计算机的基本常识

   1.1 计算机的产生与发展

计算机的产生是20世纪最重要的科学技术大事件之一。世界上的第一台计算机（ENIAC）于1946年诞生在美国宾夕法尼亚大学，到目前为止，计算机的发展大致经历了四代：

①第一代电子管计算机，始于1946年，结构上以CPU为中心，使用计算机语言，速度慢，存储量小，主要用于数值计算；

②第二代晶体管计算机，始于1958年，结构上以存储器为中心，使用高级语言，应用范围扩大到数据处理和工业控制；

③第三代中小规模集成电路计算机，始于1964年，结构上仍以存储器为中心，增加了多种外部设备，软件得到了一定的发展，文字图象处理功能加强；

④第四代大规模和超大规模集成电路计算机，始于1971年，应用更广泛，很多核心部件可集成在一个或多个芯片上，从而出现了微型计算机。

我国从1956年开始电子计算机的科研和教学工作，1983年研制成功1亿/秒运算速度的“银河”巨型计算机，1992年11月研制成功10亿/秒运算速度的“银河II”巨型计算机，1997年研制了每秒130亿运算速度的“银河III”巨型计算机。

 目前计算机的发展向微型化和巨型化、多媒体化和网络化方向发展。计算机的通信产业已经成为新型的高科技产业。计算机网络的出现，改变了人们的工作方式、学习方式、思维方式和生活方式。

1.2 计算机系统及工作原理

1.计算机的系统组成

计算机系统由软件和硬件两部分组成。硬件即构成计算机的电子元器件；软件即程序和有关文档资料。

(1）计算机的主要硬件

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。

中央处理器（CPU）：包括控制器和运算器运算器，可以进行算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统，它的操作过程是取指令——分析指令——执行指令。

存储器：具有记忆功能的物理器件，用于存储信息。存储器分为内存和外存

 ①内存是半导体存储器(主存）：

它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器（Cache)；

 ROM:只能读，不能用普通方法写入，通常由厂家生产时写入，写入后数据不容易丢失，也可以用特殊方法（如紫外线擦除（EPROM)或电擦除(EEPROM_)存储器)；

 RAM:可读可写，断电后内容全部丢失；

 Cache:因为CPU读写RAM的时间需要等待，为了减少等待时间，在RAM和CPU间需要设置高速缓存Cache,断电后其内容丢失。

 ②外存：磁性存储器——软盘和硬盘；光电存储器——光盘，它们可以作为永久存器； 

 ③存储器的两个重要技术指标：存取速度和存储容量。内存的存取速度最快(与CPU速 度相匹配)，软盘存取速度最慢。存储容量是指存储的信息量，它用字节(Byte)作为基本单位，

1字节用8位二进制数表示，1KB=1024B，1MB=1024KB，lGB=1024MB

(2)计算机的软件

计算机的软件主要分为系统软件和应用软件两类：

①系统软件：为了使用和管理计算机的软件，主要有操作系统软件如，WINDOWS 95／98／ 2000／NT4．0、DOS 6．0、UNIX等；WINDOWS 95／98／2000／NT4．0是多任务可视化图形 界面，而DOS是字符命令形式的单任务的操作系统。

②应用软件：为了某个应用目的而编写的软件，主要有辅助教学软件(CAI)、辅助设计软件(CAD)、文 字处理软件、工具软件以及其他的应用软件。

2.计算机的工作原理

到目前为止,电子计算机的工作原理均采用冯.若依曼的存储程序方式,即把程序存储在计算机内,由计算机自动存取指令（计算机可执行的命令=操作码+操作数）并执行它。工作原理图如下：

1.3 计算机中有关数及编码的知识

1.计算机是智能化的电器设备

计算机就其本身来说是一个电器设备，为了能够快速存储、处理、传递信息，其内部采用了

大量的电子元件，在这些电子元件中，电路的通和断、电压高低，这两种状态最容易实现，

也最稳定、也最容易实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态，用0，1来

表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。

2.二进制数的运算法则

二进制数运算非常简单，计算机很容易实现，其主要法则是：

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

由于运算简单，电器元件容易实现，所以计算机内部都用二进制编码进行数据的传送和计算。

3.十进制与二进制、八进制、十六进制数之间的相互转换

(1)数的进制与基数

计数的进制不同，则它们的基数也不相同，如表1-1所示。

（2）数的权

不同进制的数，基数不同，每位上代表的值的大小（权）也不相同。

如：（219)₁₀=2*10²+1*10¹+9*10⁰

 （11010)₂=1*2⁴+1*2³+0*2²+1*2¹+1*2⁰

（273)₈=2*8²+7*8¹+3*8⁰

 (27AF)₁₆=2*16³+7*16²+10*16¹+15*16⁰

 (3)十进制数转换任意进制

 1) 将十进制整数除以所定的进制数,取余逆序。

（39)₁₀=(100111)₂ (245)₁₀=(365)₈

 2)将十进制小数的小数部分乘以进制数取整,作为转换后的小数部分,直到为零或精确到小数点后几位。

如：（0.35)₁₀=(0.01011)₂ (0.125)₁₀=(0.001)₂

(4)任意进制的数转换十进制

按权值展开:

如:（219)₁₀=2*10²+1*10¹+9*10⁰

 （11010)₂=1*2⁴+1*2³+0*2²+1*2¹+1*2⁰=26

（273)₈=2*8²+7*8¹+3*8⁰=187

 (7AF)₁₆=7*16²+10*16¹+15*16⁰=1867

4.定点数与浮点数

定点数是指数据中的小数点位置固定不变。由于它受到字长范围的限制，所能表示的数的范围有限，计算结果容易溢出。

浮点数的形式可写成：N=M*2^E(其中M代表尾数,E代表阶码）其形式如下：

5.ASCII编码

由于计算机是电器设备,计算机内部用二进制数,这样对于从外部输入给计算机的所有信息必须用二进制数表示,并且对于各种命令、字符等都需要转换二进制数，这样就牵涉到信息符号转换成二进制数所采用的编码的问题，国际上统一用美国标准信息编码（ASCII）它可用7位二进制数表示，存储时用一个字节，它的最高位为0。因此基本的ASCII字符集有128个如:

0-9：48-57:00110000-...

A-Z:65-90 :01000001-...

a-z:97-122:01100000-...

6.汉字编码与汉字输入法

（1）机内码

ASCII码不能表示汉字，因此要有汉字信息交换码，我国国家标准是gb2312,它也被称作国际码。它由两个字节组成，两个字节的最高位都为1。 gb2312共收纳6763个汉字，其中，一级汉字（常用字）3755个按汉字拼音字母顺序排列，二级汉字3008个按部首笔画次序排列。

（2）汉字输入码（外码）

目前，汉字输入法主要有键盘输入、文字识别和语音识别。键盘输入法是当前汉字输入的主要方法。它大体可以分为：

 流水码：如区位码、电报码、通信密码，优点重码律少，缺点难于记忆；

 音码：以汉语拼音为基准输入汉字，优点是容易掌握，但重码律高；

 形码：根据汉字的字型进行编码，优点重码少，但不容易掌握；

 音形码：将音码和形码结合起来，能减少重码律同时提高汉字输入速度。

（3）汉字字模

供计算机输出汉字（显示和打印）用的二进制信息叫汉字字形信息也称字模。通用汉字字模点阵规格有16*16，24*24，32*32，48*48，64*64，每个点在存储器中用一个二进制位（(bit)存储，如一个16*16点阵汉字需要32个字节的存储空间。

1.4 原码、反码与补码

在计算机中，数据是以补码的形式存储的:

在n位的机器数中，最高位为符号位，该位为零表示为正，为1表示为负；

其余n-1位为数值位，各位的值可为0或1。

当真值为正时:原码、反码、补码数值位完全相同；

当真值为负时:

 原码的数值位保持原样，

 反码的数值位是原码数值位的各位取反，

 补码则是反码的最低位加一。

注意符号位不变。

如:若机器数是16位:

十进制数 17 的原码、反码与补码均为：0000000000010001

十进制数-17 的原码、反码与补码分别为：1000000000010001、1111111111101110、1111111111101111

1.5 逻辑运算

1.逻辑运算

逻辑与:同真则真

逻辑或:有真就真

逻辑非:你真我假

逻辑异或:不同则真

2.按位运算

按位与∩:同1则1 如10010101∩10110111=10010101

按位或∪:有1则1 如10010101∪10110111=10110111

3.逻辑化简

化简定律:

（1）交换律： A + B = B + A ，A·B = B·A

（2）结合律： （A + B）+ C = A + （B + C ）， （A·B）·C = A·（B·C）

（3）幂等律： A·A = A ， A + A = A

（4）吸收律： A·（A + B ）= A ， A +（A·B）= A

（5）分配律： A·（B + C ）= A·B + A·C ， A +（B·C）=（A + B）·（A + C）

（6）互补律： A + A = 1 ，A·A = 0

（7）非深入：A + B = A·B， A·B = A +B

（8）0-1律： A + 0 = A ， A + 1 = 1 ， A·1 = A ， A·0 = 0

 例:化简函数 Q = AD + AD + AB + ACEF。这个函数有5个自变量，化简过程如下：

　Q = AD + AD + AB + ACEF

= A + AB + ACEF

= A + ACEF

= A

练习:求证:(A+B)(A+C)=AB+AC

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