计算机文化基础第十一版第一章ppt课件.ppt

计算机文化基础 本科版 第十版 第一章信息技术与计算机文化 2020 3 30 计算机文化基础 3 第一章信息技术与计算机文化 1 1信息与信息技术1 2计算机技术概论1 3计算机中信息的表示1 4计算机系统1 5微型计算机系统 2020 3 30 计算机文化基础 4 1 1信息与信息技术 1 1 1信息与数据1 1 2信息技术1 1 3信息社会1 1 4 计算机文化 的内涵 返回 2020 3 30 计算机文化基础 5 1 1 1信息与数据 信息是现代社会中广泛使用的一个概念 关于信息的定义众说纷纭 一般认为 信息是在自然界 人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性 返回 2020 3 30 计算机文化基础 6 1 1 1信息与数据 所谓数据 是指存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料 这里所说的符号 不仅指文字 字母 数字 还包括了图形 图像 音频与视频等多媒体数据 由于描述事物的属性必须借助于一定的符号 所以这些符号就是数据的形式 同一个信息也可以用不同形式的数据表示 例如 同样是星期日 英文用 Sunday 表示 返回 2020 3 30 计算机文化基础 7 信息与数据的区别与联系 在一般用语中 信息与数据并没有严格的区分 但是 从信息科学的角度来看 它们是不等同的 数据是信息的具体表现形式 是信息的载体 而信息是对数据进行加工得到的结果 它可以影响到人们的行为 决策 或对客观事物的认知 1 1 1信息与数据 返回 2020 3 30 计算机文化基础 8 1 1 2信息技术 在现代信息处理技术中 传感技术 计算机技术 通信技术和网络技术为主导技术 其中计算机起到了关键作用 它首先是一种信息处理机 通过计算机可以高速度 高质量地完成信息的整理 加工 分析和存储等工作 其次 通常计算机也是其他技术中的关键设备 在现代通信技术中计算机更是起到核心的作用 而网络技术则是计算机技术的进一步延伸 所以说信息处理过程的每一个环节都是由计算机直接或间接参与完成的 返回 2020 3 30 计算机文化基础 9 1 1 3信息社会 信息社会也称信息化社会 是继工业化社会以后 以信息活动为社会发展的基本活动的新型社会形态 在信息社会中 信息成为与物质和能源同等重要的第三资源 网络已成为人们生活的基础条件 以信息的收集 加工 传播为主要经济形式的信息经济在国民经济中占据主导地位 并构成社会信息化的物质基础 在信息社会中 信息经济为主导经济形式 信息技术为物质和精神产品生产的技术基础 信息文化导致了人类教育理念和方式的改变 导致了生活 工作和思维模式的改变 也导致了道德和价值观念的改变 返回 2020 3 30 计算机文化基础 10 1 1 4 计算机文化 的内涵 1 文化的定义对于文化的定义 尽管众说纷纭 但有一点得到公认 即都认为文化是人类社会的特有现象 所谓文化 即人类行为的社会化 是人类创造功能和创造成果的最高和最普遍的社会形式 文化的核心是 观念和价值 返回 2020 3 30 计算机文化基础 11 2 文化具有的基本属性广泛性 既涉及全社会的每一个人 每一个家庭 又涉及全社会的每一个行业 每一个应用领域 传递性 这种事物应当具有传递信息和交流思想的功能 教育性 这种事物应能成为存储知识和获取知识的手段 深刻性 不是给社会某一方面带来变革 而是给整个社会带来全面 深刻的根本性变革 返回 1 1 4 计算机文化 的内涵 2020 3 30 计算机文化基础 12 1 1 4 计算机文化 的内涵 2 文化具有的基本属性每个民族 每个人都有不同的文化属性 这些属性是千百年来文化积淀的结果 是根深蒂固和难以改变的 我们自身也自觉或不自觉地受到所处文化环境的熏陶 文化有着一系列共有的概念 价值观和行为准则 它是使个人行为能力为集体所接受的共同标准 文化与社会是密切相关的 没有社会就不会有文化 在同一社会内部 文化也具有不一致性 2020 3 30 计算机文化基础 13 3 计算机文化 所谓计算机文化就是以计算机为核心 集网络文化 信息文化 多媒体文化为一体 并对社会生活和人类行为产生广泛 深远影响的新型文化 计算机文化是人类文化发展的四个里程碑之一 前三个分别为 语言的产生 文字的使用与印刷术的发明 计算机文化的真正内涵是具有计算机信息处理能力 返回 1 1 4 计算机文化 的内涵 2020 3 30 计算机文化基础 14 1 2计算机技术概论 1 2 1计算机的起源与发展1 2 2计算机的特点及分类1 2 3计算机的应用1 2 4计算机的发展趋势 返回 2020 3 30 计算机文化基础 15 1 2 1计算机的起源与发展 1 计算机的起源埃尼克ENIAC 第一台真正意义上的电子计算机 是ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator的缩写 于1946年2月在美国的宾夕法尼亚大学正式投入运行 ENIAC共使用了约18800个真空电子管 重达30吨 功率174千瓦 占地约140平方米 用十进制计算 每秒运算5000次加法 它没有今天的键盘 鼠标等设备 人们只能通过扳动庞大面板上的无数开关向计算机输入信息 ENIAC的诞生奠定了电子计算机的发展基础 开辟了信息时代 把人类社会推向了第三次产业革命的新纪元 参见下图 返回 2020 3 30 计算机文化基础 16 图1 1第一台电子管计算机 ENIAC 返回 1 2 1计算机的起源与发展 2020 3 30 计算机文化基础 17 1 2 1计算机的起源与发展 返回 2 计算机的发展 2020 3 30 计算机文化基础 18 1 2 1计算机的起源与发展 我国从1956年开始研制计算机1958年研制出第一台电子管计算机1964年研制成功晶体管计算机1971年研制成功集成电路计算机1983年研制成功每秒运算1亿次的 银河1 巨型机 我国先后自主开发了 银河 曙光 深腾 和 神威 等系列高性能计算机 取得了令人瞩目的成果 新一代计算机 2020 3 30 计算机文化基础 19 1 2 1计算机的起源与发展 在2013年11月公布的国际超级计算机前500强中 中国的 天河二号 排名第一 以 联想 清华同方 方正 和 浪潮 等为代表的我国计算机制造业非常发达 已成为世界计算机主要制造中心之一 我国也是重要的计算机软件生产国家 但我国在计算机的软硬件生产领域存在原创技术少 一些计算机核心技术 如CPU 操作系统等 仍掌握在西方发达国家手中等亟待解决的问题 2020 3 30 计算机文化基础 20 1 2 2计算机的特点及分类 返回 1 计算机的特点1 运算速度快 计算机的运算部件采用的是电子器件 其运算速度远非其他计算工具所能比拟 而且运算速度还以每隔几个月提高一个数量级的速度在快速发展 2 计算精确高 计算机的可靠性很高 差错率极低 一般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误 3 存储容量大 计算机的存储性是计算机区别于其他计算工具的重要特征 2020 3 30 计算机文化基础 21 1 2 2计算机的特点及分类 4 具有逻辑判断能力 借助于逻辑运算 可以让计算机作出逻辑判断 分析命题是否成立 并可根据命题成立与否采取相应的对策5 工作自动化 计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制执行的 6 通用性强 通用性是计算机能够应用于各种领域的基础 任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运算和逻辑操作 2020 3 30 计算机文化基础 22 1 2 2计算机的特点及分类 返回 2 计算机的分类 2020 3 30 计算机文化基础 23 1 2 3计算机的应用 1 科学计算科学计算是指科学和工程中的数值计算 它与理论研究 科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法 主要应用在航天工程 气象 地震 核能技术 石油勘探和密码解译等涉及复杂数值计算的领域 2 信息管理是指非数值形式的数据处理 是指以计算机技术为基础 对大量数据进行加工处理 形成有用的信息 被广泛应用于办公自动化 事务处理 情报检索 企业管理和知识系统等领域 信息管理是计算机应用最广泛的领域 返回 2020 3 30 计算机文化基础 24 3 过程控制又称实时控制 指用计算机及时采集检测数据 按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节 目前已在冶金 石油 化工 纺织 水电 机械和航天等部门得到广泛应用 4 计算机辅助系统指通过人机对话 使计算机辅助人们进行设计 加工 计划和学习等工作 如计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM 计算机辅助教育CBE 计算机辅助教学CAI 计算机辅助教学管理CMI 另外还有计算机辅助测试CAT和计算机集成制造系统CIMS等 1 2 3计算机的应用 返回 2020 3 30 计算机文化基础 25 5 人工智能人工智能 AI ArtificialIntelligence 是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的事情 又称机器智能 主要研究智能机器所执行的通常是人类智能的有关功能 如判断 推理 证明 识别 感知 理解 设计 思考 规划 学习和问题求解等思维活动 人工智能是计算机当前和今后相当长的一段时间的重要研究领域 6 计算机网络与通信利用通讯技术 将不同地理位置的计算机互联 可以实现世界范围内的信息资源共享 并能交互式地交流信息 正所谓 一线联五洲 Internet的建立和应用使世界变成了一个 地球村 同时深刻地改变了我们的生活 学习和工作方式 1 2 3计算机的应用 返回 2020 3 30 计算机文化基础 26 巨型化指不断研制速度更快的 存储量更大的和功能更强大的巨型计算机 主要应用于天文 气象 地质和核技术 航天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域 研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志 2 微型化指利用微电子技术和超大规模集成电路技术 把计算机的体积进一步缩小 价格进一步降低 计算机的微型化已成为计算机发展的重要方向 各种笔记本电脑和掌上电脑的大量使用 是计算机微型化的一个标志 1 2 4计算机的发展趋势 返回 2020 3 30 计算机文化基础 27 3 网格化网格 Grid 技术可以更好地管理网上的资源 它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统 犹如一台巨型机 在这个动态变化的网络环境中 实现计算资源 存储资源 数据资源 信息资源 知识资源 专家资源的全面共享 从而让用户从中享受可灵活控制的 智能的 协作式的信息服务 并获得前所未有的使用方便性和超强能力 1 2 4计算机的发展趋势 返回 2020 3 30 计算机文化基础 28 4 智能化计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力 智能化的研究包括模拟识别 物形分析 自然语言的生成和理解 博弈 定理自动证明 自动程序设计 专家系统 学习系统和智能机器人等等 目前已研制出多种具有人的部分智能的 机器人 可以代替人在一些危险的工作岗位上工作 据专家预测 机器人将是继电脑普及后 下一个普及到家庭的电器产品 返回 1 2 4计算机的发展趋势 2020 3 30 计算机文化基础 29 1 3计算机中信息的表示 1 3 1信息表示1 3 2数制及其转换1 3 3信息的编码 返回 2020 3 30 计算机文化基础 30 1 3 1信息的表示 信息表示广义来说泛指信息的获取 描述 组织全过程 狭义来说指其中的信息描述过程 用于信息表示的符号系统有三个基本特点 第一 存在一个基本的有限符号集 符号集中符号的数目多于一个 第二 不同符号有明显的差别 便于人们识别和感知这些符号 第三 存在一组规则 按照规则可以将基本符号组成更复杂的结构 如符号串 返回 2020 3 30 计算机文化基础 31 用进位的原则进行计数称为进位计数制 简称数制 它是人类自然语言和数学中广泛使用的一类符号系统 在介绍各种数制之前 首先介绍数制中的几个名词术语 数码 一组用来表示某种数制的符号 如 1 2 3 4 A B C 等 基数 数制所使用的数码个数称为 基数 或 基 常用 R 表示 称为R进制 如二进制的数码是0 1 基为2 位权 指数码在不同位置上的权值 在进位计数制中 处于不同数位的数码代表的数值不同 如十进制数111 个位数上的1的权值为100 十位数上的1的权值为101 百位数上的1的权值为102 1 3 2数制及其转换 返回 2020 3 30 计算机文化基础 32 一 常见的几种进位计数制1 十进制 DecimalSystem 由0 1 2 8 9十个数码组成 即基数为10 特点为 逢十进一 借一当十 用字母D表示 2 二进制 BinarySystem 由0 1两个数码组成 即基数为2 二进制的特点为 逢二进一 借一当二 用字母B表示 3 八进制 OctalSystem 由0 1 2 3 4 5 6 7八个数码组成 即基数为8 八进制的特点为 逢八进一 借一当八 用字母O表示 4 十六进制 HexadecimalSystem 由0 1 2 9 A B C D E F十六个数码组成 即基数为16 十六进制的特点为 逢十六进一 借一当十六 用字母H表示 1 3 2数制及其转换 返回 2020 3 30 计算机文化基础 33 各种进制之间的对应关系见表1 1 返回 表1 1十进制 二进制 八进制 十六进制之间的对应关系 2020 3 30 计算机文化基础 34 二 数制的转换1 二进制 八进制 十六进制数转化为十进制数对于任何一个二进制数 八进制数 十六进制数 均可以先写出它的位权展开式 然后再按十进制进行计算即可将其转换为十进制数 例如 1111 11 2 1 23 1 22 1 21 1 20 1 2 1 1 2 2 15 75 A10B 8 16 10 163 1 162 0 161 11 160 8 16 1 41227 5注意 在不至于产生歧义时 可以不注明十进制数的进制 如上例 1 3 2数制及其转换 返回 2020 3 30 计算机文化基础 35 2 十进制数转化为二进制数十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算 分别求值后再组合 整数部分采用除2取余法 即逐次除以2 直至商为0 得出的余数倒排 即为二进制各位的数码 小数部分采用乘2取整法 即逐次乘以2 从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码 参见下例 例 将十进制数100 125转化为二进制数 1 3 2数制及其转换 返回 2020 3 30 计算机文化基础 36 步骤一 先对整数100进行转换 由上得出 100D 1100100B 100 2 50 2 3 2 12 2 6 2 25 2 1 2 0 0 0 1 1 0 0 1 2020 3 30 计算机文化基础 37 0 125 2 0 2500 a 10 25 2 0 50 a 20 5 2 11 a 3由上得出 0 125D 0 001B 将整数和小数部分组合 得出 100 125D 1100100 001B 步骤二 对于小数部分0 125的转换 2020 3 30 计算机文化基础 38 3 二进制数与八进制数的相互转换二进制数转换成八进制数的方法是 将二进制数从小数点开始 对二进制整数部分向左每3位分成一组 不足3位的向高位补0凑成3位 对二进制小数部分向右每3位分成一组 不足3位的向低位补0凑成3位 每一组有3位二进制数 分别转换成八进制数码中的一个数字 全部连接起来即可 1 3 2数制及其转换 2020 3 30 计算机文化基础 39 例 把二进制数11111101 101转化为八进制数 所以 11111101 101B 375 5O 将八进制数转换成二进制数 只要将每一位八进制数转换成相应的3位二进制数 依次连接起来即可 1 3 2数制及其转换 2020 3 30 计算机文化基础 40 1 3 2数制及其转换 4 二进制数与十六进制数的相互转换二进制数转换成十六进制数 只要把每4位分成一组 再分别转换成十六进制数码中的一个数字 不足4位的分别向高位或低位补0凑成4位 全部连接起来即可 十六进制数转换成二进制数 只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数 然后依次连接起来即可 2020 3 30 计算机文化基础 41 例 将10110001 101B转换为十六进制数 所以 10110001 101B B1 AH 1 3 2数制及其转换 2020 3 30 计算机文化基础 42 1 3 2数制及其转换 三 二进制的运算规则1 算术运算规则加法规则 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 10 向高位有进位 减法规则 0 0 0 10 1 1 向高位借位 1 0 1 1 1 0 乘法规则 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1除法规则 0 1 0 1 1 1 2020 3 30 计算机文化基础 43 2 逻辑运算规则非运算 NOT 与运算 AND 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 或运算 OR 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 异或运算 XOR 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 3 2数制及其转换 2020 3 30 计算机文化基础 44 1 3 3信息的编码 1 计算机中数据的单位1 位 bit 简记为b 也称为比特 是计算机存储数据的最小单位 一个二进制位只能表示0或1 2 字节 Byte 字节来自英文Byte 简记为B 字节是存储信息的基本单位 规定1B 8bit 1KB 210B 1024B1MB 220B 1024KB1GB 230B 1024MB1TB 240B 1024GB3 字 Word 一个字通常由一个字节或若干个字节组成 字长是计算机一次所能处理的实际位数长度 字长是衡量计算性能的一个重要指标 返回 2020 3 30 计算机文化基础 45 2 数值的表示通常规定一个数的最高位作为符号位 0 表示正 1 表示负 采用二进制表示形式的连同数符一起代码化了的数据称为机器数 而与机器数对应的用正 负符号加绝对值来表示的实际数值称为真值 例如作为有符号数 机器数01111111的真值是 1111111 也就是 127 为了在计算机的输入输出操作中能直观迅速地与常用的十进制数相对应 习惯上用二进制代码表示十进制数 这种编码方法简称BCD码或8421编码 例如 对于 239 10的编码如下 1 3 3信息的编码 2020 3 30 计算机文化基础 46 3 文字信息的表示1 字符编码 目前采用的字符编码主要是ASCII码 它是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的缩写 美国标准信息交换代码 已被国际标准化组织ISO采纳 作为国际通用的信息交换标准代码 ASCII码是一种西文机内码 有7位ASCII码和8位ASCII码两种 7位ASCII码称为标准ASCII码 8位ASCII码称为扩展ASCII码 7位标准ASCII码用一个字节 8位 表示一个字符 并规定其最高位为0 实际只用到7位 因此可表示128个不同字符 同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32 20H 1 3 3信息的编码 2020 3 30 计算机文化基础 47 2 汉字编码A 汉字交换码 由于汉字数量极多 一般用连续的两个字节 16个二进制位 来表示一个汉字 1980年 我国颁布了第一个汉字编码字符集标准 即GB2312 80 信息交换用汉字编码字符集基本集 该标准编码简称国标码 是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码 GB2312 80收录了6763个汉字 以及682符号 共7445个字符 奠定了中文信息处理的基础 B 汉字机内码 国标码GB2312不能直接在计算机中使用 以为它没有考虑与基本的信息交换代码ASCII码的冲突 比如 大 的国标码是3473H 与字符组合 4S 的ASCII相同 嘉 的汉字编码为3C4EH 与码值为3CH和4EH的两个ASCII字符 和 N 混淆 为了能区分汉字与ASCII码 在计算机内部表示汉字时把交换码 国标码 两个字节最高位改为1 称为 机内码 这样 当某字节的最高位是1时 必须和下一个最高位同样为1的字节合起来 代表一个汉字 1 3 3信息的编码 2020 3 30 计算机文化基础 48 C 汉字字形码 所谓汉字字形码实际上就是用来将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据 汉字字形码记录汉字的外形 是汉字的输出形式 记录汉字字形通常有两种方法 点阵法和矢量法 分别对应两种字形编码 点阵码和矢量码 所有的不同字体 字号的汉字字形构成汉字库 点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码 它把汉字按字形排列成点阵 一个16 16点阵的汉字要占用32个字节 一个32 32点阵的汉字则要占用128字节 而且点阵码缩放困难且容易失真 1 3 3信息的编码 返回 2020 3 30 计算机文化基础 49 D 汉字输入码 将汉字通过键盘输入到计算机采用的代码称为汉字输入码 也称为汉字外部码 外码 汉字输入码的编码原则应该易于接受 学习 记忆和掌握 重码少 码长尽可能短 目前我国的汉字输入码编码方案已有上千种 但是在计算机上常用的有几种 根据编码规则 这些汉字输入码可分为流水码 音码 形码和音形结合码四种 智能ABC 微软拼音 搜狗拼音和谷歌拼音等汉字输入法为音码 五笔字型为形码 音码重码多 单字输入速度慢 但容易掌握 形码重码较少 单字输入速度较快 但是学习和掌握较困难 目前以智能ABC 微软拼音 紫光拼音输入法和搜狗输入法等音码输入法为主流汉字输入方法 返回 1 3 3信息的编码 2020 3 30 计算机文化基础 50 1 4计算机系统 1 4 1计算机工作原理1 4 2计算机硬件系统1 4 3计算机软件系统 返回 2020 3 30 计算机文化基础 51 1 4 1计算机工作原理 1 指令是指示计算机执行某种操作的命令 它由一串二进制数码组成 这串二进制数码包括操作码和地址码两部分 操作码规定了操作的类型 即进行什么样的操作 地址码规定了要操作的数据 操作对象 存放在什么地址中 以及操作结果存放到哪个地址中去 一台计算机有许多指令 作用也各不相同 所有指令的集合称为计算机指令系统 计算机系统不同 指令系统也不同 目前常见的指令系统有复杂指令系统 CISC 和精简指令系统 RISC 2020 3 30 计算机文化基础 52 1 4 1计算机工作原理 2 存储程序 工作原理计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是 存储程序 工作原理 存储程序 工作原理是美籍匈牙利科学家冯 诺依曼 VonNeumann 提出来的 故称为冯 诺依曼原理 其基本思想是存储程序与程序控制 存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列 即程序 及运行中所需的数据 通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中 程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令 加以分析并执行规定的操作 到目前为止 尽管计算机发展到了第四代 但其基本工作原理仍然没有改变 根据存储程序和程序控制的概念 在计算机运行过程中 实际上有数据流跟控制信号两种信息在流动 2020 3 30 计算机文化基础 53 1 4 1计算机工作原理 3 计算机的工作过程计算机的工作过程可以归结为以下几步 1 取指令 即按照指令计数器中的地址 从内存储器中取出指令 并送到指令寄存器中 2 分析指令 即对指令寄存器中存放的指令进行分析 确定执行什么操作 并由地址码确定操作数的地址 3 执行指令 即根据分析的结果 由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息 去完成该指令所要求的操作 4 上述步骤完成后 指令计数器加1 为执行下一条指令做好准备 2020 3 30 计算机文化基础 54 硬件指的是计算机系统中由电子 机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备 这些部件和设备依据计算机系统结构的要求 构成一个有机整体 称为计算机硬件系统 未配置任何软件的计算机叫裸机 它是计算机完成工作的物质基础 返回 1 4 2计算机硬件系统 2020 3 30 计算机文化基础 55 1 4 2计算机硬件系统 冯 诺依曼 VonNeumann 提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统由以下五个基本部分组成 图1 2硬件系统五大组成部分框图 返回 2020 3 30 计算机文化基础 56 1 4 2计算机硬件系统 1 输入设备 主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码 通过输入接口输入到计算机的存储器中 供CPU调用和处理 常用的输入设备有 鼠标器 键盘 扫描仪 数字化仪 数码摄像机 条形码阅读器 数码相机 A D转换器等2 运算器 负责对信息进行加工和运算 它的速度决定了计算机的运算速度 参加运算的数 称为操作数 由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器 返回 2020 3 30 计算机文化基础 57 1 4 2计算机硬件系统 3 控制器 是整个计算机系统的控制中心 它指挥计算机各部分协调工作 保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理 控制器从内存储器中顺序取出指令 并对指令代码进行翻译 然后向各个部件发出相应的命令 完成指令规定的操作 它一方面向各个部件发出执行指令的命令 另一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息 控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令 这样逐一执行一系列的指令 就使计算机能够按照这一系列的指令组成的程序的要求自动完成各项任务 因此 控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的 神经中枢 通常把控制器和运算器合称为中央处理器 CPU CentralProcessingUnit 它是计算机的核心部件 返回 2020 3 30 计算机文化基础 58 1 4 2计算机硬件系统 4 存储器 是具有 记忆 功能的设备 由具有两种稳定状态的物理器件 也称为记忆元件 来存储信息 记忆元件的两种稳定状态分别表示为 0 和 1 存储器是由成千上万个 存储单元 构成的 每个存储单元存放一定位数 微机上为8位 的二进制数 每个存储单元都有唯一的地址 存储单元 是基本的存储单位 不同的存储单元是用不同的地址来区分的 计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据 计算机中的程序在执行的过程中 每当需要访问数据时 就向存储器送去指定位置的地址 同时发出一个 存 命令或者 取 命令 伴以待存放的数据 返回 2020 3 30 计算机文化基础 59 图1 3存储器分类 存储器分为两大类 内存储器和外存储器 简称内存和外存 内存储器又称为主存储器 外存储器又称为辅助存储器 1 4 2计算机硬件系统 2020 3 30 计算机文化基础 60 内存储器 ROM RAM和Cache 1 只读存储器 ROM ROM中的数据或程序一般是在将ROM装入计算机前事先写好的 一般情况下 计算机工作过程中只能从ROM中读出事先存储的数据 而不能改写 ROM常用于存放固定的程序和数据 并且断电后仍能长期保存 ROM的容量较小 一般存放系统的基本输入输出系统 BIOS 等 2 随机存储器 RAM 随机存储器的容量与ROM相比要大得多 目前微机一般配置1GB左右 CPU从RAM中既可读出信息又可写入信息 但断电后所存的信息就会丢失 微机中的内存一般指随机存储器 RAM 目前常用的内存有SDRAM DDRSDRAM DDR2 DDR3等 2020 3 30 计算机文化基础 61 内存储器 ROM RAM和Cache 3 高速缓存 Cache 随着CPU主频的不断提高 CPU对RAM的存取速度加快了 而RAM的响应速度相对较慢 造成了CPU等待 降低了处理速度 浪费了CPU的能力 为协调二者之间的速度差 在内存和CPU之间设置一个与CPU速度接近的 高速的 容量相对较小的存储器 把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从内存调入这个存储器 供CPU在一段时间内使用 这对提高程序的运行速度有很大的作用 这个介于内存和CPU之间的高速小容量存储器称作高速缓冲存储器 Cache 一般简称为缓存 2020 3 30 计算机文化基础 62 外存 外存是主机的外部设备 存取速度较内存慢得多 用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序 一旦需要 可成批地与内存交换信息 外存是内存储器的后备和补充 不能和CPU直接交换数据 2020 3 30 计算机文化基础 63 1 4 2计算机硬件系统 返回 5 输出设备 是指从计算机中输出信息的设备 其功能是将计算机处理的数据 计算结果等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式 如字符 图形 声音等 然后将其输出 最常用的输出设备是显示器 打印机和音箱 还有绘图仪 各种数模转换器 D A 等 从信息的输入输出角度来说 磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备 又可以看作输出设备 2020 3 30 计算机文化基础 64 1 4 3计算机软件系统 输入计算机的信息一般有两类 一类称为数据 一类称为程序 计算机是通过执行程序所规定的各种指令来处理各种数据的 返回 2020 3 30 计算机文化基础 65 1 计算机软件基础 软件是指使计算机运行所需的程序 数据和有关文档的总和 计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类 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 返回 2020 3 30 计算机文化基础 66 1 计算机软件基础 1 系统软件 是管理 监控和维护计算机资源 包括硬件和软件 开发应用软件的软件 系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层 它主要包括操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 支撑服务软件等 2 应用软件 是为解决计算机各类应用问题而编写的软件 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 如办公类软件MicrosoftOffice WPSOffice 永中office 谷歌在线办公系统 图形处理软件Photoshop illustrate 三维动画软件3dmax Maya等 即时通信软件QQ MSN UC和Skype等 2020 3 30 计算机文化基础 67 1 系统软件 A 操作系统 OS OperatingSystem 是一组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 操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件 任何其他软件必须在操作系统的支持下才能运行 2020 3 30 计算机文化基础 68 1 系统软件 B 语言处理程序 用各种程序设计语言编写的源程序 计算机是不能直接执行的 必须经过翻译 对汇编语言源程序是汇编 对高级语言源程序则是编译或解释 才能执行 这些翻译程序就是语言处理程序 包括汇编程序 编译程序和解释程序等 它们的基本功能是把用面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言程序 C 系统支撑和服务程序 这些程序又称工具软件 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 2020 3 30 计算机文化基础 69 1 系统软件 D 数据库管理系统 主要用来建立存储各种数据资料的数据库 并进行操作和维护 常用的数据库管理系统有微机上的FoxPro FoxBASE Access和大型数据库管理系统如Oracle DB2 Sybase SQLServer等 它们都是关系型数据库管理系统 2020 3 30 计算机文化基础 70 2 应用软件 为解决计算机各类应用问题而编写的软件称为应用软件 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 如办公类软件MicrosoftOffice WPSOffice 永中office 谷歌在线办公系统 图形处理软件Photoshop illustrate 三维动画软件3dmax Maya等 即时通信软件QQ MSN UC和Skype等 只为完成某一特定专业的任务 针对某行业 某用户的特定需求而专门开发的软件 如某个公司的管理系统等 都是应用软件 2020 3 30 计算机文化基础 71 2 程序设计语言 1 程序设计基础数据结构和算法是程序最主要的两个方面 通常可以认为 程序 算法 数据结构 算法可以看作是由有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程 实质上反映的是解决问题的思路 其主要性质表现在 有穷性 确定性 可行性 数据结构是从问题中抽象出来的数据之间的关系 它代表信息的一种组织方式 用来反映一个数据的内部结构 数据结构是信息的一种组织方式 其目的是提高算法的效率 它通常与一组算法的集合相对应 通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作 典型的数据结构包括线性表 堆栈和队列 返回 2020 3 30 计算机文化基础 72 2 程序设计语言 2 程序设计语言可以分为三类 机器语言 汇编语言和高级语言 2020 3 30 计算机文化基础 73 1 机器语言 机器语言是计算机系统唯一能识别的 不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言 用机器语言编写程序难度大 直观性差 容易出错 修改 调试也不方便 由于不同计算机的指令系统不同 针对某一种型号的计算机所编写的程序就不能在另一计算机上运行 所以机器语言的通用性和移植性较差 用机器语言编写的程序具有充分发挥硬件功能的特点 程序也容易编写得紧凑 程序运行速度快 2020 3 30 计算机文化基础 74 2 汇编语言 汇编语言是机器语言的 符号化 汇编语言和机器语言基本上是一一对应的 但在表示方法上作了改进 用一种助记符来代替操作码 用符号来表示操作数地址 地址码 例如 用 ADD 表示加法 用 MOVE 表示传送等 用助记符和符号地址来表示指令 容易辨认 给程序的编写带来了很大的方便 汇编语言比机器语言直观 容易记忆和理解 用汇编语言编写的程序比机器语言程序易读 易检查 易修改 但是它仍然是属于面向机器的语言 它依赖于具体的机器 很难在系统间移植 所以这样的程序的编写仍然比较困难 程序的可读性也比较差 机器语言和汇编语言一般都称为低级语言 2020 3 30 计算机文化基础 75 3 高级语言 屏蔽机器的细节 与具体的计算机指令系统无关的 表达方式或接近于人们对求解过程或问题的描述方式 易于理解和掌握的程序设计语言称为高级语言 高级语言有两类 分别是解释型和编译型 解释程序 解释程序接受用某种程序设计语言 如Basic语言 编写的源程序 然后对源程序的每条语句逐句进行解释并执行 最后得出结果 解释程序对源程序是一边翻译 一边执行 不产生目标程序 编译程序 编译程序是翻译程序 它将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序 其翻译过程称为编译 编译型语言系统在执行速度上都优于解释型语言系统 但是 编译程序比较复杂 这使得开发和维护费用较高 2020 3 30 计算机文化基础 76 1 5微型计算机系统 1 5 1微型计算机分类1 5 2微机的主要性能指标1 5 3常见微型计算机的硬件设备 返回 2020 3 30 计算机文化基础 77 1 5 1微型计算机分类 微型计算机按其性能 结构 技术特点等可分为 1 单片机 将微处理器 CPU 一定容量的存储器以及I O接口电路等集成在一个芯片上 就构成了单片机 2 单板机 将微处理器 存储器 I O接口电路安装在一块印刷电路板上 就成为单板机 3 PC PersonalComputer 个人计算机 供单个用户使用的微机一般称为PC 是目前使用最多的一种微机 4 便携式微机 便携式微机大体包括笔记本计算机和个人数字助理 PDA 等 返回 2020 3 30 计算机文化基础 78 1 5 2微机的主要性能指标 1 主频即时钟频率 是指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数 它在很大程度上决定了计算机的运算速度 主频的单位是赫兹 Hz 2 字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数 它与计算机的功能和用途有很大的关系 3 内核数CPU内核数指CPU内执行指令的运算器和控制器的数量所谓多核心处理器简单地说就是在一块CPU基板上集成两个或两个以上的处理器核心 并通过并行总线将各处理器核心连接起来 多核心处理技术的推出 大大地提高了CPU的多任务处理性能 并已成为市场的主流 返回 2020 3 30 计算机文化基础 79 4 内存容量是指内存储器中能存储信息的总字节数 一般来说 内存容量越大 计算机的处理速度越快 随着更高性能的操作系统的推出 计算机的内存容量会继续增加 5 运算速度单位时间内执行的计算机指令数 单位有MIPS MillionInstructionsPerSecond 每秒106条指令 和BIPS BillionInstructionsPerSecond 每秒109条指令 影响机器运算速度的因素很多 一般来说 主频越高 运算速度越快 字长越长 运算速度越快 内存容量越大 运算速度越快 存取周期越小 运算速度越快 6 其他性能指标机器的兼容性 包括数据和文件的兼容 程序兼容 系统兼容和设备兼容 系统的可靠性 平均无故障工作时间MTBF 系统的可维护性 平均修复时间MTTR 等 另外 性能价格比也是一项综合性的评价计算机性能的指标 返回 1 5 2微机的主要性能指标 2020 3 30 计算机文化基础 80 1 5 3常见微型计算机的硬件设备 返回 2020 3 30 计算机文化基础 81 1 微处理器 微处理器是将运算器 控制器和高速缓存集成在一起的超大规模集成电路芯片 是计算机中最重要的核心部件 目前微处理器的生产厂家有Intel公司 IBM公司 AMD公司和我国台湾的威盛公司等 Intel公司生产x86系列处理器 以及目前的主流产品酷睿系列 赛扬系列等 AMD公司目前的主流产品有羿龙 闪龙和速龙系列等 上述产品占据了85 以上的市场份额 图5所示就是IntelCPU和龙芯 图4IntelCPU 上 和龙芯CPU 下 返回 2020 3 30 计算机文化基础 82 2 存储器 1 微机中的内存一般指指随机存储器 RAM 目前常用的内存有SDRAM和DDRSDRAM 图5DDR内存内存 返回 2020 3 30 计算机文化基础 83 2 外存储器 1 软盘其直径为3 5英寸 容量为1 44MB 现已基本淘汰 2 硬盘 硬盘是微机上最重要的外存储器 分固态硬盘 机械硬盘 混合硬盘三种 固态硬盘采用闪存颗粒来存储 读写速度上有优势 机械硬盘采用磁性碟片来存储 价格上有优势 混合硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘 目前用的人比较少 绝大多数硬盘都是固态硬盘 被永久性地密封固定在硬盘驱动器中 容量从几百GB到TB级别不等 3 闪存 FlashMemory 作为存储介质的半导体集成电路制成的电子盘已成为主流的可移动外存 电子盘又称 优盘 可反复存取数据 4 光存储器 是利用激光技术存储信息的装置 目前用于计算机系统的光盘可分 为只读光盘 CD ROM DVD 追记型光盘 CD R WORM 和可改写型光盘 CD RW MO 等 光盘存储介质具有价格低 保存时间长 存储量大等特点 已成为微机的标准配置 20