0,符號位為1,其余按位取反。、 例如，X=+1001001,?［X］反=01001001 3 .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。設有一數(shù)X,則X的補碼表示記作［X］補。 1）小數(shù)補碼的定義 XX0

39、例如，X=+1001001,?［X］補=01001001 3）補碼的性質 ①［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=-010如01,求［X+Y］補。 ［X］補=00110011???［Y］補 ［X+Y］補=兇補+［Y］補 注：因為計算機中運算器的位長是固定的，上述運算中產生的最高位進位將丟掉，所以結果不是 ②［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。 ［X］補=00111001［Y］補=01001101［-

40、Y］補 ［X-Y］補=兇補+［-Y］補 ③［［x］補］補=兇原，即按求補的方法，對［x］補再求補一次，結果等于［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 (Amer

41、icanStandardCodeforInformationInterchange)。如表1-3所示。 rQ7b6b5 000 001 010 011 100 101 110 111 b4b3b2b；、、 (0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) ⑺ 0000(0) NUL DLE SP 0 @ P ' P 0001(1) SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010(2) STX DC2 2 B R b r 0011(3) ETX DC3 # 3 C S c s

42、0100(4) EOT DE4 $ 4 D T d t 0101(5) ENQ NAK % 5 E U e u 0110(6) ACK SYN & 6 F V f v 0111(7) BEL ETB 7 G W g w 1000(8) BS CAN ( 8 H X h x 1001(9) HT EM ) 9 I Y i y 1010(A) LF SUB * J Z j z 1011(B) VT ESC + ； K [ k { 1100(C) FF

43、 FS , < L \ l | 1101(D) CR GS - = M ] m } 1110(E) SO RS . > M A n ~ 1111（F）|SI|US|/[?]O|-|o|DEL 表1-3ASCII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

44、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AASCII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。GBKWGB2312

45、-1980國家標準所對應的內碼標準兼容，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鍵 1）首先將每個漢字以外部碼輸入計算機。 2）將外部碼轉換成計算機能識別的漢字內碼進行存儲。 3）將內碼轉換成字形碼輸出。 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）以漢字字形為基礎的字形碼，如五筆字型輸入法； 3）音形碼，綜合

46、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、內碼等。 不同的漢字輸入方法有不同的外碼，但內碼只能有一個。好的輸入方法應具備規(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。 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，

47、 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

48、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

49、方形表示二進制位的信息“0 圖1-7漢字點陣 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=8656645845KB 大約需要845KB 各種編碼之間白^關系如圖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ROhMEPROMK 2）軟字庫：它將漢字庫存放在某種外存設備（如硬

50、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 圖1-8各種編碼之間的關系 漢字機內碼 漢字字形碼 顯示漢字打印漢字 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。 A.計算機可以代替人的腦力勞動B.計算機可以存儲大量信息 C.計算機是一種信息處理機D.計算機可以實現(xiàn)高速度的計算 3．微型計算機的性能指標主要取決于。 A.RAMBCPUC顯示器D.硬盤 4—硬盤是計算機的—— A.中央處理器B.內存貯器C.外存儲器D

51、.控制器 5—存儲器容量的基本單位是—— A.字位B.字節(jié)C.字碼D.字長 6.“財務管理”軟件屬于—— A.工具軟件B.系統(tǒng)軟件C.字處理軟件D.應用軟件 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.內存 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=AB．1+9=BC．1+9=CD．1+9=10 10．以下字符，ASCII碼值最小的是 A.AB.空格C.0'D.'h' 11 .?下列說法不正確的是()。 A.數(shù)據(jù)經過加工成為信息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．計算下列進制轉換： (1023)10=()2(569)10=()16 )10 5．國標碼怎么表示？