大学计算机基础知识(北科大版).ppt

计算机概述,计算机基础 计算机系统组成、实现及工作过程,1.1 计算机基础,计算机发展史 计算机的特点及类型 计算机应用领域 计算机的发展趋势,1.1.1 计算机的发展史,第一台电子计算机诞生于美国宾西法尼亚大学。,1946年2月，ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Calculator）,重达30吨 占地 170 m2 18000个电子管 耗电150 kw 保存 80个字节 5000 次/秒,计算机从所采用的电子元件来划分,1.1.1 计算机的发展史,电子管,电子管时代： 46-57年 磁芯存储、无外存 体积巨大、高耗能 存储几千个字节 用机器语言和汇编语言,1.1.1 计算机的发展史,晶体管,电子管,晶体管时代： 58-64年 体积减小、耗电降低、速度提高 存储几十万字节 FORTRAN、COBOL 开始进入尖端应用,1.1.1 计算机的发展史,晶体管,电子管,集成电路,标准集成电路时代：65-70年 体积更小、速度更高 存储达到“兆字节” 软件技术大发展，操作系统走向成熟 出现面向用户的应用软件,1.1.1 计算机的发展史,大规模 集成电路,晶体管,电子管,集成电路,大规模集成电路：71- 体积桌面化、掌上化、微型化 大容量存储 应用普及化 网络化、多媒体化,1.1.2 计算机的特点及类型（自学）,运算速度快 计算精度高 具有超强的记忆能力 具有逻辑判断功能,1. 计算机的特点,2. 计算机的分类,专用计算机 如用于数控机床、轧钢控制、银行存款等具体应用的计算机。 通用计算机 其功能齐全，适用范围广。 通用计算机按其规模、速度和功能等又可划分为：巨型机、大/中型机、小型机、微型机。,按用途划分,1.1.3 计算机的应用领域,科学计算（解决人工无法进行的复杂运算问题） 信息处理（对大量信息的存储、加工、分类、查询、统计） 实时控制（实时采集数据，对被控对象进行自动控制和调节） 计算机辅助系统（辅助设计CAD、辅助制造CAM、辅助教学CAI、辅助测试CAT等） 人工智能（模拟人类的智能活动，如机器人） 计算机网络（如电子邮件、电子商务、远程教育、网络游戏等）,1.1.4 计算机的发展趋势,巨型化 微型化 网络化 智能化,1.2 计算机系统组成、实现及工作过程,计算机硬件系统组成 计算机系统的实现 微机工作过程,计算机的全称 电子数字计算机。 硬件系统 构成计算机的各种电子的、磁的、机械的部件和设备的总称。 软件系统 管理和使用计算机的各类程序及所需数据的总称。 计算机系统 计算机系统=硬件系统+软件系统,其基本工作原理是由著名的美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的。 冯诺依曼被称为“计算机之父”。,第一台存储计算机：1950年，EDVAC,基本特点： 计算机采用二进制码存储与处理 数据与程序存入存储器(存储程序)，程序自动执行(程序控制) 五大功能部件,以存储器为中心的计算机组成结构,CPU（Central Processing Unit）,1.2.1 计算机硬件系统组成,运算器：进行算术运算和逻辑运算的部件,Arithmetic and Logic Unit,算术运算： + - 逻辑运算： AND，OR，NOT,1.2.1 计算机硬件系统组成：运算器,1.2.1 计算机硬件系统组成：控制器,控制器：指挥中心，指挥各部件协调的工作。,存储器：存储程序和数据信息. 存储器分为内存储器（主存储器）和外存储器（辅助存储器） 内存：存放当前正在执行的程序和数据。 外存：存放暂时不运行的程序和数据。,1.2.1 计算机硬件系统组成：存储器,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,内存单元的地址和内容,1.2.1 计算机硬件系统组成： I/O设备,输入设备 输出设备,1.2.2 计算机系统的实现,微型计算机的硬件组成,1.2.2 计算机系统的实现(以微型机为例),cpu 内存 硬盘 光驱、软驱 键盘、鼠标 显示器、显卡 主板 电源 机箱,1.计算机硬件系统,1.2.2 硬件：CPU,在微机中，把CPU称为微处理器，它是微机的核心部件。 微处理器的性能决定了微机的档次。 CPU主要由运算器、控制器组成。,CPU芯片图示,CPU的性能指标字长,CPU的字长 CPU一次可处理数据的二进制的位数。 例如：32位机，CPU一次处理的数据位数为32位二进制数，若处理64位数据则需要执行2条指令。 显然，字长越长，CPU的性能就越高，工作速度就越快，当然内部结构就越复杂。,CPU的性能指标运算速度,CPU的运算速度有两个层面的意义 CPU主频 CPU执行指令的速度 二者之间有直接的关系,CPU的主频,CPU外频 主板上提供给CPU的时钟频率称为CPU外频。 CPU主频 CPU真正的工作频率是CPU主频。 主频=外频*倍频 CPU的工作速度与主频有密切关系(一般用主频数表述速度；主频越高自然速度越快),CPU的性能指标 地址总线和数据总线的宽度,地址总线的宽度决定了微处理器的直接寻址范围 若地址总线为n条，则微处理器可访问的内存的最大范围是2nB 数据总线的宽度决定了微处理器一次能处理的数据的位数。 例如：目前主流机型P4的数据总线宽度为64位，CPU一次可以处理64位的数据，所以被称为64位机。,1.2.2 硬件：内存储器,Random Access Memory 1 可读可写 2 易失性,Read Only Memory 1 只读 2 非易失性,内存：cpu可直接访问的存储器；用来存储正在运行的程序或数据；,内存条的安装,1.2.2 硬件：外存储器=,磁盘：软磁盘、硬磁盘、移动硬盘 光盘：只读光盘、一次性写入光盘、可擦写光盘 U盘 外存的存储容量大，价格较低，但存取速度比内存慢，一般用来存放当前不参与运行的程序和数据， 外存中的程序和数据必须读到内存中才能被运行。,1.2.2 硬件：外存储器,软盘容量= 盘面数磁 道数扇区数 每扇区字节数,硬盘：外存储器，容量大，成本低；机械转动读取，速度慢； 磁介质存储。,1.2.2 硬件：硬盘,性能指标： 容量 转速,硬盘容量=柱面数磁道扇区数每扇区字节数磁头数,1.2.2 硬件：软驱、光驱,软驱 光驱,1.2.2 硬件：I/O设备,输入设备 输出设备,1.2.2 硬件：主板,CPU是微型计算机的“大脑” 主板是微型计算机的“身躯”，是微型计算机中的最大的“电路板” 主要功能： 提供安装CPU、内存和各种功能卡的插槽 为各种外部设备提供通用接口,主板图示,AGP插槽,PCI插槽,部分外设接口,2. 计算机软件系统,软件系统概述 软件相关概念 计算机语言,软件系统概述,软件：程序 文档 数据,系统软件：用来管理、维护计算机并协调计算 机各部件有效工作的软件。 应用软件：实现具体应用的软件。,软件,操作系统,硬件,应用软件,与软件相关的重要概念,指令系统：计算机能够识别的所有指令的集合。 不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不一样的。面向机器，通用性差。,15A,指令：计算机能够识别并执行的“操作命令” 指令操作码操作数,例： 10110000 00001111,程序：为解决某一问题而设计的一系列指令或语句。,计算机语言,非机器指令程序的运行方式,只有用机器指令编写的程序，计算机可以直接识别并执行 任何非机器指令组成的程序都必须转换为机器指令，才能被计算机运行 转换由专门的“翻译程序”完成,汇编语言程序的运行方式,使用汇编程序转换为相应的由机器指令组成的可直接执行的程序,连接程序,目标程序,可执行程序,汇编程序,汇编语言程序,高级语言程序的运行方式一：,解释的方式,机器指令,解释程序,高级语言程序,高级语言程序的运行方式二：,编译的方式,可执行程序,编译程序,高级语言程序,目标程序,连接程序,1.2.3 计算机工作过程、,内存储器,外存储器,统,Word软件,计算机的工作过程就是执行程序的过程,操作系,程序的执行过程,例如：输入两个数，输出两数之和。 C语言程序如下： void main() int a,b; scanf(“%d%d”, ,指令的执行过程,取指令,分析指令,执行指令,程序运行后，计算机从存储器中取出一条指令送到控制器的指令寄存器中,控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器运算，再把运算结果送回存储器,控制器中的译码器分析该指令要做什么（如加法）,地址总线,数据总线,000 020,000 020,000