计算机基础
初识
1 计算机的发展
计算机概述：
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备(俗称电脑)。
电子计算机的诞生：
世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰.莫克利(John Mauchly)和工作师普雷斯伯.埃克特(J-Presper Eckert)领导，于1943年开始研制并于1946年完成，取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的计算机。它的出现标志着电子计算机时代的到来 。
小知识-计算机的诞生
在第二次世界大战中，美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展，1944年howard h.Aikien（1900-1973）研制出全电子计算机，为美国海军绘制弹道图。这台简称Mark的计算机有半个足球场大，内含500英里的电线，使用电磁信号来迁移机械部件。
1.1 第一台电子计算机（ENIAC）
体重28吨，占地面积170m^2，18800只电子管，1500个继电器，功率160kw，5000次加法/秒。
1.2 第一代： 电子管计算机(1945-1956)
采用电子管为主要元件，主要用于科学计算。操作指令为特定任务而编制，一种机器只能执行一项任务。没有软件配置，
采用机器语言或汇编语言。
1.3 第二代：晶体管计算机(1956-1963)
采用晶体管为主要元件，除科学计算机外，用于数据处理和工业控制。软件配置开始出现，高级程序设计语言问世。
(程序员、分析员和计算机系统专家)和整个软件产业由此诞生。
1.4 第三代：集成电路计算机(1964-1971)
采用半导体中小规模集成电路为核心元件，应用进入到很多科学技术领域，软件配置完善，具有了操作系统。
操作系统是人操作硬件的中间层，我们可以 通过操作系统来控制硬件的工件。
虽然晶体管比起电子管是一个明显的进步，但晶体管还是产生大量的热量，这会损害计算机内部的敏感部分
1.5 第四代：大规模集成电路计算机(1931-现在)
以大规模或超大规模集成电路为主要部件。计算机沿两个方向发展：
1. 利用逻辑芯片，组装出大型、超大型、巨型计算机，速度和存储容量有了大幅度提高 。
2. 产生微处理器，微计算机飞速发展，渗入到生活的各个领域。
出现集成电路后，唯一的发展方向是扩大规模。大规模集成电路LSI，可以在一个芯片上容纳几百个元件。
1.6 光子、里子计算机
对于电子，一个电子可以表述2个数字。但对于量子，它是一种模糊态。它的特性是不确定的
2 计算机的特点
计算机是一种可以进行自动控制、具有记忆功能的现代计算工具和信息处理工具。具有以下五个方面的特点：
1.运算速度快
2. 计算精度高：计算位数在增加
3. 存储能力：容量的提升
4. 逻辑判断能力
5. 自动工作的能力
3 计算机的应用
计算机几乎进入了一切领域，它服务于科研、生产、交通、商业、国防、卫生等各个领域。可以预见，其应用领域还
将进一步扩大。计算机的主要用途如下：
1. 科学计算：如天气预报(公式复杂，难度大或者公式复杂，但运算量大)
2. 数据处理：如天气预报
3. 过程控制 ：事件发生过程控制，如红绿灯
4. 人工智能：如智能电饭煲、路由器
5. 计算机辅助工程：如建筑工程设计绘图、服装设计
6. 电子商务：如通过互联网购物
7. 文化教育、娱乐等其他方面： 如教育视频
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代次
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起止年份
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所用电子元器件
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数据处理方式
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运算速度
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应用领域
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| 第一代 |
1946~1985
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电子管
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汇编语言、代码程序
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5千~3万次/秒
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军事及科研
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第二代
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1958~1964
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晶体管
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高级程序设计语言
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数十万~几百万次/秒
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事务处理、数据处理
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第三代
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1964~1970
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中、小规模集成电路
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结构化、模块化程序设计、实时处理
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数百万~几千万次/秒
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工业控制、数据处理
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第四代
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1971~今
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大规模、超大规模集成电路
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分时、实时数据处理、计算机网络
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上亿条指令/秒
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工业、生活等各方面 |
4. 计算机的发展趋势
1. 巨型化
2. 微型化
3. 网络化
4. 智能化
5. 计算机中数的表示
2进制
什么是进制
进制：就是进位制，是人们规定的一种进位方法。 对于任何一种进制–X进制，就表示某一位置上的数运算时是逢X进一位。二进制就是逢二进一，八进制是逢八进一，十进制是逢十进一，十六进制是逢十六进一。
例如一周有七天,七进制,一年有十二个月,十二进制
十进制的由来
十进制的由来是因为人类有十个手指
二进制的由来
其实二进制来源与中国,请看史料记载
18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹从他的传教士朋友鲍威特寄给他的拉丁文译本《易经》中，读到了八卦的组成结构，惊奇地发现其基本素数（0）（1），即《易经》的阴爻yao- -和__阳爻，其进位制就是二进制，并认为这是世界上数学进制中最先进的。20世纪被称作第三次科技革命的重要标志之一的计算机的发明与应用，其运算模式正是二进制。它不但证明了莱布尼兹的原理是正确的，同时也证明了《易经》数理学是很了不起的。
6 . 任意进制到十进制的转换图解
6.1 任意进制到十进制的转换原理
系数：就是每一位上的数据。
基数：X进制，基数就是X。
权：在右边，从0开始编号，对应位上的编号即为该位的权。
结果：把系数*基数的权次幂相加即可。
6.2 画图练习
二进制–十进制
八进制–十进制
十六进制–十进制
7. 十进制到任意进制的转换图解
7.1 十进制到任意进制的转换原理
除积倒取余
7.2 画图练习
十进制–二进制
十进制–八进制
十进制–十六进制
8 快速的进制转换法
A:8421码及特点
8421码是中国大陆的叫法，8421码是BCD代码中最常用的一种。在这种编码方式中每一位二值代码的1都是代表一个固定数值，把每一位的1代表的十进制数加起来，得到的结果就是它所代表的十进制数码。
B:通过8421码的方式进行二进制和十进制的相互转换
C:二进制到八进制的简易方式
D:二进制到十六进制的简易方式
9 原码反码补码
9.1为什么要学习原码反码补码?
后面要学习强制类型转换,如果不知道有原反补会看不懂结果
9.2 有符号数据表示法的几种方式
原码:
就是二进制定点表示法，即最高位为符号位，“0”表示正，“1”表示负，其余位表示数值的大小。
通过一个字节,也就是8个二进制位表示+7和-7
0(符号位) 0000111
1(符号位) 0000111
反码:
正数的反码与其原码相同；负数的反码是对其原码逐位取反，但符号位除外。
补码:
正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1。
计算机运算时是按补码运算的。
按照+7 + -7 补码运算，进位后第9位是1，但这里最高是8位，所以运算后结果为0
10. 原码反码补码的练习
A:已知原码求补码
0b10110100
先求反码，再求补码，结果为 1 1001100
B:已知补码求原码
0b11101110
先求反码，再求原码
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