1.1 計算機的產生與發展
計算機的產生是20世紀最重要的科學技術大事件之一。世界上的第一台計算機（eniac）於2023年誕生在美國賓夕法尼亞大學，到目前為止，計算機的發展大致經歷了四代：
① 第一代電子管計算機，始於2023年，結構上以cpu為中心，使用計算機語言，速度慢，儲存量小，主要用於數值計算；
② 第二代電晶體計算機，始於2023年，結構上以儲存器為中心，使用高階語言，應用範圍擴大到資料處理和工業控制；
③ 第三代中小規模積體電路計算機，始於2023年，結構上仍以儲存器為中心，增加了多種外部裝置，軟體得到了一定的發展，文字圖象處理功能加強；
④ ***大規模和超大規模積體電路計算機，始於2023年，應用更廣泛，很多核心部件可整合在乙個或多個晶元上，從而出現了微型計算機。
我國從2023年開始電子計算機的科研和教學工作，2023年研製成功1億/秒運算速度的「銀河」巨型計算機，2023年11月研製成功10億/秒運算速度的「銀河ii」巨型計算機，2023年研製了每秒130億運算速度的「銀河iii」巨型計算機。
目前計算機的發展向微型化和巨型化、多**化和網路化方向發展。計算機的通訊產業已經成為新型的高科技產業。計算機網路的出現，改變了人們的工作方式、學習方式、思維方式和生活方式。
1.2 計算機系統及工作原理
1.計算機的系統組成
計算機系統由軟體和硬體兩部分組成。硬體即構成計算機的電子元器件；軟體即程式和有關文件資料。
(1） 計算機的主要硬體
輸入裝置：鍵盤、滑鼠、掃瞄器等。
輸出裝置：顯示器、印表機、繪圖儀等。
**處理器（cpu）：包括控制器和運算器運算器，可以進行算術運算和邏輯運算；控制器是計算機的指揮系統，它的操作過程是取指令——分析指令——執行指令。
儲存器：具有記憶功能的物理器件，用於儲存資訊。儲存器分為記憶體和外存
①記憶體是半導體儲存器(主存）：
它分為唯讀儲存器(rom)和隨機儲存器(ram)和高速緩衝儲存器（cache)；
rom:只能讀，不能用普通方法寫入，通常由廠家生產時寫入，寫入後資料不容易丟失，也可以用特殊方法（如紫外線擦除（eprom)或電擦除(eeprom_)儲存器)；
ram:可讀可寫，斷電後內容全部丟失；
cache:因為cpu讀寫ram的時間需要等待，為了減少等待時間，在ram和cpu間需要設定快取記憶體cache,斷電後其內容丟失。
②外存：磁性儲存器——軟盤和硬碟；光電儲存器——光碟，它們可以作為永久存器；
③儲存器的兩個重要技術指標：訪問速度和儲存容量。記憶體的訪問速度最快(與cpu速度相匹配)，軟盤訪問速度最慢。儲存容量是指儲存的資訊量，它用位元組(byte)作為基本單位，
1位元組用8位二進位制數表示，1kb=1024b，1mb=1024kb，lgb=1024mb
(2)計算機的軟體
計算機的軟體主要分為系統軟體和應用軟體兩類：
①系統軟體：為了使用和管理計算機的軟體，主要有作業系統軟體如，windows 95／98／ 2000／nt4．0、dos 6．0、unix等；windows 95／98／2000／nt4．0是多工視覺化圖形介面，而dos是字元命令形式的單任務的作業系統。
②應用軟體：為了某個應用目的而編寫的軟體，主要有輔助教學軟體(cai)、輔助設計軟體(cad)、文字處理軟體、工具軟體以及其他的應用軟體。
2.計算機的工作原理
到目前為止,電子計算機的工作原理均採用馮.若依曼的儲存程式方式,即把程式儲存在計算機內,由計算機自動訪問指令（計算機可執行的命令=操作碼+運算元）並執行它。工作原理圖如下：
1.3 計算機中有關數及編碼的知識
1.計算機是智慧型化的電器裝置
計算機就其本身來說是乙個電器裝置，為了能夠快速儲存、處理、傳遞資訊，其內部採用了
大量的電子元件，在這些電子元件中，電路的通和斷、電壓高低，這兩種狀態最容易實現，
也最穩定、也最容易實現對電路本身的控制。我們將計算機所能表示這樣的狀態，用0，1來
表示、即用二進位制數表示計算機內部的所有運算和操作。
2.二進位制數的運算法則
二進位制數運算非常簡單，計算機很容易實現，其主要法則是：
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1
由於運算簡單，電器元件容易實現，所以計算機內部都用二進位制編碼進行資料的傳送和計算。
3.十進位制與二進位制、八進位制、十六進製制數之間的相互轉換
(1)數的進製與基數
計數的進製不同，則它們的基數也不相同，如表1-1所示。
（2）數的權
不同進製的數，基數不同，每位上代表的值的大小（權）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)十進位制數轉換任意進製
1) 將十進位制整數除以所定的進製數,取餘逆序。
（39)10=(100111)2 (245)10=(365)8
2)將十進位制小數的小數部分乘以進製數取整,作為轉換後的小數部分,直到為零或精確到小數點後幾位。
如：（0.35)10=(0.01011)2 (0.125)10=(0.001)2
(4)任意進製的數轉換十進位制
按權值展開:
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.定點數與浮點數
定點數是指資料中的小數點位置固定不變。由於它受到字長範圍的限制，所能表示的數的範圍有限，計算結果容易溢位。
浮點數的形式可寫成：n=m*2e(其中m代表尾數,e代表階碼）其形式如下：
5.ascii編碼
由於計算機是電器裝置,計算機內部用二進位制數,這樣對於從外部輸入給計算機的所有資訊必須用二進位制數表示,並且對於各種命令、字元等都需要轉換二進位制數，這樣就牽涉到資訊符號轉換成二進位制數所採用的編碼的問題，國際上統一用美國標準資訊編碼（ascii）它可用7位二進位制數表示，儲存時用乙個位元組，它的最高位為0。因此基本的ascii字符集有128個如:
0-9：48-57:00110000-...
a-z:65-90 :01000001-...
a-z:97-122:01100000-...
6.漢字編碼與漢字輸入法
（1）機內碼
ascii碼不能表示漢字，因此要有漢字資訊交換碼，我國國家標準是gb2312,它也被稱作國際碼。它由兩個位元組組成，兩個位元組的最高位都為1。 gb2312共收納6763個漢字，其中，一級漢字（常用字）3755個按漢字拼音字母順序排列，二級漢字3008個按部首筆畫次序排列。
（2）漢字輸入碼（外碼）
目前，漢字輸入法主要有鍵盤輸入、文字識別和語音識別。鍵盤輸入法是當前漢字輸入的主要方法。它大體可以分為：
流水碼：如區位碼、電報碼、通訊密碼，優點重碼律少，缺點難於記憶；
音碼：以漢語拼音為基準輸入漢字，優點是容易掌握，但重碼律高；
形碼：根據漢字的字型進行編碼，優點重碼少，但不容易掌握；
音形碼：將音碼和形碼結合起來，能減少重碼律同時提高漢字輸入速度。
（3）漢字字模
供計算機輸出漢字（顯示和列印）用的二進位制資訊叫漢字字形資訊也稱字模。通用漢字字模點陣規格有16*16，24*24，32*32，48*48，64*64，每個點在儲存器中用乙個二進位制位（(bit)儲存，如乙個16*16點陣漢字需要32個位元組的儲存空間。
1.4 原碼、反碼與補碼
在計算機中，資料是以補碼的形式儲存的:
在n位的機器數中，最高位為符號位，該位為零表示為正，為1表示為負；
其餘n-1位為數值位，各位的值可為0或1。
當真值為正時:原碼、反碼、補碼數值位完全相同；
當真值為負時:
原碼的數值位保持原樣，
反碼的數值位是原碼數值位的各位取反，
補碼則是反碼的最低位加一。
注意符號位不變。
如:若機器數是16位:
十進位制數 17 的原碼、反碼與補碼均為： 0000000000010001
十進位制數-17 的原碼、反碼與補碼分別為：1000000000010001、1111111111101110、1111111111101111
1.5 邏輯運算
1.邏輯運算
邏輯與:同真則真
邏輯或:有真就真
邏輯非:你真我假
邏輯異或:不同則真
2.按位運算
按位與∩:同1則1 如10010101∩10110111=10010101
按位或∪:有1則1 如10010101∪10110111=10110111
3.邏輯化簡
化簡定律:
（1）交換律： a + b = b + a ，a·b = b·a
（2）結合律： （a + b）+ c = a + （b + c ）， （a·b）·c = a·（b·c）
（3）冪等律： 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）互補律： 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:化簡函式 q = ad + ad + ab + acef。這個函式有5個自變數，化簡過程如下：
q = ad + ad + ab + acef
= a + ab + acef
= a + acef= a
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