计算机的基础知识

1.1 计算机概述 1.1.1 计算机的产生 1.1.2 计算机的发展阶段 1.1.3 计算机的发展趋势 1.2 计算机的特点与应用 1.2.1 计算机的特点 1.2.2 计算机的应用类型 1.3 计算机系统的组成 1.3.1 计算机的硬件系统 1.3.2 计算机的软件系统 1.3.3 计算机的基本工作原理,计算机的基础知识,1.1 计算机概述,查尔斯巴贝奇: Charles Babbage (1791-1871) 英国剑桥大学数学教授 计算机界公认的“计算机之父”,1.1.1 计算机的产生 1.近代计算机,巴贝奇的主要贡献,包括： 处理装置、 控制装置、 存储装置、 输入装置、 输出装置。,巴贝奇在1822年设计的差分机,巴贝奇在1834年设计的分析机是现代通用计算机的雏形，是现代通用计算机的祖先。,巴贝奇设计分析机,艾兰麦迪森图灵,Alan Mathison Turing (19121954) 英国科学家 计算机科学奠基人 人工智能之父,图灵酷爱长跑，1947年8月25日，泰晤士报体育新闻报道他的马拉松成绩2:46:03,二次世界大战时，图灵带领破译纳粹德国通讯密码，为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。,图灵是一位罕见的天才数学家,图灵的主要贡献,提出图灵机模型 1936年 发表论文：“ 论可计算数及其在判定问题中的应用”，奠定了计算机的模型与可计算理论。 提出图灵测试 1950年发表论文：“ 计算机与智能”，奠定了人工智能的基础。,图灵奖美国计算机协会（ACM）于1966年设立图灵奖，该奖是计算机领域的最高奖，相当于该领域的诺贝尔奖。,截止至2005年，获此殊荣的华人仅有一位，他是2000年图灵奖得主姚期智。,冯诺依曼（美籍匈牙利数学家 ） John von Neuman （1903-1957）,冯诺依曼自己认为关于计算机的想法主要来自图灵。,至今五十多年来，计算机系统基本结构没有变，都属于冯诺依曼计算机。,冯诺依曼计算机原理： 1) 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。 2) 程序和数据以同等地位存放在存储器中,并要按照地址寻访。 3)程序和数据以二进制表示。,掌握,他的精髓贡献是两点： 二进制思想与程序内存思想,1.1. 计算机的发展阶段,掌握,计算机的分类,超级计算机（旧称巨型机）：指目前速度最快、处理能力最强的计算机。例如： 2010年研制成功的“天河一号”是我国首台千万亿次超级计算机，全球第一。,大型机：具有较快的处理速度和较强的处理能力，一般用于大公司、科研机构、或高等院校的服务器或主机。 一般作“客户机/服务器”的服务器 或作“终端/主机”的主机,小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短，工艺先进、使用维护简单比大型机更具有吸引力，容易推广和普及。,工作站：介于小型机和微型机之间，是专长处理某类特殊事务的一种独立的计算机类型。具有高分辨率、大容量内外存、图形功能较强,微型计算机：即个人计算机Personal Computer，简称PC机，机型小巧、轻、使用方便、价格便宜，已成为计算机的主流。,网络计算机：与PC相比没有硬盘、软驱、光驱，它通过网络获取资源，应用软件和数据也都存放在服务器上,根据计算机的字长、运算速度、存储容量等性能指标可以将计算机分为：,TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。 2010年11月14日，国际TOP500组织在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。 我国的超级计算机“曙光星云” 位居第三。,“天河一号”由国防科学技术大学研制，其实测运算速度可以达到每秒2570 万亿次。,我国历代巨型机名称：神威、银河、曙光、天河,“天河一号”由103个机柜组成、占地面积近千平方米、总重量155吨,超级计算机 天河一号,大型机,戴尔服务器,1.1.3 计算机的发展趋势,.电子计算机的发展方向 巨型化：指发展高速度、大容量、功能强的超级计算机。 微型化：指发展体积小、价格低、可靠性高、使用范围广的计算机。 网络化：将多个不同地点的计算机互联起来，形成计算机网络。 智能化：让计算机能够模拟人类的智能活动。 2.未来的新型计算机 光子计算机：利用光作为信息的传输媒体。 生物计算机：生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片。 量子计算机：是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,1.2 计算机的特点与应用,1.2.1 计算机的特点 运算速度快。 计算精度高。 具有记忆和逻辑判断能力。 具有自动控制能力，通用性强。 1.2.2 计算机的应用类型 科学与工程计算：即数值运算，用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算，是最早的应用。 信息处理：即非数值形式的数据处理，例如：公司、银行、政府机关等大多数部门用计算机来管理日常事务。是目前最广泛的应用。,自动控制：又称实时控制，指利用计算机来采集检测数据，然后经过分析处理后对控制对象进行自动控制或调节。 计算机辅助系统： CAD（Computer Aided Design），计算机辅助设计。 CAM（Computer Aided Manufacturing），计算机辅助制造。 CIMS（Computer Integrated Manufacture system），计算机集成制造。 CAT（Computer Aided Test），计算机辅助测试。 CAE（Computer Aided Engineering ）计算机辅助工程。 CAI（Computer Aided Instruction）计算机辅助教学 CBE（Computer Based Education）计算机辅助教育。,掌握,网络应用：如电子商务，网络教学等。 B2B, 企业与企业之间: 阿里巴巴网站 B2C,企业与消费者之间: 一拍网 ， 亚马逊 C2C,消费者与消费者之间: 易趣 ， 淘宝网 人工智能：（Artificial Intelligence）：简称AI，指计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。如：机器人的研制。 多媒体技术（Multimedia）：将图形、图象、和声音结合起来表达客观事物。 虚拟现实：虚拟现实技术是由计算机硬件、软件以及各种传感器所构成的三维信息的人工环境，即虚拟环境。,计算机的主要应用领域,工商：银行、电子商务、制造业CAD/CAM 教育：多媒体教育、远程教育 医药：CAT、MRI、远程医疗 政府：电子政府 娱乐：计算机游戏、虚拟现实、电影特技 科研：数据采集、计算分析 家庭：家庭信息化,1.3 计算机系统的组成,计算机系统分为：硬件 + 软件,计算机系统的组成,掌握,1.3.1 计算机的硬件系统,计算机硬件包括 ：主机和外设,计算机硬件系统的五大组成部分： 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备,1. 处理器，也称CPU，包括运算器和控制器,处 理 器,控制器,运算器,控制整个计算机所有部件的工作,执行算术运算和逻辑运算,运算器 ： 运算器的主要功能是算术运算和逻辑运算。 运算器又称算术逻辑单元（ALU）。 在控制器的控制下，运算器从内存中取出数据进行运算，再将运算结果送回内存。 控制器： 控制器是计算机的神经中枢，计算机的各个部件是在控制器的控制下完成工作。 控制器和运算器一起组成中央处理单元，即CPU。,掌握,2. 存储器，分为内存储器和外存储器,内存储器简称内存或主存，包括RAM和ROM 外存储器也称辅助存储器，包括硬盘、光盘、优盘等,掌握,3. 内存储器的作用及特点,内存储器与计算机各个部件打交道，进行数据传送。 用户通过输入设备（键盘鼠标）输入的程序和数据最初送入内存 ，输出设备输出的信息来自内存。 计算机运行时的程序和数据均放在RAM中，内存中的信息如要长期保存要送到外存中。因为内存在断电后内容全部丢失，外存可以长期保存数据。 内存储器是信息交流中心，外存储器能够存储大量信息。 内存储器以半导体存储器为主。通常512MB、1GB、2GB。 外存储器又称为辅助存储器，通常采用磁性材料。 常用的外存储器是硬盘、光盘、闪存。 外存储器可以永久保存程序和数据。通常硬盘40GB，60GB,80GB、500GB等。,掌握,位(Bit)：存放一位二进制数即0或1。如：10110010 字节(Byte)：8个二进制位为一个字节。 存储器的容量通常以KB，MB，GB，TB表示。 它们之间的换算关系为： 1B=8Bit， 1KB=1024B=210B， 1MB=1024KB 1TB=1024GB， 1PB=1024TB， 210=1024 则：1MB=210 * 210B。 例如：256M的内存储器可以存放多少字节？,4.存储器的有关术语,掌握,256*210 * 210B,内存储器中的单元（示意图）,5.内存储器的地址,地址：整个内存被分为若干个存储单元，每个存储单元存放一个字节的内容，即8位二进制的数据。每个存储单元有一个唯一的编号，称为地址。,1000,1001,1002,1003,6.内存储器的访问过程,地址0001,控制:写,10000000,7.输入设备和输出设备,常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、 麦克风等。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等。 注意：外存存储器（硬盘、软盘、光盘）既是输入设备， 也是输出设备。,掌握,软件 = 程序 + 数据+文档 计算机软件通常可以分为系统软件和应用软件两大类。 1.系统软件：指管理、控制和维护计算机及其外部设备、提供用户与计算机之间的界面等功能的软件。 操作系统：最基本、最重要的系统软件。它负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作和编程界面。 语言处理程序：将非机器语言编写的程序翻译成机器能识别的指令，完成这种翻译工作的程序称为语言处理程序 。 .应用软件：应用软件是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序 。