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计算机应用基础教程 第一章计算机基础知识 实践训练中心 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 1946年第一台电子计算机ENIAC 电子数字积分计算机 诞生于美国宾夕法尼亚大学 占地面积 170平方米 重30余顿 耗电140千瓦 运算速度5000次 秒 使用了18000多个电子管 1500多个继电器 10000多只电容和7000多个电阻 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 计算机的发展分代是根据电子元器件的发展而划分 电子管 1946 1957 晶体管1957 1964 集成电路1965 1970 大规模集成电路1971 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 计算机的发展分代 根据电子元器件的发展 1 第一代 电子管计算机时代 1946 1957年 采用电子管作为运算和逻辑元件 使用机器语言和汇编语言 运算次数达到5000 30000次 秒 IBM705电子计算机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 计算机的发展分代 根据电子元器件的发展 2 第二代 晶体管计算机时代 1957 1964年 采用晶体管作为运算和逻辑元件 具有主存储器和外存储器 使用高级编程语言 FORTRAN COBOL 运算次数达到几万次 几十万次 秒 并被广泛应用于数据处理领域 CDC6600电子计算机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 计算机的发展分代 根据电子元器件的发展 3 第三代 中 小规模集成电路计算机时代 1965 1970年 采用集成电路代替分立元件 采用半导体存储器 中央处理器采用微程序技术 拥有较完善的操作系统 出现了并行技术 多处理机 虚拟存储系统等技术 运算速度达到几十万次 几百万次 IBM360 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展1 计算机的出现与分代 计算机的发展分代 根据电子元器件的发展 4 第四代 大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代 1971 采用大规模和超大规模集成电路为主要功能部件 采用更高集成度的半导体存储器 出现了磁盘 光盘 鼠标 图像扫描仪 数码照相机和高分辨率彩色显示器以及高质量的打印机和绘图仪 IBM PC 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 1计算机的发展2 微型机的发展阶段20世纪70年代后 出现了微处理器和微型计算机 微处理器 Microprocessor 以单片大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的处理器 以微处理器作为中央处理器 CPU 的计算机通称为微型计算机 第一阶段 1971 1972 计算机指令长为4位或8位 采用机器语言或汇编语言 第二阶段 1973 1977 计算机指令长为8位 集成度较高 采用汇编语言和高级编程语言 并出现了操作系统 第三阶段 1978 1981 计算机指令长为16位 具有丰富的指令系统 多种数据处理方式 第四阶段 1981 90年代出现了由32位微处理器构成的微型机 2001年出现了64位微处理器 Itanium 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 2计算机的分类分类标准 计算机的速度 存储量 同时容纳的用户数以及价格 1 巨型计算机也称为超级计算机 其占地最大 价格最贵 功能最强 其运算速度最快 每秒万亿次 目前多用于军事 气象预报 科学研究等领域 银河巨型计算机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 2计算机的分类 2 大型计算机速度低于巨型机 容量稍小于巨型机 价格低于巨型机 能够支持上百个用户工作 一般用于处理中度复杂的问题 IBM大型计算机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 2计算机的分类 3 小型计算机容量小于大型机 价格较便宜 同时容纳30 60多个用户 随着计算机硬件的发展 已有用微型机代替小型机的发展趋势 小型机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 2计算机的分类 4 微型计算机又称 个人计算机 PC 俗称 电脑 价格便宜 功能齐全 广泛应用于家庭 学校 办公等 主要类型有台式的 笔记本式等 目前市场上主要流流行的是 双核 CPU的计算机 微型机 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 2计算机的分类 5 工作站是一种高档的微型机 介于小型机和微型机之间 与普通PC机的区别是 配有高分辨率大屏幕 容量很大的内存储器存和外存储器 有较强的信息处理和高性能的图形图像以及联网功能 适用于CAD CAM等 网络中的 工作站 泛指联网用户的结点 以区别于网络服务器 常由一般的PC机充当 工作站 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 3计算机的特点 1 处理速度快 2 计算精度高 3 具有记忆能力 4 具有逻辑判断能力 5 支持人机交互 第一章计算机基础知识 1 1计算机的发展 分类与应用 1 1 5计算机的发展趋势 1 高度集成化 2 网络化 3 智能化 智能机器人 专家系统 模式识别 多媒体技术 面向对象的程序设计方法 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 1二进制及二进制的运算规则2 采用二进制的原因 电路简单计算机是由逻辑电路组成的 逻辑电路只有两种状态 如开关的接通和断开 晶体管的饱和与截止 电压的高电平与低电平等 运算简单二进制运算法则简单 工作可靠二进制运算规则简单 状态少 数字的存储 传输和处理不易出错 逻辑性强二进制的0和1正好与逻辑代数的 真 与 假 相匹配 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 2八进制与十六进制1 八进制 八进制有八个数码 0 1 2 3 4 5 6 7 进位基数为8 加法运算为 逢八进一 减法运算为 借一为八 八进制的数按权展开表示法 D Qn 1 8n 1 Qn 2 8n 2 Q0 80 Q 1 8 1 Q m 8 m如 317 8 3 82 1 81 7 80 207 10 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 2八进制与十六进制2 十六进制 十六进制有16个数码 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 进位基数为16 加法运算为 逢十六进一 减法运算为 借一为十六 其中 A 10 B 11 C 12 D 13 E 14 F 15 十六进制的数按权展开表示法 D Qn 1 16n 1 Qn 2 16n 2 Q0 160 Q 1 16 1 Q m 16 m如 3C4 16 3 162 12 161 4 160 964 10 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 2八进制与十六进制 各进制数的区别表示 十进制 在数字后加D或不加字母 512D或512 二进制 在数字后加B 1011B 八进制 在数字后加Q 126Q 十六进制 在数字后加H A804H 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 二进制数转换为十进制数 将二进制数按权展开相加即可 二进制的数按权展开的表示法 D Dn 1 2n 1 Dn 2 2n 2 D0 20 D 1 2 1 D m 2 m如 1011 01 2 1 23 0 22 1 21 1 20 0 2 1 1 2 2 8 0 2 1 0 25 11 25 10 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 整数的转换将十进制数反复除以2 直至商为0 然后把第一次相除得到的余数作为最低位K0 最后一次得到的余数作为最高位Kn 1 将每次相除所得的余数按次序排列起来 Kn 1Kn 2 K0 即为所求的二进制数 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 整数的转换例 将 121 10转换为二进制数2121 余数为1 K0 60 121 10 K6K5K4K3K2K1K0 1111001 2 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 纯小数的转换乘二取整法 将十进制的小数乘以2 取乘积的整数部分 作为相应二进制小数点后最高位K 1 然后反复取小数部分乘以2取整数部分 得到K 2K 3 K m 直至乘积的小数部分为零或二进制小数点后的位数达到精度为止 所得的序列0 K 1K 2K 3 K m就是转换后得到的二进制小数 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 纯小数的转换例 将 0 8125 10转换为二进制数 0 8125 2 1 6250 整数部分为1 K 1 0 6250 2 1 2500 整数部分为1 K 2 0 2500 2 0 5000 整数部分为0 K 3 0 5000 2 1 0000 整数部分为1 K 4 0 8125 10 0 K 1K 2K 3K 4 0 1101 2 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 纯小数的转换例 将 0 5773 10转换为二进制数 保留到小数点后6位 0 5773 2 1 1546整数部分为1 K 1 0 1546 2 0 3092整数部分为0 K 2 0 3092 2 0 6184整数部分为0 K 3 0 6184 2 1 2368整数部分为1 K 4 0 2368 2 0 4736整数部分为0 K 5 0 4736 2 0 9472整数部分为0 K 6 0 5773 10 0 K 1K 2K 3K 4K 5K 6 0 100100 2 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换1 二进制数与十进制数的相互转换 十进制数转换为二进制数 对于既有整数又有小数的十进制数 可将其整数部分和小数部分分别转换成二进制数 然后加起来即可 例 将 25 25 10转换为二进制数 整数部分 25 10 11001 2小数部分 0 25 10 0 01 2故 25 25 10 11001 01 2 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换2 八进制 十六进制和十进制数之间的转换 八进制数转换为十进制数 以8为基数按权展开并相加 十进制数转换为八进制数 整数部分除以8取余 小数部分乘以8取整 例 将 207 321 10转换为八进制数 保留小数后4位 207 321 10 713 2442 8 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换2 八进制 十六进制和十进制数之间的转换 十六进制数转换为十进制数 以16为基数按权展开并相加 十进制数转换为十六进制数 整数部分除以16取余 小数部分乘以16取整 例 将 207 321 10转换为16进制数 保留小数后4位 207 321 10 CF 524D 16 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换3 二进制数与八进制数之间的转换 二进制数转换为八进制数 三位并一位 将二进制数以小数点为基准 整数部分从右至左 每三位为一组 最左边的数不足三位 在其左侧补0补足三位 小数部分从左至右 每三位为一组 最右边的数不足三位 在其右侧补0补足三位 最后按组转换成十进制数 连接起来便是转换得到的八进制数 例 将 1010111011 0010111 2转换为八进制数 1010111011 0010111 00 00 1 2 7 3 1 3 4 1010111011 0010111 2 1273 134 8 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换3 二进制数与八进制数之间的转换 八进制数转换为二进制数 一位拆三位 即把每一位八进制数都写成对应的二进制数 三位 连接起来就是转换后得到的二进制数 例 将 2635 45 8转换为二进制数 2635 45 8 10110011101 100101 2 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换4 二进制数与十六进制数之间的转换 二进制数转换为十六进制数 四位并一位 即以小数点为基准 整数部分从右至左 每四位为一组 最左边不足四位的添0补足四位 小数部分从左至右 每四位为一组 最右边不足四位 后面添0补足四位 然后按组转换成十六进制数 连接起来就是得到的十六进制数 例 将 10110101011 011101 2转换为十六进制 010110101011 01110100 5 A 11 B 11 7 4 10110101011 011101 2 5AB 74 16 第一章计算机基础知识 1 2数制与数制转换 1 2 3各进制数之间的转换4 二进制数与十六进制数之间的转换 十六进制数转换为二进制数 一位并拆四位 把每一位16进制数都写成相应的四位二进制数 连接起来就是转换得到的二进制数 例 将 5A0B 0C 16转换为二进制数 0101 1010 0000 1011 0000 5A0B 0C 16 101101000001011 00001100 2 1100 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 1数值信息在计算机内部的表示1 机器数与真值计算机内部的数值均用二进制来表示 通常用一个数的最高位作为符号位 0表示正数 1表示负数 如 18 00010010 18 10010010机器数 在计算机内部使用的 连同符号位一起数字化的数字 真值 机器数表示的真实值 如 机器数10110101 53 十进制 或 0110101 机器数00101010 42 十进制 或 0101010可见 在机器数中 用0 1取代了真值的正负号 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 1数值信息在计算机内部的表示2 有符号数的机器数表示方法 原码 上述机器数表示方法 即最高位表示正负号 数值用二进制绝对值表示的方法 数0的原码表示方法 0 原 000 0 0 原 100 0原码表示简单 直观 与真值间的转换方便 但加减运算不方便 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 1数值信息在计算机内部的表示2 有符号数的机器数表示方法 反码 正数表示与原码相同 负数的反码是将其对应的正数各位 连同符号位 取反得到的 或将其原码除符号位外 各位取反得到的 如 3 反 00000011 8位 3 反 11111100 8位 数0的反码表示方法 0 反 000 0 0 反 111 1将反码还原为真值的方法 反码 原码 真值即当反码的最高位为0时 其后的二进制数值即为真值 且为正 最高位为1时 则为负数 其后的二进制数按位取反才为真值 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 1数值信息在计算机内部的表示2 有符号数的机器数表示方法 补码 正数的补码与原码相同 负数的补码是将其对应的正数各位 连同符号位 取反加1 最低位加1 得到的 或将其原码除符号位外 各位取反加1得到的 如 3 补 00000011 8位 3 补 11111101 8位 数0的补码只有一种 0 补 000 0将补码还原为真值的方法 补码 原码 真值即当补码的最高位为0时 其后的二进制数值即为真值 且为正 最高位为1时 将其各位取反后再加1 所得结果才为真值 且为负 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 1数值信息在计算机内部的表示综上所述 原码 补码 反码的最高位都是表示正负号的 符号位为0表示正数 其余位为真值 符号位为1时表示为负数 其余位除原码外不再是真值 反码需要按位取反 补码需要按位取反后加1才是真值 二进制位数相同的原码 反码 补码所表示的数值范围不同 原码 127 127反码 127 127补码 128 127 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 2字符和文字在计算机内部的表示1 西文信息西文是由拉丁字母 阿拉伯数字 标点符号以及一些特殊符号组成的 统称为字符 Character 所有字符的集合叫做字符集 字符集中的每一个字符都一个代码 字符的二进制表示 目前使用最广泛的西文字符集机器编码是ASCII码 美国标准信息交换码 ASCII码中每个字符都由7位二进制表示 从0000000到1111111 共有128种编码 表示128个不同的符号 其中 10个数字 26个小写字母 26个大写字母 算术运算符号 标点符号 商业符号等 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 2字符和文字在计算机内部的表示2 中文信息 中文的基本组成单位为汉字 目前总数已超过6万多 1981年我国颁布 信息交换用汉字编码字符集 基本集 GB2312 80 包含6763个常用汉字和682个非汉字字符 在计算机内部 每个汉字占2个字节 西文字符占用1个字节 目前较为流行的UNICODE字符集中 中文字符和西文字符均占用2个字节 汉字输入法 全拼 简拼 双拼等 第一章计算机基础知识 1 3信息在计算机内部的表示 1 3 3音频和视频信息在计算机内的表示 音频或视频信息进入计算机前都转化为二进制的数字 由计算机输出的音频或视频信息 也先将二进制的数字转化为音频或视频模拟信息 再传送给声像设备进行播放 计算机内的音频或视频信息转化工作主要由声卡和显卡完成 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 1计算机系统的概念 计算机系统 由计算机硬件系统和软件系统构成的 硬件系统 构成计算机的物理装置 是计算机运行的物质基础 软件系统 由程序和程序运行所需要的数据以及与程序相关的文档组成 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成计算机系统硬件系统由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备组成 1 运算器 是计算机以来进行数据运算的部件 2 控制器 是计算机的指挥系统 运算器 控制器合起来成为中央处理器 CPU 计算机的性能主要取决于CPU 主要功能是取出指令 解释指令和执行指令 还具有进行算术和逻辑运算的功能 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成3 存储器 是计算机中具有记忆能力的部件 用来存放程序代码或数据 分为内存储器 外存储器 1 内存储器 简称内存 分为随机存储器 只读存储器 高速缓冲存储器 随机存储器 RAM 又称主存 是由插在主板上的若干内存条组成 其信息是由电能来维持 断电后其信息就不存在 只读存储器 ROM 又称BIOS 用来存放在无电源的情况下仍保持不变的数据 提供了微机系统的加电自检 功能模块的初始化 系统的基本输入 输出的驱动程序 显示驱动 硬盘驱动 键盘驱动以及通信接口的驱动等 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成 3 高速缓冲存储器 Cache 用来匹配CPU的运算和主存的读写速度的 存放的是CPU在最近时期使用的内容 CPU所需内容大部分从高速缓冲存储器中读取 内部Cache L1Cache 集中在CPU内 容量较小 称为一级Cache 外部Cache L2Cache 一般在主板上 也有和CPU封装在一起的 容量较大 称为二级Cache 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成3 存储器 2 外存储器 简称外存 作为存储数据的一种辅助设备 如计算机硬盘 磁盘 光盘或U盘等 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成4 输入设备 用来向计算机输入信息的部件 如计算机键盘 鼠标 扫描仪 磁带机等 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成5 输出设备 用来从计算机输出结果的部件 如 计算机显示器 打印机 绘图仪等 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成6 其他设备 主板 MainBoard 连结着主机箱内的其他硬件 是其他硬件的载体 CPU 内存 硬盘 光盘驱动器 显示卡等都插接在主板上 根据CPU的不同 分为INTEL类型和AMD类型 CPU插口 内存条插口 显卡插口 网卡插口 硬盘插口 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 2计算机硬件系统的基本组成6 其他设备 主板的I O接口 是CPU与外部设备之间实现信息交换的电路 用来解决主机和外部设备之间的速度 信息格式和时序等方面不匹配的矛盾 硬盘驱动器接口电路板 目前使用EIDE SCSI SATA等接口板 软盘驱动器接口电路板 软驱目前基本已淘汰 显示卡 并行打印机接口电路板 异步通信适配器接口 可接鼠标 绘图仪等设备 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 3计算机软件系统1 系统软件 是管理 监控和维护计算机各种资源使其充分发挥作用 提高工作效率及方便用户的各种程序的集合 包括 操作系统 程序设计语言及解释程序和编译程序 机器的监控管理程序 调试程序 故障检查和诊断程序 数据库系统等 操作系统包括 1 MS DOS 在Windows95之前使用的 文本界面 单用户单任务 2 Windows MS DOS之后出现的图形操作系统 单用户多任务 硬件具有 即插即用 功能 3 UNIX 多用于服务器的一种商业软件 多用户多任务 4 Linux 类似于Unix的操作系统 开放源码 多用于服务器 5 其他类 IBM HP APPLE SOLARISE等 适用于专用的服务器 类似于Unix 第一章计算机基础知识 1 4计算机系统概述 1 4 3计算机软件系统2 应用软件 是为解决用户实际问题而设计 开发的软件 分为 科学计算软件 数据处理软件 过程控制软件 辅助设计软件 第一章计算机基础知识 1 5计算机基本工作原理 1 5 1计算机工作过程1 1946年冯 诺依曼提出计算机组成和工作的设计思想 计算机应包括 运算器 控制器 存储器 输入 输出设备 计算机内部采用二进制来表示指令和数据 每条指令具有一个操作码和一个地址码 操作码表明运算性质 地址码指出操作数在存储器中的位置 将编好的程序和原始数据送入存储器中 启动机器工作 在不需要干预的情况下自动逐条取出指令 自动执行 原始数据 输入设备 运算器 存储器 控制器 输出设备 输出结果 第一章计算机基础知识 1 6计算机常用基本常识 1 6 1存储容量单位1 比特 Bit 又称 位 是计算机最小的数据单位 二进制数的一位所包含的信息就是1比特 如二进制数0101就是4比特 2 字节 Byte 计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位 用字母 B 表示 为8位二进制位 3 千字节 KB 1024个字节 Byte 4 兆字节 MB 1024个千字节 KB 5 吉字节 GB 1024个兆字节 MB 转换关系 1字节 B 8比特 Bit 1KB 210B 1024B1MB 220B 210KB 1024KB1GB 230B 210MB 1024MB1TB 240B 21