第 1 章计算机基础知识

第1章计算机基础知识 电子计算机的发展计算机系统组成与工作原理计算机中的数据与编码

早期的计算装置（工具） 0、算筹算筹中国最早的计算工具。算筹是我国古代的计算工具。「筹」即小竹棍或小木棍﹝也有用骨或金属材料制成的﹞，古人用它来进行计算，称为算筹。

1、算盘 公元600年左右，我国出现新的计算工具——算盘。

2、计算尺 17世纪欧洲出现计算尺

3、机械式计算机 1642创制的第一部能计算加减法的计算器 Blaise Pascal 帕斯卡

Charles Babbage 4：巴贝奇差分机 1822年，英国数学家巴贝奇发明差分机，专门用于航海和天文计算。

5：手摇式机械计算机 1878年由瑞典发明家奥涅尔制造的手摇计算机。 1936年荷兰飞利浦公司制造的一种二进制手摇机械式计算机。

6：“巨人”计算机 英国在第二次世界大战期间研制的“巨人”计算机

7、第一台电子数字积分计算机 ENIAC

作为能够模拟人类思维的高级计算工具，电子计算机有着严谨的数学理论基础和精密的体系结构。1946年问世的ENIAC堪称二十世纪人类最伟大的发明，它标志着现代电子计算机时代的到来。但在ENIAC问世之前，无数杰出的科学家为之付出了艰苦的努力，有一些人的名字是应当被永远铭记的。作为能够模拟人类思维的高级计算工具，电子计算机有着严谨的数学理论基础和精密的体系结构。1946年问世的ENIAC堪称二十世纪人类最伟大的发明，它标志着现代电子计算机时代的到来。但在ENIAC问世之前，无数杰出的科学家为之付出了艰苦的努力，有一些人的名字是应当被永远铭记的。奠定现代计算机发展的重要人物和思想

1、逻辑代数 早在1847和1854年，英国数学家布尔发表了两部重要著作《逻辑的数学分析》和《思维规律的研究》，创立了逻辑代数。逻辑代数系统采用二进制，是现代电子计算机的数学和逻辑基础。英国数学家布尔

2、计算机三原则 1939年，阿塔纳索夫提出计算机三原则：采用二进制进行运算；采用电子技术来实现控制和运算；采用把计算功能和存储功能相分离的结构。 1939年，阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”，但未能完工。阿塔纳索夫

英国数学家图灵 3、图灵与图灵机计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。

4、计算机开关电路 1938年，现代信息论的创始人、美国科学家香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础。 Claude Shannon 计算机开关电路

5、维纳的现代计算机设计五原则 1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则：数字式而不是模拟式；以电子元件构成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进制；内部存放计算表；内部存储数据。美国科学家维纳

6、现代电子计算机之父 1944~1945年间，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点，并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了两个设想：采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算机至关重要，也使冯·诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯·诺伊曼机体系延续至今。 John von Neumann 冯诺依曼

冯·诺依曼计算机 存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。

7、莫尔小组 1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。埃克特（右）和莫克利（左）因共同研制成功ENIAC而名垂青史。埃克特（右）和莫克利（左）

起迄年份 代别主要逻辑元件软件机器语言、汇编语言一电子管 1946-1957 高级语言、监控程序、简单操作系统晶体管二 1958-1964 功能较强的操作系统、会话式语言集成电路 1965-1970 三大规模或超大规模集成电路软件工程的研究与应用、数据库、语言编译系统和网络软件 1971至今四计算机发展年代表

计算机的发展方向 目前计算机的发展是向着四个方向：巨型化、微型化、网络化和智能化。

CRAY-Ⅱ 计算机发展——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。

计算机发展——智能化 “总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 ‘没有灵魂的机械’来”。 ——笛卡尔（1637）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”

Deepblue Garry Kasparov 计算机发展——智能化研究领域： 1、模式识别 2、机器人 3、专家系统 4、自然语言的生成与理解

计算机发展——网络化 计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。

利用现代通信和计算机技术，把分布在 不同地点的计算机互联起来，按网络协议互相通信，以共享软、硬件和数据资源网络化 Telnet FTP INTERNET WWW IPPHONE E-Mail

Altair 8800 计算机发展——微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。

未来的计算机 • 超越冯·诺依曼结构的计算机 • 高速计算机浮出水面 • 生物计算机生机勃勃 • 光学计算机前景光明 • 量子计算机呼之欲出

第1章计算机基础知识 电子计算机的发展计算机系统组成与工作原理计算机中的数据与编码

计算机是一台能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器。它能对各种数字化的信息进行处理，协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息。计算机是一台能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器。它能对各种数字化的信息进行处理，协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息。什么是计算机？

运算器 计算机系统组成 C P U 控制器寄存器计算机硬件内存存储设备外存输入设备计算机系统输出设备操作系统语言处理程序系统软件工具软件计算机软件应用软件包应用软件面向问题的各种应用程序

计算机硬件系统 什么是硬件系统？硬件系统由各种电子的、机械的、磁性的、光学的元器件、部件、或装置所构成，是看得见摸得着的物理实体。硬件是计算机的“躯体”。

硬件系统 CPU 计算机硬件系统结构图硬件运算器控制器存储器输出设备输入设备内存储器外存储器主机外部设备

五大部件之一——运算器 运算器的任务是对信息进行加工处理。算术逻辑单元 ALU——运算累加器暂存操作数和运算结果。运算器状态寄存器存放算术逻辑单元在工作中产生的状态信息。通用寄存器暂存操作数或数据地址。

五大部件之二——控制器 控制器是计算机的神经中枢控制器按照计算机的工作节拍（主频），从存储器中取出指令，经过译码（分析指令），产生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊地、自动地执行程序。

内部存储器 访问速度快容量较小暂时性价格高外部存储器访问速度慢容量很大永久性价格低我记住了！五大部件之三——存储器存储器是计算机的记忆装置 .辅存 .外存 .主存 .内存存储器的操作方式——读和写

几个术语 ⒈位（Bit):1位二进制信息称为1位，是二进制数的基本单位。 ⒉字节（Byte):8位二进制信息称为一个字节。 ⒊字（Word):作为一个整体被传送和运算的一串二制数称为一个字。 ⒋字长:一个字所包含的二进制位数称为字长。 ⒌主频:指CPU工作的时钟频率

Bit：度量数据的最小单位 0或1 Byte：最常用的基本单位 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 = 27+ 24+ 22+ 20 = 149 1 0 0 1 0 1 0 1 信息的存储单位 K 字节 1K = 1024 byte M（兆）字节 1M = 1024 K G（京）字节 1G = 1024 M T 1TB=1024GB P E B

位字节（8位） …… 字，字长位、字节、字及字长数据存储的组织形式

五大部件之四——输入设备 输入设备的任务是把输入操作者提供的原始信息转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信号顺序送入存储器中。常用的输入设备有 : 键盘、鼠标器、扫描仪、光笔等。

五大部件之五——输出设备 输出设备是将计算机的运算和处理结果以能为人们或其他机器所接受的形式输出常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等

计算机软件系统 什么是软件？软件是指使计算机运行所需的程序和有关的文档。

操作系统 计算机软件系统语言处理程序服务程序 … 工具软件应用软件包用户程序应用软件 … 计算机软件系统系统软件

系统软件 操作系统——控制和管理软硬件系统资源；提供用户与计算机之间的接口语言处理程序——将高级语言源程序翻译成机器语言目标程序的程序数据库管理系统 DBMS——建立、访问和维护数据库的一种软件支持软件——软件开发过程中所使用的一些工具软件，如 EDIT、LINK、DEBUG等

应用软件 程序库——主要用于数值计算与统计分析的应用程序，例如 IMSL 、 SAS 、 SPSS。软件包——针对某种实际用途而设计应用程序，例如 Auto CAD。套装软件——例如 Microsoft Office，包括 Word、Excel、PowerPoint等。用户自行开发的软件——自己设计的程序。

语言处理程序 编写计算机程序所用的语言是人与计算机之间交换的工具，一般可分为机器语言、汇编语言和高级语言。 ① 机器语言（Machine Language）机器语言是计算机系统所能识别的，不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言。 ② 汇编语言（Assemble Language）汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，它是为特定的计算机设计的。汇编语言采用一定的助记符号表示机器语言中的指令和数据，也称汇编语言为符号语言。执行编译汇编语言程序程序执行结束机器语言程序汇编程序

③ 高级语言 20世纪50年代中期开始陆续产生了许多高级算法语言，这些高级算法语言中的数据用十进制来表示，语句用较为接近自然语言的英文字符来表示。它们比较接近于人们习惯用的自然语言和数学表达式，因此称为高级语言。高级语言分为面向过程和面向对象语言两种。对于高级语言编写的程序计算机是不能识别和执行的。要执行高级语言编写的程序，首先要将高级语言编写的程序翻译成计算机能识别和执行的二进制机器指令，然后供计算机执行。解释方式：编译并且执行高级语言源程序程序执行结束解释程序

执行编译编译方式：高级语言程序程序执行结束机器语言程序编译程序 

机器指令格式 操作码地址码机器执行什么操作参与操作的数据在存储器中的存放位置执行指令读取指令分析指令计算机的基本工作原理指令就是让计算机完成某个操作所发出的命令。指令是对计算机进行程序控制的最小单位.所有的指令的集合称为计算机的指令系统。使用者根据解决某一问题的步骤，选用一条条指令进行有序的排列。计算机执行了这一指令序列，便可完成预定的任务。这一指令序列就称为程序。

程序 从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束 • 程序的执行过程 N Y

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