计算机导论计算机导论朱晓丽

课程要求

■考勤及作业： 30%

■期末（ 70% ）上机考： 30%

■ 试卷成绩： 70%

教学安排■一、理论知识；■二、实用技术；■三、上机操作。

计算机发展简史

■结绳记事；■算筹；■算盘。

计算机发展简史11   、  、 Aristotle(Aristotle( 前前 384-322)384-322) ：古希腊伟大：古希腊伟大的哲学家、思想家，的哲学家、思想家， PlatoPlato 的学生。为形的学生。为形式逻辑奠定了基础，成为一切推理活动式逻辑奠定了基础，成为一切推理活动的基础和出发点。的基础和出发点。我国处于战国时代。我国处于战国时代。

22   、  、 SchichardSchichard （（ 1592-16351592-1635 ）） :: 德国数德国数学家。学家。 16241624 年在海德堡大学研制成功了年在海德堡大学研制成功了可进行可进行 ++ 、、 -- 、、 ** 、、 // 的计算钟，采用类的计算钟，采用类似于今天机械钟表的技术实现计算。似于今天机械钟表的技术实现计算。我我国处于明朝天启末年，阉党魏忠贤专权。国处于明朝天启末年，阉党魏忠贤专权。

33 、 、  PascalPascal （（ 1623-16621623-1662 ）） :: 法国数学家、法国数学家、物理学家和哲学家。物理学家和哲学家。 16421642 年发明了机械年发明了机械手动计算器，可做手动计算器，可做 ++ 、、 -- 法。法。我国处于我国处于明朝崇祯末年，李自成农民起义，满清明朝崇祯末年，李自成农民起义，满清威胁中原。威胁中原。

44 、、 LeibnitzLeibnitz （（ 1646-17161646-1716 ）：德国伟大的）：德国伟大的数学家、哲学家。把形式逻辑符号化，数学家、哲学家。把形式逻辑符号化，提出了数理逻辑和二进制。提出了数理逻辑和二进制。 16731673 年还建年还建造了一台能进行四则运算的机械计算机造了一台能进行四则运算的机械计算机器。器。我国处于清朝康熙年间，该年康熙我国处于清朝康熙年间，该年康熙开始平三藩。开始平三藩。

55 、 、  BooleBoole （（ 1815-18641815-1864 ）：英国数学家、）：英国数学家、逻辑学家。提出了布尔代数，传统代数逻辑学家。提出了布尔代数，传统代数能解决的问题布尔代数也能解决，反之能解决的问题布尔代数也能解决，反之则极为困难。则极为困难。

66 、 、  BabbageBabbage （（ 1791-18711791-1871 ）） :: 英国数英国数学家。学家。 18221822 年发明了能自动完成四则年发明了能自动完成四则运算的自动机械计算机器运算的自动机械计算机器————差分机器，差分机器，利用穿孔卡片来编制程序进行自动控制。利用穿孔卡片来编制程序进行自动控制。AdaAda 从从 18421842 年起为年起为 BabbageBabbage 编制程序，编制程序，成为人类历史上第一位程序员。成为人类历史上第一位程序员。

我国处于清朝道光我国处于清朝道光 -- 咸丰年间，鸦片战争、咸丰年间，鸦片战争、卖国条约和太平天国。卖国条约和太平天国。

  AdaAda （（ 18151815-1853-1853 ）：人）：人类第一位程类第一位程序员，英国序员，英国著名浪漫派著名浪漫派诗人拜伦的诗人拜伦的女儿。女儿。

  ADAADA ，，我亲爱的女儿我亲爱的女儿英 英  · · 拜伦拜伦

你的脸真像你的母亲，你的脸真像你的母亲，

我的宝贝。我的宝贝。

我最后看一眼你笑意盈盈的蓝眼睛，我最后看一眼你笑意盈盈的蓝眼睛，

我们三人何时才能再聚首？我们三人何时才能再聚首？

77 、 、  HollerithHollerith （（ 1860-19291860-1929 ）） :: 美国工程美国工程师。师。 18841884 年制造了第一台电动计算机。年制造了第一台电动计算机。我国处我国处于清朝光绪年间，帝后党争、卖国求荣。于清朝光绪年间，帝后党争、卖国求荣。

88 、 、  GodelGodel （（ 1906-19781906-1978 ）） :: 奥地利数学奥地利数学家。家。 3030 年代研究了数理逻辑中一些根本性的问年代研究了数理逻辑中一些根本性的问题，提出了题，提出了 GodelGodel 不完备性定理，他让人们知不完备性定理，他让人们知道有些事情是做不到的。道有些事情是做不到的。我国处于民国内战时我国处于民国内战时期和抗战初期。期和抗战初期。

99 、  、   Turing(1912-1954):Turing(1912-1954): 英国数学家。英国数学家。3030 年代提出了理想计算机的数学模型年代提出了理想计算机的数学模型（计算模型）（计算模型）————图灵机，为存储程图灵机，为存储程序式电子数字计算机奠定了重要理论序式电子数字计算机奠定了重要理论基础。基础。

1010 、   、    ZuseZuse （（ 1910-19951910-1995 ）） :: 德国工程德国工程师。师。 19411941 年完成了一台全自动控制的机电式年完成了一台全自动控制的机电式计算机，全部使用继电器构造。计算机，全部使用继电器构造。我国处于抗战我国处于抗战最艰苦时期。最艰苦时期。

1111 、 、  Von NeumannVon Neumann （（ 1903-19571903-1957 ）：）：匈牙利数学家。 匈牙利数学家。  19451945 年年 66 月，提出了月，提出了存储程序的概念（ 存储程序的概念（  Von Neumann Von Neumann 机）。机）。法西斯投降，我国抗战胜利。法西斯投降，我国抗战胜利。

1212 、、 19461946 年：人类第一台电子数字式计算机年：人类第一台电子数字式计算机ENIACENIAC 在宾夕法尼亚大学诞生。存储程序思想在宾夕法尼亚大学诞生。存储程序思想在其中发挥了关键作用。在其中发挥了关键作用。我国三年内战爆发。我国三年内战爆发。

第一代计算机（电子管）■1946 ～ 1957, 由 Vacuum Tube 制作开关逻辑部

件 , 使用 Plugboard 操作。第一代计算机的典型代表是 ENIAC 和 EDVAC 。

ENIAC■ENIAC ：于 1946 年 2 月 14 日在宾西法尼亚由

莫克利和艾克特领导下完成。– 占地 170 平方米– 重 30 吨– 功率 150 千瓦– 18800 个电子管、 6000 个开关、 7000 个电

阻、 10000 个电容、 50 万条导线– 5000 次加法 / 秒。

ENIAC

第二代计算机（晶体管）

■第二代计算机形成于 1958 ～ 1964, 使用Transistor 制作开关逻辑部件 , 以 批处理方式操作 , 运算速度达到每秒几十到几百万次 , 开始使用汇编语言和 Fortran 等高级语言。

第三代计算机（集成电路）

■第三代计算机形成于 1965 ～ 1972, 使用 IC

(Integrated Circuit, 集成电路 ) 制作开关逻辑部件 , 配有功能简单的操作系统 , 运算速度达到每秒几百万到几千万次。

第四代（大规模集成电路）■从 1972 至今的计算机都属

于第四代计算机 , 使用大规模集成电路和超大规模集成电路制作开关逻辑部件。

■CPU 发展有： 8088, 8086, 80286, 80386, 80486, 80586, Pentium, Pentium Pro ， PII ，PIII ， P4…… 等

P4 中央处理器（ CPU ） --4200 万个晶体管

14 亿个晶体管

  特征

项 目

第一代1946—1957

第二代1957—1964

第三代1964—1972

第四代1972— 至今

逻辑元件电子管

晶体管 中 小 规 模 集 成电路

大规模与超大规模集成电路

存储器 延 迟 线 ， 磁 鼓 ，磁芯

磁 芯 ， 磁 带 ，磁盘

磁 芯 ， 磁 盘 ，磁带

半导体，磁盘，光盘

典型机器举 例

IBM—701IBM—650

IBM—7090IBM—7094

IBM—370 （ 大型）IBM—360 （ 中型）PDP—11 （小型）

ILLIAC—IV 巨型IBM—3033 大型VAX—11 小型 80486 微型8098 单片机

软 件 机器语言汇编语言

高级语言管理程序

结 构 化 程 序 设计操作系统

数据库，软件工程程序设计自动化

应 用 科学计算数据处理工业控制科学计算

系 统 模 拟 ， 系统 设 计 大 型 科学计算科 技 工 程 各 个领域

事务处理，智能模拟，大型科学计算，普及到社会生活各个方面

年代

计算机的发展动向

■多极化

■网络化

■智能化

■多媒体化

计算机分类■巨型机■小巨型机■工作站■主机■小型机■个人计算机 个人计算机中的台式机

笔记本电脑（便携式电脑） 服务器

未来的计算机■光子计算机：■人们对光子计算机的设想是： 1 ）根据光学空

间的多维特性，为计算机设计新的逻辑结构和运算原理。 2 ）充分利用光子元件体积小，传送信息速度快的特点，用超高速大容量的光子元件替代目前计算机中使用的硅化学元件，用光导纤维或光波代替普通金属导线。

未来的计算机■仿生计算机：■仿生计算机的设计思路与光子计算机有异曲同

工之妙： 1 ）通过对生物的脑和神经系统中信息传递、信息处理等原理的进一步研究，设计全新的仿生模式计算机，并与人工智能的研究相互借鉴、共同发展。 2 ）模拟生物细胞中的蛋白质和酶等物质的产生过程，制造出仿生集成芯片来替代目前计算机中使用的半导体元件。

计算机的特点与应用

■计算机特点– 运算速度快– 记忆能力强– 可靠的逻辑判断能力– 工作自动化

计算机的特点与应用

■计算机的性能指标– 主频（ 450MHz 、 2.0GHz ）– 字长（ 8位、 16位、 32位、 64 位 ...)

– 内存容量（ 64MB 、 128MB 、 256M

B ）– 存取周期（ ns 纳秒）– 运算速度（ MIPS 每秒执行百万指令）

计算机的特点与应用

■计算机的应用– 科学计算机– 自动控制系统– 数据处理与信息加工– 计算机辅助系统– 人工智能

计算机内的信息表示■数制及其特点

– 10进制– 7进制（星期）– 12进制（每年十二个月）– 24进制– 二进制（只有 0 和 1 ）

二进制的概念

0

1

00

01

10

11

两位二进制所能表示的状态一位二进制的状态1 个比特 Bit 状态数 22 = 4 种

三位二进制可表示的状态 = ？ 23 = 8

四位二进制可表示的状态 = ？ 24 = 16

八位二进制可表示的状态 = ？ 28 = 256

Byte 字节 = 8 个 Bit

0 + 0 = 0 + 1 = 1 + 1 =

01

10

二进制加法（逢二进一）

( 110 + 011)2 = ?

1 1 00 1 1

+________1 0 0 1

63

9

0123456789

101112131415

0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111

0至 15的二进

制

八进制 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 10 、 11 、 12 、 13.... （ 32 ） 8 = ( 26 ) 10

十六进制 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 10 、 11 、 12 、 13....

( 25 ) 16 = ( 37 ) 10

二进制转十进制（ 1101 ) 2= 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20

= 1 x 8 + 1 x 4 + 0 x 2 + 1 x 1 = 8 + 4 + 1 =( 13 )10

不同数制之间的转换

八进制转十进制（ 32 ) 8 = 3 x 81 + 2 x 80

= 24 + 2 = ( 26 )10

十六进制转十进制（ 25 ) 8 = 2 x 161 + 5 x 160

= 32 + 5 = ( 37 )10

十进制转二进制 整数部分采用除 2取余法

例：（ 13 ） 10 = （ ？ ） 2

2 13 2 6 1……a0 2 3 0……a1 2 1 1……a2 0 1……a3

= ( 1101 ) 2

（ 53 ） 8 = （ 101 011 ） 2

（ A85 ） 16 = （ 1010 1000 0101 ） 2

为二进制转八进制、十六进制 （按三位或四位一组转为八或十六进制数即可） （ 11101 ） 2 = 011 101 = （ 3 5 ） 8

（ 11101 ） 2 = 0001 1101 = （ 1D ） 16

0123456789ABCDEF

0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111

八进制、十六进制转为二进制 （只要把每位的八或十六进制数展开为 3位或 4位进进制数即可）

二进制运算■算术运算：逢 2 进 1

■逻辑运算：– 与（ AND ）运算（ A^B ）– 或（ OR ）运算（ AvB ）– 非（ NOT ）运算（ ¯ ）

逻辑运算的真值表A B 与 或 异或 A 非

0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 1 0

0 1 0 1 1 1

1 1 1 1 0 0

5.原码、补码与反码■ 原码（机器数）：■ 最高位为数符： 0 表正， 1 表负。■ 反码：正数反码同原码；负数反码除符号位外其余全部取反。

■ 补码：正数补码同原码；负数补码为反码加 1 。

6.数的定点与浮点表示■定点表示：小数点位置事先定好不变

–定点整数：规定小数点在最低数字后–定点小数：规定小数点在最高数字左边

■浮点表示：小数点位置浮动– N=M*2E, M 为尾数 ,E 为阶码– 存储格式 : 阶符 + 阶码 + 数符 + 尾数

（ 1 ） 整数的表示（定点整数）

符号位： 1 表示负数 0 表示正数定点整数的机器表示分为原码、反

码和补码三种形式

X = + 90( 十进制真值 )

= 1011010 ( 二进制真值 )

用八位二进制表示[X] 原 = 0 1011010

[X] 反 = 0 1011010

[X] 补 = 0 1011010

正数，其原码、反码和补码的形式是完全一致的。

X = - 90( 十进制真值 ) = - 1011010 ( 二进制真值 )用八位二进制表示[X] 原 = 1 1011010[X] 反 = 1 0100101[X] 补 = 1 0100110负数的符号位为 1 ，原码数值部分是该数绝对值的二进制表示、反码数值部分是原码各位变反，补码的数值部分是在反码的基础上加 1 。

定点正数表示举例

（ 2 ） 小数的表示（定点小数）

符号位： 1 表示负数 0 表示正数定点小数绝对值均小于等 1 ，定点小数的机器表示分为原码、反

码和补码三种形式

X = + 0.8125( 十进制真值 ) = 2-1 + 2-2 + 2-4

= 0.1101 ( 二进制真值 )用八位二进制表示[X] 原 = 0 1101000[X] 反 = 0 1101000[X] 补 = 0 1101000正数，其原码、反码和补码的形式是完全一致的。

定点小数表示举例 X = - 0.8125( 十进制真值 ) = - （ 2-1+ 2-2 + 2-4 ） = - 0.1101 ( 二进制真值 )用八位二进制表示[X] 原 = 1 1101000[X] 反 = 1 0010111[X] 补 = 1 0011000负数的符号位为 1 ，原码数值部分是该数绝对值的二进制表示、反码数值部分是原码各位变反，补码的数值部分是在反码的基础上加 1 。

（ 3 ） 浮点数的表示

25.75 = 11001.11 (二进制真值） = 0.1100111 x 10 101(二进制 )

  阶和尾数均用补码表示，结果为：  010101100111

7. 信息单位■比特： Bit, 二进制位，指 0 或 1 。■字节： Byte,8 个比特。■字：指 CPU 能同时处理和传送的数据单位。■字长：字的长度，即 CPU 能同时处理数据的二进

制数位数。字长为字节的整数倍。■通常 1 个字符占 1b,1 个汉字占 2b■1KB=1024B ， 1MB=1024KB ， 1GB=1024MB

8. ASCII码■ASCII: 美国信息交换标准码 ( 每一个符号用 7位二进制数表示 ,见表 1-4 ， )

■1 个字节 (8 位 ) 存放 1 个 ASCII 码 (7位 ),最高位通常为校验位 , 以提高信息传输的可靠性 .

765

4321

000 001 010 011 100 101 110 111

0000

NUL

DLE

SP 0 @ P ′ p

0001

SOH

DC1

！ 1 A Q a q

0010

STX

DC2

” 2 B R b r

0011

ETX

DC3

# 3 C S c s

0100

EOT

DC4

$ 4 D T d t

0101

ENQ

NAK

% 5 E U e u

0110

ACK SYN

& 6 F V f v

表 1-4 7 位 ASCII码表

765

4321

000

001

010

011

100

101

110

111

0111

BEL

ETB

’ 7 G W g w

1000

BS CAN

（ 8 H X h x

1001

HT EM ） 9 I Y i y

1010

LF SUB

* ： J Z j z

1011

VT ESC

+ ； K [ k {

1100

FF FS ， < L \ l |

1101

CR GS – = M ] m }

1110

SO RS . > N ↑ n ~

1111

SI VS / ？ O ↓ o DEL

ASCII码特点： 用 7位二进制编码，可表示 128 个字符 每个字符编码占 8位，最高位为 0 。 是计算机存储、表示（不是显示）、识别字符

的基本依据。 比如字符 1 的 ASCII码是 00110001 （二进

制），即 31H (H 表示十六进制）。

9.汉字编码■GB2312:

– 一级汉字 (常用字 )3755 个 ,按拼音排列– 二级汉字 ( 次常用字 )3008 个 ,按部首排列– 图形符号 682 个

■一个汉字或图形符号对应一个区位码 (94区 *94 位 ) 占 2个字节 ,区码占 1 个字节 ,位码占 1 个字节 .– 图形符号占 1——10区– 一级汉字占 16——55区– 二级汉字占 56——87区

信息产业部和国家质量技术监督局在 2000年 3 月 17 日联合发布的 GB18030-2000《信息技术信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》）。 GB18030-2000 编码标准是在原来的 GB2312-1980 编码标准和 GBK 编码标准的基础上进行扩充，增加了四字节部分的编码 ,GB18030-2000包括 27,533 个汉字，该标准从 2001 年 9 月 1 日起执行。

（ 1 ） 汉字编码输入编码：

音码（拼音，智能 ABC ）形码（五笔字型，太极码）音形码（自然码）

国标码（汉字交换码）内码：计算机表示、存储、识别一

个汉字的基本依据，占两个字节。汉字字库：汉字字型数据

（ 2 ） 汉字的处理：

输入编码

国标码

汉字内码

存储或处理

（ 3 ） 汉字的显示：

内码 字型数据

10.汉字输入法五笔字型汉字输入

– 五笔字型输入法；– 启动五笔输入软件下输入键名，简码；– 在写字板中应用五笔输入汉字。