初中信息学奥赛培训课程基础知识二Word下载.docx

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我国从1956年开始计算机的科研和教学工作；

1960年我国第一台自行设计的通用电子计算机107机诞生；

1964年我国研制成大型通用电子计算机119机；

1983年每秒运行一亿次的银河巨型计算机在国防科技大学诞生；

1992年研制成功每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机；

1997年又研制成功每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机；

我国较有名的微型计算机品牌有：

“联想”、“长城”、“方正”等；

微机发展：

·

1982年Intel公司发布80286个人计算机微处理器芯片；

1985年－80386

·

1989年－80486

1993年，Pentium，主频60－66MHz；

1997年，PentiumⅡ，主频233MHz；

1999年，PentiumⅢ，主频450MHz以上；

2000年，P4，主频1.4G以上；

计算机的特点：

运算速度快，运算精度高，具有记忆能力，具有逻辑判断能力，具有自动控制能力；

计算机的应用：

1、数值计算

2、自动控制

3、事物处理

4、辅助教学（计算机辅助教学简称<

CAI>

）

5、辅助设计（计算机辅助设计简称<

CAD>

6、辅助测试（计算机辅助测试简称<

CAT>

7、信息检索

8、出版印刷

9、网络通信

10、多媒体技术

计算机分类：

巨型机、大型机、小型机、微型机、单片机。

计算机系统组成

计算机由硬件和软件两部分组成

硬件（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）

1、输入设备，接受用户的程序和数据，并转换成二进制代码送入内存储器存储起来，常见的输入设备有：

键盘、扫描仪、鼠标、手写笔、触摸屏、麦克风、扫描仪（Scanner）、视频输入设备、条形码扫描器。

2、输出设备，将输入的信息和计算机处理的结果转换成人们能接受的形式，显示或打印出来，常见的输出设备有：

显示器：

目前主要有CRT（阴极射线管）显示器和LCD液晶显示器。

显示器的关键有三个参数：

分辨率、点锐度和可显示区域大小等。

显示器的功能发挥还必须依赖于显示卡的性能参数。

打印机：

主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。

绘图仪。

输入与输出设备（I/O设备）又称为外部设备，而软盘驱动器、可读写光盘驱动器是既能输入又能输出的I/O设备

中央处理器（CPU）：

包括控制器和运算器运算器。

3、运算器，程序描述的算法是在运算器中完成的，运算器对代码进行各种计算，它不仅能进行加、减、乘、除等基本运算，还可以进行基本逻辑运算，实现逻辑判断、比较和移位等操作。

4、控制器，计算机的指挥系统，它的运算过程就是取指令->

分析指令->

执行指令，周而复始。

通过电路集成后，我们将运算器和控制器结合在一起，并称为中央处理器，简称为CPU。

CPU的性能是衡量计算机性能的主要标志之一。

CPU的主要技术指标有字长、主频、型号：

字长：

是CPU一次能处理的二进制位数，常用的有8位、16位、32位和64位等，所以字长与芯片的型号有关；

主频和MIPS：

主频是描述CPU运算速度的基本参数，单位Hz。

一般说奔二400中的400指的就是该CPU主频为400MHz，但CPU的各种指令执行的时间是不同的，一些复杂的指令所用的时间是最基本指令的8倍甚至更多，因此更能反映CPU工作能力的指标是MIPS（每秒百万条指令），是CPU在一秒种平均执行指令的条数；

型号：

由厂家决定

5．存储器，存储器存储容量的基本单位是“字节”（byte），用“B”表示，一个字节由8个二进制位（bit）组成。

其中1B=8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB

（1）内部存储器

中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括快速缓冲存储器和主存储器，中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。

主存储器：

内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。

是CPU能直接访问的存储器。

内存按工作方式的不同分为随机存储器（RAM）<

可读、写，一旦断电其中存储的信息就会丢失>

和只读存储器（ROM）<

只读，常用来存放一些固定的程序、数据等，断电数据不丢失>

内存中的每一个单位，都被赋予一个唯一的序号，成为地址。

CPU凭借地址，准确的操纵每个单位的执行顺序。

（2）外部存储器

外存储器：

也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。

包括：

硬盘存储器、软盘存储器、光盘存储器。

硬盘（Harddisk）：

目前的硬盘大多采用了温彻斯特技术，所以又称为“温盘”；

温氏技术的特点是：

将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；

采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写）。

软盘（FloppyDisk）：

目前常见的是3.5英寸/1.44MB的软盘。

光盘存储器（CD-ROM）：

普通的CD-ROM，只能读，不能写；

CD盘片的存储量大约是650MB。

可读写光驱：

能读又能写。

补充：

一般情况下，计算机的主存的速度要比CPU的速度低一个数量级，为弥补这一差距，在CPU和主存之间设置了了高速缓冲存储器（cache，简称高速缓存）

软件（系统软件和应用软件）

系统软件：

是计算机中最靠近硬件层次的软件，对计算机系统资源进行管理和控制，用来支持应用软件的开发和运行的。

典型的系统软件是操作系统和计算机语言翻译系统。

，主要是操作系统软件，如：

DOS、Windows95/98/2000、Unix、MacOSX、Linux、WindowsNT、solaris、FreeBSD；

支撑软件是支撑其他软件的开发和维护的软件，数据库管理系统、网络软件开发环境、环境数据库、各种接口软件和工具组（大家常见的有各种驱动程序）

应用软件：

为了某个应用目的而编写的软件，主要有文字处理软件、电子表格软件、数据库管理软件等。

计算机的工作原理

计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。

微型计算机由中央处理器、存储器、输入和输出设备构成，它们之间由总线（包括数据总线、控制总线、地址总线）连接。

其中，地址总线决定了CPU寻址的范围，数据总线决定了CPU能访问的存储空间的大小。

计算机的基本工作过程是：

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。

冯·

诺依曼计算机结构设计思想是现代计算机制造的基础理论依据。

该结构设计的主要知道思想是3点：

1、计算机内部用二进制表示数据和指令，并进行运算。

2、计算机由存储器、运算器、控制器、I/O设备构成。

3、程序和数据一样，用二进制数据存储在存储器中。

信息数字化

计算机中数的表示

1.电器开关的“开与关”，晶体管电路的导通与截止，电位的高低等，这两种物理状态来对应“0、1”这两个数比较容易实现，因此计算机中的信息都是以二进制的形式来表示的。

一个二进制位称为一个bit，8个bit称为一字节（Byte，B）

8bit=1B，1024B＝1KB（210），1024KB＝1MB（220），1024MB＝1GB

2.二（n）进制与十进制的转换（其他进制相同）

二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数的方法：

按权展开求和法，i位值＝i位符号值＊i位权值（基数的i－1次方）（权展开法）

例:

（10110）2＝1＊24＋0＊23＋1＊22＋1＊21＋0＊20＝（22）10

3.十进制转换为N进制：

十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数的方法：

整数转换方法：

除基反取余法

小数转换方法：

乘基取整法

例：

（22）10＝（10110）2

4.小数的转换（乘基数取整顺序排列）

（0.6875）10＝（0.1011）2

5.二进制与八进制及十六进制的转换（分别为3位和4位）

二进制数转换成八进制数：

从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位为一组用一位八进制数的数字表示，不足3位的要用“0”补足3位，就得到一个八进制数。

八进制数转换成二进制数：

把每一个八进制数转换成3位的二进制数，就得到一个二进制数。

将八进制的37.416转换成二进制数：

37．416

011111．100001110

即：

（37.416）8＝（11111.10000111）2

将二进制的10110.0011转换成八进制：

010110.001100

26.14

即：

（10110.011）2＝（26.14）8

二进制数转换成十六进制数：

从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每4位为一组用一位十六进制数的数字表示，不足4位的要用“0”补足4位，就得到一个十六进制数。

十六进制数转换成二进制数：

把每一个八进制数转换成4位的二进制数，就得到一个二进制数。

将十六进制数5DF.9转换成二进制：

5DF．9

010111011111．1001

（5DF.9）16＝（10111011111.1001）2

将二进制数1100001.111转换成十六进制：

01100001．1110

61．E

（1100001.111）2＝（61.E）16

6.比较数的大小时，首先要确定它们为同一进制，当低进制向高进制转换时，括号内的数值减小，反之增大。

如：

（75）10＝（113）8（75）10＝（4B）16

十进制、二进制、八进制与十六进制数字对照表（要求熟记于心）

十进制

二进制

八进制

十六进制

0000

1

0001

2

0010

3

0011

4

0100

5

0101

6

0110

7

0111

8

1000

10

9

1001

11

1010

12

A

1011

13

B

1100

14

C

1101

15

D

1110

16

E

1111

17

F

注意：

以上所说的二进制数均是无正、负符号的数。

这些数的范围如下表：

无符号位二进制数位数

数值范围

十六进制范围表示法

8位二进制数

0~255（255=28-1）

00~0FFH

16位二进制数

0~65535（65535=216-1）

0000H~0FFFFH

32位二进制数

0~232-1

00000000H~0FFFFFFFFH

下面四个不同进制的数,最小的一个数是.

A.（11011001）2B.（75）10C.（37）8D.（A7）16

用16进制,8进制和10进制写了一个如下等式:

52-19=33式中三个数是各不相同进位制的数,试问52,19,33分别为

A.8,10,16　　B.10,16,8　　C.8,16,10　　D.10,8,16

符号数的机器码表示方法

1．带符号二进制数的表示方法：

带符号二进制数用最高位的一位数来表示符号：

0表示正，1表示负。

含符号位二进制数位数

-128~+127

80H~7FH

-32768~+32767

8000H~7FFFH

-2147483648~+2147483647

80000000H~7FFFFFFFH

2、符号位的机器码表示：

（1）机器数和真值

我们把一个数在计算机内被表示的二进制形式称为机器数，该数称为这个机器数的真值。

机器数有固定的位数，具体是多少位受到所用计算机设备字长的限制。

机器内部一次能表示的二进制位数由机器的字长，字长8位叫一个字节（Byte），一般机器字长都是字节的整数倍，如字长8位、16位、32位、64位等。

机器数的真值：

指带符号位的机器数所对应的十进制数值；

机器数把其真值的符号数字化，通常是用规定的符号位（一般是最高位）取0或1来分别表示其值的正或负。

例如：

假设机器数为8位，则其最高位是符号位，那么在整数的表示情况下，对于00101110和10010011，其真值分别为十进制数+46和-19。

符号数01001B，11011B的真值分别是+9和-11。

（2）最常用的机器数的表示方法：

原码、反码和补码。

原码

整数X的原码是指：

其符号位的0或1表示X的正或负，其数值部分就是X的绝对值的二进制表示。

通常用[X]原表示X的原码。

假设机器数的位数是8，即字长为1byte，原码能表示数值的范围为（-127~-0+0~127）共256个.

那么：

[+17]原=00010001[-39]原=10100111

注意：

由于[+0]原=00000000，[-0]原=10000000，所以数0的原码不唯一，有“正零”和“负零”之分。

已知：

x1=-1011B，x2=+1001B，则x1，x2有原码分别是

[x1]原=11011B，[x2]原=01001B

规律：

正数的原码是它本身，负数的原码是取绝对值后，在最高位（左端）补“1”。

有了数值的表示方法就可以对数进行算术运算.但是很快就发现用带符号位的原码进行乘除运算时结果正确,而在加减运算的时候就出现了问题,如下:

假设字长为8bits

（1）10-

（1）10=

（1）10+（-1）10=（0）10

（00000001）原+（10000001）原=（10000010）原=（-2）显然不正确.

因为在两个整数的加法运算中是没有问题的,于是就发现问题出现在带符号位的负数身上,对除符号位外的其余各位逐位取反就产生了反码.反码的取值空间和原码相同且一一对应.下面是反码的减法运算:

（1）10-

（2）10=

（1）10+（-2）10=（-1）10

（00000001）反+（11111101）反=（11111110）反=（-1）正确

反码表示法：

在反码的表示中，正数的表示方法与原码相同；

负数的反码是把其原码除符号位以外的各位取反（即0变1，1变0）。

通常，用[X]反表示X的反码。

按位取反的意思是该位上是1的，就变成0，该位上是0的就变成1。

即1=0，0=1

，

，求

和

。

解：

=

[+45]反=[+45]原=00101101[-32]原=10100000[-32]反=11011111

（1）10-

（1）10=

（1）10+（-1）10=（0）10

（00000001）反+（11111110）反=（11111111）反=（-0）

有问题.

问题出现在（+0）和（-0）上,在人们的计算概念中零是没有正负之分的.（印度人首先将零作为标记并放入运算之中,包含有零号的印度数学和十进制计数对人类文明的贡献极大）.

于是就引入了补码概念.

补码表示法：

在补码的表示中，正数的表示方法与原码相同；

负数的补码在在其反码的最低有效位上加1。

通常用[X]补表示X的补码。

正数的原码反码补码是一样的。

在补码中用（-128）代替了（-0）,所以补码的表示范围为:

（-128~0~127）共256个.

[+14]补=10100100[-36]反=11011011[-36]补=11011100

注意:

（-128）没有相对应的原码和反码,（-128）=（10000000）

注意1：

数0的补码的表示是唯一的，即[0]补=[+0]补=[-0]补=00000000

注意2：

利用公式[X]补+[±

Y]补=[X±

Y]补可以把加法和减法统一成加法。

（符号位和其它位上数一样运算，如果符号位上有进位，则把这个进位的1舍去不要，即不考虑“溢出”问题）。

X=6，Y=2求X-Y

[X]补=00000110[-Y]补=11111110

[X-Y]补=00000100

求补码方法

首先分析两个十进制数年运算：

78-38=41，79+62=141

如果使用两位数的运算器，做79+62时，多余的100因为超出了运算器两位数的范围而自动丢弃，这样在做78-38的减法时，用79+62的加法同样可以得到正确结果。

模是批一个计量系统的测量范围，其大小以计量进位制的基数为底数，位数为指数的幂。

如两位十进制数的测量范围是1——9，溢出量是100，模就是102=100，上述运算称为模运算，可以写作：

79+（-38）=79+62（mod100）

进一步写为-38=62，此时就说–38的补法（对模100而言）是62。

计算机是一种有限字长的数字系统，因此它的运算都是有模运算，超出模的运算结果都将溢出。

n位二进制的模是2n,

一个数的补码记作[x]补，设模是M，x是真值，则补码的定义如下：

设计算机字长n=8位，机器数真值x=-1011011B，求[x]补。

因为n=8，所以模M=28=100000000B，x<

0，所以

[x]补=M+x=100000000B-1011011B=10100101B

这个x的补码的最高位是“1”，表明它是一个负数。

由原码求出补码：

（1）正数的补码表示与原码相同；

（2）负数的补码是将原码符号位保持“1”之后，其余各位按位取反，末位再加1便得到补码，即取其原码的反码再加“1”：

[x]补=[x]补+1。

补码的加减运算如下:

（1）10-

（1）10=

（1）10+（-1）10=（0）10

（00000001）补+（11111111）补=（00000000）补=（0）正确

（1）10-

（2）10=

（1）10+（-2）10=（-1）10

（00000001）补+（11111110）补=（11111111）补=（-1）

正确

所以补码的设计目的是:

⑴使符号位能与有效值部分一起参加运算,从而简化运算规则.

⑵使减法运算转换为加法运算,进一步简化计算机中运算器的线路设计

所有这些转换都是在计算机的最底层进行的，而在我们使用的汇编、C等其他高级语言中使用的都是原码。

下表列出

的8位二进制原码，反码和补码并将补码用十六进制表示。

真值

原码（B）

反码（B）

补码（B）

补码（H）

+127

01111111

7F

+39

00100111

27

+0

00000000

00

-0

10000000

11111111

-39

10100111

11011000

11011001

D9

-127

10000001

81

-128

无法表示

80

从上可看出，真值+0和-0的补码表示是一致的，但在原码和反码表示中具有不同形式。

8位补码机器数可以表示-128，但不存在+128的补码与之对应，由此可知，8位二进制补码能表示数的范围是-128——+12