大学计算机基础知识(北科大版).ppt

计算机概述 计算机基础计算机系统组成 实现及工作过程 1 1计算机基础 计算机发展史计算机的特点及类型计算机应用领域计算机的发展趋势 1 1 1计算机的发展史 第一台电子计算机诞生于美国宾西法尼亚大学 1946年2月 ENIAC ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 重达30吨占地170m218000个电子管耗电150kw保存80个字节5000次 秒 计算机从所采用的电子元件来划分 1 1 1计算机的发展史 电子管 电子管时代 46 57年磁芯存储 无外存体积巨大 高耗能存储几千个字节用机器语言和汇编语言 1 1 1计算机的发展史 晶体管 电子管 晶体管时代 58 64年体积减小 耗电降低 速度提高存储几十万字节FORTRAN COBOL开始进入尖端应用 1 1 1计算机的发展史 晶体管 电子管 集成电路 标准集成电路时代 65 70年体积更小 速度更高存储达到 兆字节 软件技术大发展 操作系统走向成熟出现面向用户的应用软件 1 1 1计算机的发展史 大规模集成电路 晶体管 电子管 集成电路 大规模集成电路 71 体积桌面化 掌上化 微型化大容量存储应用普及化网络化 多媒体化 1 1 2计算机的特点及类型 自学 运算速度快计算精度高具有超强的记忆能力具有逻辑判断功能 1 计算机的特点 2 计算机的分类 专用计算机如用于数控机床 轧钢控制 银行存款等具体应用的计算机 通用计算机其功能齐全 适用范围广 通用计算机按其规模 速度和功能等又可划分为 巨型机 大 中型机 小型机 微型机 按用途划分 1 1 3计算机的应用领域 科学计算 解决人工无法进行的复杂运算问题 信息处理 对大量信息的存储 加工 分类 查询 统计 实时控制 实时采集数据 对被控对象进行自动控制和调节 计算机辅助系统 辅助设计CAD 辅助制造CAM 辅助教学CAI 辅助测试CAT等 人工智能 模拟人类的智能活动 如机器人 计算机网络 如电子邮件 电子商务 远程教育 网络游戏等 1 1 4计算机的发展趋势 巨型化微型化网络化智能化 1 2计算机系统组成 实现及工作过程 计算机硬件系统组成计算机系统的实现微机工作过程 计算机的全称电子数字计算机 硬件系统构成计算机的各种电子的 磁的 机械的部件和设备的总称 软件系统管理和使用计算机的各类程序及所需数据的总称 计算机系统计算机系统 硬件系统 软件系统 其基本工作原理是由著名的美籍匈牙利数学家冯 诺依曼提出的 冯 诺依曼被称为 计算机之父 第一台存储计算机 1950年 EDVAC 基本特点 计算机采用二进制码存储与处理数据与程序存入存储器 存储程序 程序自动执行 程序控制 五大功能部件 以存储器为中心的计算机组成结构 CPU CentralProcessingUnit 1 2 1计算机硬件系统组成 运算器 进行算术运算和逻辑运算的部件 ArithmeticandLogicUnit 算术运算 逻辑运算 AND OR NOT 1 2 1计算机硬件系统组成 运算器 1 2 1计算机硬件系统组成 控制器 控制器 指挥中心 指挥各部件协调的工作 存储器 存储程序和数据信息 存储器分为内存储器 主存储器 和外存储器 辅助存储器 内存 存放当前正在执行的程序和数据 外存 存放暂时不运行的程序和数据 1 2 1计算机硬件系统组成 存储器 每个单元都对应一个地址 以实现对单元内容的寻址 内存单元的地址和内容 1 2 1计算机硬件系统组成 I O设备 输入设备输出设备 1 2 2计算机系统的实现 微型计算机的硬件组成 1 2 2计算机系统的实现 以微型机为例 cpu内存硬盘光驱 软驱键盘 鼠标显示器 显卡主板电源机箱 1 计算机硬件系统 1 2 2硬件 CPU 在微机中 把CPU称为微处理器 它是微机的核心部件 微处理器的性能决定了微机的档次 CPU主要由运算器 控制器组成 CPU芯片图示 CPU的性能指标 字长 CPU的字长CPU一次可处理数据的二进制的位数 例如 32位机 CPU一次处理的数据位数为32位二进制数 若处理64位数据则需要执行2条指令 显然 字长越长 CPU的性能就越高 工作速度就越快 当然内部结构就越复杂 CPU的性能指标 运算速度 CPU的运算速度有两个层面的意义CPU主频CPU执行指令的速度二者之间有直接的关系 CPU的主频 CPU外频主板上提供给CPU的时钟频率称为CPU外频 CPU主频CPU真正的工作频率是CPU主频 主频 外频 倍频CPU的工作速度与主频有密切关系 一般用主频数表述速度 主频越高自然速度越快 CPU的性能指标 地址总线和数据总线的宽度 地址总线的宽度决定了微处理器的直接寻址范围若地址总线为n条 则微处理器可访问的内存的最大范围是2nB数据总线的宽度决定了微处理器一次能处理的数据的位数 例如 目前主流机型P4的数据总线宽度为64位 CPU一次可以处理64位的数据 所以被称为64位机 1 2 2硬件 内存储器 RandomAccessMemory1可读可写2易失性 ReadOnlyMemory1只读2非易失性 内存 cpu可直接访问的存储器 用来存储正在运行的程序或数据 内存条的安装 1 2 2硬件 外存储器 磁盘 软磁盘 硬磁盘 移动硬盘光盘 只读光盘 一次性写入光盘 可擦写光盘U盘外存的存储容量大 价格较低 但存取速度比内存慢 一般用来存放当前不参与运行的程序和数据 外存中的程序和数据必须读到内存中才能被运行 1 2 2硬件 外存储器 软盘容量 盘面数 磁道数 扇区数 每扇区字节数 硬盘 外存储器 容量大 成本低 机械转动读取 速度慢 磁介质存储 1 2 2硬件 硬盘 性能指标 容量转速 硬盘容量 柱面数 磁道扇区数 每扇区字节数 磁头数 1 2 2硬件 软驱 光驱 软驱光驱 1 2 2硬件 I O设备 输入设备输出设备 1 2 2硬件 主板 CPU是微型计算机的 大脑 主板是微型计算机的 身躯 是微型计算机中的最大的 电路板 主要功能 提供安装CPU 内存和各种功能卡的插槽为各种外部设备提供通用接口 主板图示 AGP插槽 PCI插槽 部分外设接口 2 计算机软件系统 软件系统概述软件相关概念计算机语言 软件系统概述 软件 程序 文档 数据 系统软件 用来管理 维护计算机并协调计算机各部件有效工作的软件 应用软件 实现具体应用的软件 软件 操作系统 硬件 应用软件 与软件相关的重要概念 指令系统 计算机能够识别的所有指令的集合 不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不一样的 面向机器 通用性差 15 A 指令 计算机能够识别并执行的 操作命令 指令 操作码 操作数 例 1011000000001111 程序 为解决某一问题而设计的一系列指令或语句 计算机语言 非机器指令程序的运行方式 只有用机器指令编写的程序 计算机可以直接识别并执行任何非机器指令组成的程序都必须转换为机器指令 才能被计算机运行转换由专门的 翻译程序 完成 汇编语言程序的运行方式 使用汇编程序转换为相应的由机器指令组成的可直接执行的程序 连接程序 目标程序 可执行程序 汇编程序 汇编语言程序 高级语言程序的运行方式一 解释的方式 机器指令 解释程序 高级语言程序 高级语言程序的运行方式二 编译的方式 可执行程序 编译程序 高级语言程序 目标程序 连接程序 1 2 3计算机工作过程 内存储器 外存储器 操作系统 Word软件 计算机的工作过程就是执行程序的过程 程序的执行过程 例如 输入两个数 输出两数之和 C语言程序如下 voidmain inta b scanf d d 指令的执行过程 取指令 分析指令 执行指令 程序运行后 计算机从存储器中取出一条指令送到控制器的指令寄存器中 控制器根据指令的含义发出相应的命令 如加法 将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器运算 再把运算结果送回存储器 控制器中的译码器分析该指令要做什么 如加法 地址总线 数据总线 000020 00002