第一部分 计算机基础知识
第一节  计算机的起源
计算工具的发展： 远在古代，人们为了记数和计算发明了算筹、算盘，并不断地追求更好的计算工具。
一、计算机产生的基础
（1）技术基础
1621年，英国人威廉·奥特瑞发明了计算尺。
法国数学家布莱斯·帕斯卡于 1642 年发明了机械计算器。
机械计算器用纯粹机械代替了人的思考和记录，标志着人类已开始向自动计算工具领域迈进。
1822年英国人查尔斯设计了差分机和分析机。设计的理论非常的超前，类似于百年后的电子计算机。
机械计算机在程序自动控制、系统结构、输入输出和存贮等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。
制造电子计算机的关键性技术是采用电子元件代替机电式计算机中的继电元件和机械设备。
进入20世纪，电子技术有了飞速的进展，1906年，美国人弗斯特发明了电子管。电子三极管控制电流的开关速度，比电磁继电器快１万倍，而且可靠性高得多。可以用电子管取代继电器制作计算机。后来，把一对三极管用电路连接起来，制成电子触发器，为电子计算机的产生作了进一步的技术准备。
（2）理论基础
现代科学的发展，特别是数学的发展，为电子计算机的产生提供了理论基础。
1854年，英国逻辑学家、数学家乔治·布尔就设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本概念，并规定了运算法则，把形式逻辑归结成一种代数运算，从而建立了逻辑代数。
应用逻辑代数可以从理论上具体解决具有两种电状态 的电子管作为计算机的逻辑元件问题。提前差不多一个世纪为现代二进制计算机铺平了道路。
1936年，英国数学家图林发表了论文《理想计算机》，给出了现代电子数字计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。
1938年，现代信息论的著名创始人香侬(美国)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。
二、第一台真正意义上的数字电子计算机（ENIAC）
1946年2月14日交付使用，运算速度：5000次加法/秒，体重28吨，占地170m2，使用了18800只电子管和1500个继电器，功率150KW。
三、计算机发展的几个阶段
第一代：（1946 — 1956）电子管，5千 — 4万（次/秒）。
    电子管的缺点：体积大；耗能高、散热量大。
第二代：（1957 — 1964）晶体管，几十万 — 百万（次/秒）。
    晶体管的优点：体积小；耗能低；性能稳定。
第三代：（1965 — 1970）集成电路，百万 — 几百万（次/秒）。
    将电脑浓缩在一颗芯片上。
第四代：（1971 — 至今）大规模、超大规模集成电路，几百万 — 几亿（次/秒）。
    摩尔定律：每18个月芯片能力增长一倍（计算机第一定律）。
四、计算机的商用化
Lyons公司参与部分投资，威尔克斯参考冯·诺依曼理论研制EDSAC，第一台程序存储式计算机于1949年交付使用，进入社会用于商业管理，开启办公自动化理念。
第二节  计算机中数的表示方法
一、进位计数制
数制是人们为了处理数字所做的一种进位规定。
人们日常习惯使用十进制数，实际上也经常使用其它进制 数。如60秒为１分，60分为１小时；两只鞋为一双；中国 旧制秤16两为１斤等。
计算机中应用的逻辑电子器件具有通、断两种稳定状态， 与二进制数的１、０对应。因而在计算机中利用一系列的 0、1来表示数字、图形、符号、语音等信息，这种二进制 组合称为二进制编码。计算机识别处理代表信息的二进制 编码，相对来说就很容易了。
计算机中常用进位计数制的数码
数 制      数 码
二进制    0 1
八进制    0 1 2 3 4 5 6 7
十进制    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
十六进制  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
基数：数码的个数
进位计数制：“逢基数进位”的计数制，称为进位计数制。
二、不同进制数的转换
助记符：B 代表二进制数  O 代表八进制数  D 代表十进制数  H 代表十六进制数
1、r 进制转化成十进制
方法：按位权展开，计算多项式之和。
2、十进制转化成 r 进制
整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从下到上排列。
小数部分：乘以 r取整数，直到纯小数部分为0或达到一定精度，整数从上到下排列。
说明：十进制小数转化成 r 进制小数时，多数数无法使纯小数部分为零，只能根据要求某一精度。
3、二进制数与八进制数的转换
三位二进制数，最小值为0，最大值为7，即：
  000 —— 0    001 —— 1    100 —— 4    010 —— 2
  101 —— 5    110 —— 6    011 —— 3    111 —— 7
由此可见：每3位二进制数可代表1位8进制数。
3位二进制数：最高位的1相当于4，次高位的1相当于2，最低位的1相当于1，4、2、1 的关系可以很方便地实现2进制数与8进制数的转换。
以小数点为分界，整数部分：自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：自左向右，位数不够，在最右侧补0。
注意：转换计算中，小数部分最右侧一定要补0 。
4、二进制数与16进制数的转换
四位二进制数，最小值为0，最大值为15，即：
0000 — 0    0100 — 4    1000 — 8    1100 — C
0001 — 1    0101 — 5    1001 — 9    1101 — D
0010 — 2    0110 — 6    1010 — A    1110 — E
0011 — 3    0111 — 7    1011 — B    1111 — F
由此可见：每4位二进制数可代表1位16进制数。
4位二进制数：最高位的1相当于8， 次高位的1相当于4，第三位的1相当于2， 最低位的1相当于1。8、4、2、1 的关系可以很方便地实现2进制数与16进制数的转换。
以小数点为分界，整数部分：自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：自左向右，位数不够，在最右侧补0 。
注意：转换计算中，小数部分最右侧一定要补0 。
三、计算机编码
计算机编码：由若干位组成的二进制数代表一个符号，符号集内的每一个符号与一个唯一的二进制数对应。
1、ASCII码
ASCII码是美国标准信息交换代码的简称，用于给字符编码。由七位二进制数组合而成，可以表示128种字符，目前在国际上广泛流行。
2、汉字编码
计算机在处理汉字时，必须先对汉字进行编码。
（1）国标区位码：一种数字编码，即用数字串代表汉字。
（2）机内码：汉字机内码是汉字在设备或信息处理系统内部最基本的形式。 一般用两个字节存放汉字的机内码。每个字节的最高位置为“1”。
（3零基础学java编程）机外码：又称为输入码，用以将汉字输入到计算机内。常用的机外码有拼音码、五笔字型等。
四、信息的存储单位
位（Bit）：度量数据的最小单位（一个二进制数位）。
字节（Byte）：最常用的基本单位（8位二进制数）。
K 字节： 1K = 1024 byte      M（兆）字节：1M = 1024 K
G（吉）字节： 1G = 1024 M    T（太）字节：1T = 1024 G
第一部分 计算机基础知识
第三节  计算机系统及其工作原理
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。
（计算机系统示意构图，见教学课件。）
一、计算机硬件基本组成
1、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。
存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出的，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。冯·诺依曼和同事们依据此原理设计出了一个完整的现代计算机雏形，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。冯·诺依曼的这一设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑，标志着计算机时代的真正开始。
虽然计算机技术发展很快，但“存储程序原理”至今仍然是计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式——编写程序和运行程序。科学家们一直致力于提高程序设计的自动化水平，改进用户的操作界面，提供各种
开发工具、环境与平台，其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程来使用计算机，因为计算机编程毕竟是一项复杂的脑力劳动。但不管用户的开发与使用界面如何演变，“存储程序原理”没有变，它仍然是我们理解计算机系统功能与特征的基础。
  EDSAC于1949年5月建成，它是世界上第一台真正实现内部存储程序的电子计算机，其中凝集着冯·诺依曼等人设想，也是后来所有电脑的真正原型和范本。
2、程序和指令
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。
程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令，最终完成程序所要实现的目标。
3、计算机硬件系统
计算机硬件表现为各种物理部件按一定结构组成的实体，包括由总线连结起来的中央处理器、内存储器以及若干外部设备（如硬盘、软盘、键盘、显示器、打印机等）。
硬件是计算机进行工作的物质基础。
（1）运算器 也称为算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit），其功能是进行算术运算和逻辑运算。
（2）控制器 用于是控制计算机各个部件有条不紊地协同工作，基本功能就是从内存取指令和执行指令。
    运算器与控制器合在一起称为中央处理单元，即CPU（Central Processing Unit）。
    CPU是计算机的核心部件。
（3）存储器
存储器是计算机存储数据和程序的地方。存储器分为内存储器（内存）与外存储器（外存）。
内存：由半导体器件构成，计算机可以直接从中存取信息。内存分为ROM（只读存储器）和 RAM（ 随机存储器）两种形式。

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