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计算机基础知识 第1章 教学目标 掌握计算机硬件系统和软件系统的组成 掌握衡量计算机性能的主要指标 掌握计算机中数值的表示方法和不同数值之间的转换 了解计算机发展史及应用领域 1 1 1计算机发展史 第一代 电子管计算机 1946 1957 采用电子管为基本元件 体积巨大 运算速度较低耗电量大 存储容量小设计使用机器语言或汇编语言主要用于科学和工程计算 采用晶体管为基本元件体积缩小 功耗降低提高了运算速度和可靠性程序设计采用高级语言出现了操作系统应用到数据和事物处理及工业控制等领域 第二代 晶体管计算机 1958 1964 1 1计算机发展及应用 第三代 中小规模集成电路计算机 1965 1970 采用集成电路为基本元件体积减小 功耗 价格等降低运算速度及可靠性有了更大的提高操作系统日臻完善应用到文字处理 企业管理和自动控制等领域 采用大规模集成电路为主要功能元件运算速度可达每秒几千万次至千百亿次广泛应用于社会生活的各个领域在办公自动化 电子编辑排版等领域大显身手 第四代 大规模 超大规模集成电路计算机 1971至今 1 1计算机发展及应用 1 1 1计算机发展史 1 1 2计算机的特点及分类 运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令 常用单位是MIPS Pentium4微机内部数据位数为32位 二进制 可精确到15位有效数字 十进制 圆周率 的计算 有人曾利用计算机算到小数点后200万位 计算机的存储器 能把数据 程序存入 进行数据处理和计算 并把结果保存起来 1 运算速度快 2 计算精度高 3 记忆能力强 在程序执行过程中 计算机能够进行各种基本的逻辑判断 并根据判断结果来决定下一步执行哪条指令 4 逻辑判断能力强 1 计算机的特点 按工作原理划分按功能划分按性能划分 模拟式电子计算机数字式电子计算机模拟数字混合计算机 专用计算机通用计算机 巨型计算机大中型计算机小型计算机工作站微型计算机 1 1 2计算机的特点及分类 2 计算机的分类 1 科学计算 2 信息处理 3 计算机辅助设计与计算机辅助制造 CAD CAM 4 计算机辅助教学与计算机管理教学 CAI CMI 5 自动控制 6 多媒体应用 7 电子商务 1 1 3计算机的应用领域及发展趋势 1 计算机的应用领域 电子商务的概念电子商务代表着一种现代的商务模式 即通过Internet和WWW传输电子信息而进行的各种商务活动 电子商务的产生真正意义上对电子商务的研究和应用始于20世纪70年代末 电子商务的发展的两个阶段 20世纪80年代中期EDI电子商务90年代初期Internet电子商务 1 1 3计算机的应用领域及发展趋势 1 计算机的应用领域 电子商务的功能 1 1 3计算机的应用领域及发展趋势 1 计算机的应用领域 1 1 3计算机的应用领域及发展趋势 1 计算机的应用领域 电子商务的应用 网上购物 电子商务的特点 1 1 3计算机的应用领域及发展趋势 2 计算机的发展趋势 1 2 1计算机硬件系统 1 2计算机系统的组成 计算机硬件系统包括计算机的主机和外部设备 它由五大功能部件组成 即 运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 运算器 运算器是计算机对数据进行加工处理的部件 包括算术运算和逻辑运算 控制器 控制器负责从存储器中取出指令 并对指令进行译码 根据指令的要求 按时间的先后顺序 负责向其他各部件发出控制信号 保证各部件协调一致地工作 一步一步地完成各种操作 1 2 1计算机硬件系统 1 2 1 计算机硬件系统 存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据 是计算机记忆或暂存数据的部件 计算机中的全部信息 都存放在存储器中 而且 指挥计算机运行的各种程序也存放在存储器中 1 2 1 计算机硬件系统 输出设备 输出设备是输出计算机处理结果的设备 在大多数情况下 它将这些结果转换成便于人们识别的形式 输入设备 输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据 它是重要的人机接口 负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制代码 并放入内存中 1 2 2计算机的工作原理 必须首先根据该任务要求编写相应的程序 然后通过输入设备向控制器发出输入信息的请求 在得到控制器许可的情况下 输入设备把程序和数据送到存储器中并保存起来 随后 计算机系统就会在控制器的控制协调下 自动地运行程序 并把程序运行结果存入存储器 最后 在控制器的控制下输出设备把存储器中的运行结果输出 显示为用户容易识别的形式 1 2 2计算机的工作原理 当我们需要计算机完成某项任务的时候 首先要将任务分解为若干各基本操作的集合 计算机所要执行的基本操作命令就是指令 指令是对计算机进行程序控制的最小单元 是一种采用二进制表示的命令语言 一条指令通常由两个部分组成 即操作码和操作数 1 2 2计算机的工作原理 整个计算机工作过程的实质就是指令的执行过程 因为控制器对各个部件的控制都是通过指令实现的 指令的执行过程可以分为四步 取指令 分析指令 执行指令 形成下一条指令地址 1 2 3计算机软件系统 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 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 操作系统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 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 1 系统软件 1 2 3计算机软件系统 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 1 系统软件 1 2 3计算机软件系统 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 1 系统软件 1 2 3计算机软件系统 1 系统软件 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 1 2 3计算机软件系统 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 1 系统软件 1 2 3计算机软件系统 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 1 系统软件 1 2 3计算机软件系统 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 主要应用领域有 2 应用软件 办公应用平面设计视频编辑与后期制作网站开发辅助设计三维制作多媒体开发程序设计 1 2 3计算机软件系统 1 2 4衡量计算机性能的主要指标 1 运算速度 衡量一台微型计算机的主要性能指标包括 2 存储器的指标 3 I O的速度 计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数 影响运算速度的主要因素有 CPU的主频 字长 指令系统 1 2 4衡量计算机性能的主要指标 衡量一台微型计算机的主要性能指标包括 3 I O的速度 存取速度 存储容量 2 存储器的指标 1 运算速度 1 2 4衡量计算机性能的主要指标 衡量一台微型计算机的主要性能指标包括 I O速度是指CPU与外部设备数据交换的速度 主机I O的速度取决于I O总线的设计 1 运算速度 3 I O的速度 2 存储器的指标 1 3 1 软盘存储系统 1 3辅助存储器 软盘都有一个比较硬的塑料外壳 它的作用是保护里边的盘片 盘片上涂有一层磁性材料 如氧化铁 它是记录数据的介质 在外壳和盘片之间有一层软的保护垫 防止外壳对盘片造成不必要的损伤 软盘提供了一种简单的写保护方法 可防止误写操作 也避免病毒对软盘的侵害 3寸盘是靠一个方块来实现的 拨上去 打开方孔就是写保护了 反之就是关闭写保护 认识软盘 软盘的存储结构 认识软盘驱动器 1 3 1 软盘存储系统 1 3辅助存储器 软盘在使用之前必须要先格式化 格式化后 磁盘被分成若干个磁道 每个磁道又被分为若干个扇区 每个扇区可存储512个字节 磁道是一组同心圆 一个磁道大约有零点几毫米的宽度 数据就存储在这些磁道上 一个1 44MB的软盘 有80个磁道 每个磁道有18个扇区 且两面都可以存储数据 我们能这样计算它的容量 80 18 2 512 1440KB 1 44MB 认识软盘 软盘的存储结构 认识软盘驱动器 认识软盘 软盘的存储结构 认识软盘驱动器 1 3 1 软盘存储系统 1 3辅助存储器 软盘驱动器可以对软盘进行读写操作 现在我们使用的都是3寸软驱 可以读写1 44MB的3寸软盘 软驱由控制电路板 马达 磁头定位器和磁头组成 磁头其实是很小的 上下各有一个 我们看到的是它的滑轨 它工作时马达带动软盘的盘片转动 转速大概为每分钟300转 磁头定位器是一个很小的步进马达 它负责把磁头移动到正确的磁道 由磁头完成读写操作 1 3 2硬盘 硬盘速度快且容量大 是计算机中最重要的存储设备 硬盘是由磁道 扇区 柱面和磁头组成的 盘片上面被分成若干个同心圆磁道 每个磁道被分成若干个扇区 每扇区通常是512字节 硬盘的磁道数一般介于300 3000之间 每磁道的扇区通常有63个 硬盘由很多个磁片叠在一起组成的 柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道 它的数目和磁道数目是相同的 硬盘容量 柱面数 扇区数 每扇区字节数 磁头数 1 3 3USB与移动存储器 USB 通用串行总线 也称通用串联接口 USB的规格是由Intel IBM Microsoft等几家公司联合制定的 它是一个使计算机外接设备连接标准化和单一化的接口 一个USB接口可以支持多种计算机外部设备 而且它支持热插拔 即使在开机的情况下也可以安全地连接或断开USB设备 1 USB简介 1 3 3USB与移动存储器 目前人们比较熟悉的移动存储器主要有 移动硬盘闪盘移动硬盘通过相关设备将IDE转换成USB或Firewire接口连接到计算机 从而完成读写数据的操作 闪盘是近两年来发展比较迅速的小型便携式存储器 具有体积小 使用方便和安全可靠等优点 2 移动存储器 1 3 4光盘存储系统 利用光的性质进行数据存取的存储系统称作光盘存储系统 光盘存储系统包括光盘和光盘驱动器 光盘具有大容量 保存时间长 低价位的优点 1 只读光盘 2 刻录光盘 3 可擦写光盘 只读光盘只能读出信息而不能写入信息 它的制作成本低 信息存储量大而且保存时间长 只有一面有数据 表面有一层保护膜 但仍容易被划伤 CD ROM的容量是不固定的 有两种12cm和8cm尺寸 最常见的是12cm 1 3 4光盘存储系统 目前用于计算机系统的光盘主要有 4 数字化多功能盘 3 可擦写光盘 刻录光盘是一种可录式 一次写入多次读取的光盘 有两种记录方式 一种是用激光在金属记录层烧熔出凹点来记录 另一种是利用激光加热使染料型记录层变色来完成的 读出数据是根据反射激光的强弱变化来实现的 1 3 4光盘存储系统 目前用于计算机系统的光盘主要有 2 刻录光盘 1 只读光盘 4 数字化多功能盘 可擦写光盘是一种可多次写入多次读取的光盘 刻录的原理是在光盘内部镀上一层材质为银 铟 硒或碲的结晶层薄膜 能在激光的照射下 在结晶与非结晶的状态两种状态相互转换 在光盘片上呈现出平面与凹洞的效果 CD RW由于镀层材料的特性 在状态改变的次数上有限制 而且对激光的反射率较差 可以重复刻录约一千次 1 3 4光盘存储系统 目前用于计算机系统的光盘主要有 1 只读光盘 3 可擦写光盘 2 刻录光盘 4 数字化多功能盘 数字化多功能盘它运用数字方式存储 一张和普通CD ROM尺寸相当的DVD光盘上 可以存储数倍于CD ROM的数据 在DVD光盘的生产中采用波长为635 650mm的红色激光刻盘来使轨道的间距减少 从而大大增加了光盘的存储容量 4种规格 单面单层 单面双层 双面单层和双面双层容量分别是4 7GB 8 5GB 9 4GB和17GB 1 3 4光盘存储系统 目前用于计算机系统的光盘主要有 1 只读光盘 2 刻录光盘 3 可擦写光盘 4 数字化多功能盘 1 4 1 数字的定义 1 4计算机中信息的表示方法 数制也称计数制 是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法 按进位的方法进行计数 称为进位计数制 计算机中采用二进制数 基数 在一种数制中 一组固定不变的不重复数字的个数称为基数 用R表示 位权 某个位置上的数代表的数量大小 一般来说 如果数值只采用R个基本符号 则称为R进制 进位计数制的编码遵循 逢R进一 的原则 各位的权是以R为底的幂 对于任意一个具有n位整数和m位小数的R进制数N 按各位的权展开可表示为 N R an 1Rn 1 an 2Rn 2 a1R1 a0R0 a 1R 1 a mR m 1 4 2计算机中常用的数制 1 十进制 有十个不同的数码符号 0 1 2 3 4 5 6 7 89 R 10 每一个数码根据它在这个数中所处的位置 数位 按照 逢十进一 的原则来决定其实际数值 即各数位的位权是10的若干次幂 除了使用脚码的形式表示十进制数 还可以使用字符 D 在计算机中 数据的输入和输出一般采用十进制数 2 二进制 有两个不同的数码符号0和1 R 2 每个数码符号根据它在这个数中的数位 按 逢二进一 来决定其实际的数值 我们还可以使用字符 B 表示二进制数 计算机中数据存储采用二进制数 1 4 2计算机中常用的数制 3 八进制 有八个不同的数码符号0 1 2 3 4 5 6 7 R 8 每个数码符号根据它在这个数中的数位 按 逢八进一 来决定其实际的数值 我们还可以使用字符 O Octal 表示八进制数 1 4 2计算机中常用的数制 4 十六进制 有十六个不同的数码符号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F R 16 每个数码符号根据它在这个数中的数位 按 逢十六进一 来决定其实际的数值 我们还可以使用字符 H 表示十六进制数 1 4 2计算机中常用的数制 1 4 3 不同进制之间的转换 1 4计算机中信息的表示方法 1 非十进制数 转换为 十进制数 将一个非十进制数转换成十进制数 只要将它写成按权展开表达式 然后求出该表达式的值 1 4 3 不同进制之间的转换 1 4计算机中信息的表示方法 2 十进制数 转换为 非十进制数 将一个十进制数转换成非十进制数 整数部分和小数部分转换方法不同 将这两部分分别转换 用小数点连接起来 整数部分的转换方法为除以基数 2 8 16 取余法 最先取得的余数为转换后的最低位 最后得到的余数是转换后的最高位 小数部分采用乘以基数取整法 将此十进制数小数部分乘以基数取结果的整数部分 依次写在小数部分右边 再将结果小数部分乘以基数取结果的整数部分 一直到小数部分为0或者达到所要求的精度为止 1 4 3 不同进制之间的转换 1 4计算机中信息的表示方法 3 二进制数 八进制数 和 十六进制数 之间的相互转换由于23 8 24 16 即八进制基8是二进制基2的3次幂 十六进制基16是二进制基2的4次幂 3位二进制数可以表示0 7这8个数码 4位二进制数可以表示0 9 A F这16个数码 即3位二进制数可以用1位八进制数表示 4位二进制数可以用1位十六进制数表示 1 4 4 二进制的算术运算 1 4计算机中信息的表示方法 1 二进制数的加法运算二进制数的加法运算法则是 0 0 00 1 11 0 11 1 0 被加数和加数为1 结果本位为0 按逢二进一向高位进位1 1 4 4 二进制的算术运算 1 4计算机中信息的表示方法 2 二进制数的减法运算二进制减法的法则是 0 0 01 0 10 1 1 被减数为0 减数为1 结果本位为1 向高位借位 1 1 0 1 4 4 二进制的算术运算 1 4计算机中信息的表示方法 3 二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算法则是 0 0 01 0 00 1 01 1 1 1 4 4 二进制的算术运算 1 4计算机中信息的表示方法 4 二进制数的除法运算二进制数的除法运算法则是 0 0 00 1 0 1 0无意义 1 1 1 1 4 5 基本逻辑运算 1 4计算机中信息的表示方法 1 逻辑信息的表示方法可以表示 真 与 假 对 与 错 是 与 非 等具有逻辑性质的信息称为逻辑量 二进制的1和0在逻辑上可以表示这种信息 一般来说 在计算机中 逻辑量用于判断某一事件是否成立 成立为1 真 事件发生 不成立为0 假 事件不发生 1 4 5 基本逻辑运算 1 4计算机中信息的表示方法 2 基本逻辑运算 与 运算 AND 与 运算又称逻辑乘 用符号 或 来表示 运算规则如下 0 0 00 1 01 0 01 1 1即当两个参与运算的数中有一个数为0 则运算结果为0 都为1结果为1 1 4 5 基本逻辑运算 1 4计算机中信息的表示方法 2 基本逻辑运算 或 运算 OR 或 运算又称逻辑加 用符号 或 表示 运算规则如下 0 0 00 1 11 0 11 1 1即当两个参与运算的数中有一个数为1 则运算结果为1 都为0结果为0 1 4 5 基本逻辑运算 1 4计算机中信息的表示方法 2 基本逻辑运算 非 运算 NOT 如果变量为A 则它的非运算结果用A表示 运算规则如下 0 11 0 1 4 5 基本逻辑运算 1 4计算机中信息的表示方法 2 基本逻辑运算 异或 运算 XOR 异或 运算用符号 来表示 其运算规则如下 0 0 00 1 11 0 11 1 0即当两个参与运算的数取值相异时 运算结果为1 否则为0 1 4 6 字符的编码 1 4计算机中信息的表示方法 ASCII码是美国信息交换用标准代码 已经被国际标准化组织 ISO 认定为国际标准 为世界公认 并在世界范围内通用 ASCII码是用一个8位二进制数 1个字节 表示 每个字节只占用了7位 基本ASCII码最高位恒为0 7位ASCII码可以表示27 128种字符 当编码最高位为0时 称为基本ASCII码 当最高位为1时 形成扩充的ASCII码 它表示范围为