前导：计算机基础知识.ppt

1,面向对象程序设计基础,肖志娇,2,1. 教材 面向对象程序设计基础 李师贤 李文军 周晓聪 编著 高等教育出版社,课程介绍,3,2. 教学内容 第一学期 前 导 计算机基础知识 第一章 程序设计与C语言初步 第二章 基本数据类型 第三章 基本控制结构 第四章 函数 第六章 复合数据类型,课程介绍,4,第二学期 第五章 类与对象 第七章 继承机制 第八章 多态性 第九章 类属机制 第十章 C+的输入输出 第十一章 面向对象软件构造 第十二章 结束语,5,课程介绍,一个网址： 评分标准： 期末70%，平时30% 期末：闭卷考试 平时：考勤，实验分数，课堂测验,6,肖志娇 联系方式 Email: Phone: 26534651 Address: office building 364,教师介绍,7,绪论,什么是计算机？ 利用计算机可以做什么？ 计算机是如何工作？ 如何控制计算机？ 什么是程序？什么是软件？,8,绪论,什么是计算机？ 利用计算机可以做什么？ 计算机是如何工作？ 如何控制计算机？ 什么是程序？什么是软件？,9,什么是计算机 计算机是一种能对各种信息进行存储和高速处理的工具或电子机器。 对上述定义要强调两点： 计算机不仅是一个计算工具，而且还是一个信息处理机。 计算机不同于其它任何机器，它能存储程序，并按程序的引导自动存取和处理数据，输出人们所期望的信息。,绪论,10,计算机发展简史,一、早期的计算工具 东方的创造：算筹、算盘 西方的灵感：机械式计算机 机电式计算机 二、电子计算机的诞生 1946年2月,美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和工程师埃克特为首的数十 人共同开发了世界上第一台通用 数字电子计算机(ENIAC)。,11,重达30吨 占地250m2 启动工耗15万瓦 18000个电子管 保存80个字节,Electronic Numerical Integrator And Calculator 简称ENIAC，译为电子数字积分机和计算机,计算机发展简史,12,真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。,ENIAC使用的电子管,13,ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。 当ENIAC公开展出时，一条炮弹的轨道用20s 就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。,计算机发展简史,14,计算机发展简史,15,计算机诞生中的三个第一： 世界上第一台投入运行的电子计算机 ENIAC, 1946.2 , 美国 世界上第一台按存储程序控制功能设计的计算机 EDVAC，1946-1950，美国 世界上第一台投入运行的实现存储程序控制的计算机 EDSAC，1947-1949，英国 计算机时代的开始：以1951年 UNIVAC-投入运行为标志，第一台批量生产的商用计算机，从此，计算机走向社会。,计算机发展简史,16,计算机发展简史,我国第一台巨型计算机,1983年11月21日，由中国人民解放军国防科技大学研制成功的中国第一台 亿次巨型计算机 “银河一I”计算机在长 沙通过国家鉴定。 “银河一I”巨型计算机 的诞生，填补了国内巨 型计算机研制的空白， 标志着我国进入世界巨型计算机研制的行列。,17,世界第一台便携式计算机Osbore 1诞生于1981年 这台计算机包括一个4MHz的CPU，小到5吋的显示屏，仅有65Kb内存和一个双倍5 1/4英寸的软驱，并且采用组装电池。,计算机发展简史,18,5吋的显示屏在当时来说已经很先进了,计算机发展简史,19,三、计算机的发展阶段,计算机发展简史,20,四、计算机的发展趋势,计算机发展简史,21,绪论,什么是计算机？ 利用计算机可以做什么？ 计算机是如何工作？ 如何控制计算机？ 什么是程序？什么是软件？,22,计算机的应用领域 1.科学计算或数值计算 利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。 实际问题数学模型计算量大。 2.数据处理或信息处理 指对数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、检索和传播等一系列活动的统称。 信息时代海量数据的管理和有效利用。,绪论,23,3.过程控制或实时控制 利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。 无人自动化工厂。 4.计算机辅助技术 计算机辅助设计：CAD 计算机辅助制造：CAM 计算机集成制造系统-CIMS 计算机辅助教学：CAI 计算机模拟：动画、电影,计算机的应用领域,24,5.人工智能 利用计算机模拟或部分模拟人的智能活动，如感知、判断、理解、学习、图像识别等。 实用技术：智能机器人、专家系统 6.网络应用 Internet网上银行、网上订票 网上教学、网上医疗 网上税收、网上出版,计算机的应用领域,25,计算机的应用领域,实例：科技奥运 IT系统：管理、控制的中央平台 天气预报 食品安全 交通信息 高清电视 网络视频 移动电视,无线网络 信息安全 计时计分系统 评论员信息系统 比赛管理系统 . .,26,光影完美结合的“画卷”之谜,27,“聪明”的烟花,28,计算机模拟、仿真,29,30,高科技计时系统,31,绪论,什么是计算机？ 利用计算机可以做什么？ 计算机是如何工作？ 如何控制计算机？ 什么是程序？什么是软件？,32,十进制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 R=2 ，可使用0,1 八进制 R=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16 ，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一，借一当R”,1.进制的概念,信息在计算机中如何表示,33,2.几种进位记数制,几种进位计数制的对应关系,34,几种进制数之间的对应关系,35,3.不同进制数的相互转换 二进制数与十进制数的互换 人十进制，计算机二进制 二进制数转换成十进制数 按权展开，然后求和，就可把二进制数转换成十进制数。例如： (101.1)21*22+0*21+1*20+1*2-1 ( ? )10,36,十进制数转换成二进制数 十进制数有整数和小数两部分。 在转换时，整数部分采用除2取余法 小数部分采用乘2取整法 然后通过小数点将转换后的二进制数连接起来即可。例如： (105.625)10=(?)2,37,例 105.625(D)=1101001.101(B),38,例 100.345(D)=?(B),1.04,39,(123.75)10=( ? )2,123,1,1,0,1,1,1,1,(123)10=(1111011)2,0.75,1.50,0.50,1.00,0,(0.75)10=(0.11)2,(123.75)10=(1111011.11)2,40,二进制数与八进制数的互换 二进制数转换成八进制数 三位并一位：以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每三位一组，不足三位添0补足,然后把每组的三位二进制数按权展开后相加，得到相应的一位八进制数码，再按权的顺序连接即得相应的八进制数。 例如：(1011100.00101011)2=(?)8 (001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8 1 3 4 . 1 2 6,41,八进制数转换成二进制数 一位拆三位：将每一位八进制数写成对应的三位二进制数，然后按权连接即可。 例如： (123.67)8=(?)2 1 2 3 . 6 7 (八进制) 001,010,011.110111 (二进制) (123.67)8=(1010011.110111)2,42,二进制数与十六进制数的互换 二进制数转换成十六进制数 四位并一位：以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每四位一组，不足四位添0补足,然后把每组的四位二进制数按权展开后相加，得到相应的一位十六进制数码，再按权的顺序连接即得相应的十六进制数。 例如：(1011110.00011)2=(?)16 (0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16 5 E . 1 8,43,十六进制数转换成二进制数 一位拆四位：把一位十六进制数写成对应的四位二进制数，然后按权连接即可。 例如：(123.EF)16=(?)2 1 2 3 . E F (十六进制) 0001,0010,0011.1110,1111 (二进制) (123.EF)16=(100100011.11101111) 十进制数:512D或512 二进制数:1011B 八进制数:127Q 十六进制数:A8H,44,计算机为什么采用二进制 电路简单：计算机是由逻辑电路组成，而逻辑电路通常只有两个状态。 可靠性高：两个状态表示的二进制两个数码，数字传输和处理不容易出错。 运算简单：二进制运算法则简单。 逻辑性强：计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。,信息在计算机中如何表示,45,46,二进制数的运算,(1)算术运算: 加法“逢2进1” 减法“借1当2”, 乘法“逢0出0，全1出1” (2)逻辑运算: 逻辑非（NOT） NOT 0 = 1 NOT 1 = 0,47,二进制数的运算,逻辑与（AND） 0 AND 0=0 0 AND 1=0 1 AND 0=0 1 AND 1=1 逻辑或（OR） 0 OR 0=0 0 OR 1=1 1 OR 0=1 1 OR 1=1 逻辑异或（XOR），又称“模2和” 0 XOR 0=0 0 XOR 1=1 1 XOR 0=1 1 XOR 1=0,48,数据的存储单位 1.位(bit，b) 位是计算机存储数据的最小单位，一个二进制位只能表示两种状态，如0、1。 2.字节(Byte，B) 字节是数据处理的基本单位，一个字节是由八位二进制数组成。1Byte=8bit 01000001 存储器容量大小的单位：KB、MB、GB。,49,1KB2101024B 1MB210210102410241048576B 1GB210210210102410241024 1073741824B 3.字(Word) 字是CPU通过数据总线一次存取、加工和传送数据的长度。一个字通常由一个或若干个字节组成。字长越长，计算机性能越强。 常用的字长：8位、16位、32位、64位等。,50,图灵机与冯诺依曼机,一、图灵机,艾兰图灵40年代提出一种自动计算机器模型， “图灵机”。一切可能的机 械式计算过程都能由图灵 机实现,只要造出“通用图灵机”功能等价的机器，就能解决所有计算问题,图灵的工作非常重要，为 此，计算机领域世界最重要的奖项被命名为“图灵奖”,51,图灵机与冯诺依曼机,一、图灵机 1.直观描述 图灵机的计算装置：一条两端可无限延长的带子，一个读写头，一组控制指令。,读写头可以沿带子方向左右移动，并可以在每个方格上进行读写。,52,图灵机与冯诺依曼机,带子上的符号为一个有穷字母表： S0,S1,S2,Sp 通常仅有S0、S1两个字符，其中： S00，S11 这可加深对布尔值、二进制机器的理解。 机器的控制状态： q1,q2,qn 图灵机的初始状态设为q1,结束状态设为qn,53,图灵机与冯诺依曼机,五元组指令集合： (qiSjSkR(LN)qn) qi表示机器目前所处的状态； Sj表示机器从方格中读入的符号； Sk表示机器用来代替Sj写入方格的符号； R,L,N表示右移一格,左移一格,不移动； qn表示下一步机器的状态。 一个给定机器的程序是机器内的五元组形式的指令集，它定义了机器在特定状态下读入一个特定字符时所采取的动作。,54,图灵机与冯诺依曼机,2.工作原理 机器从给定带子上的某起点出发，其动作完全由其初始状态值及机内五元组指令集来决定。计算结果是从机器停止时带子上的信息得到。 指令死循环：q1S2S2Rq3 q3S3S3Lq1 指令二义性：q3S2S2Rq4 q3S2S4Lq6,55,图灵机与冯诺依曼机,二、冯诺依曼型计算机 重要思想：存储程序、二进制 1.冯诺依曼机的特征 计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成； 计算机中采用二进制来表示指令和数据； 采用存储程序方式，计算机能自动逐条取出指令并执行程序。,56,图灵机与冯诺依曼机,2.冯诺依曼机工作原理 先将程序(一组指令)和数据存入计算机，启动程序就能按 照程序指定的 逻辑顺序把指 令读取并逐条 执行，自动完 成指令规定的 操作。,57,计算机结构,一、计算机的硬件结构,实例：编一个程序，从键盘读入两个整数，要求在屏幕上输出相乘运算结果。,需要考虑的问题： 1.输入：如何从何读取这两个数 2.存放：数据存放到哪里？ 2.处理：如何实现计算？ 3.输出：如何将计算结果输出？,58,数据总线,控制路线,内存中数据的存取:变量 数据类型,输入:输入语句,输出:输出语句,地址总线,计算的实现: 运算符 表达式 语句 函数,程序控制流程,以运算器为中心的存储程序式计算机模型。,处理步骤： 1.控制部件发命令从键盘读取数据并存储到内存储器中（输入）。 2.控制部件发命令从内存储器中取出这两个数置入运算部件的寄存器中，让运算器执行加法运算，运算结果写回存储器中（处理）。 3.控制部件发命令将存储在内存储器中的结果输出到显示器上（输出）。,59,计算机结构,1.运算器 运算器是对数据进行加工处理的部件。 在控制器的操纵下，它与内存交换数据，负责算术运算、逻辑运算和移位运算等。 2.控制器 控制器负责对指令进行分析和判断，发出控制信号，使计算机各部件协调工作，确保系统的自动运行。,60,CPU,运算器控制器中央处理单元(CPU),61,3.存储器 存储器是存放大量程序和数据的部件。 分类：内部存储器、外部存储器 特点：内存存取速度快、存储容量小 外存存取速度慢、存储容量大,计算机结构,62,内存储器,硬盘,软盘,光盘,RAM（内存）,外存储器,63,4.输入设备 输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机能识别的形式存放的内存中。 常用的输入设备有：键 盘、鼠标器 扫描仪、麦克风,计算机结构,64,65,5.输出设备 输出设备是将计算机处理过的信息以人们所能接受的形式表示出来。 常用的输出设备有：显示器、打印机 绘图仪、音箱等,计算机结构,运算器控制器内存储器主机 输入设备输出设备外部设备,66,67,绪论,什么是计算机？ 利用计算机可以做什么？ 计算机是如何工作？ 如何控制计算机？ 什么是程序？什么是软件？,68,计算机工作原理,1.指令和程序 指令：能被计算机识别的命令。它是硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令。 指令格式：,指令系统：