第一章(1) 计算机基础知识、计算机系统组成及工作原理.ppt

大学计算机基础 致大一新生的一些话 很小的时候 就对未来充满幻想 不知道能否进入那个叫 大学 的地方 所以从小好好学习 怕被别人瞧不起 致大一新生的一些话 经过十年苦读 最后大家来到了 安徽邮电职业技术学院 致大一新生的一些话 刚入学的时候 总觉得现实中的大学不如想象中美丽 大学的生活也不如想象中多彩多姿 于是整天郁闷 考上大学也后失去了生活的目标 困惑 迷茫 致大一新生的一些话 有些同学当起了家教 致大一新生的一些话 有些同学玩起了电脑 致大一新生的一些话 致大一新生的一些话 甚至到了痴迷的程度 公布成绩的时候 总是不相信这是事实 致大一新生的一些话 冥思苦想 但不知道路在何方 致大一新生的一些话 于是 就去问老师 老师说 尽管你已是大学生 读书仍然是你的第一要务 致大一新生的一些话 同时学会与各种兴趣爱好的人友好相处 致大一新生的一些话 面对困难的时候 你需要增加一点自信 致大一新生的一些话 为了实现心中的目标 勇于同困难斗争到底 致大一新生的一些话 有时会遇到看似很大的困难 致大一新生的一些话 不要轻易放弃 那会很危险 致大一新生的一些话 但 也不要光知道学习 也可以参加一些各式各样的娱乐活动 致大一新生的一些话 偶尔出去潇洒一下也可以 但不要去太高档的地方 致大一新生的一些话 家里供我们上学不容易 体力劳动要付出很多的辛苦 致大一新生的一些话 即使做点小买卖 致大一新生的一些话 只要你继续努力你会发现 成功也就如此而已 你也将有你自己的事业 致大一新生的一些话 拥有你自己的宝时捷 致大一新生的一些话 此文首先是给同学们送去欢笑 其次是送去启发 致大一新生的一些话 珍惜年轻岁月 珍惜学习机会 努力探索 认真实践 积极思考 善于创新 你们一定会成为祖国的栋梁 大学学习的教学环境也发生了的变化 没有固定的教室 固定的座位 多数是大班而不是小班授课 与自己一起上课的可能还会有不同专业的同学 很多学习是在图书馆和实验室进行 很多 空闲 时间 丰富多彩的课外科研活动 大量的教学实验 实习 社会调查 毕业设计等教学环节 请牢记 大一 大二不是高四 高五 大学的学习环境 有效的学习 重视课堂学习 精力集中 跟进思考 参与讨论 提出质疑 多参考相关书目 选择更多习题重视向老师提问 质疑 带着批判性思维学习充分利用课余时间 在图书馆和实验室度过业余时间通过实验证明理论 方法或技术参与各种研究活动 学习平台 网易学院 网易公开课 学习平台 为了方便同学们相互交流 及时解答同学所提出的问题 同时给大家提供相关学习资料 建了移动通信专业交流群 群号 191016334资源共享的空间 经验交流的平台 学习平台 大学计算机基础 课程性质 必修的公共基础课后续课程 涉及计算机操作的相关课程课程定位 本课程属于通识性课程 在整个人才培养目标中处于基础地位 计算机文化基础是大学初期阶段的必修课程 是学习计算机学科系列的第一门课 它的教学对后续计算机课程的学习具有重要影响 同时也是其他非计算机专业学生必须掌握的一项基本技能之一 熟练掌握Office软件的使用是用人单位要求必须具备的技能之一 本课程也是通过计算机等级 一级 二级 考试的必备课程 考试方式 省内统一考试 大学计算机基础 1 1计算机的发展历史 计算机的发展简介计算机的分类计算机的主要应用 引子 计算工具的发展历史 手指和石头 远古时代结绳计数 大约在新石器时代早期 即远古传说里伏羲 黄帝之前算筹 运筹策于帷幄之中 决胜于千里之外 南北朝时期的祖冲之 公元429 500年 借助算筹作为计算工具 成功地将圆周率 值计算到小数点后的第7位珠算盘 汉朝有有关珠算的记载 直到明代珠算才取代了算筹计算尺和机械式计算工具 西方17世纪开始 先后出现了 对数计算尺 加法器 乘法器 提花编织机 纺织 差分机 手摇式计算机 微分仪等 引子 数字化生存的源头 英国数学家布尔 逻辑代数又称布尔代数 数字计算机的数学基础 1847年被用于他的第一部著作 逻辑的数学分析 之中美国数学家香农 信息论之父 1938年 他22岁时发表 继电器和开关电路的分析 被认为是通讯历史上最杰出的理论之一数字计算机之父 电磁式数字计算机美国AT T贝尔实验室研究人员斯蒂比兹 1937年11月 装配了 Model K 厨房里的计算机德国人楚泽 K Zuse 1938年 28岁的楚泽完成了一台可编程数字计算机Z 1 地窖里的计算机维纳 L Wiener 教授 控制论之父 1940年指出 现代计算机应该是数字式 由电子元件构成 采用二进制 并在内部储存数据 世界上的第一台数字计算机 时间 1946年2月15日地点 美国宾夕法尼亚大学莫尔学院主要人物和单位 约翰 莫克利美国陆军弹道研究所美国陆军阿伯丁弹道实验室计算机名称 ENIAC 电子数字积分计算器 英文名称 ElectronicNumericalIntegratorandCalculator 主要指标 占地170M2左右重量30吨6000个开关7000个电阻10000个电容18000个电子管50万条线耗电140KW运算速度 5000次加法 秒 3 1000秒时间内做完两个10位数乘法主要用途 弹道计算的数值分析特点 采用电子线路来执行运算 逻辑运算和储存信息弱点 存储容量小靠外部开关继电器和插线来设置计算机程序 需要大量的人工电子管多 容易出故障 可靠性差 ENICA是什么样子 ENICA是什么样子 40年代的程序员在编程 冯 诺依曼 JohnVonNeuman 理论 提出了全新的存储程序的通用计算机方案 即 电子离散变量计算机 EDVAC ElectronicDiscreateVariableAutomaticComputer 冯 诺依曼的基本思想可以概括为三点 计算机由五大部分组成 即运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备程序和数据采用二进制表示将程序和数据存放在存储器中 让计算机自动地执行程序 电子计算机发展的四个阶段 从元器件上分 微型计算机的发展 以微处理器为标准 计算机发展历史上几次飞跃 计算机发展历史上几次飞跃 计算机发展历史上几次飞跃 我国计算机的发展简介 著名数学家华罗庚是提倡在我国开展电子计算机科研的第一人 他于1950年回国后不久 就向中共中央提出开展电子计算机科学研究的建议 1956年6月 我国制定了 1956 1967年科学技术发展远景规划 将 计算技术的建立 列为紧急措施之一 6月14日 国家领导人接见参加制定规划的全体科学家 这一天被定为中国计算机事业创始日1958年 中国第一台计算机 103型通用数字电子计算机研制成功 运行速度每秒1500次 是根据前苏联提供的设计图制造的电子管计算机 我国计算机的发展简介 1960年 中国第一台自行设计的大型通用电子计算机 107型通用电子数字计算机研制成功 1963年 中国第一台大型晶体管电子计算机 109机研制成功 1974年以后 DJS系列13个机型先后研制成功 其中DJS 30是采用小规模集成电路 DJS 140是采用中规模集成电路 DJS 150是采用大 中规模集成电路 16位机 1977年 中国第一台微型计算机DJS 050机研制成功 我国计算机的发展简介 1983年 银河 号 巨型计算机研制成功 运算速度达每秒 亿次 1996年 国产联想电脑在国内微机市场销售量第一 2002年8月 联想集团研制成功了中国第一台万亿次巨型计算机 联想深腾1800大规模计算机系统 浮点运算速度达到每秒1 027万亿次 在全世界按运算速度排序的前500台计算机中 这台 联想深腾 名列第24位 排名前23位的均出自美 日两国 2003年底 全球运算速度名列前茅的商品化高性能计算机10万亿次曙光4000A落户上海超算中心 负责网格计算的海量信息服务及数据交互等系列工作 计算机的特点 运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力具有自动执行程序的能力 未来计算机的发展趋势 巨型化 计算机的运算速度更高 存储容量更大 功能更强 微型化 微型机可渗透到诸如仪表 家用电器 导弹弹头等中小型机无法进入的领地 同时作为工业控制过程的心脏 使仪器设备实现 智能化 多媒体化 以数字技术为核心的图像 声音与计算机 通信等融为一体的信息环境 未来计算机的发展趋势 网络化 以实现硬件资源和软件资源的共享智能化 让计算机来模拟人的感觉 行为 思维过程的机理 使计算机具备视觉 听觉 语言 行为 思维 逻辑推理 学习 证明等能力 形成智能型 超智能型计算机 发展 非冯 诺依曼式 计算机 目前的计算机体系结构都是 冯 诺依曼式 采用存储程序方式进行工作 发展方向 创建新的程序设计语言 即所谓的 非冯 诺依曼语言 从计算机元件方面 提出了发明与人脑神经网络类似的新型超大规模集成电路的设想 即分子芯片 发展 非冯 诺依曼式 计算机 重要事件1982年日本宣布研制有人工智能的第五代计算机 采用Prolog等逻辑推理语言作为核心计算机语言 1991年宣布放弃 第五代计算机 计划 发展基于神经网络的 第六代计算机 1982年美国组建了微电子和计算机技术公司 成立了高级计算机体系结构研究部 MCC 对人工智能 人机界面 系统技术和实验系统成套工具等课题进行研究 1985年欧洲共同体制定 欧洲信息技术研究的战略计划 发展 非冯 诺依曼式 计算机 进展情况生物计算机 原理 逻辑的真和假 神经元的兴奋和抑制 二进制的0和1光子电脑想法 用光束来代替电子 进行运算和存储 用不同波长的光来代表不同的数据 可快速完成复杂的计算工作 难点 主要是需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学 晶体管 目前的技术造出来的光学 晶体管 将使我们台式微机有汽车一样大 但目前的技术水平短期内光计算机达到实用很困难 1984年5月 欧洲号称研制出世界上第一台光计算机 最新进展是 IBM的研究人员一直在研究用仅为人类毛发5万分之一的微型碳分子制造芯片 目前已经可以让微型碳分子发光 发展 非冯 诺依曼式 计算机 量子计算机 理论 实验上也证明了量子逻辑门的存在 经典粒子在某一时刻的空间位置只有一个 而量子客体则可以存在空间的任何位置 具有波粒二象性 量子存储器可以以不同的概率同时存储0或1 具有量子叠加性 如果量子计算机的CPU中有N个量子比特 一次操作就可以同时处理2n个数据 而传统计算机一次只能处理一个数据 具有强大的并行处理能力 计算机分类 处理数据的方式 数字计算机数字计算机所处理的数据都是以 0 和 1 表示的二进制数字 是不连续的数字量 模拟计算机模拟计算机所处理的数据是连续的 称为模拟量 混合计算机它集数字计算机和模拟计算机的优点于一身 计算机分类 使用范围 通用计算机能适用于一般科技运算 学术研究 工程设计和数据处理等广泛用途的计算 通常所说的计算机均指通用计算机 专用计算机这是为适应某种特殊应用而设计的计算机 其运行程序不变 效率较高 速度较快 精度较好 但不宜作它用 如飞机的自动驾驶仪 坦克上的火控系统中用的计算机 都属专用计算机 计算机分类 性能 巨型机主要用于大规模科学计算或数据处理 如数值天气预报 核爆炸模拟 大型结构的分析等 一般运算次数在百亿次 秒 有些巨型机的峰值速度达万亿次 秒 如CRAY系列 银河 III大中型计算机这类计算机通用性强 有很强的综合处理能力 可以用于科学计算 但更多的是用于商业应用 如大型事务处理 企业内部信息管理等 通常称之为 企业级 计算机 如IBM370 IBM390等 计算机分类 性能 小型机规模小 结构简单 设计试制周期短 体系结构上通常采用RISC技术 精简指令计算机 对环境要求低 可靠性高 是巨型机和大中型机的辅助机 广泛应用于大学 研究机构的科学计算 企业管理等 如 DEC公司的PDP系列 IBM SUN HP等公司也都有一系列的产品 工作站某种特殊用途的高档微型计算机 兼有大中小型机的多任务 多用户能力 又有微机的便利操作和良好的用户界面 目前多媒体技术普遍在工作站上使用 应用从计算机辅助设计 CAD 领域扩展到各领域 并充当服务器 著名的产品 SGI SUN HP等 计算机分类 性能 微型机 PC机 日常使用的电脑均为微型机 又称为个人计算机 PersonalComputer 所以微机也称PC机 著名的Intel系列CPU和IBMPC及兼容机造就了微机今天繁荣的局面 微机的出现使得计算机真正面向全人类 真正成为大众化的信息处理工具 计算机的应用 科学计算虽然科学计算在整个计算机的应用中所占的比重在逐步下降 已不足10 但随着科学技术的不断发展 需要解决的问题的复杂性 计算量 精度和速度要求的不断提高 科学计算在现代科学研究中的地位在不断提高 尤其在尖端科学领域中 显得更为重要 信息管理信息管理的核心是数据处理 就是对各种信息进行收集 整理 存储 分类 加工和利用的过程 数据处理是一切信息管理 辅助决策系统的基础 各类管理信息系统 MIS 决策支持系统 DDS 专家系统 ES 以及办公自动化系统 OAS 都需要数据处理支持 这已成为当代计算机的主要任务 计算机的应用 过程控制大型企业的生产过程自动控制 是计算机应用的又一重要领域 计算机能及时采集数据 按最佳方案实现自动控制 如数字化机床 电子仪表等 计算机辅助系统计算机辅助设计 CAD ComputerAidedDesign 和计算机辅助制造 CAM ComputerAidedManufacturing 将CAD CAM和数据库技术集成在一起 形成CIMS 计算机集成制造系统 技术 实现设计 制造和管理完全自动化 计算机的应用 计算机辅助教学 CAI ComputerAssistedInstruction 指利用计算机来辅助完成教学计划或模拟某个实验过程 人工智能的研究和应用人工智能 AI 是指将人脑进行的演绎推理的思维过程 规则和采取的策略 技巧等编制成程序 在计算机中存一些公理和规则 让计算机自动进行求解 这是计算机技术与控制论学科发展起来的边缘学科 是计算机应用的重要领域和前沿学科 其目的是使计算机具有 推理 和 学习 的功能 人工智能将给计算机硬件和软件带来革命 最终导致智能计算机的出现 计算机的应用 人工智能 自然语言理解 是人工智能的一个分支 现代计算机技术已发展到通过语言方式命令计算机完成特定的操作 专家系统 是人工智能的另一个重要分支 它是使计算机具有某一方面的专门知识 利用这些知识来处理所遇到的问题 如人机对弈 模拟医生开处方等 甚至卓越的国际象棋大师也常常败在计算机的手下 机器人 是人工智能的前沿领域 它可以代替人进行一些危险作业 流水线生产安装等工作 计算机的应用 娱乐与游戏 冯 诺依曼原理 计算机的硬件由五部分组成 计算机的信息是以二进制表示的 程序是自动执行的 程序存储式计算机 冯 诺依曼 1 2计算机系统的组成与工作原理1 2 1计算机系统的组成 系统软件应用软件 计算级系统分为 硬件 软件 硬件 软件 计算机系统的组成 1 2 2计算机系统的硬件组成 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备 CPU中央处理器 外设 I O设备 处理器 存放程序和数据 存储器 存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合每个记忆单元由8位二进制位组成 可读写其中的数据 存储器由一个个大小相同的基本单元组成 为了区分各个单元 给每个单元编号 称为存储单元的地址 各单元内存放的是数据 CPU对内存可以读 取 也可以写 存 要有控制信号控制 0 1 n 因此 CPU对存储器的操作必须有三类信号 地址信号数据信号控制信号 输入设备和输出设备 常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 常用输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 1 2 3计算机软件基础 相对于计算机硬件而言 软件是计算机的无形部分 是计算机的灵魂 是指使计算机运行所需的程序 数据和有关文档的总和 软件可以对硬件进行管理 控制和维护 根据软件的用途可将其分为 系统软件应用软件系统软件一般由软件厂商提供 应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的 操作系统对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合 它是用户和计算机硬件系统之间的接口 为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁 操作系统是最基本最重要的系统软件 用来管理和控制计算机系统中硬件和软件资源的大型程序 是其他软件运行的基础 1 系统软件 操作系统负责对计算机系统的全部软 硬件和数据资源进行统一控制 调度和管理 主要作用 提高系统的资源利用率 提供友好的用户界面 从而使用户能够灵活 方便地使用计算机 操作系统操作系统是一个庞大的管理控制程序 它包括五个管理功能 处理器管理 存储管理 设备管理 文件管理和作业管理 操作系统 按其运行的环境可分为实时操作系统 分时操作系统和批处理操作系统 按其管理用户的数量可分为单用户操作系统和多用户操作系统 按同时管理的作业数可分为单用户单任务操作系统 单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统 语言处理程序人与人交流需要语言 人与计算机之间交流同样需要语言 人与计算机之间交流信息使用的语言叫做程序设计语言 按照其对硬件的依赖程度通常把程序设计语言分为三类 机器语言 汇编语言 高级语言 机器语言机器语言是一种用二进制代码 1 和 0 组成的一组代码指令 是唯一可以被计算机硬件识别和执行的面向机器的语言 优点 占用内存小 执行速度快缺点 编写程序工作量大 程序阅读性差 调试困难 汇编语言汇编语言是使用一些能反映指令功能的助记符来代替机器指令的符号语言 汇编语言的指令与机器语言的指令基本上是一一对应的 这些助记符一般是人们容易记忆和理解的英文缩写 优点 汇编语言在编写 阅读和调试方面有很大进步 运行速度快 缺点 是面向机器的语言 编程复杂 可移植性差 高级语言高级语言是一种独立于机器的算法语言 高级语言的表达方式接近于人们日常使用的自然语言和数学表达式 并且有一定的语法规则 缺点 编写的程序运行要慢一些优点 编程简单易学 可移植性好 可读性强 调试容易 数据库管理系统数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题 对计算机中存放的大量数据进行组织 管理 查询 目前 常用的数据库管理系统有SQLServer Oracle Mysql和VisualFoxPro等 系统支撑和服务程序 该类程序又称工具软件 如系统诊断程序 调试程序 排错程序 编辑程序 查杀病毒程序等等 都是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统 应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料 应用软件具有很强的实用性 随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及 各种各样的应用软件与日俱增 如MicrosoftOffice WPSOffice Photoshop等 专用软件是只为完成某一特定专业的任务而设计的软件 它往往是针对某行业 某用户的特定需求而专门开发的 如某个公司的管理系统 医院信息系统