计算机应用基础计算机基础知识Word格式.docx
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第二代
(1958~1964)
第三代
(1964~1971)
第四代
(1971~今)
逻辑元件
电子管
晶体管
中、小规模集成电路
大规模、超大规模集成电路
主存储器
磁芯、磁鼓
半导体存储器
辅助存储器
磁鼓、磁带
磁鼓、磁带、磁盘
磁带、磁盘、光盘
处理方式
机器语言、
汇编语言
作业连续处理
编译语言
实时、分时处理、多道程序
实时、分时处理、网络结构
运算速度(/次·
s-1)
几千~几万
几万~几十万
几十万~几百万
几百万~百亿
主要特点
体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂
体积较小、重量轻、耗电小、可靠性较高
小型化、耗电少、可靠性高
微型化、耗电极少、可靠性很高
二.计算机的发展趋势
当前,计算机正朝着巨型化、微型化、智能化、网络化等方向发展,使计算机本身性能越来越优越,应用范围也越来越广泛,从而使更多的人有机会接触计算机、使用计算机,使计算机成为我们工作、学习和生活中必不可少的工具。
计算机技术的发展主要有以下几个特点:
⑴巨型化
发展巨型机和大型机是尖端科学和国防事业的需要,它标志一个国家的计算机水平。
巨型机是一种高速的、大存储容量的超大型计算机,其运算速度一般在每秒一亿次,甚至十亿次、百亿次。
⑵微型化
自从1971年微型计算机问世以来,在短短的20年时间里,微型计算机得到了极为迅速的发展,硬件、软件技术不断地升级换代,价格不断下降,并且广泛地应用到社会生活的各个方面。
⑶智能化
人工智能的模拟是自动化发展的高级阶段,它可以让计算机进行图像识别、定理证明,学习、研究、探索、联想和理解人的语言等。
⑷网络化
近年来,计算机网络发展迅速,网络技术已经成为计算机系统集成应用的支柱技术。
目前,大到世界范围的因特网,小到一个单位内的局部的网络已经很普及。
因特网已经连接包括我国在内的世界上绝大多数国家和地区,网络用户持续增长。
由于计算机网络实现了多种资源的共享和分布处理,提高了资源的使用效率,因而深受广大用户的欢迎。
⑸多媒体技术的应用
由于解决了图像压缩和解压技术,计算机可以同时处理和重视文字、数值、图形、图像、声音、动画等多种媒体。
许多硬件和软件都对声音、图像等多媒体给予支持。
多媒体技术与计算机技术紧密结合,使计算机可兼有报纸、广播、电视、电话、传真、光纤通讯等现代设备的功能,能够交互式地处理、传输和管理数值、字符、文本、图形、语音、音频、视频、动画等多种媒体信息。
多媒体电脑正日益广泛地向教育、管理、娱乐、电子出版、通讯及文献资料部门渗透。
从发展趋势看,未来的计算机将是计算机技术、微电子技术、光学技术、超导技术和电子仿生技术相互结合的产物;
集成电路、超导器件、电子仿生技术等将进入计算机。
计算机将会发展到一个更高、更先进的水平。
三.计算机的特点和应用
1.计算机的主要特点
⑴运算速度快
计算机的运算速度指计算机在单位时间内执行指令的平均速度,可以用每秒钟能完成多少次操作(如加法运算),或每秒钟能执行多少条指令来描述。
随着半导体技术和计算机技术的发展,计算机的运算速度已经从最初的每秒几千次发展到每秒几十万次、几百万次,甚至每秒几十亿次、上百亿次。
计算机的速度是传统的计算机工具所不能比拟的。
⑵精确度高
计算机中的精确度主要表现为数据表示的位数,一般称为字长,且字长越长精确度越高。
计算机一般都可以有十几位有效数字,因此能满足一般财政部下对计算精度的要求。
⑶具有“记忆”和逻辑判断能力
计算机不仅能进行计算,而且还可以把原始数据、中间结果、运算指令等信息存储进来,供使用者调用。
这是电子计算机与其他计算装置的一个重要区别。
计算机还能在运算过程中随时进行各种逻辑判断,并根据判断结果自动决定下一步应执行的命令。
⑷程序运行自动化
由于计算机具有“记忆”能力和逻辑判断能力,所以计算机内部的操作运算都是自动控制进行的。
使用者在把程序送入计算机后,计算机就在程序的控制下自动完成全部运算并输出运算结果,不需要人的干预。
2.计算机的应用领域
计算机以其卓越的性能和强大的生命力,在科学技术、国民经济、社会生活等各个方面都得到了广泛的应用,并且取得了明显的社会效益和经济效益。
计算机的应用几乎包括人类的一切领域,可以说包罗万象,无孔不入,不胜枚举。
根据计算机的应用特点,可以归纳为以下几大类。
⑴科学计算
利用计算机解决研究和工程设计等方面的数字计算问题,称为科学计算,或称为数值计算。
科学计算的特点是计算量大,要求精确度高、结果可靠。
利用计算机的高速性、大存储容量、连续运算能力,可以处理人工无法实现的各种科学计算问题。
例如,建筑设计中的计算;
各种数学、物理问题、气象预报中气象数据的计算;
地震预测等。
⑵数据处理
数据处理主要指那些计算方法比较简单,但数据处理量大的数据加工等方面的工作,常常泛指非科学计算方面的、以管理为主的所有应用。
例如,企业管理、财务会计、统计分析、仓库管理、商品销售管理、资料管理、图书检索等。
数据处理的特点是原始数据量大,算术运算简单,有大量的逻辑运算与判断,结果要求以表格或文件的形式存储或输出等。
数据处理包括数据采集、记载、分类、排序、存储、计算、加工、传输、统计分析等方面的工作。
⑶实时控制
实时控制指用计算机及时地采集、检测被控对象运行情况的数据,通过计算机的分析处理后,按照某种最佳的控制规律发出控制信号,控制对象过程的进行。
实时控制在机械、冶金、石油化工、电力、建筑、轻工等各个部门都得到了广泛的应用,在卫星、导弹发射等国防尖端科学技术领域,更是记不开计算机的实时控制。
⑷计算机辅助系统
计算机辅助系统包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAI)和计算机辅助测试(CAT)等。
计算机辅助设计(CAD)是利用计算机帮助设计人员进行设计。
计算机辅助设计已广泛应用于船舶、飞机、建筑工程、大规模集成电路、机械零件、电路板布线等设计工作中,使得设计工作实现自动化或半自动化,既可以缩短设计周期、提高设计质量,又能降低设计成本、提高效率。
计算机辅助制造(CAM)是利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作过程。
例如,在产品的制造过程中,用计算机来控制机器的运行,处理生产过程中所需要的数据,控制和处理材料的流动,对产品进行产品测试和检验等。
计算机辅助教学(CAI)是利用计算机帮助教师进行教学,把教学内容编成各种“课件”,学生可以根据自己的程序来选择不同的内容,从而使教学内容多样化、形象化,便于因材施教。
如各种教学软件、试题库、专家系统等。
计算机辅助测试(CAT)是利用计算机进行测试。
例如,在生产大规模集成电路的过程中,由于逻辑电路复杂,用人工测试往往比较困难,不但效率低,而且容易损坏产品。
利用计算机进行测试,可以自动测试集成电路的各种参数、逻辑关系等,并且可以实现产品的分类和筛选。
将CAD、CAM、CAT技术有效地结合起来,就可以使设计、制造、测试全部由计算机来完成,大大减轻了科技人员和工人的劳动强度。
⑸系统仿真
系统仿真是利用模型来模仿真实系统的技术。
通过仿真模型可以了解实际系统和过程在各种因素变化的条件下,其性能的变化规律。
例如,将反映自动控制系统的教学模型输入计算机,利用计算机研究自动控制系统的运行规律;
利用计算机进行飞机模拟、航海模拟、发电厂供电系统模拟等。
⑹办公自动化
办公自动化(OA)是指以计算机或数据处理系统来处理日常例行的各种事务工作。
它具有完善的文字和表格处理功能,较强的资料、图像处理能力和网络通讯能力,可以进行各种文档的存储、查询、统计等工作。
例如,起草各种文稿,收集、加工、输出各种资料信息等。
办公自动化设备除计算机外,一般还包括复印机、传真机、通讯设备等。
⑺人工智能
人工智能又称智能模拟,是用计算机系统模仿人类的感知、思维、推理等智能活动。
人工智能是探索计算机模拟人的感觉和思维规律的科学,是控制论、计算机科学、仿真技术、心理学等学科基础上发展起来的边缘学科。
人工智能研究和应用的领域包括模式识别、自然语言理解与生成、专家系统、自动程序设计、定理证明、联想和决策;
模拟著名医生给病人诊病的医疗诊断专家系统;
机械手与机器人的研究和应用等。
⑻计算机通讯、计算机网络
将地理位置不同的多台计算机通过通信介质连接起来,组成计算机网络,实现计算机之间的数据通信和各种资源有共享。
总之,计算机已在各个领域、各行各业中得到广泛的应用,其应用范围已渗透到科研、生产、军事、教学、金融银行、交通运输、农业林业、地质勘探、气象预报、邮电通信等各行各业,并且深入到文化、娱乐和家庭生活等各个领域,其影响涉及社会生活的各个方面。
1-2数制和字符编码的基本概念
一.数字化信息编码的概念
1.数据与信息
数据是用人类能够识别或计算机能够处理的某种符号的集合。
如商品的名称、价格、出厂日期、颜色等。
这里讲的数据是广义的概念,客观存在不仅仅指数字、文字,也可以是声音、图像等。
经过加工处理后用于人们制定决策或具体应用的数据称作信息。
例如,人们通过对商品的各个特征数据的分析,得出商品的应用价值,作为是否购买的依据。
数据与信息既有联系又有区别。
一方面,数据表示了信息,既信息只能通过数据形式表示出来才能被计算机理解和接受;
另一方面,信息是数据的内容,是有用的数据。
2.信息编码的意义
在当今的信息时代,信息已成为社会的重要资源。
面对繁杂、海量的信息,人们都有目不暇接的感觉,而要有效地使用这些信息,必须进行科学的管理和处理。
因此,具有大存储量、高速度的电子计算机理所当然地成为人们进行信息处理的现代化工具。
使用电子计算机进行信息处理,首先必须要使计算机能够识别信息。
信息的表示有两种形态:
一种是人类可识别、理解的信息形态;
一种是电子计算机能够识别和理解的信息形态。
电子计算机只能识别机器代码,即用0和1表示的二进制数据。
因此,用计算机进行信息处理时,必须将信息进行数字化编码后,才能方便地进行存储、传送、处理等操作。
二.进位计数制
1.进位计数制概述
数制是指计数的规则和方法。
日常生活中,我们习惯使用十进制(即“逢十进一”),也有其他进制数,如六十进制(一小时等于六十分钟)、十二进制(一年等于十二个月,一打等于十二件)、二进制(两只筷子称作一双)等,使用哪一钟数制,完全取决于人们的习惯和使用是否方便。
计算机内部进行数据运算采用二进制。
由于这些数制都是采用逢R进位的方法进行计数,又称为进位计数制。
进位计数制有以下几个特点:
⑴有固定的数码
R进制有R个数码,数码的个数R又称作该数制的基数。
例如十进制的数码有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个,二进制由0和1两个数字符号组成该数制的数码。
⑵采用进位运算规则,即“逢R进一”
例如十进制数运算时采用“逢十进一”规则,二进制采用“逢二进一”的运算规则。
⑶采用位权表示法
进位计数制的数据都可以用位置表示法表示,即处于不同位置上的数码表示不同的数值,数码在某个位置上有一个固定的权值,数码与所在位置上的权值(又称位权)的乘积即为该数码在该位上代表的数值大小。
在进位计数制中,位权等于基数的若干次幂。
例如,在十进制中,个位数的位权为100,十位数的位权为101,所以3在个位上表示数值为3×
100即3,在十位上表示的数值就是3×
101即30,……
采用位权表示法,任何进制数据都可表示成按位权展开的多项式之和的形式。
例如R进制数N可表示为:
式中:
m、n均为正整数,Ai是数码,R是基数,Ri是位权。
2.几种常用的进位计数制
计算机中引进了十进制、二进制、八进制和十六进制等多种进位计数制,为了表示某一个数是哪一种数制中的数,常用以下两种方法:
方法一:
将数用圆括号括起来,并将其所在数制的基数写在右下角标。
例如(1011)2、(188)16等。
方法二:
在数字后加上一个英文字母表示该数所用的数制。
其中,十进制用D(Decimal)表示,二进制用B(Binary)表示,八进制用O(Octal)表示,十六进制用H(Hexadecimal)表示。
例如1011B,188H。
⑴十进制
在日常生活中,我们习惯使用十进制。
在计算机中,为了方便人们的使用,在输入输出数据时一般也用十进制。
十进制数码有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字符号,运算规则是“逢十进一”。
十进制既可用位置表示法表示,亦可表示成按位权展开的多项式之和的形式,例如:
(2148.75)10=2×
103+1×
102+4×
101+8×
100+7×
10-1+5×
10-2
⑵二进制
二进制只有0和1两个数码符号,其数为2,运算规则是“逢二进一”。
二进制既可用位置表示法表示,亦可表示成按位权展开的多项式之和的形式,例如:
(1011.11)2=1×
23+0×
22+1×
21+1×
20+1×
2-1+1×
2-2
=(11.75)10
概括起来,二进制具有以下特点:
①易于实现
二进制数只含有两个数字0和1,因此可用具有两个不同的稳定物理状态的元件来表示。
例如可用电流的有和无、电压的高和低、晶体管的导通和截止、脉冲的有和无等表示二进制数字0和1。
如用十进制,每一位都要用具有十个不同稳定物理状态的元件来实现。
②运算规则简单
二进制的算术运算规则简单(加减乘除都可转换成加法来运算),可以使计算机中运算部件的结构变得比较简单。
③可与逻辑运算对应
二进制数的两个数字0和1与逻辑代数的逻辑变量取值相对应,从而便于用二进制数表示逻辑数值,进行逻辑运算。
④可靠性高
由于二进制只有0和1两个数码符号,因此在存储、传输和处理时不易出错,保障了系统的高可靠性。
⑶八进制
由于使用二进制表示数据的位数太长,不便于书写,因而计算机中又引进了八进制。
(173.24)8=1×
82+7×
81+3×
80+2×
8-1+4×
8-2
=(123.3125)10
⑷十六进制
十六进制数码符号有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,由于数码符号必须占一位,所以用英文字母A~F分别表示数字10~15。
十六进制基数是16,运算规则是“逢十六进一”。
十六进制数既可用位置表示法表示,亦可表示成按位权展开的多项式之和的形式,例如:
(E5D.2C)16=E×
162+5×
161+D×
160+2×
16-1+C×
16-2
=(3677.1719)10
书上P7表1-2列出了几种常用数制之间的参照关系。
3.进位计数制之间的转换
不同进位计数制之间的转换,是根据“如果两个有理数相等,则两数的整数部分和小数部分一定分别相等”的原则进行的。
因此,数制间互相转换时,可以对整数部分和小数部分分别进行转换。
⑴非十进制数转换成十进制数
转换方法:
将非十进制数按位权进行多项式展开,然后在十进制中按照“逢十进一”的运算规则进行运算。
例1-1将(110101.11)2转换成十进制数。
(110101.11)2=1×
25+1×
24+0×
23+1×
22+0×
=32+160+4+0+1+0.5+0.25
=(53.75)10
例1-2将(123.45)8转换成十进制数。
(123.45)8=1×
82+2×
80+4×
8-1+5×
=64+16+3+0.5+0.078125
=(83.578125)10
例1-3将(5FC.1A)16转换成十进制数。
(5FC.1A)16=5×
162+F×
161+C×
160+1×
16-1+A×
=5×
162+15×
161+12×
16-1+10×
=1280+240+12+0.0625+0.0390625
=(1532.1015625)10
⑵十进制数转换成非十进制数
①将整数部分与小数部分分别转换,然后将结果组合起来。
②整数部分的转换采用“除以基数倒取余”法,即将十进制整数连续除以非十进制数制的基数,并将每次相除后的余数取下来,直到商为0为止,然后用“倒取”的方式将各次相除所得余数组合起来即为所要求结果。
所谓“倒取”,是将第一次相除所得余数作为最低位,将最后一次相除所得余数作为最高位。
③小数部分的转换采用“乘以基数取整”法,即将十进制小数连续乘以非十进制数的基数,并将每次相乘后所得的整数部分取下来,直到小数部分为0或已满足精确度要求为止,然后将各次相乘所获得的整数部分按先后顺序组合起来即为所要求结果。
所谓“按先后顺序”,是将是将第一次相除所得余数作为最高位,将最后一次相除所得余数作为最低位。
例1-4将(87.6875)10转换成二进制数。
整数部分转换如下:
2
87余数
43……1二进制整数低位
2
21……1
10……1
5……0
2……1
1……0
0……1二进制整数高位
整数部分为(1010111)2
0.6875整数部分
×
)2
1.3750…………1二进制小数高位
0.3750
0.7500…………0
0.7500
1.5000…………1
0.5000
1.0000…………1二进制小数低位
小数部分转换如下:
小数部分为(0.1011)2
将整数部分与小数部分组合起来,即:
(87.6875)10=(1010111.1011)2
说明:
*十进制纯小数转换时,若遇到转换过程无穷无尽时,应根据精度要求确定保留几位小数,以得到一个近似值。
*十进制数转换为八进制、十六进制数的方法与十进制数转换为二进制数的方法相同,这里不再举例。
⑶二进制数与八进制、十六进制数之间的转换
①二进制数与八进制数之间的转换
由于一位八进制数对应三位二进制数,因而转换方法如下:
*二进制数转换为八进制数:
将二进制数以小数点为界,分别向左、向右每三位分为一组,不足三位时用0补足(整数在高位补0,小数在低位补0),然后将每组的三位二进制数等值转换成对应的八进制数。
*八进制数转换为二进制数:
按原数位的顺序,将每位八进制数等值转换成三位二进制数。
例1-5将(11101010011.1011)2转换成八进制数。
011101010011.101100
↓↓↓↓↓↓
3523.54
即:
(11101010011.1011)2=(3523.54)8
例1-6将(571.64)8转换成二进制数。
571.64
↓↓↓↓↓
101111001.110100
(571.64)8=(101111001.1101)2
②二进制与十六进制数之间的转换
由于一位十六进制数对应四位二进制数,因而转换方法如下:
*二进制数转换为十六进制数:
将二进制数以小数点为界,分别向左、向右每四位分为一组,不足四位时用0补足(整数在高位补0,小数在低位补0),然后将每组的四位二进制数等值转换成对应的十六进制数。
*十六进制数转换为二进制数:
按原数位的顺序,将每位十六进制数等值转换成四位二进制数。
例1-7将(11101010011.1011101)2转换成十六进制数。
011101010011.10111010
↓↓↓↓↓
753.BA
(11101010011.1011101)2=(753.BA)16
例1-8将(5CE.6A)16转换成二进制数。
5CE.6A
010111001110.01101010
(5CE.6A)16=(101110011100110101)2
三.字符的二进制编码
如上所述,数据在计算机中是以二进制形式表示和处理的。
但是,除了数值数据外,计算机还经常需要处理字符数据,如英文字母、运算符等。
字符数据也必须表示为二进制编码的形式,计算机才能进行处理。
1.BCD码
人们在使用计算机进行输入、输出数据时,习惯于使用十进制,而计算机内部使用二进制表示和处理数据。
因此,输入数据时需要将十进制转换成二进制;
输出数据时需要将二进制转换成十进制。
为了便于机器进行转换,人们设计了一种快速表示十进制的二进制编码,称作二—十进制编码或BCD(BinaryCodedDecimal)码。
BCD码将每一位十进制数用四位二进制数表示,其编码方法很多,有BCD8421、BCD2471、余3码、格雷码等,其中最常用的是BCD8421码。
BCD8421码的8421是指四位二进制数自左至右每一位对应的权值。
P10表1-3列出了十进制数与BCD
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