《计算机应用基础》PPT课件.ppt

计算机应用基础 葛昕xfiles2008 第一章计算机应用基础知识 信息技术概论计算机基本结构和原理计算机软件系统数据通信技术简介 1 1信息技术概述 1 1 1社会进入信息化的时代1 1 2信息技术的发展1 1 3现代信息技术的内容1 1 4信息技术应用与信息安全 1 1 1社会进入信息化的时代 1 游牧时代和农业时代2 工业时代3 信息时代 游牧时代和农业时代 游牧业 狩猎 采摘野果农业 农业和畜牧业 工业时代 农民 工人电 电灯 电话 电报 社会电气化 信息时代 20世纪50年代末 计算机出现和普及 信息量 传播速度 处理速度 应用程度都几何级增长 信息时代 信息时代的基本特征 信息成为社会发展的三大资源之一社会信息化工作完成依赖于信息技术任务的完成变的高效率信息技术改变人们的工作方式信息技术嵌入到产品和服务中 1 1 2信息技术的发展 随着人类对外部世界的认识和控制能力的提高而逐步发展的 1 古代信息技术发展阶段2 近代信息技术发展阶段3 现代信息技术发展阶段 古代信息技术 信息以声 光 文字 图形等方式进行 语言 文字 印刷术以文字为主要信息存储手段 以书信传递为主要传递方法 近代信息技术发展阶段 1837 有线电报 莫尔斯密电码1876 贝尔 电磁电话1878 爱迪生 炭精电话1925 贝尔 传真机1906 费森 无线电广播1939 美国 电视1945 克拉克 提出了卫星通信的设想 现代信息技术发展阶段 ABC ENIAC 基本特征 计算机 网络 光纤 卫星通信 1 1 3现代信息技术的内容 1 信息获取技术2 信息传输技术 通信技术 3 信息处理技术 计算机技术 4 信息控制技术5 信息存储技术 1 1 4信息技术应用及信息安全 1 在学习中应用信息技术2 在生活中应用信息技术3 在工作中应用信息技术4 信息安全和信息应用中的法律及道德 1 2计算机基本结构和原理 1 2 1计算机基本结构1 2 2信息在计算机内部的表示1 2 3存储器及其管理1 2 4总线 外设和接口1 2 5微电子技术及其展望 1 2 1计算机基本结构 1 基本组成2 二进制编码3 程序和数据的存储4 指令系统5 指令的执行 基本组成 各部件之间的关系 主存贮器 内存 辅助存贮器 外存 输入设备 输出设备 信息 主机 二进制编码 正整数在计算机中的表示例 十进制的1234 1 103 2 102 3 101 4 100二进制的00111100 0 27 0 26 1 25 1 24 1 23 1 22 0 21 0 20 权 数码 基数 二进制 八进制 十六进制数间的关系 对任意十进制数转换为二进制数的主要方法是 除2取余 例 60 10 111100 2 八进制和十六进制 八进制和十六进制 例 1101101110 110101 B 1556 65 O 1556651101101110 110101 B 36E D4 H 36ED4 程序和数据的存储 随机存取存储器对所有存储单元的存取速度一样 顺序存取存取器对存储单元按顺序存取 对各单元存取时间不同 指令系统 指令 指挥硬件动作的命令 由操作码和操作数组成 操作码 要进行什么操作 加 减等 操作数 指示操作对象的内容 加数 被加数 例 操作码 跳转 JMPM1 操作数 指令的执行 取指令 指令译码 指令执行 存操作结果指令周期 计算机完成一条指令所花的时间决定指令周期参数 CPU时钟频率3 06GHz 1 2 2信息在计算机内部的表示 1 西文字符在计算机中的存储2 汉字在计算机中的存储3 图像信息在计算机中的存储4 声音信息在计算机中的存储 西文字符在计算机中的存储 ACSII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 128个常用字符 用7位二进制编码 从0到127控制字符 0 32 127 普通字符 94个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 换行0AH10回车0DH13空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122 ASCII码编码表 汉字在计算机中的存储 1 国标码 国标码规定用两个字节来表示一个汉字 每个字节的最高位都是 0 2 机内码 国标码与ASCII码属同一制式 最高位都为 0 为了区分国标码和ASCII码 在计算机内存放汉字编码时使用机内码 即汉字编码的最高位为 1 3 机外码 也称汉字输入码 4 汉字字形码 国标码 汉字国标码就是GB2312 80为汉字规定的代码 也称为交换码 国标码是汉字编码的国家标准 在GB2312 80代码表中 纵向分为0 93 共94行 横向也是0 93 共94列 行与列分别用七位二进制码表示 第一字节表示行 第二字节表示列 其值都从0100001到1111110 这正是ASCII码的可打印字符的编码 其范围为十六进制的21 7E 汉字国标码是将第一字节和第二字节连写而得到的 由于二进制形式太长 通常用十六进制表示 例如 汉字第一字节第二字节十六进制区位码啊0110000010000130211601保0110001010001131231703播0110010010010132251805 汉字字模库 汉字输出的方式有两种 显示和打印 不论哪一种输出方式 都是把一个汉字看成一个二维图形 并把笔划离散化 用点阵来表示汉字 点阵的每个点位只有两种状态 有笔画上的点或无笔划上的点 这就可以用一位二进制代码来表示 该位取值为1表示 有点 取值为0表示 无点 那么 一个二进制代码串就可以表示点阵的一行 若干个代码串就表示整个汉字的点阵信息 在具体实现时 点阵上取值为1就显示或打印一个 点 否则不显示或打印 如汉字 梅 就可用下页图所示的点阵图来表示 汉字的点阵表示 图象信息在计算机中的存储 图形数字化的基本思想 把一副图象看成由许多彩色和各种级别灰度的点组成 把这种点称为像素 像素越多 排列越紧密 图象就越清晰 每个像素的颜色都被量化成一定数值 声音信息在计算机中的存储 采样 按照一定频率 即每隔一段时间 测得模拟信号的模拟量值 如下页图如 CD采用的采样频率为44 1kHz 量化 将采样测得的模拟电压值 进行分级量化 按照整个电压变化的最大幅度划分成几个区段 把落在某个区段的采样到的样本值归成一类 并给出相应的量化值 声音数字化 时间 数值 5 10 15 20 25 20 10 15 8 声音数字化 时间 数值 8 1000B 9 1001B 15 1111B 10 1010B 20 10100B 注意 数字化声音的质量取决于采样频率和量化分级的细密程度 1 2 3存储器及其管理 1 存储器器件的变革2 现代信息存储技术3 存储器的层次结构 计算机硬件系统 主机CPU主板内存硬盘 主机 主机是指计算机机箱内的主要部件 包括主板 中央处理器CPU 内存储器 输入 输出接口插槽 I O接口 电源 硬盘 其主要部分是CPU和内存储器 1 CPUCPU CentralProcessingUnit 中文名称是中央处理器 微型计算机的CPU又称为微处理器 是计算机的核心部件 负责计算机系统中最重要的算术运算和逻辑运算 CPU是判断计算机性能高低的首要标准 它一般安插在主板的CPU插座上 CPU的主要性能指标有芯片型号 如PentiumIII 时钟频率 如800MHZ 字长 即计算机一次能处理的二进制位数 目前计算机的字长为32位 也有64位的 字长越长 计算机的运算速度和效率越高 CPU CPU目前主要生产厂商有美国的Intel 英特尔 AMD 超微 公司和中国台湾的VIA 威盛 等 Intel公司是CPU市场的老大 如下图所示分别是Intel AMD和VIA公司的CPU产品 主板 主板实际上就是一块电路板 主板上集成了各式各样的电子零件并布满了大量的电子线路 如下图所示 主板是整个计算机内部结构的基础 无论是CPU 内存 显卡还是鼠标 键盘 声卡 网卡都是靠主板来协调工作的 因此 主板的好坏 将直接影响计算机性能的发挥 系统主板 内存 总线插槽 接口卡 CPU 串行接口 USB接口 内存 内存或主存 也称半导体存储器 用于存放当前计算机正在执行或经常要使用的程序或数据 CPU可直接从内存中读取指令并执行 还可直接从内存中存取数据 存储器的容量单位有 位 Bit 字节 Byte 千字节 KB 兆字节 MB 和吉字节 GB Bit是最小的存储单位 可存放一位二进制数 8个Bit组成一个Byte 一个Byte可存放一个8位的二进制数或一个英文字符的编码 两个字节存放一个汉字编码 目前一般微型计算机的内存配置为 256M 512M 1G等 存储容量的换算关系是 1KB 1024B1MB 1024KB1GB 1024MB 内存 内存储器通常分为只读存储器 ReadOnlyMemory简称ROM 和随机存储器 RandomAccessMemory简称RAM 只读存储器用于存储由计算机厂家为该机编写好的一些基本的检测 控制 引导程序和系统配置等 如系统的BIOS即为ROM存储器 只读存储器的特点是存储的信息只能读出 不能写入 断电后信息不会丢失 随机存储器的特点是既可以读出数据 也可以写入数据 因此随机存储器又称为可读写存储器 用于存放当前正在使用或常要使用的程序和数据 随机存储器只能在加电后保存数据和程序 一旦断电则其内所保存的所有信息将自然消失 常见内存分类 SDRAM SynchronousDRAM 同步动态随机存取存储器 DDRSDRAM DoubleDataRateSDRAM 二倍速率同步动态随机存取存储器 DDRII DoubleDataRateSynchronousDRAM 第二代同步双倍速率动态随机存取存储器 SDRAM DDRSDRAM 333MHz和400MHz DDRII 533MHz和667MHz 现代信息存储技术 1 直接连接存储技术硬盘 磁带2 移动存储技术闪存卡 CF SM SD卡 优盘 移动硬盘3 网络存储技术NAS 网络附加存储 SAN 存储区域网络 存储器的层次 外存或辅存 一般是由磁性材料以及运用激光技术等实现的存储器 分为硬磁盘 软磁盘 光盘等 外存容量很大 但存取速度很慢 通常使用DMA技术和IOP技术来实现内存与外存之间的数据直接传送 高速缓冲存储器 Cache 用途 设置在CPU和主存储器之间 完成高速与CPU交换信息 尽量避免CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器 从而提高计算机系统的运行效率 实现 这是一个存储容量很小 但读写速度更快的 以关联存储器方式运行 用静态存储器芯片实现的存储器系统 要求 有足够高的命中率 既当CPU需用主存中的数据时 多数情况可以直接从CACHE中得到 称二者之比为命中率 硬盘分类 SCSI应用范围广 多任务 带宽大 CPU占用率低 以及热插拔等优点IDE价格低廉 兼容性强SATA串口硬盘 当今主流硬盘 IDE IDE硬盘也叫ATA硬盘 是采用并行传输技术的硬盘 老机器主板全部提供2个IDE接口 SCSI 系统占用率低 速度快 可达15000RPM 价格昂贵 多用于服务器 SATA 速度快 易散热 安装方便 现在的主流 1 2 4总线 外设和接口 1 计算机中的内部总线2 外部设备3 个人计算机的扩展总线4 从RS 232到USB 总线 总线是连接微型机CPU 内存储器和外部设备 I O设备 的公共信息通道 在总线上传送数据 地址和控制三种信号 传送数据信号的线称为数据总线DB DataBus 传送地址信号的线称为地址总线AB AddressBus 传送控制信号的线称为控制总线CB ControlBus 目前微型计算机的总线由这三种总线构成 微型计算机常用的总线有以下几种 1 ISA总线ISA IndustryStandardArchitecture 总线 简称AT总线 为工业标准体系结构总线 是一种16位总线 用于80286微机 2 EISA总线EISA ExtensionIndustryStandardArchitecture 总线 为扩展工业标准体系结构总线 是ISA总线的扩展 是一种32位总线 目前这种总线用在服务器系统板上 3 VESA总线VESA VideoElectronicsStandardArchitecture 总线 简称VL总线 是一种32位总线 主要用于386 486微型机 4 PCI总线PCI PeripheralComponentInterconnect 总线 是一种32位总线 也支持64位数据传送 这种总线具有一个管理层 用来协调数据传输 可以支持3 4个扩展槽 数据传送率较高 目前主要用在服务器和Pentium微型机系统板上 5 USB总线USB UniversalSerialBus 总线 它是由Intel公司提出的一种新型接口标准 利用它可以将一些低速设备 如键盘 鼠标 扫描仪 连接在一起 USB总线支持多个并行操作 能为设备提供电源 计算机中的内部总线 总线 微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路 总线分类 地址总线 传输地址信息数据总线 传输数据信息控制总线 传输控制信息 内部总线 连接CPU的各个组成部件 芯片内部 系统总线 连接计算机中各大部件外部总线 连接计算机和外部设备 连接对象 传输对象 并行总线 通信速度快 实时性好串行总线 简易 方便 灵活 通信方式 总线 微处理器 微处理器 总线 存储器 接口电路和外设逻辑关系 外部设备 磁盘 光盘驱动器 接口显示器 显示卡 键盘 鼠标打印机 扫描仪其他设备和接口 声卡 Modem 网卡 个人计算机的扩展总线 PCI总线系统PCMCIA总线系统 RS232 USB RS232 COM1 1 2 5微电子技术及其展望 1 3计算机软件系统 软件 Software 是计算机系统中各类程序 有关文档以及所需要的数据的总称 软件是计算机的灵魂 包括指挥 控制计算机各部分协调工作并完成各种功能的程序和数据 计算机系统的软件极为丰富 通常分为系统软件和应用软件两大类 系统软件一般是用来管理 维护计算机及协调计算机内部更有效地工作 主要包括操作系统 语言处理程序和一些服务性程序 应用软件一般是为了某个具体应用开发的软件 如文字处理软件 杀毒软件 财会软件 人事管理软件等 计算机系统的抽象层次结构 1 3 1操作系统 WindowsApple MacOSXSun SolarisIBM AIXLinuxUnix 操作系统的基本功能 资源管理处理器管理 存储器管理 输入输出管理 信息管理 资源管理器 人机接口界面管理操作系统是用户与计算机的接口 图形用户界面 操作系统类型 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 批处理操作系统 所谓批处理意指将用户作业一批一批地输入系统并暂存在外存中 组成一个后备作业列队 每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或多个装入主机处理 作业完成后退出主机和后备作业装入主机运行均由系统自动实现 从而大大压缩了两个作业之间的转接时间 在系统中形成了一个自动转接的连续作业流 当一批作业运行完后 输出它们的运行结果 再接受下一批作业进入系统处理 脱机服务方式 即用户在其作业运行期间不能在控制台或终端上请求系统的服务以直接干预其作业的运行过程 DOS 分时操作系统 所谓 分时 就是多个用户对系统资源进行时间上的分享 在分时环境下 一个计算机系统联有若干台本地或远程终端 每个用户可以在所占用的终端上以人 机会话的交互方式使用计算机 故分时系统又称为多用户交互式共享系统 分时系统具有以下三个特点 多路性 交互性 独占性 Unix Linux 实时操作系统 所谓 实时 就是 立即 或 及时 具体含义是指系统能够及时响应随机发生的外部事件 并以足够快的速度完成对事件的处理 外部事件是指传感器或其它信号测量装置所采集的现场数据或终端用户提出的服务请求 多用与工业控制 实时系统具有如下三个特点 简单的交互能力 及时响应 高可靠性RTOS RTLinux 网络操作系统 网络操作系统除了具有基本类型操作系统中所应具备的管理功能和服务功能外 还具有网络管理和服务功能 这主要包括 网络资源共享 网络通信Unix Linux Windows2003 1 3 2计算机程序设计语言 工具软件