計算機基礎
初識
1 計算機的發展
計算機概述：
計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智能電子設備(俗稱電腦)。
電子計算機的誕生：
世界上第一臺數字式電子計算機是由美國賓夕法尼亞大學的物理學家約翰.莫克利(John Mauchly)和工作師普雷斯伯.?？颂?J-Presper Eckert)領導，于1943年開始研制并于1946年完成，取名為ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的計算機。它的出現標志著電子計算機時代的到來 。
小知識-計算機的誕生
在第二次世界大戰中，美國政府尋求計算機以開發潛在的戰略價值。這促進了計算機的研究與發展，1944年howard h.Aikien（1900-1973）研制出全電子計算機，為美國海軍繪制彈道圖。這臺簡稱Mark的計算機有半個足球場大，內含500英里的電線，使用電磁信號來遷移機械部件。
1.1 第一臺電子計算機（ENIAC）
體重28噸，占地面積170m^2，18800只電子管，1500個繼電器，功率160kw，5000次加法/秒。
1.2 第一代： 電子管計算機(1945-1956)
采用電子管為主要元件，主要用于科學計算。操作指令為特定任務而編制，一種機器只能執行一項任務。沒有軟件配置，
采用機器語言或匯編語言。
1.3 第二代：晶體管計算機(1956-1963)
采用晶體管為主要元件，除科學計算機外，用于數據處理和工業控制。軟件配置開始出現，高級程序設計語言問世。
(程序員、分析員和計算機系統專家)和整個軟件產業由此誕生。
1.4 第三代：集成電路計算機(1964-1971)
采用半導體中小規模集成電路為核心元件，應用進入到很多科學技術領域，軟件配置完善，具有了操作系統。
操作系統是人操作硬件的中間層，我們可以 通過操作系統來控制硬件的工件。
雖然晶體管比起電子管是一個明顯的進步，但晶體管還是產生大量的熱量，這會損害計算機內部的敏感部分
1.5 第四代：大規模集成電路計算機(1931-現在)
以大規?；虺笠幠＜呻娐窞橹饕考?。計算機沿兩個方向發展：
1. 利用邏輯芯片，組裝出大型、超大型、巨型計算機，速度和存儲容量有了大幅度提高 。
2. 產生微處理器，微計算機飛速發展，滲入到生活的各個領域。
出現集成電路后，唯一的發展方向是擴大規模。大規模集成電路LSI，可以在一個芯片上容納幾百個元件。
1.6 光子、里子計算機
對于電子，一個電子可以表述2個數字。但對于量子，它是一種模糊態。它的特性是不確定的
2 計算機的特點
計算機是一種可以進行自動控制、具有記憶功能的現代計算工具和信息處理工具。具有以下五個方面的特點：
1.運算速度快
2. 計算精度高：計算位數在增加
3. 存儲能力：容量的提升
4. 邏輯判斷能力
5. 自動工作的能力
3 計算機的應用
計算機幾乎進入了一切領域，它服務于科研、生產、交通、商業、國防、衛生等各個領域。可以預見，其應用領域還
將進一步擴大。計算機的主要用途如下：
1. 科學計算：如天氣預報(公式復雜，難度大或者公式復雜，但運算量大)
2. 數據處理：如天氣預報
3. 過程控制 ：事件發生過程控制，如紅綠燈
4. 人工智能：如智能電飯煲、路由器
5. 計算機輔助工程：如建筑工程設計繪圖、服裝設計
6. 電子商務：如通過互聯網購物
7. 文化教育、娛樂等其他方面： 如教育視頻
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代次
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起止年份
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所用電子元器件
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數據處理方式
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運算速度
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應用領域
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| 第一代 |
1946~1985
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電子管
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匯編語言、代碼程序
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5千~3萬次/秒
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軍事及科研
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第二代
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1958~1964
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晶體管
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高級程序設計語言
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數十萬~幾百萬次/秒
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事務處理、數據處理
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第三代
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1964~1970
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中、小規模集成電路
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結構化、模塊化程序設計、實時處理
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數百萬~幾千萬次/秒
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工業控制、數據處理
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第四代
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1971~今
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大規模、超大規模集成電路
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分時、實時數據處理、計算機網絡
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上億條指令/秒
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工業、生活等各方面 |
4. 計算機的發展趨勢
1. 巨型化
2. 微型化
3. 網絡化
4. 智能化
5. 計算機中數的表示
2進制
什么是進制
進制：就是進位制，是人們規定的一種進位方法。 對于任何一種進制–X進制，就表示某一位置上的數運算時是逢X進一位。二進制就是逢二進一，八進制是逢八進一，十進制是逢十進一，十六進制是逢十六進一。
例如一周有七天,七進制,一年有十二個月,十二進制
十進制的由來
十進制的由來是因為人類有十個手指
二進制的由來
其實二進制來源與中國,請看史料記載
18世紀德國數理哲學大師萊布尼茲從他的傳教士朋友鮑威特寄給他的拉丁文譯本《易經》中，讀到了八卦的組成結構，驚奇地發現其基本素數（0）（1），即《易經》的陰爻yao- -和__陽爻，其進位制就是二進制，并認為這是世界上數學進制中最先進的。20世紀被稱作第三次科技革命的重要標志之一的計算機的發明與應用，其運算模式正是二進制。它不但證明了萊布尼茲的原理是正確的，同時也證明了《易經》數理學是很了不起的。
6 . 任意進制到十進制的轉換圖解
6.1 任意進制到十進制的轉換原理
系數：就是每一位上的數據。
基數：X進制，基數就是X。
權：在右邊，從0開始編號，對應位上的編號即為該位的權。
結果：把系數*基數的權次冪相加即可。
6.2 畫圖練習
二進制–十進制
八進制–十進制
十六進制–十進制
7. 十進制到任意進制的轉換圖解
7.1 十進制到任意進制的轉換原理
除積倒取余
7.2 畫圖練習
十進制–二進制
十進制–八進制
十進制–十六進制
8 快速的進制轉換法
A:8421碼及特點
8421碼是中國大陸的叫法，8421碼是BCD代碼中最常用的一種。在這種編碼方式中每一位二值代碼的1都是代表一個固定數值，把每一位的1代表的十進制數加起來，得到的結果就是它所代表的十進制數碼。
B:通過8421碼的方式進行二進制和十進制的相互轉換
C:二進制到八進制的簡易方式
D:二進制到十六進制的簡易方式
9 原碼反碼補碼
9.1為什么要學習原碼反碼補碼?
后面要學習強制類型轉換,如果不知道有原反補會看不懂結果
9.2 有符號數據表示法的幾種方式
原碼:
就是二進制定點表示法，即最高位為符號位，“0”表示正，“1”表示負，其余位表示數值的大小。
通過一個字節,也就是8個二進制位表示+7和-7
0(符號位) 0000111
1(符號位) 0000111
反碼:
正數的反碼與其原碼相同；負數的反碼是對其原碼逐位取反，但符號位除外。
補碼:
正數的補碼與其原碼相同；負數的補碼是在其反碼的末位加1。
計算機運算時是按補碼運算的。
按照+7 ?+ -7 補碼運算，進位后第9位是1，但這里最高是8位，所以運算后結果為0
10.?原碼反碼補碼的練習
A:已知原碼求補碼
0b10110100
先求反碼，再求補碼，結果為 1? 1001100
B:已知補碼求原碼
0b11101110
先求反碼，再求原碼
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