师:同学们,大家好。今天我们继续学习计算机的基本工作原理——第二课时。上节课我们学习了计算机硬件,按功能可分为存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大组成部分。我们了解了各部件分类特点与作用,还认识了常见输入输出设备。计算机用途广泛,处理对象有数字、英文、字母、符号、汉字、图形、声音、动画、视频等。但计算机本质是台只认识0和1的机器,它究竟如何识别处理这些多样信息呢?通过今天学习,我们初步了解二进制、计算机程序以及计算思维。
首先,简单了解二进制。日常生活中大家熟悉十进制,十进制每一位可表示0 - 9十个数字,逢10进一位。因为逢10进一位,所以每一位代表递增的10次方,如10的0次方、10的一次方、10的二次方等。把每一位上表示的数相加,可得最终表示的数。同理,我们来看二进制。
二进制和十进制工作原理相同,但每一位只有0和1,逢2进一位。所以二进制每一位是2的递增次幂,即1、2、4、8、16、32、64、128等等。把二进制中用1表示的数相加,就得到该二进制数表示的数值。计算机就是用二进制数工作的。在计算机内部,所有信息的表示、存储、处理、输出均采用二进制。所有进入计算机的信息,包括图、文、声像等,最终都要转换为二进制编码才能被识别。计算机处理完数据,通过显示器等输出设备反馈给用户。计算机内部工作过程是:用户将信息通过输入设备送入计算机,计算机将其转换为二进制编码,再进行处理,最后通过输出设备把结果反馈给用户。了解了计算机使用二进制工作的原理,接下来看看为什么计算机要使用二进制。
第一个原因,二进制数容易表示。二进制只有0和1两个符号,只需两种不同状态就能表示,物理上容易实现。比如发光二极管(LED小灯泡),亮与不亮可表示1和0 。若表示数字8,普通计数需8个小灯泡全亮,且最大只能表示到8 。但用二进制,只需亮起一个小灯泡,对应的二进制代码为00001000 ,8个小灯泡最大能表示2的8次方,即255 。再如街道广告牌、公交车报站装置,有的利用许多发光二极管组成图案显示文字。将“中”字转换成二进制代码,可在8×8的64个方格中描出发光点,用一个二进制位对应一个小方格,有发光点的取1,空白取0 ,这样“中”字字形信息就表示为64位二进制代码。要输出“中”字时,计算机根据这组代码在屏幕适当位置显示。类似方法可将图画转换为计算机能识别的二进制代码,声音、视频、动画等信息也能通过一定方法转换。
计算机采用二进制的另一个原因是运算法则简单。二进制一位数乘法运算只有四种情况,比十进制九九乘法表简单易记。由于计算机只能识别0和1组成的二进制代码,所以计算机处理的所有信息,包括数据和控制命令,都要用二进制代码表示。控制计算机工作的一系列命令称为计算机程序。用0和1编写、计算机能直接识别的程序叫机器语言程序,但机器语言程序难学难记,不便交流,编写繁琐。后来随着计算机技术发展,出现了用受限自然语言、词汇、符号、数学表达式等编写程序的高级语言,如visual basic、c语言、Pascal等。
