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计算机公共课核心讲义邵老师主编第1章 计算机基础一、计算机概述1计算机的起源：世界上第一台真正意义上的数字电子计算机是1946年2月在美国宾夕法尼亚大学投入运行的_（Electronic Numerical Integrator And Calculator），该计算机具有重要的历史意义，它是人类历史上第三次产业革命（信息产业）的标志。2计算机的发展按计算机使用的_可划分为如表1.1所示的4个阶段。 表1.1  计算机的发展阶段起止年代名称特点第一代： 20世纪50年代初期_时代主要用于_，使用机器语言和汇编语言第二代：20世纪50年代中期60年代中期_时代产生了高级语言第三代：20世纪60年代中期70年代初期_时代出现了操作系统第四代：20世纪70年代中期至今_时代计算机网络得到快速发展 计算机中最基本的元件是_，芯片制造技术的提高，是推动计算机发展的动力。现在流行的计算机是_计算机，真正的“新一代计算机”并没有出现。3计算机的发展趋势（1）_：不是从_上考虑的，而是指研制速度更快、存储量更大和功能更强的计算机；（2）_（主要考虑民用）；（3）_化；（4）_化。4计算机的分类 表1.2  计算机的分类情况划分依据名称说明用途通用机、专用机专用机是为解决某个方面的特定问题而专门研制的规模巨型机、大/中型机、小型机、微型机、工作站、服务器这里的规模并不是指_，而是指处理能力、存储容量、运算速度等性能指标处理信号数字计算机、模拟计算机、数模混合计算机数字信号是离散的，模拟信号是连续的 说明：（1）模拟计算机处理的是_信号，例如电压、温度、速度等模拟数据，其应用范围很窄，已经基本停产。当前我们使用的计算机绝大多数都是_型的，其特点是计算机的输入和输出都是数字量，是_的信号。（2）计算机按规模分类时，其分类依据包括多个技术指标，例如字长、运算速度、存储容量、输入输出能力及价格等，而不是从字面意义的“体积的大小”。当然，一般来说，巨型机的体积往往也是非常大的。5计算机的特点运算速度快、存储容量大、通用性强、工作自动化、精确性高。6计算机的应用方面（1）_：主要指数值计算，是计算机最早的应用。（2）_：主要指非数值形式的数据处理，如办公自动化（OA）、企业管理、情报检索、报刊编排处理等。信息处理是目前计算机最广泛的应用。（3）_：又称实时控制，指计算机快速准确的对外界情况做出反映。（4）_：计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。如计算机辅助教学（_、计算机辅助设计（_）、计算机辅助制造（_）、计算机辅助测试（_）、计算机集成制造（_）、计算机辅助教育（_）等。补充：_。（5）多媒体技术是指对数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体的有机组合和加工处理的技术。（6）计算机网络与通信。计算机网络是_技术和_技术相结合的产物。（7）人工智能（AI，Artificial Intelligence）：是指让计算机模拟人的思维，从而做一些常常认为需要_才能做的一些工作。人工智能是当前及以后计算机领域非常重要的研究方向，例如下棋程序、专家系统、机器人、模式识别、机器翻译等都属于人工智能学科的研究范畴。二、计算机系统1计算机系统组成一个完整的计算机系统组成如图1.1所示。2计算机硬件系统（1）硬件是计算机中所有看得见、摸得着的部分，包括运算器、_、_、输入设备和_五大基本组成部分，其功能如表1.3所示。 表1.3  硬件系统五大基本组成部分的功能名称功能运算器完成_和_运算，_（算术逻辑单元）是其中主要的部件控制器向其他部件发出控制指令，协调系统工作，是计算机的_存储器计算机中唯一具有存储能力的部件，用来存储程序和数据输入设备输入数据到计算机的存储器中输出设备输出结果和信息 （2）存储器的分类和特点如表1.4所示。   表1.4  存储器的分类及特点比较内存（CPU可以_访问的存储器，程序运行所需要的全部数据必须_内存）_随机存取存储器，断电后其中的数据_，其存储能力和存取速度影响计算机的整体性能。_只读存储器，其中的数据是计算机厂商一次性写入的，存放系统的基本数据，通常用户不能更改，断电后_。Cache_，是为了匹配_和_的速度差异而引入的。外存CPU_直接访问外存，外存中的数据必须通过内存进行写入和读出；当断电后，数据也不丢失，一般用于存储用户需要长期保存的大量数据。包括硬盘、软盘、优盘、CD-ROM等。 补充：读写速度_。（3）为了便于存储和利用，存储器被划分为许多大小为一个字节的存储单元，并为每个存储单元分配了一个唯一的编号，称为_。补充：<1>64K_。<2>000H3FFH_。（4）常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、手写板、数字化仪、条形码阅读器、数码相机、扫描仪、模/数（A/D）转换器等；常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、数/模（D/A）转换器等；补充：1. 磁盘驱动器_。      2显示器_。（5）计算机的工作流程如图1.2所示，计算机系统的整个工作流程为：通过_将指令和数据输入到计算机的_中保存起来，然后在_的指挥下，CPU从_中取出指令和数据，并根据指令的要求逐条对数据进行处理，处理完毕将结果再送回内存，最后在控制器的控制下将结果通过_输出。整个过程是各个部件协调一致的工作过程。（6）存储程序工作原理匈牙利数学家_提出了二进制的思想和_原理，该思想对计算机的发展做出了重要贡献。其主要内容包括：<1>_；<2>计算机内部采用_进制；<3>计算机运行采用_思想。存储程序工作原的含义是：为解决某个问题，需要实现编制好程序，程序可以用_编写，但是最终要转换为_组成，即程序是由一系列机器指令组成的。将程序输入到计算机并存储在外部存储器中，控制器将程序读入内存储器并运行程序，控制其按照地址顺序取出存放在内存中的指令，然后分析指令、执行指令的功能，遇到程序中的转移指令时，则转移到转移地址，再按照地址顺序访问指令。补充：_；_；_。3计算机软件系统（1）软件是指使计算机运行所需的_、_和有关_的总和。程序是由按照一定顺序组成的指令的集合，计算机将根据程序中指令的要求完成对数据的处理。（2）系统软件是计算机系统必备的软件，主要功能是管理、控制和维护计算机资源以及开发应用软件，包括_、语言处理程序、系统支撑和服务程序、数据库管理系统_四类。（3）应用软件是为解决某个实际问题而由用户自己编写的程序。如Microsoft Office、WPS、Adobe PhotoShop等。（4）计算机语言是程序设计的工具，计算机语言的分类和特点见表1.5。 表1.5  计算机语言的分类和特点语言名称特点低级语言机器语言只有0和1组成的二进制语言，是计算机唯一能_的语言，优点：速度快，效率高；缺点：不能移植，编写、修改困难，可读性差。汇编语言符号化的机器语言，采用_表示。较机器语言便于使用，但计算机不能直接识别。汇编语言源程序需要经过_过程将其翻译成机器语言程序才能执行。高级语言接近于人的_语言，编写、修改方便，可读性好，通用性强。但高级语言源程序必须经过专门的语言处理程序翻译成机器语言程序才能执行，执行效率低。 （5）除机器语言程序之外，其他语言编写的程序计算机都不能直接识别，因此必须经过语言处理程序的处理，最终转换为机器语言程序。语言处理程序对高级语言程序的处理方式有两种：_和_。补充：编译程序_。解释程序_。4硬件系统和软件系统的关系硬件是计算机运行的物理基础，软件的运行必须在硬件的基础之上，软件使硬件的作用得以发挥。三、计算机中数据的表示1数据和信息数据是指存储在媒体上的各种物理符号，包括文字、字母、数字、图形、图像、音频、视频与动画等。信息是从数据中提炼出来的有价值的部分。因此，数据和信息既有区别又有联系，数据是信息的_，是信息的_，而信息是对数据进行加工得到的_。补充：_。2进位计数制（1）用进位的方法进行计数的数制，简称进制。常见的进制及其特点如表1.6所示。    表1.6  常见的进制及特点进制基本符号基数字母标识十进制0910D二进制0、12B八进制078O十六进制09，AF16H （2）数制之间的转换l         其他进制转换为十进制：按权展开。l         十进制数转化为其他进制：对整数部分和小数部分分别转换，然后再组合。对于整数部分，转换规则是除以_取余，余数_；对于小数部分，转换规则是乘以_取整，整数部分_。l         二进制数转换成八（十六）进制数：以小数点为界，整数部分自右向左每3（4）位划分一组，不足的在高位补零；小数部分自左向右每3（4）位划分一组，不足的在低位补零。然后对每一组分别用一位八（十六）进制表示即可。l  &nbsp;      八（十六）进制转换成二进制：将每一位八（十六）进制数用相应的3（4）位二进制数代替即可。l         八进制与十六进制的相互转换：借助于_可以方便实现八进制与十六进制的相互转换。补充：大数转换_。 （3）计算机中采用二进制进行运算，原因是易于硬件实现、运算规则简单、稳定性强。我们常用十六进制而不用二进制，是因为十六进制的表现形式简单。3计算机中数据的表示（1）保存数据的单位位（bit）：简写为b，也叫比特，取值0或者1，是保存数据的_单位。字节（Byte）：简写为B，1个字节包括8个bit。字节是保存数据的_单位。常用的存储单位还包括千字节（KB）、兆字节（MB）、千兆字节（GB）等，其关系为：1GB = 210 MB = 210210 KB = 210210210 B = 2102102108 b 。  K：是“一千”的意思，英文为Kilo，它实际上1024的近似，1K=210。  M：是“一千个一千”，即“1K个1K”，实际是“百万”的意思，英文为million，是102410241048576的近似，可表示为210210220。  G：是“一千个1M”，即230。（2）数值数据的表示在计算机中，数值型数据分为无符号数和带符号数。所谓无符号数，是指所有的二进制数全部作为数值位处理，而带符号数是指表示数值信息的二进制位数中，将其最左侧的一个二进制位作为符号位（往往用0表示正数，用1表示负数），其余各位作为数值位。带有正负号的数，例如5，-1010B等称为真值，利用“0正1负”的原则将符号“二进制化”后得到的数称为机器数。我们可以这样理解，所谓“机器数”就是数值信息在“机器内部”的表现形式。补充：<1>7种状态_。     <2>整数7_。（3）西文字符、阿拉伯数字的表示ASCII码（美国标准信息交换代码），可用于表示西文字符、阿拉伯数字、标点符号以及一些控制命令符号的。标准的ASCII码采用_位二进制，因此可表示27即_个字符，扩展的ASCII码用8位二进制表示。