大学计算机文化基础教程（第二版）-焦玉君-大学教学资料课件PPT
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大学计算机文化基础教程（第二版）-焦玉君-大学教学资料课件PPT,大学计算机,文化,基础教程,第二,焦玉君,大学,教学,资料,课件,ppt
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第一章 计算机与计算机文化,1.2 计算机系统,1.2 计算机系统,1.2.1 计算机的基本组成,1计算机硬件系统,2计算机软件系统,1.2.2 计算机的基本原理,1冯诺依曼计算机,2计算机的基本工作原理,1.2.3 计算机语言,1信息在计算机中的表示,2二进制的运算,1.2.1 计算机的基本组成,1.2.1 计算机的基本组成,计算机硬件系统 计算机硬件系统指组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础，如中央处理单元（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等。,1.2.1 计算机的基本组成,CPU （中央处理单元） 运算器又称算数逻辑单元，是对信息进行运算处理的部件。控制器相当于计算机系统的指挥中心，它从存储器中取出指令和数据，然后执行指令，使运算器对数据进行处理。运算器和控制器统称为中央处理单元，也就是我们通常所说的CPU，这是计算机系统的核心部件 。,1.2.1 计算机的基本组成,存储器 存储器是用来存放程序和数据的设备，可以分为内存储器和外存储器。内存储器简称内存或主存，用户输入的程序和数据最初都到达内存，控制器所执行的指令、运算器处理的数据以及其中间或最终结果、准备输出的信息全部都来自内存，所以说，内存是计算机中的信息交流中心。,1.2.1 计算机的基本组成,内存 内存又分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 RAM既可以写入数据，也可以读出数据，只是断电后数据就消失，而ROM在制作时就向其中写入了数据，这些数据之能够读出，不可改写或写入新的数据，而且断电后数据依然存在。,1.2.1 计算机的基本组成,外存 由于ROM不可写入数据，而RAM中的数据在断电之后就消失，如果需要长期保存数据，就需要外存储器作为存储介质。常见的外存储器有硬盘、闪存盘、光盘等。外存储器的容量比内存储器大很多，但是较之内存来说，其存储速度较慢。另外，外存储器中的数据或指令需要CPU进行处理或执行，都必须先输入内存。,1.2.1 计算机的基本组成,输入设备 输入设备是计算机信息输入途径，其将外界的原始信息转变为计算机可以识别的二进制形式，然后存放到内存当中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、麦克风等。,1.2.1 计算机的基本组成,输出设备 输出设备和输入设备正好相反，其将存放于计算机中的信息转变为人们所能够接受的媒体形式。常见的输出设备由显示器、打印机、音响等。,1.2.1 计算机的基本组成,裸机 单纯的硬件系统称为裸机，因为其时能够识别0和1两个代码，没有可用之处。所以，计算机系统要能够正常地工作，这就必须要有软件系统。,1.2.1 计算机的基本组成,计算机软件系统 计算机软件系统是指为了方便用户和提高计算机的工作效率而设计的、运行于计算机硬件系统之上的系统程序、应用程序及其相关数据资料。计算机软件是能够操作、控制计算机系统各种资源，从而完成指定任务的指令序列。软件系统包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和实用程序。,1.2.1 计算机的基本组成,如今的计算机的功能只是在很少程度依赖于计算机硬件，大部分的功能都是依赖于计算机软件来实现。不过计算机的某些功能既可以使用硬件实现也可以使用软件来实现，比如病毒防火墙、CD或DVD播放器等，两者的区别在于使用硬件实现该功能，电路会较复杂，但是运行的速度快，使用软件实现，线路就比较简单，但是运行速度慢。 纵观计算机的发展历史，计算机硬件的发展和计算机软件的发展都是相互促进和推动的。早期的计算机的软件是非常少的，随着硬件的发展，软件渐渐变得完善。时至今日，有许多的软件对其运行的硬件环境提出了较高的要求，这又促使了计算机硬件的不断发展。,1.2.2 计算机的基本原理,冯诺依曼计算机 人类进入计算机时代是以ENIAC的诞生作为起始的，但是对后来的计算机在体系结构和工作原理中具有重大影响的是在同一时期由美籍匈牙利数据学家冯诺依曼和他的同事们研制的EDVAC计算机。EDVAC采用了“程序存储”的概念。以此概念为基础的各类计算机统称为冯诺依曼计算机。可以这样说，迄今为止所出现计算机全部是冯诺依曼计算机。,1.2.2 计算机的基本原理,冯诺依曼计算机的基本结构,1.2.2 计算机的基本原理,冯诺依曼计算机的特点 （1）计算机应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备； （2）程序和数据以同等地位存放在存储器中，并要按地址寻访； （3）程序和数据以二进制表示。,1.2.2 计算机的基本原理,计算机的基本工作原理 计算机开机后，CPU首先执行固化在只读存储器（ROM）中的一小部分操作系统程序，这部分程序称为基本输入输出系统（BIOS）,它启动操作系统的装载过程，先把一部分操作系统从磁盘中读入内存，然后再由读入的这部分操作系统装载其他的操作系统程序。装载操作系统的过程称为自举或引导。操作系统被装载到内存后，计算机才能接收用户的命令，执行其他的程序，直到用户关机。,1.2.2 计算机的基本原理,程序是如何执行的？ 程序是由一系列命令所组成的有序集合，计算机执行程序就是执行这一系列指令。,1.2.2 计算机的基本原理,指令和程序的概念 指令就是让计算机完成某个操作所发出的指令或命令。即计算机完成某个操作的依据，一条指令通常由两个部分组成：操作码和操作数，操作码指明该指令要完成的操作。如：加、减、乘、除等。操作数是指参加运算的数或者数所在的单元地址 。一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。,1.2.2 计算机的基本原理,指令和程序的概念 使用者根据解决某一问题的步骤，选用一条条指令进行有序的排列。计算机执行了这一指令序列，便可完成预定的任务。这一指令序列就成为程序。显然，程序中的每一条指令必须时所用计算机的指令系统中的指令。因此指令系统是提供给使用者编制程序的基本依据。指令系统反映了计算机的基本功能，不同的计算机其指令系统也不相同。,1.2.2 计算机的基本原理,计算机执行指令的过程 计算机执行指令一般分为两个阶段。首先将要执行的指令从内存中取出送入CPU,然后由CPU 对指令进行分析译码，判断该指令要完成的操作，像个部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能。当一条指令执行完后就处理下一条指令。一般将第一阶段称为取指周期，第二阶段称为执行周期。,1.2.2 计算机的基本原理,程序的执行过程 计算机在运行时CPU从内存读出一条指令到CPU内执行，指令执行完，再从内存中读出下一条指令到CPU内执行。CPU不断地取指令，执行指令，这就是程序的执行过程。,1.2.2 计算机的基本原理,总之，计算机的工作就是执行程序，即自动连续的执行一系列指令，而程序开发人员的工作就是编制程序。一条指令的功能虽然有限的，但是在任精心编制下的一系列指令组成的程序可完成的任务是无限多的。,1.2.3 计算机语言,信息在计算机中的表示 计算机是用来处理数据的，这些数据可以是各种人们能够接受的媒体形式，如：字符、图形、声音等。但是不管是什么样的数据，在计算机中都是以二进制编码的形式来表示的。也就是说，所有的数据，要被计算机处理都必须进行二进制编码的转换，二进制编码所指的就是0和1的编码。,1.2.3 计算机语言,二进制编码的优点 （1）物理实现简单、可靠 计算机是通过电子元器件来存储和处理信息的，而电子元器件大都具有两种十分稳定的状态比如：承载电压的高和低、晶体管的导通和截至、电容的充电和放电等，二进制数中的0和1两个数码正好可以表示这些状态。,1.2.3 计算机语言,二进制编码的优点 （2）运算简单，通用性强 由于在二进制中所有的数都以0和1两个数码来表示，所以，其加减乘除较之其他进制的运算要简单很多，而且规则也很少。,1.2.3 计算机语言,二进制编码的优点 此外，在计算机中采用二进制编码，不但可以表示数值，也可以用来表示字母、符号、图像、声音等，它们在计算机中都是以0和1的形式存在。,1.2.3 计算机语言,二进制的运算 在日常生活中，我们所有到的数大都是十进制数，我们也很习惯于十进制数的运算，但是在计算机中，信息的处理与表示都是采用二进制数。其实，除了十进制数和二进制数以外，还有八进制数和十六进制数。同一个数可以用不同的进制来表示，虽然其表示方法不同，但是其实质都是一样的。,1.2.3 计算机语言,二进制和十进制的运算对比 十进制： （1）每一个数都由十个数码组成（0-9）； （2）从右往左每位上的权分别是100，101，10210n； （3）运算时“逢十进一”、“借一当十”。 例如：十进制数1101可以这样表示：1103+1102+01
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