(理科)第一章计算机基础知识.ppt

大学计算机基础,河南师范大学新联学院,第一章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展和应用 1.2 计算机中的数据与编码 1.3 计算机系统的基本结构与组成 1.4 多媒体技术,1.1 计算机的发展和应用,1.1.1 计算机的产生 1.1.2 电子计算机的发展历程 1.1.3 微型计算机的发展 1.1.4 计算机的特点 1.1.5 计算机的应用领域,1.1.1 计算机的产生,1. 第一台电子计算机,名称：ENIAC 时间：1946年2月15日 地点：宾夕法尼亚大学 体积：约90立方米 占地：170平方米 重量：30吨 耗电：140千瓦 速度：每秒5000次加法或400次乘法 目的：用于分析炮弹轨道,ENIAC存在的问题,ENIAC存在许多不足和明显的弱点: 1. 它的存储容量小，不能存储程序，利用ENIAC进行计算时，必须根据问题的计算步骤预先编好一条条指令，再按指令连接外部线路，然后让计算机自动运行并输出结果。 2. 由于ENIAC使用的电子管太多，容易出现故障，它的可靠性也较差。 3. 需要专门的房间和经过高级培训的人员运行，只有少数的专家才能为计算机编程。,1.1.1 计算机的发展和应用,2. 存储程序式计算机,美籍匈牙利科学家冯诺依曼教授于1946年提出了可“存储程序”的通用计算机方案。他的设计思想是将计算机要执行的指令和要处理的数据都采用二进制数表示，将要执行的指令和要处理的数据按照顺序编写程序存储到计算机内部让它自动执行。 EDVAC确立构成计算机的五个基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。冯诺依曼与EDVAC计算机如图所示。,冯诺依曼与EDVAC计算机,冯诺依曼与EDVAC计算机,1.1.2 电子计算机的发展历程,1. 第一代电子计算机（19461956年） 主要组成部件：电子管 特点：造价高、体积大、可靠性差、速度低 应用：科学计算,第一代：电子管计算机（1946-1956年）,第 1 代计算机 电子管计算机,2. 第二代电子计算机（19571964年）,主要组成部件：晶体管 特点：体积小、重量轻、稳定性好 ，软件上出现了操作系统 应用：科学计算、数据处理,第二代：晶体管计算机（1958-1964年）,第 2代计算机 晶体管计算机,3. 第三代电子计算机（19651970年）,主要组成部件：集成电路 特点：体积变得更小、重量更轻、速度更快、存储容量更大，成本更低，运算速度达到每秒钟几百万次。 应用：科学计算、数据处理、企业管理、自动控制、交通管理,第三代：中、小规模集成电路计算机（1965-1970年）,第 3代计算机 中、小规模集成电路计算机,第 3代计算机 : 中、小规模集成电路计算机,苹果(Apple)计算机,Xerox PARC商用计算机,4. 第四代电子计算机（1971至今）,主要组成部件：大规模集成电路、超大规模集成电路 特点：体积小、功能强、软件丰富、操作系统完善、速度每秒上亿次 应用：计算机的应用更加普及，涉及到社会生活的各个领域。,第四代：大规模和超大规模集成电路计算机（自1971年开始）,电子计算机发展过程,目前计算机发展的方向,巨型化（功能巨型化） 微型化（体积微型化） 网络化（资源网络化） 智能化（处理智能化）,巨型计算机,巨型计算机,大型计算机,大型计算机,IBM 2008年6月9日 千万亿次Road Runner,千万亿次超级计算机： Road Runner “走鹃”,一天的计算量 亿人 不间断用计算器算年。,我国在巨型计算机方面的成就,1983年中国研制成功的银河亿次巨型计算机,银河亿次巨型计算机,银河-十亿次巨型计算机,1992年中国研制成功的银河-十亿次巨型计算机,曙光3000超级计算机,2000年中国研制成功的千亿次曙光3000超级计算机,曙光4000A超级计算机,2003年中国研制成功的万亿次曙光4000A超级计算机,2008年研制成功的百万亿次曙光5000A超级计算机,1秒钟内，它可以实时完成10000个5000万瓦以上的并网发电机组和22万伏变电站构成的全国电网的电力安全评估； 30秒内，它可以完成上海证交所10年的1000多支股票交易信息的200种证券指数的计算；,曙光5000A超级计算机,2009年10月30日 我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”由国防科学技术大学研制成功。,中国超级计算机“天河1号”,中国超级计算机“天河1号”,“天河一号”运行机房场景,工作人员在介绍“天河一号”,“天河一号”系统具体配置,中国成功研制超级计算机“天河一号”,超级计算机500强天河一号夺魁,智能化的应用,中国美女机器人,“美女”机器人是中国首台同时具有语音识别功能、运动控制能力和人机交互功能的仿人型机器人 由中国科学院自动化研究所10余位研究人员花费一年时间研制 “美女”机器人身高168cm、体重60kg（这个体重标准可不苗条啊） “她”的面部由玻璃钢材料制成，嘴和眉毛是画上去的，眼睛可以转动，会讲英语和四川方言，可以充当导游和摄影师、司仪或前台接待，此外，还拥有唱歌、讲笑话等功能，可以自动识别行走过程中碰到的障碍,1.1.3 微型计算机的发展,1.1.3 微型计算机的发展,微型计算机,1.1.3 微型计算机的发展(ipad),2010年1月27日，在美国旧金山欧巴布也那艺术中心（芳草地艺术中心）所举行的苹果公司发布会上，传闻已久的平板电脑iPad由首席执行官史蒂夫乔布斯亲自发布。iPad定位介于苹果的智能手机iPhone和笔记本电脑产品之间，通体只有四个按键，与iPhone布局一样，提供浏览互联网、收发电子邮件、观看电子书、播放音频或视频等功能。,1.1.3 微型计算机的发展(ipad),1.1.3 微型计算机的发展(ipad),1.1.3 微型计算机的发展(ipad),iPad简介,我国在微型机方面的成就,微型计算机由于存在研发速度慢，资金投入、制造技术、制造工艺等方面问题，发展比较滞后。目前，我国微机CPU技术，已经达到“Pentium-”水平。 北京神州龙芯公司2001年研制成功“龙芯一号”，2002年正式量产上市以来，得到了社会各界的广泛关注和大力支持。 2005年4月，由中国科学研究院计算技术研究所研制成功“龙芯二号”，。“龙芯二号”是我国自主研制的可用于桌面和笔记本电脑的通用处理器。,1.1.4 计算机的特点,速度快 运算速度是标志计算机性能的重要指标之一。 精度高 计算机具有计算精确度高的特点。一般精确度可达十几位甚至上百位有效数字，从而能精确的计算数据及表示数据的计算结果。 存储功能强 现在一般用硬盘存储容量达到500G，甚至更大。,1.1.4 计算机的特点,逻辑判断能力 计算机不仅能进行算术运算，同时能对文字、符号、数字等进行逻辑推理和逻辑运算，具有逻辑判断能力。人工智能机的出现将进一步提高其推理、判断、思维的能力，进而代替人脑做更多的工作。 自动运行能力 计算机内部操作是按照人们事先编好的程序自动进行的。,1.1.5 计算机的应用领域,1.1.5 计算机的应用领域,科学计算 在现代科学技术工作中，科学计算量大而复杂，利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。 数据处理 数据处理的特点是原始数据量大、算术运算简单、逻辑判断多等。 过程控制 采用计算机进行自动控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，进而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。,1.1.5 计算机的应用领域,辅助设计 人工智能 利用计算机模拟人类的智能活动，例如，感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。 信息高速公路 1993年初，美国提出了“信息高速公路”计划。 欧盟制定了赶超美国的“欧洲信息高速公路计划” 日本的全国超高速信息网称为“信息研究及流通新干线” 韩国政府确定了关于建设信息高速公路的综合计划 新加坡政府推出的“国家信息基础设施”计划使本国变成一 个“智慧岛”,1.1.5 计算机的应用领域,电子商务 电子商务是指在因特网开放的网络环境下，基于浏览器/服务器应用方式，买卖双方进行各种商贸活动，实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付以及各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动的一种新型的商业运营模 1. 网上订票 2. 网上购物 3. 网上拍卖,1.2 计算机中的数据与编码,1.2.1 编码的概念 1.2.2 二进制与其它数制 1.2.3 不同进制数之间的转换 1.2.4 二进制数在计算机内的表示,1.2.1 编码的概念,概念：采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。 采用二进制编码的原因： 1. 电路简单、容易实现 2. 运算简单 二进制运算法则简单，例如加法法则只有3个，乘法法则也只有3个。 3. 逻辑性强 计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，二进制只有两个数码，正好代表逻辑代数中的“真”和“假”。,1.2.2 二进制与其它数制,二进制： 每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用 1 个“比特”表示. 低位与高位的关系是：逢2进1.,八进制,每一位使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）. 低位与高位的关系是：逢8进1.,十六进制,每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ）. 逢16进1, 基数为16.,不同进位制数的比较,1.2.3 不同进制数之间的转换,十进制数 二进制数 二进制数 十进制数 非十进制数间的转换,十进制数 二进制数,转换方法： 整数和小数分开转换 整数部分：除以2逆序取余 小数部分：乘以2顺序取整 例如：29.6875 11101.1011 B 注意：十进制小数（如0.63）在转换时会出现二进制无穷小数，这时只能取近似值,二进制数 十进制数,转换方法： 二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累加即可得到它的十进制数值 例： 11101.1011B = 124123122021120 121022123124 = 29.6875,二进制与其他数制的转换,二进制数转换成十六进制数： 二进制数转换为十六进制数，可概括为“四位并一位”。即以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每四位一组，不足四位添0补足。然后将每组的四位二进制数，按权展开后相加，得到一位十六进制数码，再按权的顺序连接起来，即得到相应的十六进制数。 例 将二进制数(1011100.00111)B 转换为十六进制数 (0101,1100.0011,1000)B 5 C . 3 8 (0101,1100.0011,1000)B(5C.38)H,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,表示方法：用第1位表示符号，其余用来表示数值部分,符号如何表示？ 用最高位表示，“0”表示正号(+),“1”表示负号(-) 数值部分如何表示？ 原码、反码、补码,数值的表示,原码 将整数化为二进制数 原码的最高位为符号位；其余的位是真值X的绝对值 符号位置为0表示正数，为1表示负数 反码 正数的反码同原码 负数的反码是将该负数的原码符号位不变，其他位取反 补码 正整数的补码与原码相同 负数的补码等于其反码末位加1,(3)补码,带符号数的表示,假定一个数在机器中占用8位。 (1) 原码,1.3 计算机系统的基本结构与组成,1.3.1 计算机系统的硬件结构 1.3.2 操作系统 1.3.3 微型计算机系统的基本组成 1.3.4 微型计算机的总线结构和基本结构部件 1.3.5 微型计算机系统的基本软件组成 1.3.6 微型计算机的基本配置及性能指标,1.3.1 计算机系统的硬件结构,计算机是如何工作的呢？,1.3.2 操作系统,概述： 计算机系统有两大部分组成：计算机硬件系统和软件系统。其主要功能是管理计算机的硬件资源和软件资源。 分类： 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统 分布式操作系统,微型计算机系统和一般计算机系统的结构相类似，也包括硬件系统和软件系统两大部分,1.3.3 计算机系统的基本组成,1.3.4 微型计算机的基本结构部件,机箱及其内部结构,机箱内部主要部件,中央处理器CPU,内存储器,尽管CPU在处理数据和执行指令方面极为出色，但它几乎没有存储信息的能力。 为了与CPU每秒执行成百上千万条指令的能力相匹配，必须使用能够存储和传递电子信息的存储器。我们将这类存储器称为内部存储器。 目前广泛使用的内部存储器包括随机存储器RAM（简称内存）、只读存储器ROM和CMOS。 RAM是我们所说的内存条。它与CPU直接交换信息，它的存储容量大小会影响计算机的运行速度，它的存储容量越大，计算机的速度越快。,外部存储器,微机主要用磁盘和光盘作为长期存储程序和数据的地方。 我们将这些不与CPU直接相连的磁盘、光盘等称为外部存储器。 目前硬盘的容量一般为几百个GB以上，而且硬盘的存储速度也快，但它被永久地封装在硬盘驱动器内，并一同被安装在主机内。,硬盘,软盘,常用的软盘存储容量为1.44MB。软盘的存储速度较硬盘慢，但可以将它从软盘驱动器中取出。 软盘的功能正在被U盘和移动硬盘所取代。,光盘,分为CD和DVD。 CD光盘根据上面的数据是否可重新擦写又分为只读光盘CD-ROM和可刻录光盘CD-R。 一张CD-ROM光盘可以存储约600MB的数据。但是，CD-ROM光盘上的程序或数据只能读出，而不能写入。 目前许多软件和程序都存储在CD-ROM光盘上发布。 数字多功能光盘DVD光盘的存储容量大约是CD-ROM的6倍。 光盘的使用寿命非常高。,光盘驱动器,其他存储设备,U盘、移动硬盘、手机等,基本输入设备,鼠标和键盘,基本输入设备,鼠标：机械鼠标、光电鼠标、无线鼠标、3D鼠标,键盘,基本输出设备,显示器,液晶显示器LCD,CRT（阴极射线显示器）,基本输出设备,打印机：,针式打印机,喷墨打印机,激光打印机,1.3.5 微型计算机系统的基本软件组成,1.3.6 计算机的性能指标,1运算速度 计算机的运算速度通常表示为每秒钟执行的加法指令数目。用每秒百万次指令MIPS表示。 2主频 简单说是CPU运算时的工作频率的简称，单位是Hz。随着计算机的发展，主频由过去MHZ