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第1章-计算机与数据

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Chapter 1 Computer and DataBy 黄永平，权勇，孙永雄，王智，丰小月，孙铭会Knowledge point:1.1The computer as a black box.1.2von Neumann model1.3The components of a computer: hardware, software, and data.1.4The history of computers.REVIEW QUESTIONS1.How is computer science defined in this book?A：Issues related to the computer.2.What model is the basis for today’s computers? ( Knowledge point 1.2)A：The von Neumann model.3.Why shouldn’t you call a computer a data processor? ( Knowledge point 1.1)A：Computer is general-purpose machine. it can do many different types of tasks.4.What does a programmable data processor require to produce output data? ( Knowledgepoint 1.1)A：The input data and the program.5.What are the subsystems of the von Neumann computer model? ( Knowledge point 1.2) A：Memory, arithmetic logic unit, control unit, and input/output.6.What is the function of the memory subsystem in von Neumann’s model? ( Knowledgepoint 1.2)A：Memory is the storage area. It is where programs and data are stored during processing.7.What is the function of the ALU subsystem in von Neumann’s model? ( Knowledge point1.2)A：ALU is where calculation and logical operations take place.8.What is the function of the control unit subsystem in von Neumann’s model? ( Knowledgepoint 1.2)A：It controls the operations of the memory, ALU, and the input/output subsystem.9.What is the function of the input/output subsystem in von Neumann’s model?( Knowledge point 1.2)A：The input subsystem accepts input data and the program from outside the computer; the output subsystem sends the result of processing to the outside.pare and contrast the memory contents of early computers with the memory contentsof a computer based on the von Neumann model? ( Knowledge point 1.2)A：Computer based on the von Neumann model stores both the program and its corresponding data in the memory. Early computers only stored the data in the memory.11.How did the von Neumann model change the concept of programming? ( Knowledgepoint 1.2)A：A program in the von Neumann model is made of a finite number of instructions. The instructions are executed one after another.MULTIPLE-CHOICE QUESTIONS12.The b model is the basis for today’s computers. ( Knowledge point 1.2)a. Ron Newmanb. von Neumannc. Pascald. Charles Babbage13.In the von Neumann model , the c subsystem stores data and programs.( Knowledge point 1.2)a. ALUb. input/outputc. memoryd. control unit14.In the von Neumann model, the a subsystem performs calculations and logicaloperations. ( Knowledge point 1.2)a. ALUb. input/outputc. memoryd. control unit15.In the von Neumann model, the b subsystem accepts data and programs and sendsprocessing results to output devices. ( Knowledge point 1.2)a. ALUb. input/outputc. memoryd. control unit16.In the von Neumann model, the d subsystem serves as a manager of the othersubsystems. ( Knowledge point 1.2)a. ALUb. input/outputc. memoryd. control unit17.According to the von Neumann model, c stored in memory. ( Knowledge point1.2)a. only data areb. only programs arec. data and programs ared. none ofthe above18.a step-by-step solution to a problem is called d. ( Knowledge point 1.3)a. hardwareb. an operating systemc. a computer languaged. analgorithm19.FORTRAN and COBOL are examples of c. ( Knowledge point 1.3)a. hardwareb. operating systemsc. computer languagesd. algorithms20.A 17th-century computing machine that could perform addition and subtraction was thea( Knowledge point 1.4)a. Pascalineb. Jacquard loomc. Analytical Engined. Babbage machine21.d is a set of instructions in a computer language that tells the computer what to dowith data. ( Knowledge point 1.3)a. An operating systemb. An algorithmc. A data processord. A program22.a is the design and writing of a program in structured form. ( Knowledge point1.3)a. Software engineeringb. Hardware engineeringc. Algorithm developmentd. Instructional architecture23.The first electronic special-purpose computer was called c( Knowledge point1.4)a. Pascalb. Pascalinec. ABCd. EDV AC24.One of the first computers based on the von Neumann model was called d( Knowledge point 1.4)a. Pascalb. Pascalinec. ABCd. EDV AC25.The first computing machine to use the idea of storage and programming was calledd( Knowledge point 1.4)a. the Madelineb. EDV ACc. the Babbage machined. the Jacquard loom26.d separated the programming task from the computer operation tasks.( Knowledge point 1.3)a. Algorithmsb. Data processorsc. High-level programming languagesd.Operating systems30. According to the von Neumann model, can the hard disk of today be used as input or output? Explain. ( Knowledge point 1.2)A：Yes. When the hard disk stores data that results from processing, it is considered an output device; when you read data from the hard disk, it is considered an input device. 32. Which is more expensive today, hardware or software? ( Knowledge point 1.3)A：Software.。

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第1章计算机基础知识

第1章计算机基础知识

第1 章计算机基础知识1．1 思考题1．计算机的定义与特点是什么？计算机自1946 年诞生以来，哪几件事情对它的普及影响最大？为什么？【答】计算机的定义：现代计算机通常指电子计算机，这是一种能够存储程序和数据、自动执行程序，快速而高效地完成对各种数字化信息处理的电子设备。

它能部分地代替人的脑力劳动，因此也俗称为电脑。

计算机的特点：运行速度快，计算精确度高，可靠性好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且不易损失，具有多媒体以及网络功能等。

计算机自1946 年诞生以来，以下几个方面的发展对它的普及影响最大：（1）组成计算机的主要电子器件，由电子管到中小规模、大规模和超大规模集成电路的变化，使得计算机的成本不断下降，体积不断缩小，功能不断增强，特别是微型计算机的出现，使得计算机广泛普及进而走进寻常百姓家成为可能。

（2）多媒体技术的快速发展，使得多媒体计算机成为学习、办公和家庭电脑的主流。

（3）网络技术特别是1995 年以后网络技术的迅速发展，并进入普通家庭，使计算机的发展进入了网络、微机、多媒体时代，或简称为进入了计算机网络时代，更进一步推动了计算机的普及。

2．什么是计算机的主要应用领域？试分别举例说明。

【答】计算机的主要应用领域有科学计算（也称数值运算）、数据处理（也信息处理）、自动控制（也称是实时控制或过程控制）、人工智能、网络应用、计算机模拟、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育等。

计算机的应用实例随处可见，读者可自行列举生活、工作中的许多例子。

3．计算机的主要类型有哪些？自从1975 年到现在的这些年中，PC 发生了哪些巨大的变化试用几句话概括这些变化的特点。

【答】计算机的主要类型有巨型机、大型主机（也称大型机）、小巨型机、小型机、工作站和微型机 6 类。

20 世纪70 年代中期出现的苹果机和20 世纪80 年代初期出现的IBM PC，均属卫星计算机（简称微型机或微机）。

IBM PC 及其兼容机又简称为PC。

计算机组成原理第1章PPT课件

计算机组成原理第1章PPT课件


3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序
第1章计算机基础知识

第1章计算机基础知识


计算机硬件的发展
电子计算机按其性能分类：
巨型计算机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机
4
微型计算机是第四代计算机的典型代表
微型计算机的发展
5
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代， 产生了微型计算机 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以 集成了计算机主要部件——控制器和运算器的 微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器(Microprocessor)/微型计算机 (Microcomputer) 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机 时代
同余的概念
同余的性质：
a+M=a(mod M)； a+nM=a(mod M)； 例：以12为模，-4+12=-4 (mod 12) 8= -4 (mod 12) 我们称8与-4对模12来说互为补数。
26
小结：
通过补数，将负数变成正数(减法变成加法) 计算机字长为n时，其模为2n (1 00······00) 计算机的序数是从0开始的，故2n在n位系统中是无 法表示的，它的表示形式与0的表示形式是一样的。
原码
数0的原码有两种不同形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
21
原码范围：
-127~127 11111111~01111111(0FFH~7FH)
例：8位原码机器数：
真值：x1＝ 84 = +1010100B x2 ＝－84＝－ 1010100B 机器数：[x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100
符号位 数值位
机器数及真值
当一个数据用16位表示时，用最高位 D15表示符号
第1章数据在计算机中的表示形式讲义.

第1章数据在计算机中的表示形式讲义.

第1章
数据在计算机中的表示形式
本章主要内容
(1) 机器数与真值的概念 (2) 常见的机器数表示形式 (3) 数的定点表示与浮点表示
1.1 机器数与真值
电子计算机实质上是一个二进制的数字系统，在机器
内部，二进制数总是存放在由具有两种相反状态的存储 元件构成的寄存器或存储单元中，即二进制数码0和1是 由存储元件的两种相反状态来表示的。
① 若定点小数原码序列为x0. x1x2… xn ,则 [x]原= x 0≤x＜1 1-x -1＜x≤0 式中x代表真值，[x]原为原码表示的机器数。 例如：
x＝＋0.1011，则[x]原 =0.1011 x＝－0.1011，则[x]原 =1-(-0.1011)=1+0.1011=1.1011 ② 若定点整数原码序列为x0 x1 x2… xn ，则 [x]原= x 0≤x＜2n 2n - x -2n＜x≤0
例如： x＝＋1011，则[x]原=01011 x＝－1011，则[x]原=24 –(–1011)=10000+1011=11011 对于原码表示，具有如下特点： ① 原码表示中，真值0有两种表示形式。 以定点小数的原码表示为例： [+0]原=0.00…0 [-0]原=1-(-0.00…0)=1+0.00…0=1.00…0 ② 在原码表示中，符号位不是数值的一部分，它们仅是 人为约定（“ 0 为正， 1 为负”），所以符号位在运算 过程中需要单独处理，不能当作数值的一部分直接参 与运算。

移码特点：
1）移码是把真值映射到一个正数域，因此移码的大小 可以直观地反映真值的大小。无论是正数还是负数， 用移码表示后，可以按无符号数比较大小。 2）移码的数值部分与相应的补码各位相同，而符号位 与补码相反。在移码中符号位为0表示真值为负数，符 号位为1表示真值为正数。 3）移码为全0时，它对应的真值最小。 4）真值0在移码中的表示是唯一的，即：