计算机导论论文

0.50*2=1.0111
4.3.5计数法【14】
以8位格式为例，最高位为符号位，余下七位中，左边3个为指数域，余下4个位为尾数域。
例如一个字节的位模式01101011。符号位为0，指数110，尾数1011，指数域110用余码表示为2（正），因此，小数点右移两位，得10.11，就是2.75
参考文献
[1][美]David reed，A Balanced Interduction to Computer Science，清华大学出版社，2005
[2][美]J.Glenn Brookshear,计算机科学概论，第10版，人民邮电出版社，2009
[3]弗罗赞，刘艺，计算机科学导论，机械工业出版社，
计算机科学与导论
（河北工业大学计算机学院）
摘要：简述计算机的发展历程，现代计算机的体系结构，分析计算机的内捏运算的存储与运算方式数据的机器表达式。
关键词：现代计算机体系结构，数据存储，数据运算。
1引言
计算机科学是这样一门学科，它寻求为计算机设计，计算机程序设计，信息处理，问题的算法解和算法过程本身等主题建立的科学的基础，计算机科学既是当今计算机应用的支柱，又是今后应用的基础，很久以来计算机已经奠定了它的算法科学的地位这门科学范围很广，设计数学，工程学，心理学，生物学，商业管理和语言等多个学科。
由于计算机的主存储器由单个的、可编址的存储单元组成，所以这些存储单元可以根据需要独立存取。为了反映用于任何顺序存取存储单元的能力，计算机的主存储器常被称为随即存储器(random access memory ,PAM)。【8】
3.3.2硬盘
硬盘是悬浮式（非接触）、利用电磁原理记录信息的非易失性的外部存储器。硬盘盘片转动时，每个磁头在盘片上面或下面相对与称为道(track)的圆圈转动。因为一个道可以包含的数据通常比我们每一次要处理的多，所以每个道划分成若干小弧区，称为扇区。【9】磁盘是随机存取设备。但是，在某一时间可以读取的最小区域只能是一个扇区【10】。
3.3硬件系统
硬件设备是组成计算机的物理实体，硬件结构师将硬件设备连结的方案。如计算机的额主板。因此，硬件是设备的基础，硬件结构是关键。
3.3.1内存
计算机主存储器是以称为存储单元（cell）的可管理单位组织起来的，一个典型的存储器单元容量是8位，【5】即一个字节。内存是计算机中信息存储和程序运行的空间。假设存储单元的位是排成一行的，该行的左端称为高位端(high-order end)，右端称为低位端（low-order end）。高位端的最左一位称为最高有效位。为了区分计算机主存储器中各存储单元，每一个存储单元都被赋予唯一的名字，称为地址【7】。
3.3.3中央处理单元(CPU)
CPU是计算机系统中的核心部件。计算机的一切工作都是在CPU的控制下进行的。CPU是依赖存在于内存中的程序进行控制的。CPU用于数据的运算，有三个组成部分【11】：算术逻辑单元(ALM)、控制单元、寄存器单元。
CPU利用重复的机器周期来执行程序中的指令，一步一条，简化的周期包括三步：取指令、译码、执行。在中断控制输入输出中，首先CPU告知I/O设备即将开始传输，但是CPU并不需要不停地查询该设备的状态。当I/O设备准备好时，它通知（中断）CPU。词过程中，CPU可以警醒别的工作。【12】
为求得二进制所表示的数值，可采取和十进制相同的方法，即每个数与权值乘积，再计算各乘积之和。例如：
100101=1*20+0*21+1*22+0*23+0*24+1*25=1+0+4+0+0+32=37
十进制数向二进制转换采用辗转相除取余法。例如：11
11/2=5……1
5/2=2……1
2/2=1……0
4数值信息的机内表示
4.1计数方式
计数方式的选择标准：方便实现，运算简便，器件节省。
进位计数制：基数=数码个数=r,最大数码=r-1,位权Q=rp-1（P是数位序号）。
4.2二进制的特点
二进制运算简便，而且两个状态易于物理器件的表示，下面证明二进制的器材的节省性：
设n位r进制数所存的信息量为N，可以证明，寄存n位r进制数所用的寄存器量与n·r成正比，则有rn=N
2.1 计算机的发展历史
今天的计算机有着庞大久远的世系渊源。其中较早的计算机设备之一是算盘。算盘本身非常简单，一个矩形框里固定着一组小棍，而每个小棍上又个串一组珠子。在小棍上，珠子上下移动的位置就表示所储存的值。正是这串珠子的位置表示了这台机器“计算机”所代表和储存的数据。这台机器是依靠人的操作来控制算法执行的。因此，算盘自身只算得上一个数据存储系统，他必须在人的配合下才成为一台完整的机器。
2.2计算机问题求解的主导思想
她实质上是对人工问题求解过程的机器模拟，求解问题分析包括三个阶段：①系统分析与设计②代码（程序）设计③运行。在问题分析的过程中，算法是核心，而系统的分析与设计阶段是计算机求解问题的重点与难点。
3.1冯·诺依曼模式
冯·诺依曼模式包括存储程序与程序控制。其模式包括两大部分：软件和硬件，同时，算法是其模式的关键，机器只是求解问题的工具。现代计算机的原理图（如图1所示）
根据现代计算机原理图，我们知道现代计算机由硬件和软件构成，硬件是基础，软件是关键。软件可以弥补硬件的不足，其次，运行的程序先进入内存，CPU是计算机系统的核心部件，控制着系统的工作，CPU靠程序对计算机提供控制。
3.2软件子系统
为了运行、管理和维护计算机所设计的一整套程序的总和以及在这些程序设计过程中所用到的一切文档资料。软件包括系统软件、应用软件和支撑软件，其功能各不相同。系统软件用于管理和维护计算机，引用软件侧重解决实际问题，而不需要计算机亦可以解决的问题，支撑软件用于支撑计算机的运行。
nlogar=logaN
n=logaN/logar
∵N是常数∴logar是常数
令logaN=k,则n=k/logar
n·r=rk/logar
r=e时，n·r最小。
4.3数值信息的机内表示
4.3.1数值信息
数值信息由三部分组成：数码、正负号、浮点。
4.3.2数码的二进制表示【12】
例如375的表示中，5的位置与权1相关，7与权10相关，3与权100相关。则375可表示为3*100+7*10+5*1，或3*102+7*101+5*100
例，编码1.125，用二进制表示为1.001，将数字放入尾数域，要从二进制最左边的1开始，即1001，假定指数域的左边有个小数点，而小数点需要向右移1位（在余码计数中101为+1），则符号位用0。
即 0 101 1001。
5．结论
综上所述，计算机的科学与技术应用在较早期时的，已经有了质的飞跃，现在的计算机已成为推动社会发展的强大动力，而计算机科学的发展已成为现代人所关注的焦点，虽已取得傲人的成绩，但无论是实际要求还是，理论建立都还需更加深入的研究。我们深信在不就得将来计算机科学将更加系统更加有利于社会进步。
1/2=0……1
由下到上按左到右的顺序排列，则11用二进制表示为1011。
4.3.3整数的机器数表达方法
A、一般表示法
首先将数转换成二进制；忽略符号，左侧用0补充空位至指定位数-1；如果是正数，在最高位加0，如果是负数则加1。
例如 +010111=010111
-1011=11011
B、二进制反码
首先将数转换成二进制数，如果符号为正，则不再变动，若为负，则将每一位换成其反码形式
4.3.4浮点表示法
小数部分转换成二进制数，采用复乘的方式。例如，0.125转换成二进制，将该数乘2，得0.25，将整数部分提取出来，作为二进制最左边的数字，以此类推，直到小数部分变为0。【13】
例如 0.875-----0.875*2=1.750---------1
0.750*2=1.50----------1
4）1972年至今的计算机习惯上称为第四代计算机。第四代计算机是基于大规模集成电路以及后来的超大规模集成电路，功能更强，体积更小，应用领域向纵深发展，使用面日益广泛。它发展的另一个方向是高速计算机网络，以实现计算机之间的通信和数据共享。
5）第五代计算机是一种更接近人的人工智能计算机，设计者希望他能理解人的语言、文字和图形，还能思考，人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达指令，驱使塔工作。她出现在1975年，真正开始始于20世纪90年代。
尽管计算机给人们带来了很大便利，但是距离人们的要求仍然相差很远，而且各行业对计算机也产生了较大的需求，生产功能更强、更轻便、更便宜的计算机成为了当务之急。因此，人们开始研究和制造微处理器。战后计算机高速发展，根据计算机的主要元件，可以将近代计算机的发展划分五代：【5】
1）1946年到1957年间设计的计算机一般称为第一代计算机。在此期间，计算机的元器件大都采用电子管，而且计算机的体积大、速度慢，以机器提供的原始指令编制程序，主要用于科学计算。
例如：+7=111
-258=011111101
C、二进制补码
首先将数转换成二进制，忽略符号，如果二进制不足n位，在左边补0，直到位数为n。若符号为正，则不作变动，若为负，则将最右边所有的0直到首次出现的1不变，其余位取反。
例如 -40=101000=0000000000101000=1111111111011000
后来，计算机是的设计基于齿轮技术的。慢慢的【3】随着电子技术的飞速发展，计算机实现了由机械向电子时代的过渡，电子元件逐渐取代了机械零件，成为计算机的主体。二战期间，各国政府开始搜集研制和制造高性能的计算机，因此大大促进了计算机技术的发展。1946年出现了第一台真正意义上的计算机，取名为ENIAC(Electronic Numberical Intergrater And Computer)，意为“电子数值积分和计算机”，其负责人是莫里奇（John W.Mauchly）和艾克特（J.Presper Eckert）。其主要用于计算弹道和氢弹的研制。同时，冯·诺依曼提出了存储程序的概念。第一台商用计算机诞生于1951年，其系统（UNIVAC-1）设计者仍为上述二人。【4】