大学计算机基础电子教案PPT课件

-,1,电子教案,大学计算机基础,计算机与信息科学学院计算机基础系,-,2,课程说明,教学安排：上课2+上机2/周上课：618周上机：718周教学大纲：全国高等学校（重庆考区）非计算机专业计算机等级考试一级考试大纲考试要求：1非音、体、美及艺术专业学生期末全校统一考试；2音、体、美及艺术专业学生要求参加全国高等学校（重庆考区）非计算机专业学生计算机等级考试一级考试教学网站：计算机基础教学网JSJJC.CQNU.EDU.CN,-,3,目录,第1章计算机基础知识第2章操作系统平台第3章办公软件第4章多媒体技术基础第5章计算机网络技术第6章数据库与软件工程简介第7章计算机信息技术,-,4,第1章计算机基础知识,返回,结束,计算机技术,计算机系统组成,计算机信息处理,-,5,1.1计算机技术,1.1.1计算机的发展和展望1计算工具的演变,算筹算盘计算尺加法器计算器分析机,-,6,1834年，巴贝奇在研制差分机的工作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机的计算机的可能性，他把这个未来的机器称为分析机。,查尔斯.巴贝奇,巴贝奇设计的分析机有3个主要部分：第一部分是由许多轮子组成的保存数据的存储库；第二部分是对数据进行各种运算的装置；第三部分是对操作顺序进行控制，并对所要处理的数据及输出结果加以选择的装置，它相当于现代计算机的控制器。同时，在多年的研究制造实践中，巴贝奇写出了世界上第一部关于计算机程序的专著。巴贝奇是国际计算机界公认的、当之无愧的计算机之父。,-,7,计算机科学的奠基人是英国科学家艾兰图灵（AlanMathisonTuring，19121954）。在二战期间，为了能彻底破译德国的军事作密电，图灵设计并制成了真空管机器Colossus，多次成功的破译了德军作战密码，为反法西斯战争做出了卓越的贡献。他在计算机科学方面的主要贡献有两个：一是建立了图灵机（TuringMachine，TM）模型，奠定了可计算理论的基础；二是提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。,阿兰.图灵,为纪念图灵对计算机科学做出的贡献，美国计算机学会（ACM）于1966年创立了“图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域中做出突出贡献的研究人员，目前是计算机科学的最高奖，被称为“计算机界的诺贝尔奖”。,-,8,另一个也被称为现代计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯诺依曼（VonNeumann，19031957）。他和他的同事们研制出了人类第二台计算机EDVAC，对后来的计算机在体系结构和工作原理方面都产生了重大影响。在EDVAC中采用了“存储程序”的概念，以此概念为基础的各类计算机统称为冯诺依曼机。,冯.诺依曼,六十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应有领域等各方面都与当时的计算机产生了很大差别，但其基本结构并没有变，都属于冯诺依曼机。但是，冯诺依曼自己也承认，他的关于计算机“存储程序”的想法都来自图灵。,-,9,2计算机的发展史,世界上公认的第一台电子计算机于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，取名为ENIAC（ElectronicNumericIntegratorandCalculator），即电子数字积分计算机，两位主要研制人为莫契利（J.Mauchiy）和埃克特（J.Eckert）。在ENIAC的实际制造过程中，莫契利是总设计师，埃克特则承担总工程师的角色。ENIAC大约由18000个电子管、1500个继电器组成，每小时耗电100150KW，占地170平方米，重50吨，平均每秒运算5000次浮点加法。第一台计算机尽管体积庞大、耗电量高、运算速度慢，但是，它奠定了计算机发展的技术基础，在诞生之后的50多年时间里，其飞速发展，很快成为一个产业，即计算机产业。,-,10,ENIAC本身存在两大缺点：一是没有存储器；二是没有太明晰的CPU概念。ENIAC的发明仅仅表明计算机的问世，对为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础。,第一台计算机ENIAC,第一款商用计算机是1951年开始生产的UNIVAC计算机。1948年12月，ENIAC的两个发明人莫契利和埃克特创立了自己的计算机公司“埃克特莫契利计算机公司”（EMCC），生产UNIVAC计算机，于1951年6月14日正式移交给了美国人口普查局，用于公众领域的数据处理。莫契利和埃克以及他们的UNIVAC奠定了计算机工业的基础。,-,11,从1946年第一台计算机诞生以来，计算机的体积不断变小，但性能、速度却在不断提高。按其采用的物理元件，一般将现代计算机的发展分成以下几个阶段。第一代计算机（19461957年）电子管时代,第二代计算机（19581964年）晶体管时代,第三代计算机（19651970年）中小规模集成电路时代,第四代计算机（1971年至今）大规模集成电路时代,第五代计算机智能型时代一般认为，第五代计算机（即智能型计算机）应具有以下几方面功能：具有处理各种信息的能力。能对声音、文字、图象等形式表达的信息进行识别处理。具有一定的学习、联想、推理和解释问题的能力。具有对人类自然语言的基本理解能力和对自然语言编写的程序的处理能力。,-,12,3微型计算机的发展,微型计算机诞生于20世纪70年代，是发展最为迅猛、变化最为迅速的高新科技之一。微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据储存容量、指令系统和软件配置等方面的不同。微型计算机具有体积小、价格低、可靠性强、操作简单等特点。通常，将微型计算机的CPU芯片称做微处理器。微型计算机的发展是与微处理器的发展是同步的。1965年4月9日，时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的戈登摩尔（GordonMoore，Intel公司的创始人之一）提出了著名的摩尔定律：计算机的CPU性能“每隔18个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，而其价格将降低一半”。这一定律量化和揭示了微型计算机的这一独特的发展速度，而如今这一翻番的周期以缩短为12个月甚至更短。,-,13,高速化Intel公司最新推出的64位Pentium4531处理器主频达到3.0GHz。超小型化小巧、方便和易于携带一直是微型计算机的发展方向，最典型的标志是笔记本式计算机和PDA的流行。多媒体化体现在全新的多媒体处理芯片的设计、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。网络化网络计算机、具有连网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。人机界面更友好，诸如手写输入、自然语音输入等技术将进一步完善，计算机将成为人类最友好的朋友和最容易使用的现代工具。,今后，微型计算机的发展方向是：,-,14,4计算机的新技术,计算机新技术的发展日新月异。从现今的技术角度来说，在21世纪初将得到快速发展并具有重要影响的新技术有嵌入式计算机、云计算和中间件技术等。,1）嵌入式计算机,2）云计算云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等计算机技术和网络技术发展融合的产物。,3）中间件技术,-,15,5计算机的发展趋势,光计算机是利用光作为信息传输介质的计算机，具有超强的并行处理能力和超高速的运算速度，这是现代计算机望尘莫及的。目前，光计算机的许多关键技术，如光存储技术、光存储器、光电子集成电路等都已取得重大突破。生物计算机（分子计算机）采用由生物工程技术产生的蛋白质分子构成的生物芯片。在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力。量子计算机是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。刚进入21世纪之际，人类在研制量子计算机的道路上取得了新的突破。美国研究人员已成功地实现了4量子位逻辑门,取得了4个锂离子的量子缠结状态。,-,16,1.1.2计算机的特点、分类及应用1计算机的特点,第一台计算机诞生至今仅有六十多年时间，其发展之迅速、应用之广泛，是与计算机本身所具有的特点密不可分的。其特点主要表现在：,运算速度快存储能力强计算精度高、可靠性强具有逻辑判断能力运行自动化通用性强信息处理的有力工具,-,17,2计算机的分类,计算机按其规模可分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、服务器等。这里的规模并不是单纯的体积，而是计算机的运算速度、字长、存储容量、指令系统类型、输入输出能力、软件配置等各方面性能指标的综合。,3计算机的应用,随着计算机的迅猛发展，其应用领域已渗透到国民经济各个部门及社会生活的各个方面。其应用主要体现在以下几个方面：,科学计算信息处理过程控制多媒体应用电子商务,计算机辅助工程CAD、CAI、CIMS网络应用智能模拟人工智能（AI）和虚拟现实,-,18,1.2计算机系统组成,随着计算机技术的飞速发展，计算机应用已渗透到社会的各个领域。为了更好地使用计算机，必须了解计算机系统的硬件、软件、工作原理等相关基本知识。,1.2.1计算机系统的组成,一个完整的计算机系统是由硬件系统（简称硬件）和软件系统（简称软件）两大部分组成的，如下图所示。,-,19,-,20,硬件是指构成计算机中的物理设备实体，如计算机的中央处理器（又称CPU，由运算器与控制器组成）、内外存储器、输入设备和输出设备等。软件是指计算机所使用的各种程序的集合及有关的文档资料，这些程序是用计算机语言编制的，它包括计算机本身运行所需的系统软件和用户为解决某应用领域的实际问题所需的应用软件。在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。,计算机系统的硬件和软件是相辅相成，缺一不可的。硬件是基础，硬件本身只是一台“裸机”，无法工作；软件是灵魂，只有硬件本身，而没有相应软件的机器就无法工作。只有当硬件和软件很好地协调配合，才能有效地发挥计算机所具有的功能，来解决用户需要解决的实际问题，达到为用户服务的目的。,-,21,1.2.2硬件系统,1946年，美籍匈牙利数学家冯诺依曼在一篇题为关于电子计算机逻辑设计的初步讨论的学术报告中，提出了“存储程序”的概念，并且进行了论证。其主要观点可归结为：计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成的体系结构；计算机中处理的数据模型是由二进制数所表示的指令和数据；将事先编制好的程序和原始数据一并存入计算机的存储器中，启动计算机，在不受人工干预的情况下，计算机自动地、高速地从存储器中取出指令并且执行（被归纳为：二进制、存储程序、程序控制）的思想。,-,22,冯诺依曼的上述思想奠定了现代计算机体系结构的基础。六十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应有领域等各方面都与当时的计算机产生了很大差别，但其基本结构并没有变，所以，现代计算机又统称为冯诺依曼计算机。,-,23,1运算器,运算器由数据寄存器、累加器、算术逻辑部件、辅助电路等组成，主要功能是算术运算和逻辑运算。计算机中最主要的工作是运算，大量的数据运算任务是在运算器中进行的。运算器又称算术逻辑单元（ALU）。,2控制器,控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序部件和微操作控制部件等组成，是计算机的“神经中枢”和“指挥中心”，它从内存依次取出指令，对其译码，并按每条指令所规定的功能，向整个系统发出相应的控制信号，实施对其他部件的控制，使计算机各部件统一协调地动作。,-,24,3存储器,存储器的功能是用来存放程序和数据，是计算机中各种信息存储和交流的中心。可根据需要随时向存储器存取数据，其中，将信息存入存储器中称为“写”存储器；从存储器中取出信息称为“读”存储器。存储器是由许多存储单元组成的，为使计算机能识别这些单元，给每个单元一个编号，称为“地址”，计算机就是根据地址来访问存储器的。就如同在旅馆中要知道某人所住的唯一房间号，才能找到该人一样。存储器分为内存储器和外存储器两种。,-,25,1）内存储器内存储器简称内存，又称主存储器，通常由半导体材料制成。用户通过输入设备输入的程序和数据送入内存；控制器执行的指令和运算器处理的数据取自内存，运算的中间结果和最终结果保存于内存；输出设备输出的信息来源于内存；内存中的信息如要长久保存应送到外存储器中。总之，内存要与计算机的各个部件打交道，进行数据传送。因此，内存的存储速度直接影响着计算机的运算速度。内存储器分为只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、高速缓冲存储器（Cache）。,-,26,只读存储器（ReadonlyMemory，ROM）容量较小，通常用来存放一些不能改写而用于管理机器本身的监控程序和其它基本的服务程序。它存储的信息一般是厂商在制造时写入的。如主板上的基本输入输出系统BIOS（BasicInput/OutputSystem）。BIOS是一个小型指令集合，在开机时，CPU首先执行BIOS中的指令来搜索磁盘上的操作系统文件。早期ROM不能修改或更新数据，而今天随技术的发展，ROM中数据已经可以更新。随机存储器（RandomAccessMemory，RAM）是一种既可“读”又可“写”，断电后数据会丢失的存储器。相对于ROM来说，RAM容量较大，是通常所说的主存储器。高速缓冲存储器（Cache）是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁，用于解决它们之间的速度冲突问题。,-,27,2）外存储器外存储器简称外存，又称辅助存储器，主要用来长期存放“暂时不用”的程序和数据。通常外存不和计算机的其他部件直接交换数据，只和内存RAM交换数据。常用的外存有硬盘、光盘、优盘等。存储器容量是指存储器中存储数据的最大容量，其基本单位是字节（Byte，B），每个字节由8个二进制位（bit）组成，即1B=8bit。为了方便描述，比字节大的容量单位还有：KB、MB、GB、TB。其换算关系为：1KB=210B=1024B，1MB=220B=1024KB，1GB=230B=1024MB，1TB=240B=1024GB。外存储器与内存储器相比，具有存储容量大、性价比高、脱机情况下可永久保存信息等优点，但速度较内存储器慢得多。,-,28,输入设备用来向计算机内存输入数据和程序，能将输入的信息转换为计算机可以识别的形式（二进制）存放到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。,4输入设备,5输出设备,输出设备用来将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音响等。输入设备和输出设备简称I/O设备，又称为外部设备。,-,29,1.2.3计算机的工作原理,根据冯诺依曼机“存储程序”的概念，计算机的工作过程实际上就是执行指令和程序的过程。,程序是指能完成特定功能的一组指令的有序集合。计算机按照程序设定的指令依次执行，并完成对应一系列操作，这就是程序执行的过程。,1指令和程序,指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，完成某一特定的操作。一条指令由操作码和操作数两个部分组成。一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。不同的计算机类型，其指令系统的指令条数也不同。一般指令系统可分为五种类型：数据传送、数据处理、程序控制、输入输出、状态,-,30,2计算机的工作原理,计算机工作过程的实质就是依次执行指令的过程，因为控制器对各部件的控制都是通过指令实现的。一般地，一条指令的执行过程如下：取指令根据当前控制器中程序计数器的指令起始地址值,从内存中取出指令送到控制器的指令寄存器存储起来。分析指令将指令寄存器中存放的指令送往指令译码器，对操作码进行译码，即将指令的操作码转换成相应的控制电位信号，由地址码确定操作数地址。执行指令由操作控制部件发出完成该操作所需要的一系列控制信息，驱动相应部件完成该指令所要求的操作。程序计数器自动加1为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。,-,31,1.2.4软件系统,软件系统是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和我维护这些程序所需要的文档的集合。通常将软件分为系统软件和应用软件两大类。,1系统软件,系统软件是指管理、控制、监视、维护计算机系统正常运行的各类程序集合，是用户与计算机间联系的桥梁。一般地，系统软件通常包括操作系统、程序设计语言、语言处理程序、各种服务程序和数据库管理系统等。,1）操作系统操作系统是指管理机器、管理用户、合理调度计算机全部软硬件资源的程序集合。其主要的功能是进行CPU管理、存储管理（内存管理）、文件管理、设备管理和作业管理（即用户程序调度管理）等。,-,32,2）程序设计语言,机器语言机器语言是指用计算机能识别的0、1指令代码表达的程序设计语言，即是由一系列机器指令所构成的。机器语言是计算机唯一能直接识别和执行的计算机语言。,汇编语言汇编语言是指用一些能反映指令功能的助记符来表达机器指令的符号式语言。,高级语言高级语言是用类似于人们熟悉的自然语言和数学语言形式来描述解决实际问题的计算机语言，是独立于机器的一种程序设计语言。,-,33,第四代程序设计语言第四代程序设计语言简称4GL，是面向问题的、非过程化的程序设计语言。使用这种语言设计程序时，用户不必给出解题过程的描述，仅需要向计算机提出所要解决的问题就可以了，至于如何完成、采用什么算法和代码等则是计算机软件的问题。为了更好地用计算机来描述、表达和处理现实世界的对象，提出了面向对象（非过程化）的高级程序设计语言，一般将其归为第四代程序设计语言。比较常见的有：C+、VisualBASIC、VisualC+、JAVA（一种新型的跨平台的面向对象程序设计语言，适用于网络应用开发）等。,目前，常见的高级语言有：BASIC、FORTRAN、PASCAL、C语言等，这些均是面向过程的高级程序设计语言。,-,34,3）语言处理程序,源程序用汇编语言或高级语言编制的程序叫源程序。目标程序目标程序是指源程序经过翻译加工后得到的机器语言程序，可由计算机直接执行。目标程序也被称为目标代码、目的程序或结果程序。,语言处理程序是指将源程序翻译成机器能识别的目标程序的系统程序。“翻译程序”通常有汇编、编译和解释三种类型。一般的翻译过程如图所示。,-,35,4）服务程序服务程序是专门为系统维护及使用进行服务的一些专用程序。常用的服务程序有：系统设置程序、诊断程序、纠错程序、编辑程序、文件压缩程序、防病毒程序等。,5）数据库系统（DBS）数据库系统由数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）、数据库应用软件、数据库管理员和硬件等组成。目前，常用的数据库管理系统有Access、VFoxPro、SQLServer、Oracle、Sybase等。利用数据库管理系统的功能，设计、开发符合自己需求的数据库应用软件，是目前计算机应用最为广泛并且发展最快的领域之一。,-,36,2应用软件,应用软件是指用户在各自的业务领域中开发和使用的解决各种实际问题的程序集合。目前，应用软件可分为专用应用软件和通用应用软件两种。随着计算机应用领域的扩大，应用程序越来越多。通用软件和专用软件之间一般没有较严格的界限。,目前，广为流行的有以下几类软件：,办公自动化软件动画制作软件图形图像处理软件网页制作软件多媒体制作软件Internet服务软件,此外，还有为财务管理、工资管理、人事管理、学籍档案管理、辅助教学、娱乐活动等开发的各种软件。,-,37,1.2.5微型计算机的硬件系统,1主板,2中央处理器CPU,运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU。在微机中，运算器和控制器不是两个独立的部件，而是被集成在一块芯片上，构成微处理器。CPU是计算机运行的核心，是计算机的中枢神经，无论是内部操作还是外部操作，都离不开CPU的运算、判断和处理。因为系统的所有计算、比较和判断都是在CPU内完成的。,CPU有通用CPU和嵌入式CPU两种类型。通用和嵌入式的区别，主要在于应用模式的不同。,-,38,3存储器,1）内存储器内存储器是数据和代码的临时存放设备，存放输入/输出数据以及CPU进行计算、处理的数据，一般为半导体存储器。内存储器又可分为RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）和高速缓冲存储器（Cache）。,2）外存储器为了能存储器更多的数据，就需要配置磁盘、磁带、光盘、优盘等外部存储器。外存中的数据一般不能直接送到运算器，只能成批地将数据先送到内存，在进行处理。,硬盘软盘存储器光盘优盘,-,39,输入设备将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。,4输入设备,键盘鼠标扫描仪光笔数字化仪游戏操作杆,5输出设备,输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等形式显示、打印或播放出来。,显示器CRT、LCD打印机针式、喷墨、激光绘图仪,-,40,6IO总线与接口,1）I/O总线I/O总线是计算机中的传输数据信号的通道。总线的传输方式是并行的，所以也称并行总线。在IO总线上通常传输数据、地址和控制三种信号，分别称为数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。,2）计算机与外部设备的接口外部总线通常以接口形式表现，是外部设备与计算机连接的端口。串行接口并行接口并行接口和串行接口都必须在软件控制下才能按需要输入或输出数据。,USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）接口USB接口支持热插拔、即插即用功能，传输速率较高，是目前外部设备与主机相连的主流接口方式。,-,41,1.2.6计算机系统的性能指标,要全面衡量一台计算机系统的性能需要考虑系统结构、指令系统、硬件的配置、软件的配置等诸方面因素，以下技术指标是主要考虑对象。,1字长,2运算速度,3内存容量,4指令和指令系统,5外部设备配置,6软件配置,7可靠性与性价比,-,42,1.3计算机信息处理,1.3.1数制,1数制及常用数制间的对应关系,所谓数制（也称进位计数制）是指用一组固定的数字符号、按照一定的运算规则、由低位到高位进位来表示数的一种计数方法。在一种数制中，只能使用一组固定的数字符号来表示数目的大小。通常，把某数制所使用的数字符号个数称为该数制的“基数”，基数的方幂称为“位权”（简称“权”，对应数位相对大小）。对任何N进制，都有一套统一的运算规则（即采用“逢N进一”的原则）。,-,43,在计算机系统中，除人们日常使用的十进制外，还有二进制、八进制、十六进制。常用进制数的表示如表所示。,-,44,2不同进制数之间的转换,1）二、八、十六进制数转换成十进制数将二、八、十六进制数转换成十进制数的一般方法是使用以下公式完成：,(N)JNn-1Nn-2N1N0N-1N-mNn-1Jn-1Nn-2Jn-2N1J1N0J0N-1J-1N-mJ-m其中，J为基数，依次取2、8、16；Ni为各数位，Ji为对应数位的位权。,为区分不同数制表示的数，在书写时采用字母B（Binary）表示二进制、字母O（Octal）或Q表示八进制、D（Decimal）表示十进制、字母H（Hexadecimal）表示十六进制。,-,45,2）二进制与八、十六进制的转换二进制八（十六）进制：整数部分从个位开始向左每三位（四位）一组，不足三（四）位则前补0；而小数部分从小数点后第一位开始向右每三位（四位）一组，不足三位（四位）则后补0（注意，整数在最左面补0，小数在最右面补0）；然后，每组均用对应的八（十六）进制位表示，按原来顺序连接即得到与之等价的八（十六）进制数。八（十六）进制成二进制：该数的每位均用相应的三位（四位）二进制表示连接起来即可。注意：每位均应表示成三位（四位）二进制代码，只有转换完毕后，整数部分最高位为0与小数部分最低位为0时才可省略。,-,46,3）十进制数转换成二、八、十六进制数将十进制数转换为二、八、十六进制数时，可将此数分成整数部分与小数部分分别进行转换，然后再拼接起来即可。整数部分：通常采用“除基数取余”法，即用十进制数的整数部分反复除以基数取余数，直到商是0为止，将每次所得余数按先后顺序依次由低到高位排列即可得该进制数。小数部分：通常采用“乘基数取整”法，即用十进制数的小数部分依次乘以基数，分别取出相乘所得整数部分，直到满足要求的精度或小数部分是0为止，将所得整数按先后顺序依次组成小数后的各位。,-,47,3计算机中采用二进制的原因,人类最直接的计数工具是手指，所以，人们在日常生活中采用十进制计数，而计算机采用二进制作为它内部计数的基本代码，也是由于计算机采用的元器件以及二进制数的特点所决定的，主要有以下三个方面的原因：,物理元件性能所致运算简单逻辑运算,由于计算机中使用的二进制数通常位数比较多，读和写时容易出错，因此，人们又采用八、十、十六进制的方法来书写其数值。必须明确一点：真正由计算机可以直接存贮和处理的数只能是二进制形式表达的。,-,48,1.3.2数值数据的处理及运算,1数的编码表示,在计算机中，由于只有0和1两种形式，为了表示数学上的正数和负数，就需要将数的符号用0和1进行编码。不管是字长为8、16、32、64位的计算机，通常把一个数的最高位定义为符号位，用0表示正，1表示负，称为符号位，其余位仍表示数值大小。,将一个数在计算机内的表示形式统称为“机器数”。在以下的示例中，我们将以数值数据在8位机中的表示和运算为例进行说明，对于其它字长的计算机，其处理方法完全类似。例如十进制正数11，其二进制数为+0001011，在计算机中表示为：00001011；十进制负数-21，其二进制数为-0010101，在计算机中表示为：10010101。,-,49,2数的原码、反码、补码及运算,数值在计算机内采用符号数字化后，计算机就可识别和表示符号位了。但若将符号位同时和数值参加运算，由于两个操作数符号的问题，有时会产生错误的结果；否则就要考虑计算机结果的符号问题，但这将增加计算机实现的难度。,显然，运算结果出错。若要考虑符号位的处理，则运算变得比较复杂。为了解决此类问题，在机器数中，引入了原码、反码和补码的概念。并且，计算机系统规定，任何两个数之间的算术运算，都是通过其补码求和来实现的，符号位也参与求和运算。为了简单起见，我们以整数为例进行说明。对于含有小数的实数，处理方法完全类似，这里就不再介绍了。,-,50,对于一个整数M（正数、负数均可），其原码、反码和补码规定为：原码：数符位0表示正，1表示负；其数值部分就是M绝对值的二进制表示。通常书写时用M原表示M的原码。反码：对于正数反码与原码相同；对于负数，数符位为1，其数值位M的绝对值取反，即0变为1、1变为0。通常书写时用M反表示M的反码。补码：对于正数，与原码、反码相同；对于负数，数符位为1，其数值位M的绝对值取反后+1，即为反码+1。通常书写用M补表示M的补码。,在补码表示方法中，数字“0”有唯一的编码：+0补=-0补=00000000因而可用多出来的一个编码“10000000”来扩展补码所能表示的数值范围，即将负数最小-127扩大到-128。,-,51,利用数的补码可以方便地进行运算。7-9=7+(-9)的运算如下：,运算结果补码为：11111110，符号位为1，即为负数。以知负数的补码，要求其实际值，只要将数值位再求一次补就可得其原码：10000010，再转换为十进制数，即为-2，运算结果正确。,-,52,-7+(-9)的运算如下：,运算结果丢弃高位1，得补码为：11110000，与上例求法相同，获得-14的运算结果。请用以上方法计算：7+9、-7+9，看看运算结果是否正确？,由此可见，利用数值的补码可方便地实现正、负数的加法运算，规则简单。也就是说，减法可以通过加法来实现（在CPU的运算器中只有累加器即加法器，而没有减法器）。在数的有效范围内，符号位如同数值一样参加加法运算，也允许最高位的进位（被丢失），所以使用较广泛。,-,53,3定点数和浮点数,对于上面介绍的数值数据的正、负号编码方式，满足了对整数的处理。而含有小数的实数又是如何处理的呢？在计算机中，对于实数的处理有两种方式：定点数和浮点数。,-,54,定点数定点数是约定小数点隐含在某一位置。一般有两种，一种是小数点位置固定在数的最后为定点纯整数；另一种是小数点位置固定在符号位之后，即数值位之前为定点小数，这两种方式均称为定点数。,浮点数实际存储数据和计算时定点数是不方便的，范围也是有限的，因此通常采用浮点数进行表示，即指数形式。在数学中，任意一个实数可以用指数形式表示为：=10其中，是尾数，前面的“”表示数符；是阶码，前面的“”表示阶符。例如实数34.56可以表示为多种指数形式，如0.3456102、3456101、3456102等，由于小数点是浮动的，所以在计算机中称为浮动数。,-,55,为了便于计算机中小数点的表示，规定将浮点数写成规格化的格式，即尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。上例0.3456102就是实数34.56的规格化格式表示。同样，任意二进制规格化后的浮点数表示形式为：=2P它在计算机内的存储形式可表示如下：,阶码只能是一个带符号的整数；尾数表示数的有效部分，是纯小数，其本身的小数点约定在数符和尾数之间。由此可见，浮点数是定点整数和定点小数的混合。在浮点数表示中，数符和阶符都各占一位，阶码的位数表示数的范围，尾数的位数表示数的精度。,-,56,1.3.3西文字符处理,对于西文字符数据的处理，主要表现在对于英文字母的处理。目前，国际上广泛采用美国标准信息交换码来表示英文字符，简称ASCII码标准集，如表1.5所示。对于其它西文字符，则使用ASCII码扩展集进行处理。在ASCII码标准集中，每个字符都用1个字节的低7位二进制代码来表示。因此，其基本集包括128个不同字符，其编码范围为0000000到1111111（即ASCII码值为0到127）。,ASCII的机器内码为每个字符占一个字节，其最高位被作为奇偶校验位。一般情况下，不需要记住各种字符的ASCII码，但应记住常用字符：数字、大写字母、小写字母是连续且有序的。其中，字符0、A、a的ASCII码十进制分别为48、65、97，十六进制分别为30H、41H、61H。,-,57,1.3.4中文信息处理,我国用户在使用计算机时，一般都要对汉字信息进行处理，因此，必须解决汉字信息的输入、编码存储、运算传输、输出等处理存在的问题。汉字信息处理过程是将中文信息通过键盘以外码形式输入计算机；由中文操作系统中的输入处理程序把外码翻译成相应的交换码及内码（机内码的简称），并在计算机内部进行存储和处理；然后，再由输出处理程序查找字库，按中文内码需要显示的调用相应的字形码（又称字模），并送到输出设备进行显示和打印，如图所示。,-,58,可见，汉字信息在计算机中都以内码形式进行统一存储和处理。无论使用哪种中文操作系统和汉字输入方法，用户输入所有中文字符的外码都会通过中文操作系统的输入处理程序翻译成惟一的内码。这种内码的惟一性是不同应用程序之间进行信息交流的基础。编辑或存储一篇文章时，实际处理的是汉字内码而不是外码。一篇汉字文稿可以看成是存储在计算机中的一连串汉字编码，而每个汉字编码占两个字节。因此，我们常说一个汉字占2B的存储空间，存储N个汉字需要2NB的存储空间。,由于汉字和字符的内码是惟一的，与所用的输入方法和中文操作系统无关，所以，可以在不同应用程序之间进行信息交流。,-,59,汉字输入码（也称外码）是计算机输入汉字的编码，代表一个汉字的一组键盘符号。汉字的输入方法不同，同一汉字的输入码可能也不同。输入码通常在汉字录入时使用，相对于计算机内存储和处理数据用的内码而言，被称为外码。汉字的输入码一般从汉字的3要素（即音、形、义）入手，根据汉字的发音、字形等特征，用适当的字符和数字进行表示，从而构成了汉字的输入编码。目前，汉字外码的编码方案很多，按编码方法的不同可分为四大类：流水码（又称顺序码）：国标码、区位码等；音码：全拼、双拼、紫光拼音等；形码：五笔字型、极品五笔、表形码等；音形码：智能ABC、自然码等。,1汉字输入码,-,60,1）GB2312-80汉字字符编码为了适应汉字信息处理技术日益发展的需要，我国国家标准局于1980年底发布了信息交换用汉字编码字符集（基本集），简称GB2312-80（也称为国标汉字编码或国标基本集），适用于我国大陆，也是中文的国际标准编码。在GB2312-80字符集中，搜集了7445个汉字、字母、图形等符号，其中纯汉字6763个。根据汉字使用频度分为两级：一级汉字3755个（为常用字，按拼音字母顺序排列，同音字以笔形横、竖、撇、点（捺）、折为序）；第二级汉字3008个（次常用字，按偏旁部首排列，与新华字典用的部首顺序基本相同）。,2汉字交换码,-,61,每个汉字的编码占两个字节，使用每个字节的低7位，共计14位，最多可编码214个汉字及符号。国标汉字编码中，规定纵向为093行（行号为区号），横向也是093列（列号为位号），按94行94列组成一张二维表中（最多可表示的字符个数为8836个，而国标码只收集了7445个符号，表中的空位可作为扩充之用）。由区号和位号构成区位码。例如，“中”位于第54区48位，区位码为5448。为了避开ASC中的控制码，区号和位号各加32就构成了国际码，这是为了与ASC码兼容，保证每个字节值大于32（032为非图形字符码值）。所以，“中”的国际码为8680。,2）GBK码3）Unicode码4）CJK码5）BIG5码6）GB18030码7）USC码,-,62,汉字的机内码简称内码，是汉字在计算机内部存储、处理、传输时使用的编码。一般用两个字节存储一个汉字的机内码。在西文系统中没有交换码与机内码的区别，以ASCII编码为机内码来设计计算机系统。ASCII编码的每字节最高位置为0，为使汉字编码与ASCII码相区别，通常把GB3210-80中汉字交换码（即国标码）两字节的最高位均置为1，就得到了相应汉字的机内码。,3汉字机内码,汉字的双字节机内码与汉字国标码有固定的一一对应关系。例如：“中”国标码对应的二进制为（0101011001010000），相应十六进制为5650H，对应机内码二进制为（1101011011010000）,相应十六进制为D6D0H。所以，汉字的双字节机内码与汉字国标码的对应关系。关系如下：国标码（十六进制）+8080H=机内码（十六进制）,-,63,4汉字字形码及字库,汉字字形码又称汉字字模，用于在显示屏或打印机输出汉字。汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。用点阵表示字形时，汉字字形码指的就是汉字字形点阵的代码。根据输出汉字的要求不同，点阵的多少也不同。简易型汉字为1616点阵，提高型汉字为2424点阵、3232点阵、4848点阵、6464点阵等。书中图显示了宋体“水”字的6464点阵字形，有有笔划的位置用1表示、无笔划的位置用0表示，一个网格位置占一个bit，按从左到右、从上到下用6464个二进制位表示出来的代码就是其字形码。,点阵规模愈大，字形愈清晰、美观，所占存储空间也就越大。,-,64,如果用1616点阵来表示一个汉字，则存储该汉字需要256bit的存储空间，共需要256/8=32B，两级汉字需占用326763/1024KB的存储空间。而存储一个2424汉字需要576bit，共576/8=72B。因此，字模点阵只能用来构成“字库”，而不能用于机内存储。字库中存储了每个汉字的点阵代码，当显示输出时才检索字库，输出字模点阵得到字形。矢量表示方式存储的是描述汉字字形的轮廓特征，当要输出汉字时，通过计算机的计算，由汉字字形描述信息生成所需大小和形状的汉字点阵。矢量化字形描述与最终文字显示的大小、分辨率无关，因此可产生高质量的汉字输出。点阵和矢量方式区别是，前者编码、存储方式简单、无需转换可直接输出。但字形放大后的效果差；矢量方式特点正好与前者相反。,结束,返回,-,65,第2章操作系统平台,操作系统基础,WindowsXP基本知识,WindowsXP基本操作,WindowsXP资源管理,WindowsXP的常用软件简介,结束,返回,-,66,操作系统合理地组织计算机的工作流程，向用户提供操作使用计算机的各种命令。有了操作系统，用户无需了解计算机的硬件特性和软件运行的复杂过程，只需通过键盘输入操作命令或者用鼠标点击各种菜单提供的功能，就可控制、指挥计算机执行程序，完成相应操作。一台没有任何软件支撑的计算机称为裸机。人们直接在裸机上编制、运行程序是非常困难的，且效率非常低。操作系统直接运行在裸机之上，是对计算机硬件系统的第一次扩充，在操作系统的支持下，用户才能简单、直观、快捷地操作计算机，计算机才能更好地运行其他的各种软件。,2.1.1操作系统的概念,2.1操作系统基础,-,67,按照资源管理的观点，人们把操作系统的功能分为5大功能：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理。处理器管理按一定策略把处理器分配给程序运行，尽可能提高系统运行效率。存储器管理负责内存空间的扩充、分配和管理，使内存空间得到充分利用，并保证内存中各程序之间的信息互不干扰、破坏。设备管理对各种外围设备进行控制和管理，包括设备的分配、启动和故障处理等。文件管理负责处理系统中各种文件的存储、检索、修改等操作，以及解决文件的共享、保护、保密等问题。作业管理为用户提供操作使用计算机的手段，便于用户有效、方便地去组织和控制自己的作业运行。,-,68,2.1.2操作系统的分类,目前操作系统种类繁多，很难用单一标准统一分类。常见的分类方法有：根据操作系统的使用环境和对作业的处理方式，可分为批处理系统、分时系统、实时系统。根据所支持的用户数目，可分为单用户操作系统和多用户操作系统。根据同时可运行的任务数量，可分为单任务操作系统和多任务操作系统。根据计算机硬件结构，可分为网络操作系统和个人计算机操作系统根据用户对话的界面，可分为命令行界面操作系统和图形界面操作系统。,-,69,需要指出的是，一个具体的操作系统，可能具有上面多种分类的特点。比如，WindowsXP是一个基于分时系统的，使用图形界面的，单用户、多任务个人计算机操作系统。下面简要介绍经常提及的几个操作系统类别。批处理系统在批处理系统中，用户可以把程序、数据等组成的作业成批地输入系统，然后不再与作业发生交互作用，直到作业运行完毕。然后根据作业的输出结果分析作业运行情况，确定是否需要进行适当修改再次上机。分时操作系统分时操作系统将CPU的时间划分成时间片，轮流接收和处理不同用户从终端输入的命令。由于计算机运算的高速性和并行工作的特点，使得每个用户感觉不到别人也在使用这台计算机，就好像他独自使用这台计算机一样。,-,70,实时操作系统实时操作系统对信号的输入、计算和输出都能在规定的时间范围内完成。也就是说，计算机对输入信息要以足够快的速度进行处理，并在确定的时间内做出反应或进行控制。超出规定时间范围就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。根据具体应用领域的不同，又可以将实时操作系统分成两类：实时控制系统（如导弹发射系统、飞机自动导航系统）和实时信息处理系统（如机票订购系统、联机检索系统）。个人计算机操作系统个人计算机操作系统是一种运行在个人计算机上的单用户多任务操作系统，一般采用图形用户界面，使用方便，用户无需专门学习，也能熟练操作。网络操作系统网络操作系统能够管理网络通信和网络上的共享资源，协调网络中各个主机上任务的运行，并向用户提供统一、高效、方便、易用的网络接口和用户界面。,-,71,MS-DOS是MicrosoftDiskOperatingSystem的简称,即美国微软公司提供的磁盘操作系统，一般简称为DOS。,2.1.3常用操作系统简介,1MSDOS,2Windows,Windows操作系统是美国微软公司在DOS基础上发展起来的一种图形界面操作系统。与DOS相比，Windows功能更加强大，用户界面更为直观，操作更为方便，是目前微机上使用最普遍的操作系统。,3UNIX,UNIX是一个功能强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构。经过长期的发展和完善，UNIX已成长为一种主流的操作系统技术和基于这种技术的产品大家族。,-,72,4Linux,Linux是一套免费使用和自由传播的、类似于Unix的操作系统，主要用于基于x86系列CPU的计算机上。这个系统是由世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。,5MacOS,MacOS是一套运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统，是苹果机专用系统，是基于Unix内核的图形化操作系统，是首个在商用领域成功的图形用户界面，一般情况下在普通PC上无法安装。MACOS操作系统界面非常独特，突出了形象的图标和人机对话，以简单易用和稳定可靠著称，广泛用于桌面出版和多媒体应用等领域。,-,73,2.2WindowsXP基本知识,2.2.1Windows概述,1Windows的发展,2WindowsXP的特点,2.2.2WindowsXP的安装、启动、退出,1WindowsXP的运行环境,2WindowsXP的安装,3WindowsXP的启动,4WindowsXP的退出,-,74,2.2.3WindowsXP的键盘、鼠标操作,1键盘,在WindowsXP系统中，常用的操作工具是鼠标、键盘，它们各有其特点、作用。键盘是计算机最常用的输入设备，Windows系统的各种操作都可通过键盘来完成，特别是在文字录入时，键盘是主要的输入设备，必不可少。,2鼠标,在WindowsXP系统中，大多数操作用鼠标可直接完成。相对于键盘操作，除了文字录入以外，其它功能使用鼠标操作更加灵活、方便、快捷。鼠标器常用的操作有定位、单击左键、双击左键、单击右键、拖动等。在特殊情况下，也有三击左键、双击右键等非常规操作。,-,75,2.2.4中英文输入,1英文输入,2中文输入,切换输入法状态的方法有两种：使用鼠标单击和使用键盘组合键。,3智能ABC输入法简介,-,76,2.3WindowsXP基本操作,2.3.1桌面及任务栏的基本操作,WindowsXP启动后呈现在用户面前的是桌面。所谓桌面，是指WindowsXP所占据的屏幕空间，即显示器的整个屏幕。在桌面上，通常会有很多图标，用来表示WindowsXP系统中的某个对象(一般是应用程序或文件夹)。,1桌面的组成,任务栏位于桌面底部，由开始菜单、快速启动区、任务显示区、输入法和通知区几部分组成。,2任务栏,-,77,3桌面操作,对于桌面上的图标，可根据需要进行如下操作。新建在桌面空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“新建”，可以新建各种对象，以图标形式放在桌面上。删除选中某图标后，按Del功能键可删除图标；也可使用鼠标右键单击，在弹出的快捷菜单中选择“删除”；直接将图标拖动到“回收站”中也可以表示删除。移动用鼠标指向某图标，拖动到目标位置即可移动图标。复制用鼠标指向某图标，用“Ctrl+拖动”将图标拖到目标位置可复制图标。注：对于移动、复制、删除等操作，也可通过快捷菜单中的“剪切”、“复制”、“粘贴”功能来完成。对于桌面图标