计算机基础知识3.ppt

大学计算机基础,21世纪高等学校计算机科学与技术规划教材,主编：陈刚 课件改编：江汉大学计算中心 2010.8.,第1讲 计算机基础知识,大学计算机基础 第一部分计算机基础理论,本讲要点,计算机的概念与发展史 什么是计算机 计算机发展4阶段，第1台现代计算机，微机产生和发展 冯.诺依曼结构计算机 计算机基本功能和分类 各种名词缩写 数制与数制转换（本讲重点，难点） 数制的概念 二进制与十、八、十六进制的转换 二进制的计算规则,什么是现代计算机？,计算机是一种无须人工干预，能对各种信息进行存储和快速处理的电子设备。 现代计算机是电子驱动的，其本质特征是存储控制，即将事先编好的“程序”（指令和数据）存入“存储器”中，然后计算机就可以按照程序步骤自动连续执行。 思考：计算器和计算机的区别。,1.1 计算机的概念与发展史,早期计算工具的发展 现代计算机的产生 现代计算机的发展,早期人类追求的计算工具,算 盘 中国唐代 第一种手动式计数器 计算尺 1622年，英国William Oughtred 手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算 加法器 1942年，法国Blaise Pascal 机械式，只能做加法 计算器 1673年，德国Gottfried Leibniz 机械式，加、减、乘、除和开方 差分机 1812年，英国Charles Babbage 分析机 1834年，英国Charles Babbage,早期人类追求的计算工具,Charles Babbage,1822 差分机,1833 分析机,MARK I,ENIAC,电子计算机时代,查尔斯.巴贝奇 1812年差分机 1834年分析机,差分机和分析机,三部分组成： (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库； (2)运算装置； (3)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。,史料：查尔斯.巴贝奇,Howard Aiken博士发现了查尔斯.巴贝奇的论文 在IBM的支持下，用机电方式制造了MARK I MARK II和 MARK III是电子计算机,MARK I 1944年,51尺长 重5顿 750,000部份合并而成,有72个累加器，每一个有自己的算术部件，及23位数的寄存器。,ABC计算机 1941年 电子管数字计算机 John V.Atanasoff和Clifford E.Berry为数学物理研究研制的，,早期计算机,为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于1966年 设立了“图灵奖”,计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。,图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。,史料： 阿兰.图灵 冯诺依曼,计算机科学奠基人 英国科学家 阿兰.图灵,主要贡献： 建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念,电子计算机之父： 美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼,阿兰.图灵和冯.诺依曼,美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖,主要贡献： 与同事研制人类第二台计算机EDVAC “存储程序”概念 冯诺依曼计算机 奠定了现代计算机体系结构和工作原理,1.1.2 现代计算机的产生,ENIAC 冯诺依曼结构的计算机,世界上第一台现代计算机ENIAC,5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,1946年2月由宾州大学研制的ENIAC 电子计算机时代的到来,Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,重达30吨 占地250m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管,每秒5千次加减运算 没有存储器 采用十进制,第一款商用计算机：UNIVAL 1947年，莫奇莱和埃克特,史料：莫奇莱和埃克特,冯诺依曼结构的计算机,冯诺依曼结构（程序存储式电子数字自动计算机方案）计算机硬件体系结构由五个基本部件：输入器、输出器、控制器、运算器和存储器组成。,冯诺依曼理论要点,John von Neumann 冯诺依曼,存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,冯诺依曼结构框图,取数,存数,地址,指令,1.1.3 现代计算机的发展,现代计算机发展的5个时代 微机的产生,现代计算机发展的5个时代,计算机的分代,电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路,史料： IBM的发展史 硅谷人才摇篮仙童半导体公司 HP的发展史 比尔.盖茨,未来新一代计算机,超导计算机 量子计算机 光子计算机 生物计算机 神经计算机,未来新型计算机,1光计算机 利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 不同波长的表示不同的数据 优点：超高速 缺点：体积庞大,2生物计算机（分子计算机） 20世纪80年代中期开始研制 采用了生物芯片,3量子计算机 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。,摩尔定理,微型计算机的产生和发展,计算机发展趋势：巨型化、微型化、网络化和智能化。,微处理器集成度发展示意图,0.18微米芯片,10微米芯片,要点回顾：,现代计算机发展的五个阶段 第一台现代计算机ENIAC 冯诺依曼结构计算机 微机的产生 摩尔定理,1.2 计算机基本功能,计算机的主要应用领域 计算机的分类,1.2. 1 计算机的主要应用领域,科学计算 数据处理，如管理信息系统（MIS），资源规划系统（MRP）和电子信息交换系统（EDI）等。 自动控制 计算机辅助工程 ，如计算机辅助设计(CAD ) ，计算机辅助教学(CAI ) ，计算机辅助制造(CAM) ，计算机辅助测试（CAT) 等。 人工智能(AI),计算机在信息社会中的应用,计算机的新技术,1嵌入式技术 将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一种技术。 系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。 应用：各种家电、数码相机等,2网格计算 利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。 优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。 示例：,图1.1.6 D2OL网格计算,3中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件,1.2.2 计算机系统的分类,计算机的分类,按综合性能指标分类,高性能计算机（巨型机或大型机）： 速度最快、处理能力最强、 最快：NEC Earth Simulator 每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次 中国：曙光4000A 2560颗64位AMD Opteron处理器 每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10,工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强,微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助量(PDA),服务器：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统,按用途分类,通用机,专用机,联合国教科文组织的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面和技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。,信息技术(Information Technology，IT),现代信息技术的内容,1. 信息基础技术 微电子技术 当今世界新技术革命的基石 光电子技术 采用光子作为信息的载体 2. 信息系统技术 信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘 通信技术(Communication)、计算机技术(Computer)和控制技术(Control)合称为3C。 3. 信息应用技术 如信息管理、信息控制、信息决策,要点回顾：,名词： PC机，PDA，POS，ATM， MIS，MRP，EDI， CAD，CAI，CAM，CAT， AI，SERVER,1.3 数制及基本数据单位（重点）,数制的概念 数制转换 基本数据单位,1.3.1 数制的概念,数制也称计数制度，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。 一般情况下，人们习惯于用十进制来表示数，即用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这十个符号的规则使用来表达数。这是因为人类有十个手指，而我们的祖先，乃至我们自己，学会计数是从数手指开始的，正所谓“屈指可数”。 然而，我们能不能用0和1这两个数来表达数？还有没有其它方式来表达数？,数制,数制,在表述数制的时候，通常我们采用如下方法。 1、在数字的后面，用特定字母表示该数的进制。二进制B，十进制D(可省略)，八进制Q或O，十六进制H。如16，10000B，20Q，10H。 2、也可以用( )基数的形式表示不同进制的数，如(16)10，(10000)2，(20)8，(10)16。,1.3.2 数制转换,1、 r 进制转化成十进制 an .a1a0.a-1.a-m (r) = a*rn + + a*r1 + a*r0 +a*r-1+.a*r-m 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=78+1=57 101A(H)=163+16+104106,数制转换,2. 十进制转化成 r 进制 整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。,例 100.345=1100100.01011B,100=144Q=64H=1100100B,100,2,50,25,2,12,2,6,2,3,2,1,0,0,0,1,0,0,1,0.345,2,0.690,2,1.380,2,0.760,2,1.520,2,100,8,12,8,1,8,0,4,4,1,100,16,6,0,4,6,16,1,1.04,2,数制转换,3. 八进制和十六进制转化成二进制 每一个八进制数对应二进制的三位。 每一个十六进制数对应二进制的四位。 2C1D(H)=0010 1100 0001 1101(B) 2 C 1 D 7123(O)=111 001 010 011(B) 7 1 2 3,数制转换,4. 二进制转化成八进制和十六进制 整数部分：从右向左进行分组。 小数部分：从左向右进行分组。 转化成八进制三位一组。 转化成十六进制四位一组，不足补零。 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4 1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5,二进制数的算术运算,1.二进制数的加法运算,2.二进制数的减法运算,加法运算法则 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0,减法运算法则 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1,二进制数的算术运算,3.二进制数的乘法运算 4.二进制数的除法运算,乘法运算法则 00=0 01=10=0 11=1,减法运算法则 00=0 01=0 11=1,二进制数的逻辑运算,逻辑非运算,逻辑非的真值表,逻辑与运算,逻辑与的真值表,二进制数的逻辑运算,逻辑或运算,逻辑或的真值表,课堂练习,1.至今电子数字式计算机都属于冯.诺依曼式的，这是由于他们都建立在诺依曼提出的_的核心思想基础上。 A、二进制 B、程序顺序存储与执行 C、采用大规模集成电路 D、计算机分五部分 2.许多企事业单位现在都使用计算机计算、管理职工工资，这属于计算机的_应用领域。 A、科学计算 B、数据处理 C、过程控制 D、辅助工程,课堂练习,3.微型计算机的发展以_技术的发展为主要标志。 A、操作系统 B、微处理器 C、磁盘 D、软件 4.不属于数据处理的计算机应用是_。 A、管理信息系统 B、办公自动化 C、实时控制 D、决策支持系统,课堂练习,5. 过程控制的特点是_。 A、计算量大，数值范围广 B、数据输入输出量大，计算相对简单 C、进行大量的图形交互操作 D、具有良好的实时性和高可靠性 6. 我国著名数学家吴文俊院士应用计算机进行几何定理的证明，该应用属于计算机应用领域中的_。 A、科学计算 B、数据处理 C、人工智能 D、辅助工程,课堂练习,7.计算机重要应用之一就是计算机辅助工程，其中CAM指_。 A、计算机辅助设计 B、计算机辅助测试 C、计算机辅助教学 D、计算机辅助制造 8.在计算机中采用二进制，是因为_。 A、可降低硬件成本 B、两个状态的系统具有稳定性 C、二进制的运算法则简单 D、上述三个原因,课堂练习,9.有关二进制的论述，下面_是错误的。 A、二进制数只有0和l两个数码 B、二进制运算逢二进一 C、二进制数各位上的权分别为0，2，4， D、二进制数由二位数组成 10.在进位计数制中，当某一位的值达到某个固定量时，就要向高位产生进位。这个固定量就是该种进位计数制的_