第1章 计算机基础知识

2018年2月15日3时15分,1/52,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展和应用1.2 计算机中数据的表示1.3 计算机硬件系统1.4 计算机软件系统,2018年2月15日3时15分,2/52,1.1 计算机的发展和应用,1.1.1 计算机的发展1.1.2 计算机的特点1.1.3 计算机的分类1.1.4 计算机的应用,2018年2月15日3时15分,3/52,1.1.1 计算机的发展,1第一台电子计算机的诞生：1946年 ENIAC,莫奇利博士,美国陆军部的弹道设计,2018年2月15日3时15分,4/52,1.1.1 计算机的发展,2018年2月15日3时15分,5/52,1.1.1 计算机的发展,2018年2月15日3时15分,6/52,根据计算机所采用的主要电子元器件，我们将计算机发展的4个阶段归纳如表1-1所示。表1-1 计算机发展过程,1.1.1 计算机的发展,2018年2月15日3时15分,7/52,1.1.1 计算机的发展,有关第五代计算机的概念，是1981年10月19日至22日在日本东京召开的第五代计算机国际会议上正式提出的-智能计算机。,中国计算机的发展史1956年8月25号拉开序幕,2018年2月15日3时15分,8/52,1.1.2计算机的特点,计算机的特点概括起来主要有以下五个方面：1处理速度快:天气预报、控制导航、IBM深蓝计算机2计算精度高：3.14.3存储容量大：卫星图像、图书馆4可靠性高：5工作全自动6. 应用领域广,2018年2月15日3时15分,9/52,1.1.3 计算机的分类,在时间轴上，“分代”代表了计算机纵向的发展，而“分类”可用来说明计算机横向的发展。下面从计算机处理数据的方式、使用范围、规模和处理能力三个角度进行说明。1从计算机处理数据的方式上划分，可分为模拟计算机、数字计算机、数模混合计算机2从计算机使用范围上划分，可分为专用计算机和通用计算机3从计算机的规模和处理能力上划分，可以将通用计算机进一步划分为巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站及服务器,2018年2月15日3时15分,10/52,1.1.4 计算机的应用,1科学计算:四色问题、天气预报、火箭、载人飞船2信息处理3过程控制:实时控制4计算机辅助系统计算机辅助系统是以计算机为工具，配备专用软件辅助人们完成特定任务的工作系统，以提高工作效率和工作质量为目标。计算机辅助系统有计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）计算机辅助教学CAI（Computer Aided Instruction）计算机辅助测试CAT（Computer Aided Testing）计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacture）等系统。,2018年2月15日3时15分,11/52,5网络与通信6人工智能 7. 卫星遥感、电子导航除此之外，计算机在电子商务、电子政务、办公自动化、家庭娱乐等应用领域也得到了快速的发展。,1.1.4 计算机的应用,2018年2月15日3时15分,12/52,光计算机超导计算机模糊计算机生物计算机第六代计算机,1.1.5 计算机的新发展,2018年2月15日3时15分,13/52,1.2 计算机中数据的表示,1.2.1 数制1.2.2 数制之间的转换1.2.3 二进制数的运算1.2.4 计算机中数据的处理1.2.5 字符信息的表示,2018年2月15日3时15分,14/52,1.2.1 数制,数制即是进位计数制，它包含3个基本要素：数码、基数、位权。数码是用来表示某一种进位计数制的一组符号，如十进制数中的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；二进制数中的0、1。基数是表示某一种进位计数制的数码的个数，可用R表示，称为R进制数。位权是数码在每一个固定位置上对应的权值，每一个数字所表示的值的大小不仅与该位数字本身有关，而且还与它所处的位置有关。,2018年2月15日3时15分,15/52,1十进制数（Decimal）十进制数的数码是用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字符号来表示，基数是10，遵循“逢十进一”的原则。2二进制数（Binary）二进制数的数码是用0、1两个数字符号来表示，基数为2，遵循“逢二进一”的原则。3八进制数（Octonary）八进制数的数码是用0、1、2、3、4、5、6、7八个数字符号来表示，基数是8，遵循“逢八进一”的原则。4十六进制数（Hexadecimal）十六进制数数码是用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六个数字和字母符号来表示，基数是16，遵循逢“十六进一”的原则。,1.2.1 数制,2018年2月15日3时15分,16/52,1.2.2 数制之间的转换,1二进制数与十进制数之间的相互转换。2二进制数与八进制数之间的相互转换 3二进制数与十六进制数之间的相互转换4八进制数、十六进制数与十进制数之间的相互转换,2018年2月15日3时15分,17/52,1.2.2 数制之间的转换,二进制数、八进制数、十六进制数和十进制数之间的对应关系,2018年2月15日3时15分,18/52,测试题：,1.2.2 数制之间的转换,1、(23)10=( )22、(12)10=( )2 3、(0.125)10=( )24、(21.25)10=( )25、(0.75)10=( )26、(2.23)10=( )2三位小数7、(631.2) 8=( )2,10111,1100,0.001,10101.01,0.11,10.001,110 011 001.010,2018年2月15日3时15分,19/52,常用计算工具,计数器是系统提供的工具，我们可以借助它来帮助我们检验数制转换的结果。从而帮助我们学习数制转换。,2018年2月15日3时15分,20/52,1.2.3 二进制数的运算,1二进制数的加法运算2二进制数的减法运算3二进制数的乘法运算4二进制数的除法运算5二进制数的逻辑与运算6二进制数的逻辑或运算7二进制数的逻辑非运算8二进制数的逻辑异或运算,2018年2月15日3时15分,21/52,1.2.3 二进制数的运算逻辑与运算,逻辑变量之间的运算称为逻辑运算，逻辑变量的取值只有两种：真和假，它用来表示两种成对出现的逻辑概念。逻辑与运算又称为“逻辑乘”运算，用、或AND等运算符号表示。逻辑与的运算规则是：000，01100，111，即当两个逻辑值都为1时，结果为1，否则为0。例如：100111110101=100101。 100111 110101 100101,2018年2月15日3时15分,22/52,1.2.3 二进制数的运算逻辑或运算,逻辑或运算又称为“逻辑加”运算，用、或OR等运算符号表示。逻辑或的运算规则是：000，011，10=1，111，即当两个逻辑值都为0时，结果为0，否则为1。例如：100111110101=110111。 100111110101 110111,2018年2月15日3时15分,23/52,1.2.3 二进制数的运算逻辑非运算,逻辑非运算又称为“求反”运算，用变量上加横线（“”），也可变量前加符号或NOT等运算符号表示。逻辑非的运算规则是：0=1，1=0，即0变为1，1变为0。 例如：1001110101=0110001010。,2018年2月15日3时15分,24/52,1.2.3 二进制数的运算逻辑异或运算,逻辑异或运算又称“按位加”运算，用运算符号或NOR来表示。逻辑异或的运算规则是：000，01101，110，即当两个逻辑值不相同时，结果为1，否则为0。 例如：100111110101=010010。 100111110101 010010,2018年2月15日3时15分,25/52,1.2.4 计算机中数据的处理,1数据的存储单位在计算机中，描述数据的存储单位有位（bit）、字节（Byte）、字等。位是计算机中数据的最小存储单位，能表示一位二进制数，只能存储一个0或1。字节是计算机中信息的最小计量单位，一个字节是由八位二进制数组成，即1Byte=8bit。字是存储容量的一个单位，字长是一次能处理二进制的最大位数。2机器数与真值在计算机中，为了表示正数和负数，用数的最高位代表符号位，0表示正数，1表示负数。,单位换算,2018年2月15日3时15分,26/52,1.2.4 计算机中数据的处理,3原码最高位是符号位，用0表示正数，用1表示负数，其余数值部分用二进制数的绝对值表示整数的方法称为原码表示法，简称原码。通常用X原表示X的原码。4反码正数的反码与正数的原码相同，负数的反码是在负数原码的基础上，除符号位是1之外，其他位按位取反。5补码正数的补码与正数的原码相同，负数的补码是先对负数求出反码，再在反码的基础上最低位加1。,2018年2月15日3时15分,27/52,1.2.4 计算机中数据的处理,6定点数定点数是指小数点位置固定的数，一般分为定点纯整数和定点纯小数。定点纯整数是把小数点的位置固定在数值部分的最后面，定点纯小数是把小数点的位置固定在数值部分的最前面。7浮点数浮点数是指小数点的位置可以浮动的数，一般表示一个实数。任何一个实数N都可以用浮点形式表示（即科学表示法），若采用二进制，则可将N的绝对值表示成：N=M2E，其中，N为浮点数，M为尾数，E为阶码。,2018年2月15日3时15分,28/52,1.2.5 字符信息的表示,1字符编码ASCII码（即美国标准信息交换码)，是被国际标准化组织ISO定义的国际标准。是英文信息处理的标准方式。ASCII码分为标准ASCII码和扩展ASCII码，ASCII码采用一个字节表示一个字符。标准ASCII码的最高位为0，其范围用二进制表示为00000000 01111111，即十进制的0 127，共128个编码。标准ASCII码表的规律如19面所示。扩展ASCII码的最高位可以为0或1，其范围用二进制表示为00000000 11111111。共256个编码。,标准ASCII码的规律,2018年2月15日3时15分,29/52,1.2.5 字符信息的表示,2汉字编码汉字基本字符较多，目前的汉字编码大多采用两个字节，例我国制定的国标码（GB2312-80）， 在GB2312-80中规定每个字节的高位规定为0，这样可以表示128 128=16384个汉字。国标码是汉字信息交换的标准编码。外码，即从键盘上输入代表汉字的编码。为了能够从西文的键盘进行汉字输入，必须为汉字设计相应的编码方法。汉字输入码可分为数字编码（区位码）、字形编码（五笔）、字音编码（搜狗、智能）等等。,2018年2月15日3时15分,30/52,1.2.5 字符信息的表示,区位码是一种最通用的汉字输入码。是十进制形式的，它是根据国标GB2312-80将常用的汉字和图形符号组成一个9494的矩阵，每一行称为一个区，每一列称为一个位，区号与位号组合在一起称为区位码。如汉字“啊”位于16区第01位，则“啊”字的区位码为：区号16+位号01，即1601。国家标准GB2312-80中的汉字代码除了十进制形式的区位码外，还有一种十六进制形式的编码，称为国标码。国标码是不同汉字信息系统之间进行汉字交换时所使用的编码，它的值是分别对区号、位号增加32（十六进制数20H）。机内码，简称“内码”，指计算机内部存储、处理和传输汉字时用的信息编码。机内码是变形的国标码，为了避免和ASCII码冲突，将两个字节的最高位由变成，即加上A0H，这样机内码的每个字节都大于128.,2018年2月15日3时15分,31/52,1.2.5 字符信息的表示,3汉字字库每一个汉字都有对应的字形码和汉字模型（也称字模），所有字模的集合构成了字“模库”，简称“字库”。字库分为软字库和硬字库。汉字在输出时，要先找到用于输出的字形码或字模，再将字模输出形成汉字。汉字字形的构成方法有向量法（也称矢量法、轮廓字形）、点阵法。,2018年2月15日3时15分,32/52,1.2.5 字符信息的表示,4汉字处理流程汉字通过输入设备将外码输入，再由汉字处理系统将其转换成内码进行存储、处理、加工和传送，当需要输出时再由汉字处理系统调用字库中汉字的字形码得到输出汉字的结果，最后显示出来。,2018年2月15日3时15分,33/52,1.3 计算机硬件系统,计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成,2018年2月15日3时15分,34/52,1.3 计算机硬件系统,1.3.1 硬件系统的基本组成1.3.2 计算机的工作原理1.3.3 微型计算机,2018年2月15日3时15分,35/52,1.3.1 硬件系统的基本组成,计算机硬件系统采用的基本上是计算机的经典结构冯诺依曼结构采用二进制形式表示指令和数据存储程序的思想“五大部件”结构体系：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备,2018年2月15日3时15分,36/52,1.3.1 硬件系统的基本组成,2018年2月15日3时15分,37/52,1. 指令 让计算机完成某个操作发出的命令。在每条指令中都明确规定了计算机从哪个地址取数，进行哪些操作，送到什么地址等步骤。2. 指令的执行取出指令-分析指令-执行指令-产生下一条指令取指：执行：3.程序 有序的指令集合4.程序的执行CPU不断地取指令，执行指令,CPU译码,有关部件动作,控制信号,内存,指令,CPU,1.3.2 计算机的工作原理,2018年2月15日3时15分,38/52,1.3.2 计算机的工作原理,工作步骤：确定解题方法编写程序，输入存储器中让控制器控制指令的执行，获得结果,2018年2月15日3时15分,39/52,1.3.3 微型计算机,常见微机系统,2018年2月15日3时15分,40/52,z,1.3.3 微型计算机基本结构,2018年2月15日3时15分,41/52,1.3.3 微型计算机： CPU,CPU(Central Processing Unit)CPU可分为控制单元（CU）、逻辑单元（ALU）、存储单元（MU）80386以下的CPU为16位，80386及以上的CPU为32位的CPU。CPU的功能是计算机主要技术指标之一，人们习惯用CPU的档次来大体表示微机的规格。单核处理器，双核处理器的比较,2018年2月15日3时15分,42/52,1.3.3 微型计算机：系统主板,2018年2月15日3时15分,43/52,主板分为AT结构和ATX结构ATX结构：优化板上的元件布局，配合ATX电源、实现软关机、MODEM远程遥控开关机、需配置专门的ATX机箱使用。,1.3.3 微型计算机：系统主板,2018年2月15日3时15分,44/52,1.3.3 微型计算机：存储器,内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高,外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低,2018年2月15日3时15分,45/52,1.3.3 微型计算机：内存储器,（1）随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)RAM通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现,断电时信息丢失。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2）只读存储器(Read only Memory，简称ROM)CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序，ROM中内容由厂商固化。（3）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，用于解决它们之间的速度冲突问题，,L2（二级）Cache（主板上）,Cache,L1（一级）Cache （CPU内部）,2018年2月15日3时15分,46/52,1.3.3 微型计算机：外存储器,软盘,用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB新型磁盘具有100MB250MB容量,2018年2月15日3时15分,47/52,（2）光盘衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫倍速，一倍速率= 150KB/秒常用： 只读型光盘CD-ROM，容量一般为680MB。一次性可写入光盘CD-R，需要光盘刻录机完成数据的写入后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/秒,1.3.3 微型计算机：外存储器,2018年2月15日3时15分,48/52,（3）闪存盘存储量大，体积小，可独立存储读写数据闪存只支持USB接口，不需额外驱动器，驱动器和闪存介质在一起。,1.3.3 微型计算机：外存储器,2018年2月15日3时15分,49/52,1.3.3 微型计算机：外存储器,（4）硬盘,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定,硬盘存储容量=磁头数*柱面数*扇区数*每扇区字节数（512B）,2018年2月15日3时15分,50/52,例：设某一个硬盘的磁头数为16，柱面数为1010，每磁道扇区数为51，每个扇区字节数为512字节，求该硬盘的容量,1.3.3 微型计算机：外存储器,16101051512421969920402MB,2018年2月15日3时15分,51/52,1.3.3 微型计算机：总线结构,总线：在模块与模块之间或者是设备与设备之间供求传送信息，相互通信的一组公用信号线。,基于总线结构的计算机的示意图,2018年2月15日3时15分,52/52,数据总线：一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输数据信号的公共通路。地址总线：一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输地址信号的公共通路，地址信号可能是存储器的地址，也可能是I/O接口的地址。控制总线：一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输控制信号的公共通路。,1.3.3 微型计算机：总线结构,2018年2月15日3时15分,53/52,1.3.3 微型计算机,6输入设备（1）键盘（Keyboard）目前常见的键盘有101键、102键和104键的键盘，键盘的基本形状如下所示。键盘划分为主键盘区、功能键区、光标控制键区、数字小键盘键区。,2018年2月15日3时15分,54/52,1.3.3 微型计算机,（2）鼠标器（Mouse）鼠标器也是微机上的一种常用的输入设备，是控制显示屏上光标移动位置的一种指点式设备。常见的鼠标器有3种：机械式、光电式和光机式。（3）扫描仪（Scanner）（4）彩色摄像头（Color Camera for PC）近年来，随着电子技术的发展，数字相机和数字摄像机（Digital Camera & Digital Video）、触摸屏（Touch Screen）和光笔（Light Pen）等也被广泛应用于计算机的输入设备。,2018年2月15日3时15分,55/52,1.3.3 微型计算机,7输出设备（1）显示器（Monitor）显示器用来显示文件、程序、图形等信息。台式机：采用阴极射线显示器件（CRT）的显示器便携式或笔记本：LCD液晶显示器。显示器要配置相应的显卡，常见类型有VGA，SVGA，AGP卡等。按其显示器屏幕的对角线尺寸可分为15英寸、17英寸和21英寸等几种。显示器上的字符和图形是由一个个像素（Pixel）组成的.像素:显示器屏幕上可控制的最小光点.分辨率:X方向和Y方向总的像素点数。分辨率就越高，图像就越清晰。即单位面积的像素越多，分辨率越高，显示的字符或图形也就越清晰细腻。常用的分辨率有：640480、800600、1024768、12801024等，像素色度的浓淡变化称为灰度。,2018年2月15日3时15分,56/52,1.3.3 微型计算机,（2）打印机（Printer）常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。应用最广泛的是激光打印机。激光打印机是复印机、计算机和激光技术的复合,聚集了光、电、机等技术。激光打印机的特点是速度快（每分钟可打印好几页）、分辨率高、噪音小。激光打印机的价格相对较贵。,2018年2月15日3时15分,57/52,1.4 计算机软件系统,计算机硬件看成是计算机的躯体，那么计算机软件就是计算机系统的灵魂。软件是某一程序系统连同其相应的全部文档。1.4.1 系统软件1.4.2 应用软件1.4.3 计算机语言概述,2018年2月15日3时15分,58/52,1.4.1 系统软件,系统软件是计算机本身运行所需要的系统软件，是和用户打交道的软件。包括四个方面的软件：操作系统、语言处理程序、各种实用程序、数据库管理系统。1操作系统:一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。,2018年2月15日3时15分,59/52,Dos - 单用户单任务Windows98 - 单用户多任务Windows2000/XP - 多用户多任务Linux - 多用户多任务Unix - 多用户多任务,操作系统,2018年2月15日3时15分,60/52,1.4.1 系统软件,2各种语言处理程序 “源程序”：用汇编语言和各种高级语言各自规定使用的符号和语法规则，并按规定的规则编写的程序。“目标程序”：将源程序翻译成相应的二进制语言（机器语言）程序。语言处理程序，包括汇编程序、编译程序和解释程序。,2018年2月15日3时15分,61/52,1.4.1 系统软件,3系统支持和服务程序系统配备的一系列的维护程序，例如安装、诊断、维护、杀毒、系统整理等程序。4数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是进行数据处理的有利工具，是对数据库中的资源进行统一管理和控制的软件，是数据库系统的核心。目前，广泛使用的数据库管理系统有Oracle、Sybase、SQL Server、Visual FoxPro、 Informix等。,2018年2月15日3时15分,62/52,1.4.2 应用软件,应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言,以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合。可分为应用软件包和用户程序。应用软件包是指是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，用来解决通用性问题。用户程序是指，为某些特定用户解决某些特定问题而开发的软件，面向特定的用户，如政府、企业、公司、银行等。