计算机文化基础中国石油大学第九版第一章

领域，特别是国防领域，如模拟核爆炸、密码破译、天气预报、核能探索、地震探测以及研究洲际导弹、宇宙飞船等，主要用来承担国家重大科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题等任务。 （2）大型机：

大型计算机硬件配置高档，性能优越，可靠性好，具有较高的运算速度和较大的存储容量，但价格高昂。大型机主要用于金融、证券等大中型企业数据处理或用作网络服务器。 （3）小型机：

小型机也是处理能力较强的系统，面向中小企业的应用。与大、中型计算机相比，小型计算机性能适中，价格相对较低，容易使用和管理，适合用作中小企业、学校等单位的服务器。

（4）微型机：

微型计算机简称微机，又叫个人计算机（PC），它通用性好、软件丰富、价格低廉，主要在办公室和家庭中使用，是目前发展最快、应用最广泛的一种计算机。由于计算机网络的发展以及集群技术的出现，PC能进一步发挥更大的作用。 （5）工作站：

工作站是一种主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能计算机。工作站通常配有多个中央处理器、大容量内存储器和高速外存储器，配备高分辨率的大屏幕显示器等高档外部设备，具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。工作站主要应用于工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务和模拟仿真等专业领域。 1.2.3 计算机的应用

计算机强大的功能和良好的通用性，使得其应用领域扩大到社会各行各业，推动着社会的发展。计算机的主要应用如下：

1．科学计算 科学计算是指科学和工程中的数值计算，是计算机应用最早的领域。计算机的高速度和高精度是人所无法达到的，所以科学家借助它能更深刻地认识客观规律和寻找改造世界的方法和途径。科学计算是20世纪最重要的科学进步之一，与理论研究和科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法。计算机性能的发展使越来越多的复杂计算成为可能，并可以用计算机做数值仿真，得到一些在物理实验上很难测得的现象，如混沌系统、孤粒子等。

2．信息管理 信息管理是指以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息。信息管理是非数值形式的数据处理。当今社会是信息社会，面对浩如烟海的各种信息，为了全面、深入、精确地认识和掌握这些信息所反映的事物本质，必须用计算机进行科学处理。目前信息处理已广泛应用于办公自动化、事务处理、情报检索、企业管理和知识系统等领域。 信息管理是计算机应用最广泛的领域。

3．过程控制 过程控制又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。现代工业的生产规模不断扩大，技术、工艺日趋复杂，从而对实现生产过程自动化的控制系统的要求也日益提高。利用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高自动化水平，而且可以提高过程控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件，提高产品质量，降低成本。计算机过程控制已在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械和航天等部门得到广泛应用。

4．计算机辅助系统

计算机辅助系统是指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习

等工作。

计算机辅助设计（CAD，Computer-Aided Design）是指利用计算机帮助设计人员进行产品设计和工程设计等工作。采用CAD可将设计工作的计算、绘图、数据存储与处理等繁重工作均交给计算机完成，从而大幅度提高工作效率和设计质量。

计算机辅助制造（CAM，Computer-Aided Manufacturing）是指利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的过程。CAM已广泛应用于飞机、汽车、家电等制造业，成为计算机控制的无人生产线和无人工厂的基础。

计算机辅助教育（CBE，Computer Based Education）是指用计算机对学生的教学、训练和对教学事务的管理，包括计算机辅助教学（CAI，Computer-Aided Instruction）和计算机管理教学（CMI，Computer Managed Instruction）。多媒体技术和网络技术的发展推动了CBE的发展。

另外，还有计算机辅助测试（CAT，Computer-Aided Test）和计算机集成制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System）等。

5．人工智能 人工智能（AI，Artificial Intelligence）是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的事情，又称机器智能，主要研究智能机器所执行的通常是人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。人工智能是计算机当前和今后相当长的一段时间的重要研究领域，目前在语言处理、自动定理证明、智能数据检索、视觉系统、问题求解以及自动程序设计等领域取得了一些重要成果，例如，开发了专家系统、自然语言理解、博弈和机器人等具有不同程度的人工智能的计算机系统。

6．计算机网络与通信 利用通讯技术，将不同地理位置的计算机互联，可以实现世界范围内的信息资源共享，并能交互式地交流信息，可谓是“一线联五洲”，这是传统通信手段难以达到的。Internet的建立和应用使世界变成了一个“地球村”，它正在深刻地改变着我们的生活、学习和工作方式。

1.2.4 计算机的发展趋势

计算机技术是当今世界发展最快的科学技术之一，未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网格化与智能化的方向发展。

1．巨型化 巨型化是指不断研制速度更快、存储量更大和功能更强大的超级计算机。因巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核技术、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域，所以，巨型机对于国家科学技术和国防建设都有着巨大的影响。研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。

2．微型化 微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。计算机的微型化已成为计算机发展的重要方向。各种笔记本电脑、掌上电脑的大量使用，是计算机微型化的一个标志；嵌入式系统通常将微小的计算机系统埋藏在宿主设备中，此类计算机一般不被设备使用者所注意，亦称埋藏式计算机，这是计算机的微型化应用最多的领域，典型机种如微控制器、微处理器和DSP等。

微型计算机也进入了大量的仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。

3．网格化

目前大部分的计算机实现了联网，初步实现了资源的共享。但是，信息的搜索和整合还需要手工完成，效率较低。网格（Grid）技术可以更好地管理网上的资源，它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统，犹如一台巨型机。在这个动态变化的网络环境中，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，从而让用户从中享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性和超强能力。目前，世界主要国家和地区都把发展网格技术放到了战略高度，纷纷投入巨资，抢占战略制高点。

4．智能化 智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。计算机成为智能计算机，是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。目前已研制出多种具有人的部分智能的“机器人”，可以代替人在一些危险的岗位上工作。据专家预测，机器人将是继电脑普及后，下一个普及到家庭的电器产品。

1.3 计算机中信息的表示

1.3.1 数制及其转换

数制也称为计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。人们通常采用的数制有十进制、二进制、十六进制和八进制。但计算机只认识二进制。用进位的原则进行计数称为进位计数制，简称进制。在一般情况下，人们习惯于用十进制来表示数。其实，在现实生活中也使用其他进制，如用六十进制计时，用十二进制作为月到年的进制等。在计算机科学中，不同情况下允许采用不同数制表示数据。在计算机内用二进制数码表示各种数据，但是在输入、显示或打印输出时，人们习惯于用十进制计数。在计算机程序编写中，有时还采用八进制和十六进制，这样就存在着同一个数可用不同的数制表示及它们相互之间转换的问题。在介绍各种数制之前，首先介绍数制中的几个名词术语。

数码：一组用来表示某种数制的符号。如：1、2、3、4、A、B、C、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等。

基数：数制所使用的数码个数称为“基数”或“基”，常用“R”表示，称R进制。如二进制的数码是0、1，基为2。

位权：指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中，处于不同数位的数码代表的数值不同。如十进制数111，个位数上的1权值为100，十位数上的1权值为101，百位数上的

2

1权值为10。

1．常用的进位计数制 1）十进制（Decimal System）

十进制数是人们最熟悉的一种进位计数制，它由0、1、2、?、8、9这10个数码组成，即基数为10。十进制的特点为：逢十进一，借一当十。一个十进制数各位的权是以10为底的幂。

2）二进制（Binary System）

由0、1两个数码组成，即基数为2。二进制的特点为：逢二进一，借一当二。一个二进制数各位的权是以2为底的幂。

3）八进制（Octal System）

由0、1、2、3、4、5、6、7这8个数码组成，即基数为8。八进制的特点为：逢八进一，借一当八。一个八进制数各位的权是以8为底的幂。

4）十六进制（Hexadecimal System）

由0、1、2、?、9、A、B、C、D、E、F这16个数码组成，即基数为16。十六进制的特点为：逢十六进一，借一当十六。一个十六进制数各位的权是以16为底的幂。

在书写时，一般用以下两种数制表示方法：

（1）把一串数用括号括起来，再加这种数制的下标。如（10）16，（100100）2，（120）8。对于十进制可以省略。

（2）用进位制的字母符号B（二进制）、O（八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示。注意：在不至于产生歧义时，可以不注明十进制数的进制。

如：十六进制数A2A0C可表示为A2A0CH。

表1-1 十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系 十进制 0 1 二进制 0 1 八进制 0 1 十六进制 0 1 十进制 9 10 二进制 1001 1010 八进制 11 12 十六进制 9 A