大学计算机基础教程

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大学计算机基础教程第 1 章计算机的基础知识

教学重点与难点：• 计算机的分类、特点及应用领域• 计算机的进位计数制• 计算机的信息编码标准• 计算机的基本结构

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大学计算机基础教程一、计算机概述

1. 计算机的发展概况• 第一代计算机：电子管计算机时代，所处时间为1946年～ 1958年。• 第二代计算机：晶体管计算机时代，所处时间为1959年～ 1964年。• 第三代计算机：集成电路计算机时代，所处时间为1965年～ 1971年。• 第四代计算机：大规模和超大规模集成电路计算机时代，所处时间为 1971年以后。

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1. 计算机的发展概况• 第五代计算机：正处于开发阶段，它将采用全新的工作原理和结构体系，更接近于人们思考问题的方式，即“推理”方式。这种新型的计算机称为“知识信息处理系统”，其功能从目前的数据处理发展到知识的智能处理。人们预测这样的计算机将是一台像人一样能看、能听、能思考的智能化的计算机。

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2. 计算机的分类• 巨型机：又称为超级计算机或超级电脑，通常指最大、最快、最贵的计算机。目前世界上运行最快的超级机速度为每秒 1704亿次浮点运算。• 大型主机：也称大型计算机，包括通常所说的大、中型计算机。这是在微型机出现之前最主要的计算模式，即把大型主机放在计算中心的玻璃机房中，用户要上机就必须去计算中心的终端上工作。• 小巨型计算机：小型超级电脑，或称桌面型超级电脑，它可以使巨型机缩小成个人机的大小，或者使个人机具有超级电脑的性能。

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2. 计算机的分类• 小型计算机：又称小型电脑，通常能满足部门性的要求，为中小企事业单位所采用。• 工作站：又分为初级工作站、工程工作站、超级工作站，以及超级绘图工作站等，其运算速度通常比微型计算机要快，需要配置大屏幕显示器和大容量的存储器，并且要有比较强的网络通信功能，主要用于特殊的专业领域，例如图像处理、计算机辅助设计等方面。• 微型计算机：又称微型电脑或个人电脑，简称 PC，广泛应用于办公、教育领域及普通家庭。

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3. 计算机的特点• 运算速度快。• 计算精确度高。• 具有记忆和逻辑判断能力。• 具有自动控制能力。

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4. 计算机的应用领域• 科学计算。• 数据处理。• 自动控制。• 辅助设计和辅助教学。• 人工智能。• 多媒体技术应用。• 计算机网络。

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大学计算机基础教程二、计算机中信息的表示

1. 进位计数制将数字符号按顺序排列成数位，并遵照某种从低位到高位的进位方式计数来表示数值的方法，叫做进位计数制，简称计数制。进位计数制是一种计数方法，最常用的是十进制计数制。除此之外，在生活中还大量使用其他进位计数制，如二进制、八进制、十六进制等。一般情况下，用 ( ) 下标表示不同进制的数。例如：二进制数用 ( )2 表示，十进制用 ( )10 表示。在计算机中，一般在数字的后面用特定字母表示该数的进制，具体表示方法为： B 表示二进制； D 表示十进制（ D可省略）； O 表示八进制； H 表示十六进制。

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2. 计算机中的计数制• 二进制：二进制具有以下 4 个基本特点。（ 1 ）只有 0 、 1 两个不同的数字符号。（ 2 ）基数是 2 。（ 3 ）在第 i 位上的位权为 2i-1。（ 4 ）逢二进一。任何一个二进制数都可以转换为十进制数，例如：二进制数 10101.101的十进制值可用以下方法求出：（ 10101.101） 2 ＝1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3 ＝ 16+0+4+0+1+0.5+0+ 0.125＝（ 21.625 ） 10

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2. 计算机中的计数制• 二进制的运算规则：主要包括算术运算和逻辑运算两种运算规则。算术运算算术运算二进制的算术运算主要是指加、减运算。两个 1 位二进制数的算术运算规则见右表。至于多位二进制数的算术运算，只要掌握“逢二进一”和“借一作二”，并利用 1 位二进制数运算规则即可实现。

二进制数的算术运算规则

加法规则减法规则0+0=0 0-0=0

0+1=10-1=1(借位1)

1+0=0 1-0=0

1+1=10 1-1=0

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2. 计算机中的计数制• 二进制的运算规则：逻辑运算逻辑运算(1)“与”运算：又称逻辑乘，

可用运算符“• ”来表示。如果逻辑变量 A 和 B 进行“与”运算，结果为逻辑变量 Y ，则可记作：Y=A•B。“与”运算的规则为：只有 A 、 B 两个逻辑变量全为“真”时，则逻辑变量 Y 为“真”；否则 Y 为“假”。

“与”运算关系

A B Y(A·B)

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

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2. 计算机中的计数制• 二进制的运算规则：逻辑运算逻辑运算(2)“或”运算：又称逻辑加，

可用运算符“ +”表示。如果逻辑变量 A 和 B 进行“或”运算，结果为逻辑变量 Y ，则可记作：Y=A+B。“或”运算的规则为：仅当 A 、 B 两个逻辑变量全为“假”，逻辑变量 Y 才为“假”；否则Y 为“真”。

”或”运算关系

A B Y(A+B)

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

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2. 计算机中的计数制• 二进制的运算规则：逻辑运算逻辑运算(3) “非”运算：“非”运算

使得一逻辑变量取其相反值。如果某逻辑变量为 A ，则其“非”运算结果用来表示，即： Y= 。“非”运算的规则为：若逻辑变量 A 为“假”，则逻辑变量 Y 为“真”；若 A 为“真”，则 Y 为“假”。

“非”运算关系

A Y （ )

0 1

1 0

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大学计算机基础教程三、常见的信息编码标准

1.BCD 码 BCD(Binary Code Decimal)码是用若干个二进制数表示一个十进制数的编码， BCD码有多种编码方法，常用的有 8421码。 8421码是将十进制数码0 ～ 9 中的每个数分别用 4 位二进制编码表示，这种编码方法比较直观、简要。对于多位数，只须将它的每一位数字按表中所列的对应关系用 8421码直接列出即可。8421码与二进制之间是不能直接转换的，必须先将8421码表示的数转换成十进制数，再将十进制数转换成二进制数。

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1.BCD 码

十进制数 8421 编码十进制数 8421 编码0 0000 10 0001 0000

1 0001 11 0001 0001

2 0010 12 0001 0010

3 0011 13 0001 0011

4 0100 14 0001 0100

5 0101 15 0001 0101

6 0110 16 0001 0110

7 0111 17 0001 0111

8 1000 18 0001 1000

9 1001 19 0001 1001

十进制数 0~19的 8421编码表

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2.ASCII 码 ASCII码采用七位二进制编码，可表示 128个字符，其中包括数字 0 ～ 9 、英文字母及符号等。其中打印字符 94个，非打印字符 34个。计算机中８个二进制位为一个字节，所以可以用一个字节表示一个ASCII字符。例如， 0 ～ 9 的 ASCII码值为 48D～57D，大写字母 A ～ Z 的 ASCII码值为 65D～ 90D，小写字母 a ～ z 的 ASCII码值为 97D～ 122D。

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3. 汉字编码• 国标码：国标码的字符集收录了 6 763个常用汉字和 682个非汉字字符，其中使用频度较高的 3 755个为一级字符，以汉语拼音为序排列；使用频度稍低的 3 008个汉字定为二级字符，以偏旁部首进行排列。 682个非汉字字符主要包括拉丁字母、俄文字母、日语假名、希腊字母、汉字拼音字母、数字、常用符号等。

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3. 汉字编码• 机内码：汉字的机内码是计算机系统内部对汉字进行存储、处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内码。由于汉字数量多，一般用 2 个字节来存放汉字的内码。在计算机内汉字字符必须与英文字符区别开，以免造成混乱。英文字符的机内码是用一个字节来存放 ASCⅡ码，一个 ASCⅡ码占一个字节的低 7 位，最高位为 0 ，为了便于区分，汉字机内码中两个字节的最高位恒置为1 。

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3. 汉字编码• 输入码：现行的汉字输入方案众多，常用的有拼音输入法和五笔字型输入法等。每种方案对同一汉字的输入编码虽然各不相同，但经过转换后存入计算机内的机内码却都一样。例如，用全拼输入法输入“ ji”和以五笔字型输入法输入“ sm”时，都能得到“机”这个汉字所对应的 2 个字节的机内码。

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3. 汉字编码• 区位码：为了便于使用， GB2312-80的国家标准将所有的国标汉字与符号组成一个 94×94的矩阵。在此方阵中 , 每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”，因此，这个方阵实际上组成了一个有 94个区（区号分别为 01到 94）、每个区内有 94个位（位号分别为 01到 94）的汉字字符集。一个汉字所在的区号和位号简单地组合在一起就构成了该汉字的区位码。

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大学计算机基础教程四、计算机的基本结构

不管是哪种类型的计算机，它们都是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 5 大部件组成的，缺一不可。其运行过程如下图所示：

运算器

输出设备输入设备

控制器

存储器计算结果

程序和原始数据

注：——为数据信号 - - - 为控制信号

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1. 运算器和控制器合称中央处理器，简称 CPU。 CPU的性能常常代表一台计算机的基本性能。• 运算器是计算机对信息数据进行处理和运算的部件，其主要功能是进行算术运算和逻辑运算，能提供操作数据和存放操作结果的累加器和寄存器及计数用的计数器。

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1. 运算器和控制器• 控制器是计算机的指挥中心，主要由指令译码器、指令寄存器和控制逻辑等部件组成。控制器完成一条指定指令的过程如下：根据预先编好的程序，依次从存储器取出指令，存放在寄存器中；由指令译码器对指令进行分析，判断应该进行的操作；然后通过控制逻辑发出相应控制信号，指挥确定的部件执行指令规定的操作。另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。

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2. 存储器一般分为内存储器 (RAM)和外存储器两大类。• 内存储器简称内存，也称主存储器，一般安插在主板上相应的插槽中，用于存放当前计算机正在执行的程序和数据，数据必须调入内存储器后才能由 CPU调用和执行。因此，内存的大小影响着计算机运行的速度。也就是说，在其他条件相同的配置下，内存越大，计算机的运行速度越快；内存越小，计算机运行的速度越慢。

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2. 存储器• 外存储器又称辅助存储器，简称辅存，是内存的扩充，用于存放备用的程序和数据，需要时，可成批地和内存进行信息交换。外存只能与内存交换信息，不能被计算机系统的其他部件直接访问。目前，常用的外存储器主要有硬盘、软盘和光盘等。

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3. 输入设备• 输入设备主要用于把信息与数据转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信息传送至计算机的存储设备中。常用的输入设备有鼠标、键盘和扫描仪等。

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4. 输出设备• 输出设备将计算机处理的结果通过接口电路以人或机器能识别的信息形式显示或打印出来。常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。

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