大学计算机应用基础.ppt

主讲：赵 诚 （数学计算机科学学院） ,学习本门课的目的,（1）了解计算机发展以及计算机与社会发展的关系。 （2）简单了解计算机的工作原理，基本组成，软硬件系统等。 （3）熟悉计算机的一些基本应用技能，如学会使用Office软件、压缩软件和防病毒软件，以及利用网络工具搜集本专业的学习资料等。 （4）掌握计算机的一些基本应用技术基础理论知识，如多媒体、计算机网络等。,课堂要求,1、遵守课堂纪律，不迟到早退， 有事提前请假。 2、理论课精神饱满，积极回答提问，实验课要有计划安排，不做与教学活动无关的事情。 3、自主自觉学习，保证每周至少投入2小时。,第 1 章 计算机基础知识,计算机的基本概念 信息在计算机内的表示 计算机系统组成,计算机发展简史,1812年差分机,查尔斯.巴贝奇 1834年设计的分析机,近代计算机,由许多轮子组成的保存数据的存储库； 运算装置； 能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,近代计算机,第一节 计算机的基本概念,什么是计算机 计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。 计算机能够完成的基本操作及其主要功能： 输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、扫描仪等）提供的数据。 处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换。 输出：将处理所产生的的结果等数据送到相关输出设备。 存储：存储程序和数据。,世界上第一台计算机-ENIAC,Electronic Numerical Integrator And Calculator 1946年 美国 宾夕法尼亚大学,重达30吨 占地170m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管 保存80个字节 每秒5千次加、减法运算 价值40万美元,图灵奖,世界上第一台电子计算机ENIAC是1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学,但学术界公认电子计算机的理论和模型是由英国数学家图灵在此10年前发表的一篇论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”中奠定了基础的。因此，当美国计算机协会ACM在1966年纪念电子计算机诞生20周年时，决定设立计算机界的第一个奖项，并很自然地将其命名为“图灵奖”，以纪念这位计算机科学理论的奠基人。被称为“计算机界的诺贝尔奖”的这个奖项设立至今，已经颁发了34届，共计有40位计算机科学家获此殊荣，以表彰他们在计算机科学技术领域所作出的杰出贡献。,计算机的发展 (分代依据:电子元器件),第一代计算机（1946年1957年） 电子管 第二代计算机（1958年1964年） 晶体管 第三代计算机（1965年1971年） 集成电路 第四代计算机（1972年今） 大规模和超大规模集成电路 第五代计算机,未来新型计算机,1）光计算机 利用光作为信息的传输媒体,2）生物计算机（分子计算机） 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,3）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。,新一代计算机：第五代计算机。主要目标是使计算机具有人的某些智能，如听、说、看和思维推理的能力。目前仍处于研制中。,微型计算机的发展过程,第一代 Intel 8008 第二代 8080,M6800 第三代 8086,80286 第四代 80386，Z80000，HP-32 第五代 Pentium 第六代 Pentium、Celeron、Pentium 微机具有体积小、重量轻、功耗小、可靠性高、对使用环境要求低，价格低廉、易于成批生产等特点。,我国计算机技术的发展概况,我国从1956年开始研制计算机，1958年研制成功第一台电子管计算机103机 ； 1959年夏研制成功运行速度为每秒1万次的104机，这是我国研制的第一台大型通用电子管数字计算机。 1964年研制成功晶体管计算机，1971年研制了以集成电路为主要器件的DJS系列机。 我国在CPU的自主研制方面已取得突破性进展，2006年初推出的龙芯2E的性能将相当于2GHz的P4处理器。,计算机的分类,按处理对象分类 数字计算机 模拟计算机 数字模拟混合计算机 按用途分类 通用计算机 专用计算机,计算机的分类,按规模分类 巨型计算机 大/中型计算机 小型计算机 微型计算机 工作站 服务器 网络计算机,计算机的特点,运算速度快 运算精度高 具有记忆能力 具有逻辑判断能力 存储程序,计算机的用途,科学计算 数据处理 实时控制 人工智能 娱乐与游戏 计算机辅助工程和辅助教育,计算机的发展趋势, 巨型化 (功能) 微型化 (体积) 网络化 (资源) 智能化 (处理),第二节 信息在计算机内的表示,信息是什么 人们所关心的事情的消息或知识。 信息与数据 信息载体上反映的信息内容，以某种使接收者可识别的符号传送给接收者，这种可识别的符号称为数据。 信息是主观的，数据是客观的。 同一个信息可以通过不同的数据去表达，同样，一个相同的数据也可以因为接受者个体的不同来理解出不同的信息。 在不影响对问题理解的情况下，常把“信息”和“数据”这两个术语不加区别的使用。,数据/信息的类型,数值数据 对这类数据能够进行算术运算并得到明确数值概念。如：正数、负数、小数与整数等。 非数值数据 文字、声音、图像、光信号、电流的变化等等。,数据数据在计算机内部的表示：二进制,为了表示“十五”这个数值，可以： * * * * * * * * * * * * * * * 用15个点 # # （用不同位置的两堆点） 1 5 （用数值符号表示）,相同的数值符号在不同的位置，其表示的实际大小不同 每位有多少个数值符号就是多少进制（基数） 不同位置的位权为kn (k为基数，n为位置是整数) 例如 (123)8 = 1x82+2x81+3x80 = (83)10,二进制,二进制：使用数字0和1等符号来表示数值且采用“逢二进一”的进位计数制。 二进制数制的特点： 仅使用0和1两个数字 最大的数字为1，最小的数字为0 每个数字都要乘以基数2的幂次，该幂次由每个数字所在的位置决定 二进制加法和乘法运算规则： 000; 0 00; 011; 0 10 101; 1 00; 1110; 1 11,八进制与十六进制,八进制： 使用数字0、1、2、3、4、5、6、7等符号来表示数值的，且采用“逢八进一”的进位计数制。 十六进制： 使用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和A、B、C、D、E、F等符号来表示数值，其中A、B、C、D、E、F分别表示数字10、11、12、13、14、15。十六进制的计数方法为“逢十六进一”。,二进制转换为十进制,按权展开 例、将1111011.01B转换为十进制数。 1111011.01B =1x26+1x25+1x24+1x23+0x22 +1x21+1x20 +0x2-1+1x2-2 =64+32+16+8+0+2+1+0+0.25 =123.25,十进制转换为二进制,整数部分：除2求余 小数部分：乘2取整 例、将123.25转换为二进制数,2 |123 1 2 |61 1 2 |30 0 2 |15 1 2 |7 1 2 |3 1 2 |1 1 0,0.25 x) 2 0.50 x) 2 1.00,123.25=1111011.01B,十进制转换为二进制,如何将123.2转换为二进制？ 0.2 = 0.4 = 0.8 = 1 .6(0.6) = 1.2(0.2) = 0.4直到需要的位数 4位小数1111011.0011 1111011.0011B =123 +1x2-3 +1x2-4 =123+0.125+0.0625 =123.1875 (有误差！),十进制与八进制/十六进制的转换,基本方法等同于十进制与二进制的转换规则。 例： 1. 将（1EC.2A）16转换为十进制； 2. 将（3506.2）8转换为十进制； 3. 将（98）10转换为八进制和十六进制。,二进制与八进制、十六进制的转换,二进制数转换成八进制数 方法:“三合一”，用三位二进制表示一位八进制 八进制数转换成二进制数 方法:“一变三”，用一位八进制表示三位二进制，注意，不足位置一定要补零。,1100010,二进制与八进制、十六进制的转换,二进制数转换为十六进制数 方法:“四合一”，用四位二进制表示一位十六进制 十六进制数转换成二进制数 方法:“一变四”，用一位十六进制表示四位二进制，不足位置也要补零。,1100010,不同进制转换,转换示意图,按权展开,按权展开,分段转换,除取余 乘取整,除取余 乘取整,进制转换课堂练习,将十进制数98.3125分别转换为二、八、十六进制数。,信息存储单位,1. 计算机中数据的存储单位 bit：指的是二进制数的一位，又称比特，是计算机存储数据的最小单位。Byte：（缩写为B）：一个字节由八位二进制数字组成（1byte=8bit）。字节是信息存储中最常用的单位，是计算机中存储信息的“基本单位”。 在计算机中，通常用B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）或GB（吉字节）为单位来表示存储器（内存、硬盘、软盘等）的存储容量或文件的大小。,2. 存储单位B、KB、MB与GB的换算关系 1B=8bit (20) 1KB=1024B (210) 1MB=1024KB (220) 1GB=1024MB (230) 1TB=1024GB (240),信息存储单位,4.机器字长 机器字长一般是指参加运算的寄存器所含有的二进 制数的位数，它代表了机器的精度。,3.字（word） 字是字节的组合，并作为一个独立的信息单位处理。字又称为计算机字，它的含义取决于机器的类型、字长以及使用者的要求。,非数值数据在计算机中的表示,英文字符的编码,1.ASCII码 ASCII码是目前计算机中最普遍采用的一种字符编码。ASCII( American Standard Code for Information Interchange)码称为“美国信息交换标准代码”，被国际标准化组织确定为国际上通用的字符编码。,ASCII码,ASCII码表,ASCII码,注意： 1）ASCII码中的二进制数的最高位(最左边一位)为数字0的称为基本ASCII码，范围：0127。包括09共10个数字，大小写英文字母及专用符号等95种可打印字符，还有33种控制字符（如回车、换行等）。 2）常见可显示字符： 10个数字符号：09的ASCII码为4857； 26个英文大写字母：AZ的ASCII码为6590； 26个英文小写字母：az的ASCII码为97122；,其他英文字符编码,2. EBCDIC码 EBCDIC码（Extended Binary Coded Decimal Interchange Code）是美国IBM 公司在它的各类机器上广泛使用的一种信息代码。 一个字符的EBCDIC 码占用一个字节，用八位二进制码表示信息，最多可以表示出256个不同代码 。 3. Unicode编码 Unicode(Universal Multiple-Octet Coded Character Set )编码是由国际组织设计，可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。,非数值数据在计算机中的表示,中文字符的编码,1. 汉字输入码（或外码） 汉字输入码主要分为三类：数字编码、拼音编码和字形编码 。 数字编码：用数字串代表一个汉字的输入，常用的是国标区位码。 拼音编码：以汉语读音为基础的输入方法。 字形编码：字形编码是以汉字的形状确定的编码。,汉字在计算机中的表示,2.汉字国标交换码和机内码 西文处理系统的交换码和机内码均为ASCII，用一个字节表示，一般只用低七位。 1981年我国在国标GB2312-80制定了汉字交换码也称为国标交换码(简称国标码)。在国标码中，一个汉字用两个字节表示，每个字节也只用其中的七位 。 国标码每个字节高位置“1”作为汉字机内码。这样既解决了汉字机内码与西文机内码之间的二义性，又使汉字机内码与国标码具有极简单的对应关系。,汉字在计算机中的表示,汉字在计算机中的表示,3. 汉字字形码 汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。 点阵：汉字字形点阵的代码 1616、2424、3232、4848。 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征。,字模点阵的信息量是很大的，占用存储空间也很大，以1616点阵为例，每个汉字占用32(216=32)个字节 。,信息的内部表示与外部显示,各种各样的信息都可以在计算机内存储和处理，而机内表示它们的方法只有一个，就是采用基于符号0和1的数字化信息编码。 计算机的外部信息需要经某种转换变为二进制编码信息后，才能被计算机主机所接收；同样计算机内部信息也必须经转换后才能恢复信息的“本来面目”。,第三节 计算机系统组成,一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 所谓的硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称。通常包括主机、输入/输出设备、电源等，是计算机完成各种任务、功能的物质基础。所谓的软件系统是指在计算机硬件系统上运行的各种程序以及文档的总和。它可以提高计算机的工作效率，扩大计算机的功能。 硬件是计算机的实体，软件是计算机的灵魂。 二者缺一不可。,冯.诺依曼体系计算机,冯.诺依曼思想： 二进制 程序与数据一样存放在内存 五大模块,冯.诺依曼机结构,第三节 微型机计算机系统,计算机的基本组成与工作原理 硬件系统 软件系统,计算机的基本组成与工作原理,要想让计算机能够解决问题，首先必须根据问题的性质、问题的大小编制出相应的程序，并提供必要的数据，和程序一起放到计算机中保存起来。计算机中的CPU将在程序的控制下自动运行，这表明计算机必须先存储程序，才能在其控制下自动地工作，这就是计算机的基本工作原理程序存储和程序控制原理，即冯诺伊曼原理。,1.指令 指令是计算机能够识别并可执行的一个基本操作命令 2.程序 人们为解决某一问题而写出的有序指令的组合。当程序输入到计算机里并让该程序运行时，计算机按照一定的次序依次取出指令并根据指令的要求进行运算（即执行程序中的指令），这个过程就是程序执行过程。,微型机硬件系统,运算器：用于对数据进行加工的部件 控制器：用于控制各个部分自动协调地工作 存储器：用于存放程序和数据的记忆装置 输入设备：是外部向计算机传送信息的装置 输出设备：是将计算机内部二进制的信息转换成人们所需要的或能够识别的信息形式,微型计算机机箱（卧）,微型计算机机箱（侧）,主板（Mainboard）,主板连结着主机箱内的其他硬件，是其他硬件的载体，因此又称“母板” (Motherboard) 。 CPU、内存、硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘驱动器、显示卡等都插接在主板上。,ATX主板,ATX的主要特点是简化了主板设计，使处理器远离各种插槽，改善了输入输出的装置，重新设计了通风冷却系统和电源系统，并在主板上高度集成了更多的I/O装置，极具扩展功能，支持更多的全尺寸扩展卡。所有的新型接口，例如USB，PS/2，IEEE1394等都可以应用在ATX主板上。,BTX主板,BTX的主板和ATX不同，它是安在机箱的左边的，正好对称。在散热方面，BTX构架中各部件之间为平行同轴排布，CPU、显卡和内存等部件都有高速低温的冷却气流通过、气流在机箱中运转不受阻碍。而ATX采用的是双程式互动散热设计，机箱前下部进风，后上部排风，由于主板和显卡上的风扇增加，使得各气流在机箱内部互相串扰，降低了实际的散热效果。,中央处理器（CPU）,中央处理器（CPU）,中央处理器（Central Processing Unit，简记CPU）是微型机硬件系统的核心部件，由运算器、控制器和一组寄存器组成，并集成在一个芯片上。,运算器：它的核心部件是算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）,是算术和逻辑运算的功能部件。 控制器：是计算机的神经中枢和指挥中心，它根据程序指令的要求，向其它各部件发出控制信息，控制其它各部件协调一致地工作。,微处理器的发展历程,CPU的主要技术指标,（1）字长： CPU能同时处理的二进制数据的位数（bit），它决定了计算机的运算精度和运行速度。字长越长，运算精度越高。 （2）主频： CPU内部时钟晶体一秒钟产生的震荡频率，用MHz表示。它是协调各部件行动的基准，主频越高，CPU运算速度越快。,总线（Bus）,所谓总线（Bus），指的是连接微机系统中各部件的一簇公共信号线，这些信号线构成了微机各部件之间相互传送信息的公用通道。总线通常由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。 地址总线用于传送地址信号,地址总线的数目决定微机系统存储空间的大小； 数据总线用于传送数据信号。 控制总线是CPU与内存储器和I/O接口之间相互传递控制信号的通道。 微型机的系统总线可分为ISA、EISA、MCA、VESA、 PCI、AGP等多种工业标准。,I/O接口（I/O Interface）,（1）串口（COM1、COM2） （2）并口（LPT1、LPT2) （3）IDE接口：主要连接软、硬盘及光盘驱动器 （4）USB口 此外，微型机的主板上还有接口卡的插槽，用来 接插其它常用的接口卡，如显示卡、网络卡、A/D及D/A 卡等 。,USB（通用串行总线）,USB是英文Universal Serial Bus的缩写，它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的接口技术。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。不过直到近期，它才得到广泛地应用。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为2.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本间能很好的兼容。USB具有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。,I/O接口,内存（Memory）,内存（Memory）,在计算机中直接与CPU交换信息的存储器称为内存储器，简称内存。内存储器分为只读存储器（ROM）、随机读/写存储器（RAM）和高速缓冲存储器（Cache）。 内存主要有以下技术指标： 1）容量 2）存取时间 3）奇偶校验位 4）接口类型,外存软盘存储器,一张3.5英寸双面高密度软盘的每面有80个磁道，每个磁道有18个扇区，每个扇区有512个字节，张软盘的容量：1.44MB。,软驱与软盘,外存硬盘存储器,用于存放系统文件、用户的应用程序及数据。硬盘的最大特点就是存储容量大，比软盘的存取速度快，不易受到污染。,硬盘,外存光盘、盘、磁带及其他,输入输出设备键盘,输入输出设备鼠标,目前常用的鼠标有机械式和光电式两种。,输入输出设备其他输入设备,常见的其他输入设备还有光笔、扫描仪、麦克风、数码相机、触摸屏等。,输入输出设备显示器,按显示颜色分类，可分为单色显示器和彩色显示器；按显示器件分类：可分为阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP）等。,阴极射线管显示器,液晶显示器,等离子体显示器,输入输出设备显示器,显示器的显示方式 显示器的显示方式分为字符显示方式和图形显示方式。 显示器的主要技术参数 屏幕尺寸、宽高比 、点距 、像素 、显示分辨率 、 灰度和颜色 、刷新频率等。,