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(共21張PPT)
2023.10
計算機原理探究
教學背景 Teaching background
ENIAC（埃尼阿克），世界上第一臺電子計算機，于1946年誕生于美國賓夕法尼亞大學。長30.48米，寬6米，高2.4米，占地170平方米，重達30噸（六只大象重），耗電功率約150千瓦，每秒鐘可進行5000次運算。被美國國防部用來進行彈道計算。
教學背景 Teaching background
在埃尼阿克的研制過程中,時任美國彈道研究所顧問的美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼(John von Neumann)帶著大量的計算問題加入研制小組,并提出了舉世聞名的馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。迄今為止,計算機的制造技術(shù)雖然發(fā)生了巨大變化,但馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)仍然沿用至今，因此馮·諾依曼被譽為“計算機之父”。
輸入設備
運算器
控制器
存儲器
輸出設備
一、計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
根據(jù)美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼提出的存儲程序原理，按功能把計算機分為五大部分。
計算機
01
02
03
04
05
就像采購部，用于輸入原始數(shù)據(jù)與程序。
就像生產(chǎn)管理部門，用來控制管理各部件有秩序的協(xié)同工作。
就像倉庫，用來存放數(shù)據(jù)、程序和處理結(jié)果。
就像銷售部門，用來輸出各種結(jié)果。
輸入設備：
控制器：
運算器：
存儲器：
輸出設備：
就像車間，用來對數(shù)據(jù)進行加工處理。
一、計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
一、計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
五部分之間的聯(lián)系
原始信息
計算機種類繁多，按其規(guī)模、速度和功能等可分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機。巨型機、大型機、中型機、小型機多用在科研部門或大型網(wǎng)絡中心，我們在日常生活中最常見到的就是微型機，即微機。
二、計算機中信息的表示方式
在計算機中,所有信息的存儲、處理和傳送,都采用二進制數(shù)或二進制編碼表示。如16，-256，3.1415926等數(shù)值信息,用二進制數(shù)表示;字母、漢字、圖像、聲音、動畫等非數(shù)值信息,用二進制編碼表示。
我們熟悉的十進制,進位規(guī)則是“逢十進一”，用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十個數(shù)字可以表示任意一個數(shù)值。
相應的,二進制的進位規(guī)則是“逢二進一”，用0和1兩個數(shù)碼可以表示任意一個數(shù)值,
例如:0+0=0 0+1=1
1+1=10(讀作“壹零”)
11+1=100(讀作“壹零零”)
十進制 二進制
數(shù)碼 0~9 0、1
基數(shù) 10 2
權(quán)值 基數(shù)的i次方 十進制二進制的區(qū)別
用于表示事物個數(shù)的數(shù)
某一數(shù)字符號在數(shù)的不同位置所表示的值的大小
音樂
視頻
文字
等
音樂
視頻
文字
等
二進制
因此，計算機對信息的處理過程就是一個二進制的計算過程。而二進制數(shù)位是表示信息的最基本單位。
一個二進制位稱為一個比特（bit），bit是表示數(shù)據(jù)的最小單位
8個二進制位稱為一個字節(jié)（Byte,簡寫為B），字節(jié)是最基本的信息存儲單位。
一、二進制編碼
生活中除了數(shù)值信息，還有字母、符號、漢字、圖像、聲音、動畫、視頻等非數(shù)值信息，它們不具有計數(shù)或計算功能。在計算機中用二進制數(shù)組成的編碼（簡稱二進制編碼）來表示非數(shù)值信息。
（1）ASCII碼
ASCII碼(American Standard Code for Information Interchange，美國信息交換標準代碼)，是一套基于拉丁字母的電腦編碼系統(tǒng)，主要用于顯示現(xiàn)代英語和其他西歐語言。它用八位二講制數(shù)組成的不同編碼來表示各種字母和符號，例如：
（3）點陣法
聲音、圖像、視頻、動畫等非數(shù)值信息的編碼更復雜。例如,用點陣法把黑白圖像畫在一定規(guī)格（16×16，32×32,64×64等）的方格紙上,筆畫占滿半個方格的用“1”表示,無筆畫或筆面來者滿半個方格的用“0”表示,8位一組逐行用二進制數(shù)表示出來,就得到了該圖像的二進制編碼（點陣數(shù)據(jù)）。
例如,16×16點陣圖像 的點陣數(shù)據(jù)由32個字節(jié)組成,如下圖所示：
二、GB碼
1980年,我國頒布了《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》（GB2312-1980）,簡稱GB碼。它用兩個字節(jié)( 16 bit）給漢字編碼,也就是說，存儲一個漢字信息需要兩個字節(jié)。例如:“中國”兩個漢字的GB碼為:
11010110 11010000表示“中” 10111001 11111010表示“國”
十進制轉(zhuǎn)化為二進制（除基取余倒數(shù)法，直到商為零）
二進制轉(zhuǎn)化為十進制（乘權(quán)相加，即對其按權(quán)展開式求和）
有一天夜里，你正在寫作業(yè)，突然發(fā)現(xiàn)對面樓里有燈光一閃一閃地，似乎有某種規(guī)律，你仔細觀察后發(fā)現(xiàn)對方可能是用二進制來發(fā)送信息，于是，你把信息記了下來，發(fā)現(xiàn)是以下一串代碼1101000 1100101 1101100 1110000 1110111 1100101
請問，你知道這是什么意思嗎？
a b c d e f g h i g k l m
97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109
n o p q r s t u v w x y z
110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
1.計算機內(nèi)部采用的數(shù)制是（ ）
A：十進制 B：二進制 C：八進制 D：16進制
2.十進制數(shù)7和11對應的二進制數(shù)是（ ）
A：1011 1101 B：0111 1011
C：1101 1000 D：1110 0100
B
B
1.計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，指出計算機應由輸入設備、運算器、控制器、存儲器、輸出設備五大部分組成。
2.計算機中信息的表示方式
二進制數(shù)
二進制編碼
ASCII碼 GB碼 點陣法

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