大学计算机基础教程1.ppt

第一章 计算机基础知识,要想了解一门学科，最好的办法是先读读它的历史。,学习目标,了解计算机工作原理，学习计算机的信息表示方法,掌握常用的软硬件知识，为计算机采购、组装与维护打下良好的基础,了解计算机的发展简况,对计算机操作系统有一个大致的了解,主要内容, 电子计算机的发展阶段,1.1 计算机的发展, 计算机的分类, 未来新型计算机, 数制, 信息编码, 基本运算,1.2 数制和信息编码,主要内容, CPU,1.3 PC机硬件配置, 存储器, 输入设备, 键盘的使用, 鼠标的使用, 显示器的使用,1.4 PC机外设的使用, 输出设备, 打印机的使用,主要内容, 计算机软件概述, 程序设计语言, 操作系统的形成与发展,1.5 计算机软件系统,1.1计算机的发展,1.1.1 电子计算机的发展阶段,1946年，在美国宾西法尼亚大学世界上第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数值积分和计算机）诞生了（如图所示），它标志着计算机时代的到来。,人们根据计算机的性能和使用主要元器件的不同，将计算机的发展划分成几个阶段。大型机(Mainframe)经历了四代的发展。,第一代计算机 1946-20世纪50年代末，电子管时代计算机。 主要特点：采用电子管作为计算机的主要逻辑部件体积大，耗电量大，寿命短，成本高。电子管如图所示。 这一时期的典型机器： 国外的：ENIAC 、UNIVAC。 国内的：103、104等。,第二代计算机 19581964年，晶体管计算机时代。 主要特点： 采用晶体管作为计算机的主要逻辑部件，体积减小，重量减轻，成本下降，能耗降低。晶体管如图1-3所示。 这一时期的典型机器： 国外的：IBM7090等，如图所示。 国内的：441B等。,第三代计算机 19641972年，集成电路计算机时代。 主要特点： 采用中、小规模集成电路做主要逻辑部件，从而使计算机体积更小，重量更轻，耗电更省，寿命更长，成本更低，运算运算速度有了更大的提高。集成电路如图所示。 这一时期的典型机器： 国外的：IBM-360等。 国内的：709等。,第四代计算机 1972年至今，大规模、超大规模集成电路计算机时代。 主要特点： 采用大规模、超大规模集成电路作基本逻辑部件，使计算机体积、重量和成本大幅度的降低，运算速度和可靠性大幅度的提高。大规模集成电路如图所示。 这一时期典型机器： 国外：IBM-370等。 国内：银河等。,1.1计算机的发展,小型计算机(Minicomputer)能满足中小型企事业单位的信息处理要求，而且成本较低，其价格能被中小部门接受。1959年DEC公司推出PDP-1，首次对大型主机进行了“缩小化”。1965年推出PDP-8小型机获得成功。1975年又推出VAX-11系列小型机，使其成为名副其实的小型机霸主。DG公司、IBM公司、HP公司(如图)、富士通公司都生产过小型机。,微型计算机(Microcomputer)是对大型计算机进行的第二次“缩小化”。1976年苹果计算机公司成立，1977年推出APPLE微型机大获成功，使它成为个人及家庭能买得起的计算机。1981年IBM公司推出IBM PC，此后它又经历了若干代的演变，逐渐占领了庞大的个人电脑市场。,1.1计算机的发展,20世纪70年代出现了在局部范围内(例如在一座大楼内)把计算机连在一起的趋势，称为局域网。在局域网中，又有对等网络和非对等网络。 客户机一服务器结构模式是对大型主机结构模式的又一次挑战。由于客户机一服务器结构灵活、适应面广、成本较低，因此得到广泛的应用。,自1969年美国国防部的ARPAnet运行以来，计算机广域网开始逐步发展。1983年，TCP/IP(传输控制与网际互联协议)正式成为ARPAnet的协议标准，这使网际互联有了突飞猛进的发展。 1991年6月我国第一条与国际互联网连接的专线建成，它从中科院高能物理研究所接到美国斯坦福大学的直线加速器中心。到1994年，我国才实现了采用TCPIP的国际互联网的全功能连接，可通过四大主干网接入网际互联网。,1、过去的计算机教材，在介绍计算机发展史时，只谈第一代电子管计算机、第二代晶体管计算机、第三代集成电路计算机、第四代超大规模集成电路计算机，这实际上只是大型机本身的历史，不能全面反映60年来计算机世界发生的翻天覆地的变化。本书划分的5个发展阶段比较全面地反映了信息技术突飞猛进的发展。,2、此外，各个阶段不是串接式的取代关系，而是并行式的共存关系。也就是说，并没有在某一个年代大型机全部变成了小型机，小型机并没有使大型机全部消失，微型机也没有完全取代小型机，直到今天它们仍然在特定的领域发挥着各自的优势。,说明：,1.1计算机的发展,1.1.2 计算机的分类,专用计算机,通用计算机,工业控制计算机,科学计算与工程计算计算机,数据计算机,1.1计算机的发展,小型计算机,巨型计算机,微型计算机,巨型计算机(Super Computer),人们通常把最快、最大、最昂贵的计算机称为巨型机（超级计算机）。巨型机一般用在国防和尖端科学领域。,世界上只有少数几个国家能生产巨型机，著名巨型机如：美国的克雷系列(Cray-1,Cray-2，Cray-3、Cray-4等)，我国自行研制的银河-I（每秒运算1亿次以上）、银河-II（每秒运算了10亿次以上）和银河-III（每秒运算100亿次以上）也都是巨型机，如图示。,目前，计算机运算速度最高的是日本NEC的Earth Simulator（地球模拟器），它实测运算速度可达到每秒35万亿次浮点运算，峰值运算速度可达到每秒40万亿次浮点运算。,大型主机(Mainframe),大型主机包括大型机和中型机，价格比较贵，运算速度没有巨型机那样快，一般只有大中型企事业单位才有必要配置和管理它。美国 IBM公司生产的IBM360、IBM370、IBM9000系列，就是国际上有代表性的大型主机。,小型计算机(Minicomputer),小型计算机一般为中小型企事业单位或某一部门所用，例如高等院校的计算机中心都以一台小型机为主机，配以几十台甚至上百台终端机。我国生产的太极系列机都是小型计算机的代表。,小巨型计算机(Minisupers),也称为桌上型超级电脑，其发展非常迅速。例如，美国Convex公司的 C系列机等，就是比较成功的小巨型机。,微型计算机（Micro Computer),微型计算机又称个人计算机（Personal Computer，PC），是第四代计算机时期出现的一个新机种。特点是轻、小、价廉、易用。,工作站(Workstation),工作站是介于个人计算机PC机和小型计算机之间的一种高档微型机，如图所示。工作站通常配有高档 CPU、高分辨率的大屏幕显示器和大容量的内外存储器，具有较强的数据处理能力和高性能的图形功能。它主要用于图像处理、计算机辅助设计（CAD）等领域。,服务器（Server）,服务器是一种在网络环境中为多个用户提供服务的计算机系统，如图所示。从硬件上来说，一台普通的微型机也可以充当服务器，关键是它要安装网络操作系统、网络协议和各种服务软件。根据提供的服务，服务器可以分为文件服务器、数据库服务器、应用服务器和通信服务器等。,嵌入式计算机,嵌入式计算机是指作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的计算机。嵌入式计算机与通用型计算机最大的区别是运行固化的软件，用户很难或不能改变。嵌入式计算机应用最广泛，数量超过微型机。目前广泛用于各种家用电器之中，如电冰箱、自动洗衣机、数字电视机和数码照相机等,1.1计算机的发展,1.1.3 未来新型计算机,光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光表示不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。,与传统的硅芯片计算机相比，光子计算机有下列优点：超高速的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力、与人脑相似的容错性等。,目前几乎所有的计算机都被称为冯诺依曼计算机，从目前的研究情况看，未来新型计算机将可能在下列几个方面取得革命性的突破。,1.1计算机的发展,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，它由生物工程技术产生的蛋白质分子构成。在这种芯片中，信息以波的形式传播，速度快、能量耗低，并拥有巨大的存储能力。由于蛋白质分子能够自我组合，再生新的微型电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，能够自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。,1.1计算机的发展,所谓量子计算机，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。在某种条件下，原子世界存在着多现实态，即原子和亚原子粒子可以同时存在于此处和彼处，可以同时表现出高速和低速，可以同时向上和向下运动。,与传统的电子计算机相比，量子计算机具有：解题速度快、存储量大、搜索功能强和安全性较高等优点。,1.2 数制和信息编码,1.2.1 数制,所谓数制，就是人们利用符号来计数的科学方法，又称为计数制。,数制有很多种，例如最常使用的十进制，钟表的六十进制（每分钟60秒、每小时60分钟），年月的十二进制（一年12个月）等。,无论哪种数制，都包含两个基本要素：基数和位权。,基数,在一个计数制中，表示每个数位上可用字符的个数称为该计数制的基数。例如：,可使用0、19，共10个数,十进制,基数为10,逢十进一,可使用0、1，共2个数,二进制,基数为2,逢二进一,可使用0、17，共8个数,八进制,基数为8,逢八进一,可使用0、19、AF，共16个数,十六进制,基数为16,逢十六进一,位权,是以基数为底、数码所在位置的序号为指数的整数次幂。,问题的提出：一个数码处在不同位置所代表的值是不同的。例如十进制中，数字5在个位、十位、小数点后1位分别代表5、50和0.5，这是为什么呢？,回答：其奥妙就在于位权。因为在十进制中，个位、十位