1.1.1 计算机的诞生

2003/10/15瑞安电大薛增强

1.1.1 计算机的诞生

1. 计算机的定义：是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。 ( 简称信息处理，内部信息由“ 0” 、“ 1” 表示 )

2 计算机的诞生：三位伟大的科学家：布尔：布尔代数 ( 逻辑代数 )— 可用机器运算的数学 (0 、

1 分别用开关的“开”、“关”和电位的高、底表示 ) 。图灵：图灵机 ( 计算机的数学模型 )— 计算函数可用机器

实现。冯 · 诺依曼：计算机五部分功能和存储程序思想—现代计

算机理论基础。世界上第一台计算机 (ENIAC) ， 1946 年在美国诞生。


1.1.2 计算机的发展

电子计算机发展的 4 个阶段 ( 按电子逻辑器件更新划分 ) ：　　 1 ．第一代计算机（从 ENIAC 问世～ 20 世纪 50 年代初期），电子管时代。　　 2 ．第二代计算机（ 20 世纪 50 年代中期～ 20 世纪60 年代中期），晶体管时代。　　 3 ．第三代计算机（ 20 世纪 60 年代中期～ 20 世纪70 年代初期），中小规模集成电路时代。　　 4 ．第四代计算机（ 20 世纪 70 年代中期至今），大规模超大规模集成电路时代。

在第四代计算机中产生了微型计算机，按 CPU 的字长，依4 、 8 、 16 、 32 、 64 位而划分为五代。


1.2 计算机中信息的表示 ( 与存储 )

计算机内部数据的类型及处理方式 1. 数值数据——二进制运算 2. 非数值数据——二进制编码 (ASCII 码和汉字编码 ) (1.2.5 内容不作要求 )


1.2.1 进位计数制

1. 十进制数的分析 468.79=4×102+6×101+8×100+7×10-+9×10-2

数码： 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 基数： 10 ，“逢十进一”。位权： 10i (i=……-2,-1,0,1,2,……) 2. 其它常用进位计数制二进制：数码： 0 、 1 基数： 2( 逢 2 进 1)

　　　　位权： 2i (i=……-2,-1,0,1,2,……) 八进制：数码： 0 、 1 、…… 6 、 7 基数： 8( 逢 8 进 1)

　　　　位权： 8i (i=……-2,-1,0,1,2,……) 十六进制：数码： 0 、 1 、…… 8 、 9 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F

　　　　　基数： 16( 逢 16 进 1) 　　　　　位权 16i (i=……-2,-1,0,1,2,……) 　　


1.2.1 进位计数制

3. 不同进制数的书写 ( 可用 2 种格式 ) ：第 1 种：（ 10110.011 ） 2 ，（ 755 ） 8 ，（ 139 ） 10 ，

（ AD6 ） 16

第 2 种： 10101 001B, 789O, 3762D, 2CE6H 这里字母 B 、 O 、 D 、 H 分别表示二进制、八进制、十

进制、十六进制。 4. 常用计数制的对照： ( 详见课本 P9 表 1.1)


1.2.2 数制之间的转换

1. 二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数按位权展开（ 1011.101 ） 2 = 1×23+0×22+1×21+1×20 +1×2-1 + 0×2-2+

1×2-3

= 8 + 0 + 2 + 1 +1/2 + 0 +1/8 = （ 11.625 ） 10

（ 2576 ） 8 ＝ 2×83+5×82 ＋ 7×81 ＋ 6×80 ＝（ 1406 ） 10

（ 3D ） 16 ＝ 3×161 ＋ 13×160 ＝（ 61 ） 10

（ F.B ） 16 ＝ 15×160 ＋ 11×16-1 ＝ 15 ＋ 11/16 ＝（ 15.6875 ） 10


1.2.2 数制之间的转换 2. 十进制数转换为二进制数：除二取余和乘二取整 69.8125 转换为二进制数先对整数部分 69 转换：

（ 96 ） 10 ＝（ 1000101 ） 2



再将 0.8125 转换为二进制小数。

因此 69.8125D=1000101.1101B



3 。二进制数与八进制数互换二进制数转换成八进制数方法是：将二进制数从小数点开始分别向左

（整数部分）和向右（小数部分）每 3 位二进制分成一组，转换成八进制数码中的一个数字，连接起来。

例：把二进制数（ 11110010.1110011 ） 2 转换为八进制数。二进制 3 位分组： 011 110 010.111 001 100 转换成 8 进数： 3 6 2 . 7 1 4 　（ 11110010.1110011 ） 2 ＝（ 362.714 ） 8

八进制数转换成二进制数方法是：将每一位八进制数写成相应的 3 位二进制数，再按顺序排列好。

例：把八进制数（ 2376.14 ） 8 转换为二进制数。八进制 1 位： 2 3 7 6 . 1 4 二进制 3 位： 010 011 111 110 . 001 100 　（ 2376.14 ） 8 ＝（ 10011111110.0011 ） 2



4 ．二进制数与十六进制数的互相转换二进制数与十六进制数的转换方法：和二进制数与八进制数

的转换方法类似，这里十六进制数的 1 位与二进制数的 4 位数相对应，再按顺序排列好；而十六进制数与二进制数的转换，显然是将 4 位二进制数码为一组对应成 1 位十六进制数。

例：把二进制数（ 110101011101001.011 ） 2 转换为十六进制数。

二进制 4 位分组： 0110 1010 1110 1001 . 0110 　转换成 8 进数： 6 A E 9 . 6 　　（ 110101011101001.011 ） 2 ＝（ 6AE9.6 ） 16


1.2.3 非数值信息的表示

1.ASCII 码


1.2.3 非数值信息的表示

ASCII 码（ American Standard Code for Information Interchange ）是美国信息交换标准代码的简称。

7 位二进制数给出了 128 个不同的组合，表示了 128 个不同的字符。其中 95 个字符可以显示。包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点符号等。另外的 33 个字符，是不可显示的，它们是控制码，编码值为 0 ～ 31 和 127 。

2.BCD 编码 BCD 码用 4 位二进制数表示一位十进制数，例如： BCD

码 1000 0010 0110 1001 按 4 位二进制一组分别转换，结果是十进制数 8269 ，

( 汉字交换玛和机内码以后介绍 )


1.2.4 二进制数的运算

一、算术运算加法： 0 ＋ 0 ＝ 0 1 ＋ 0 ＝ 0 ＋ 1 ＝ 1 1 ＋ 1 ＝ 10 减法： 0-0 ＝ 0 10-1 ＝ 1 1-0 ＝ 1 1-1 ＝ 0 乘法： 0×0 ＝ 0 0×1 ＝ 1×0 ＝ 0 1×1 ＝ 1 除法： 0/1 ＝ 0 1/1 ＝ 1 二、逻辑运算 1 ．或：“∨”、“＋” 0 0∨ ＝ 0 0 1∨ ＝ 1 1 0∨ ＝ 1 1 1∨ ＝ 1 或运算中，当两个逻辑值只要有一个为 1 时，结果为 1 ，否则为 0 。 2 ．与：“∧”、“ ·” 0 0∧ ＝ 0 0 1∧ ＝ 0 1 0∧ ＝ 0 1 1∧ ＝ 1 与运算中，当两个逻辑值都为 1 时，结果为 1 ，否则为 0 。 ( 或、与运算分别对应开关的并联和串联时总效应 )


1.3 计算机硬件系统计算机系统包括：

硬件系统（ 1.3 ）软件系统（ 1.4 ）


1.3.1 硬件系统的基本组成1. 计算机组成框图

计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。（冯。诺依曼思想）

该图又是计算机工作原理图（信息处理原理示意）。控制器是计算机的控制中心。主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令。运算器是计算机中实现运算的部件，运算包括算术运算和逻辑运算。

主机：控制器 + 运算器 + 内存储器。在微机中 CPU （中央处理器） : 控制器 + 运算器 , 是微机的核心部件。


1.3.1 硬件系统的基本组成

2. 存储器（ Memory ）

（ 1 ）是计算机中用来存放程序和数据的器件，分为内存储器与外存储器，简称为内存与外存。

（ 2 ）向存储单元保存、获取信息的操作称作“写” 和“读”操作，“读”操作不会影响存储单元中的信息，“写”操作将新的信息取代存储单元中原有的信息。

（ 3 ）存储器的单位：位（ bit ）：表示一位二进制信息，可存放一个 0 或 1 。

是计算机中存储信息的最小单位。字节（ Byte ）：是计算机中存储器的一个存储单元，由

8 个二进制位组成。字节（ B ）是存储容量的基本单位。



2. 存储器（ Memory ）常用的单位： KB 1KB=210 Byte =1024Byte MB 1MB=210 KB =1024KB GB 1GB=210 MB =1024MB TB 1TB=210 GB =1024GB 字：由若干个字节组成，用作信息处理的单位。与机内数据总线位

数有关，是计算机性能指标之一（影响速度和精确度）。



2. 存储器（ Memory ）（ 4 ）内存（又叫做主存储器）是集成电路制成的半导

体存储器，由于其直接和运算器、控制器交换信息，因此存取速度快，但存储容量较外存储器小。

分为 RAM （随机存取存储器）和 ROM （只读存储器） RAM 中的信息可随机地读出或写入，用来存放正在运行

的程序和数据，关机（断电）后， RAM 中的信息不再保存。

ROM 中的信息只有在特定条件下才能写入，一般只能读出而不能写入，断电后， ROM 中的原有内容保持不变。



2. 存储器（ Memory ）（ 5 ）外存（又称辅助存储器），用来存放大量的暂时不参加运算

或处理的数据和程序，计算机若要运行存储在外存中的某个程序时须将它从外存读到内存中才能执行。

外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，可以长期保存信息。外存按存储介质分为磁存储器（磁盘、磁带）、光存储器（光盘）

和半导体集成电路存储器（电子盘、优盘）。


1.3.1 硬件系统的基本组成3. 输入输出设备（ I/O 设备）

（ 1 ）输入设备：把数据和程序输入计算机的硬件装置。常用的有：键盘（见 P17 ）、鼠标（微机必备）、扫描仪、条形码阅读器、光笔等。

（ 2 ）输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。显示器： CRT 显像管、液晶等。分辨率： 640＊ 480 、

800＊ 600 、 1024＊ 768 等。水平扫描频率 31.5KHZ（电视机为 15.75KHZ ）。

打印机：针式、喷墨（点阵行式）、激光（矢量页式）。（ 3 ）外存（磁盘、光盘等）既是输入设备又是输出设备。（ 4 ）外部设备：包括 I/O 设备，电源，各类设备联接卡。

（与主机对应）。


1.3.1 硬件系统的基本组成4. 计算机性能指标

（ 1 ）存取周期：对内存的“读”“写”操作时间。（ 2 ）内存容量（ 3 ）字长：一次操作中能处理的最大数据位。（ 4 ）运算速度：单位 MIPS （百万条指令 /S ）（对微机，用 CPU主频代替，单位 MHZ. ）


1.3.2 微型计算机1. 微处理器

即 CPU （含运算器和控制器）按内部字长分 5代：

第一代： 4 位第二代： 8 位第三代： 16 位（ 286 机）第四代： 32 位（ 386/486 ）第五代： 64 位（奔腾 Pentium ）带高速缓冲存

储器 Cache( 简称缓存 ) 。


1.3.2 微型计算机2. 外存储器

（ 1 ）类型：软盘、硬盘、光盘等。均有相应的驱动器。（ 2 ）软盘：结构：



存储量＝面数 × 每面磁道数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数。　　例如： 3.5 英寸软盘存储容量 =2 面 × 80 磁道 × 18扇区 ×512B =1.44MB



（ 3 ）硬盘：磁盘片完全密封在驱动器内，不可更换。放在主机箱内。容量在 GB级。

（ 4 ）光盘（ CD ）：容量在 650MB 左右。类型有：只读型（ CD-ROM ）一次写入型（ CD-R ）可擦写型（ CD-RW ）（ 5 ）电子盘（新产品）：半导体， USB （通用串行口）接口，容量可达 30GB 。


1.3.3 多媒体计算机1.3.4单片机

（ 1 ）多媒体计算机（ MPC ）：媒体：信息表示和传播的载体。如文字、声音、

图形、图像等。关键技术：数字化，数据的压缩和解压。（ 2 ）单片机：将 CPU 、存储器、 I/O 接口集成在一个芯片上。常用于工业产品的过程控制上。


1.4 计算机软件系统（ 1 ）计算机软件概念指令：计算机所要执行的基本操作命令，是对计算机进行程

序控制的最小单位。不同类型的计算机的指令系统都不相同。程序：是由设计者为完成既定任务的一组指令序列，并取以

文件名，称为程序文件，存放在外存储器上。计算机工作时先将执行的程序从外存储器中读入内存中，由 CPU负责从内存中逐条取出指令执行，直至遇到结束指令停止程序的执行，这就是“存储程序”与“程序控制”原理。

软件：指计算机程序及其有关的文档。没有任何软件支持的计算机称为裸机，裸机几乎是不能工作的。计算机功能的强弱也取决于软件配备的丰富程度。


1.4 计算机软件系统（ 2 ）计算机语言：机器语言：由“ 0” 和“ 1” 组成的二进制编码形式，是计

算机唯一能直接识别、直接执行的计算机语言，因不同的计算机指令系统不同，所以机器语言程序没有通用性。

例如：清除累加器 AX ，并将 105单元中的值加到累加器中。 10111000 00000000 00000000 00000011 00000110 0000

0101 00000001 汇编语言：用助记符来表示机器语言的指令代码，程序必须经汇编程序翻译 (汇编 ) 的二进制目标程序才能运行。

例如： MOVE AX ， 0 ； ADD AX ， [105]就是前述机器语言指令对应的汇编语言指令。


1.4 计算机软件系统

高级语言：是独立于机器的算法语言，接近于自然语言和数字公式的表示方式，不能直接执行，必须经过翻译程序（编译程序或解释程序）译成机器语言才能执行。因此用高级语言编写的程序易读、易记、通用性强，但运行速度比低级语言慢。称之为面向用户的语言，其中：

　面向过程： BASIC 、 Pascal 、 FORTRAN 、C 等。

面向对象： C++ 、 Java 、 Visual Basic 等。



（ 3 ）软件的分类及作用：



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。系统软件包括：操作系统（最主要）、各种语言处理程序、数据库管理系统。

应用软件：为解决某个实际问题而由软件公司或用户自己编写的程序。可分为用户程序和应用软件包。

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