《计算机概述》PPT课件

授课教师：xxx,计算机基础,电子计算机的发展,计算机的编码与数据,计算机病毒与防治,计算机基础知识,计算机系统的组成和基本结构,1.1电子计算机的发展,计算机的诞生与发展计算机概述21世纪的计算机,计算机的诞生与发展,计算机的诞生计算机发展的关键人物计算机的发展计算机发展的趋势与展望,计算机基础知识,计算机的诞生与发展,世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该机一共使用了18000个电子管、1500个继电器、机重约30t、占地约170m2、耗电150kW、每秒钟可做5000次加减法或400次乘法运算。当这个庞然大物诞生时，人们可能没有想到计算机会有如此迅猛的发展和如此巨大的作用。,第一台计算机,计算机的诞生与发展,理论计算机的奠基人：阿兰图灵（AlanMathisonTuring），1912年6月23日出生于英国伦敦，是20世纪最著名的数学家之一。1931年图灵进入剑桥大学国王学院（KingsCollege），毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥。图灵于1954年6月7日去世，当时年仅41岁。,计算机发展历史人物,计算机的诞生与发展,计算机奠基人：冯诺依曼（JohnVonNeumann），1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭，是著名美籍匈牙利数学家。冯诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士。他是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院士。1951年至1953年任美国数学会主席，1954年任美国原子能委员会委员。冯诺依曼于1957年2月8日在华盛顿去世，终年54岁。,计算机发展历史人物,电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路,计算机的发展,基于冯诺依曼思想设计的计算机硬件核心由五部分组成采用二进制程序存储,发展特点：,发展：,计算机的诞生与发展,计算机发展历程表,计算机的诞生与发展,从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即都是由控制器、存储器、运算器、输入输出设备组成，称为冯.诺依曼体系结构。,什么是冯.诺依曼体系结构？,计算机的诞生与发展,巨型化是指计算机的存储容量更大、运算速度更快、功能更强。微型化是以微处理器的发展为特征的。网络化是把分散在不同地方的计算机联结成一个大规模、功能强的系统，使众多的计算机可以互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。多媒体化是能综合处理数值、文字、声音、图形、图像、视频和音频等信号。智能化是要求计算机具有人工智能，即让计算机能够进行图像识别、定理证明、研究学习、探索、联想、启发和理解人的语言等，是新一代计算机要实现的目标。,计算机发展趋势与展望,计算机概述,计算机的定义计算机的分类计算机的应用与特点,计算机基础知识,计算机概述,计算机的定义,计算机的分类,数字计算机,模拟计算机,数模混合计算机,按处理对象,按使用范围,通用计算机,专用计算机,按规模,巨型计算机,大/中型计算机,小型计算机,微型计算机,工作站或服务器,计算机概述,（1）巨型机（超级计算机）巨型机又称超级计算机，它是目前运算速度最高、存储容量最大、处理能力最强、工艺技术性能最先进的通用超级计算机，主要用于复杂的科学计算和军事等专用领域。我国研制的银河机、曙光机均属于巨型机。（2）大/中型机大/中型机又称大/中型计算机。广泛地应用于科学和工程计算、信息的加工处理、企事业单位的事务处理等方面。这类计算机具有极强的综合处理能力和极广泛的性能覆盖面，通用性强。（3）小型机小型机规模较小，结构简单、价格便宜、维修使用方便、易于操作维护、设计试制周期短、软件开发成本低、便于及时采用先进工艺技术。它们已广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，同时也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。,（4）工作站工作站是介于小型机与PC（PersonalComputer，个人计算机）之间的一种高档的微型机。其运算速度比微型机快，且有较强的联网功能。主要用于特殊的专业领域，如图像处理、辅助设计等。（5）微型计算机微型计算机简称微机，是当今最为普及的机型。它体积小、功耗低、功能强、可靠性高、结构灵活，对使用环境要求低，性能价格比明显地优于其他类型的计算机。（6）服务器服务器是在网络环境下为多用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、计算服务器、通信服务器和打印服务器等，该设备连接在网络上网络用在通信软件的支持下远程登录，共享各种服务。（7）网络计算机一种在网络环境下使用的终端设备，内存容量大、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。,计算机的应用,科学计算数据处理过程检测和控制人工智能（AI）计算机辅助系统(CASE/CAD/CAM/CAI)信息高速公路电子商务娱乐,计算机概述,计算机的特点,运算速度快,精确度高,具有记忆和逻辑判断能力,计算机内部自动化操作,计算机概述,21世纪的计算机,计算机技术的新发展网络时代的计算机应用技术,计算机基础,芯片技术并行处理技术网格技术蓝牙技术嵌入技术中间件技术,计算机技术的新发展,21世纪计算机,传统局域网应用的Client/Server（客户机/服务器）计算模式面向应用的Browser/Server（浏览器/服务器）计算模式B/S与C/S混合计算模式,网络时代的计算机应用技术,21世纪计算机,1.2计算机的编码与数据,数制及其转换计算机中信息的表示方法,数制及其转换,数字化信息编码的概念进位计数制不同进制之间的转换,计算机基础知识,编码就是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息。基本符号的种类和这些符号的组合规则是一切信息编码的两大要素。在计算机中，广泛采用的是只用0和1两个基本符号组成的基2码，或称为二进制码。,什么是编码？,二进制码在物理上最容易实现。二进制码用来表示的二进数及其编码、计数、加减运算规则简单。二进制码的两个符号与逻辑命题的两个值相对应。,为什么采用二进制码？,按进位的原则进行计数逢r进1采用位权表示法,进位计数制的基本概念,定义,进位计数制中的两个要素：位权；基数。,每一种数制都有固定的符号集。都是用位置表示法：即处于不同位置的数字所代表的值不同，与它所在位置的权值有关。任何一种进位计数制表示的数都可以写出按其权展开成多项式之和，任意一个r进制数N可表示为：其中：i为该数制采用的基本数符，ri是位权，r是基数，表示不同的进制数；m为整数部分的位数，k为小数部分的位数。,数制的共同特点,例子,十进制数5555.555可表示为：5555.555=5103+5102+5101+5100+510-1+510-2+510-3,计算机中常用的几种进制数的表示,数制间的转换,十进制数,非十进制数,非十进制数,十进制数,二、八、十六进制之间的转换,由一种数制转换成另一种数制,87538918110,结果为：113,余数法：除基数取余数、由下而上排列。示例：,进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。示例：0.62521.250整数=120.50整数=021.0整数=1小数值=0,结果为：101,位权法：把各非十进制数按权展开求和转换公式：(N)D=a1rn-1+a2rn-2+.+am-1r1+amr0+am+1r-1+.示例：(1011.1)B=123+022+121+120+12-1=8+0+2+1+0.5=(11.5)D,二进制十六进制,二进制八进制,二、八与十六进制之间的转换,三位并一位,四位并一位,整数从右向左小数从左向右,例子：010100101.010111010二进制数245.272八进制数(10100101.01011101)B=(245.272)O,二、八与十六进制之间的转换,000110110111.0100(1B7.4)16,示例：,100110110111.010100(4667.24)8,计算机中信息的表示方法,信息和数据数字化信息编码,计算机基础知识,信息,信息同物质和能源一样，是人们赖以生存与发展的重要资源。人类通过信息认识各种事物，借助信息的交流沟通人与人之间的联系，互相协作，从而推动社会前进。,可传递性和共享性信息必须依附于载体信息的可处理性,信息的主要特征,信息概述,数据,是表达现实世界中各种信息的一组可以记录、可以识别的记号或符号。它是信息的载体，是信息的具体表现形式，可以是字符、符号、表格、声音、图像等。,位（bit）字节（Byte）字（Word）,数据的单位：,数据概述,计算机中的最小的数据单位二进制的一个数位，称为比特位，简称位，用b(bit)表示。,什么是位？,相邻位组成一字节，用表示。是计算机中用来表示存储容量大小的基本单位。B=8b1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB,什么是字节？,字是在计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的二进制数位。每个字中二进制位数的长度称为字长。字长所占位数及其所表示的数的范围：字长：，数据范围：-128127,即-27(27-1)字长：16，数据范围：-3276832767,即-215(215-1)字长：32，数据范围：-21474836482147483647,即-231(231-1),什么是字？,位（bit）,字长,字节（Byte）,数据存储的组织结构,BCD码ASCII码汉字交换码（国标码）区位码,数字化信息编码,将十进制数的每一位写成二进制形式的十进制编码，使其成为二-十进制编码的十进制数叫做BCD码（BinaryCodedDecimal）。8421BCD码，四位二进制数的权分别为8，4，2，1。,什么是BCD码？,8421BCD码编码图,例子：写出十进制数471的BCD码。471010001110001,什么是ASCII码？,ASCII码（AmericaStandardCodeforInformationInterchange）是美国标准信息交换码。国际通用的是7位ASCII码，它包括大、小写英文字母、阿拉伯数字、标点符号及控制符等特殊符号编码，共128个字符。,汉字交换码（国标码）是以国家标准局1980年颁布的信息交换用汉字编码字符集基本集规定的汉字交换码作为国家标准汉字编码。,什么是汉字交换码？,国标码（即交换码）机外码（输入码）机内码（内码）字型码（文字输出编码）,汉字编码,将所有的国标码汉字及符号组成一个9494的方阵，每一行称为一个区，每一列称为一个位。一个汉字所在的区号和位号的组合就构成了该汉字的区位码。高两位为区号，低两位为位号。汉字或字符与区位码是一一对应的。区位码和国标码相对应，区位码是十进制的国标码，国标码是十六进制表示的区位码。,什么是区位码？,分组,115区：图形符号区1655区：一级汉字区5687区：二级汉字区8894区：自定义汉字区,计算机中数据的表示法,机器数与真值符号被数值化了的数称为机器数，把原来的用正负号和绝对值来表示的数值称为机器数的真值。如，真值为+0.101，机器数为0.101；真值为-0.101，机器数为1.101。,机器数的特点：数的符号数值化，即把一个数的最高位定义为符号位，用二进制数“0”表示正数，用二进制数“1”表示负数，其余位表示数值。计算机中通常只能表示整数和纯小数，因此小数点约定在一个固定的位置上，不再占用一个数位。机器数表示的范围受到字长和数据类型的限制。,数的定点表示和浮点表示定点数数的定点表示是指数据中的小数点的位置固定不变。定点数包括定点整数和定点小数两种。定点整数的小数点位于机器数的最右边，定点整数即是纯整数。定点整数又分为带符号数和不带符号数两类。对于带符号的整数，符号位被放在最高位。定点小数的小数点固定在符号位之后。定点小数是纯小数，所有数均小于1。,浮点数由两部分组成，即尾数和阶码，底数是事先约定的，在机器数中不出现。在浮点数中，小数点的位置是浮动的，阶码可取不同的数。任意一个二进制规格化浮点数的表示形式为N=d2p其中，d是尾数，前面的“”表示数符；p是阶码，前面的“”表示阶符；其在计算机中的存储形式如下：阶符阶码数符尾数阶码只能是一个带符号的整数，阶码本身的小数点固定在阶码最右边；尾数表示数的有效部分，是纯小数，其本身的小数点固定在数符和尾数之间。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大小范围，尾数的位数表示数的精确度。,数的原码、反码和补码原码正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，有效数值部分用二进制绝对值表示，这种表示法称为原码。如：A表示十进制数“+16”，B表示“-19”，（A）原=00010000（B）原=10010011,反码对于一个正整数，其反码和原码相同；而负整数，符号位为1，其数值位为该数的绝对值取反。如：+16反=00010000-16反=11101111+0反=00000000-0反=11111111,补码对于一个正整数，其补码与原码相同；而负整数，符号位为1，其数值位为该数的绝对值取反后末位加1，即反码加1。如：+16补=00010000-16补=11110000+0补=-0补=00000000通过机器数的补码表示，可以将减法运算转化为加法运算来完成。,-16+11的运算如下：11110000-16的补码+0000101111的补码11111011-5的补码,1.3计算机系统的组成和基本结构,计算机系统的构成计算机硬件系统计算机软件系统计算机工作原理选配一台计算机,计算机系统构成结构,计算机系统,硬件系统是指由电子器件和机电装置组成的计算机实体；软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。,计算机系统的组成框图,计算机的主要性能指标,内存容量,字长,主频,其它,运算速度,字长：CPU能够同时处理的比特数目。主频（时钟频率）：时钟脉冲发生器所产生的时钟信号频率。内存容量：内存储器中能够存储信息的总字节数。运算速度：计算机每秒运算的次数。系统的可靠性：系统在正常条件下不发生故障或失效的概率。外设配置：指计算机的输入、输出设备，以及外存储器等的配置。软件配置：包括操作系统、计算机语言、数据库管理系统等各种应用软件。存取周期：对内存进行一次访问（存取）操作所需的时间。,计算机硬件系统,中央处理器内存储器外存储器系统主板总线与扩展槽输入输出设备,硬件的基本功能,接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。,主机,外部设备,计算机硬件系统结构图,运算器,控制器,内存储器,外存储器,存储器,输出设备,硬件,输入设备,I/O接口,外存储器,输入设备,输出设备,总线,微型计算机硬件系统的基本结构,中央处理器,概述CPU的功能结构CPU的主要技术参数,中央处理器,简称CPU（CentralProcessingUnit），是计算机系统的核心，包括运算器和控制器两部分。中央处理器是计算机的心脏。运算器完成各种算术运算和逻辑运算。由进行运算的运算器件和用来暂时寄存数据的寄存器、累加器等组成。控制器用来协调和指挥整个计算机系统的操作。主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。能够处理数据位数是CPU的一个最重要的品质标志。,CPU图片,内存储器,基本概念RAM的种类内存条高速缓冲存储器（Cache）只读存储器（ROM）CMOS存储器,概念：内存是微型计算机主机的组成部分，用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据。CPU可直接访问内存。分类：按其工作特点分为只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）和随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)。,内存储器,随机存取存储器（RAM）,既能读又能写数据的存储器，是计算机工作的存储区，一切要执行的程序和数据都要装入该存储器内。主要特点存储器中的数据可以反复使用，只有向存储器写入新数据时存储器中的内容才被更新；存储器中的信息会随着计算机的断电自然消失。,动态内存DRAM：周期性地给电容充电。集成度较高、价格较低，存取速度慢。静态内存SRAM：利用双稳态的触发器来存储0和1。不需要像DRAM那样经常刷新。速度快、较稳定，价格比DRAM贵。,随机存取存储器（RAM）,内存集成电路比CPU芯片小一些，通常封装在一条形电路板上。,内存条,高速缓冲存储器（Cache）,CPU与内存之间设置一级或两极高速小容量存储器，固化在主板上。计算机工作时，先将数据由外存读入RAM中，再由RAM读入Cache中，然后CPU直接从Cache中取数据。设置目的是解决CPU速度与RAM的速度不匹配问题,只读存储器（ROM）,只能读数据不能写数据的存储器。由设计者和制造商事先编制好的一些程序固化在里面。主要用于检查计算机系统的配置情况并提供最基本的输入/输出控制程序。特点是计算机断电后存储器中的数据仍然存在。其他形式的只读存储器：可编程只读存储器PROM、可擦除的可编程的只读存储器EPROM、闪存(Flash)ROM。,CMOS存储器,CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体），主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。CMOSRAM本身只是一块内存，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。,外存储器,软盘硬磁盘存储器光盘存储器,软盘,软盘存储器由软磁盘驱动器、软磁盘控制器、软磁盘片构成。见书13页图。磁道：从079，共80道。扇区：每个磁道划分18个扇区。簇：若干扇区构成一个簇。格式化：对软盘的初始化操作。写保护口：控制对软盘的读写功能。软盘容量计算公式如下：80(磁道)18(扇区)512bytes(扇区的大小)2(双面)=14401024bytes=1440KB=1.44MB,硬盘片由涂有磁性材料的铝合金构成，也划分成面、磁道、扇区。一个磁盘由若干个磁性圆盘组成，每个圆盘有两个面，每个面各有一个读写磁头，各面上磁道号相同的磁道合称为一个柱面。硬盘的交叉因子。,硬盘,硬盘,只读型光盘CD-ROM一次性可写入光盘CD-RDVD-ROM衡量光盘驱动器传输数据速率的指标，倍速，CD-ROM一倍速率为150Kbps。CD-ROM外观如下：,光盘,微机主板,概述主板的主要功能主板类型主板主要部件,主板是微机系统中最大的一块电路板，是由多层印刷电路板和焊接在其上的CPU插槽、内存槽、高速缓存、控制芯片组、总线扩展、外设接口、鼠标口、CMOS和BIOS控制芯片等构成。,提供安装CPU、内存和各种功能卡的插座，部分主板甚至将一些功能卡的功能制作在主板上。为各种常用外部设备，如打印机、扫描仪、调制解调器、外部存储器等提供通用接口。,按结构分为AT主板和ATX主板按其大小分为标准板、Baby、Micro板等几种。,芯片组CPU插座内存插槽总线扩展槽输入/输出接口（I/O接口）基本输入输出BIOS和CMOS,微机主板,概述,总线：是一组连接各个部件的公共通信线，即两个或多个设备之间进行通信的路径，是一种可被共享的传输媒介。总线组成：由多条通信线路组成，每一条线路都能够传输二进制数“0”和“1”。,总线,总线,内部总线系统总线外部总线,是微机中各插件板与主板之间的连线，用于插件板一级的互联。,是微机和外部设备之间的连线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行通信，它用于设备一级的互联。,是微机内部各外部芯片与CPU之间的连线，用于芯片一级的互联。,I/O总线类型,数据总线（DB）地址总线（AB）控制总线（CB）,I/O总线就是CPU互联I/O设备，并提供外设访问系统存储器和CPU资源的通道。在I/O总线上通常传输数据、地址和控制信号三种信号。,I/O总线,在系统模块中提供传输数据的通信线路的集合体称为数据总线，是双向总线。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，也可通过DB将内部数据传送给内存或输入设备。典型的数据总线有8条、16条、32条，即指数据总线的带宽。如：“奔腾”有32条数据线，表示每次可以交换32位二进制数。,数据总线,用于传送CPU发出的地址信息，即指明数据总线上的数据的源地址或目的地址，是单向总线。地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力如：假如CPU有24根地址线，其最大寻址能力为16MB。,地址总线,控制数据总线和地址总线的访问和使用，即传送控制信号、命令信号和定时信号等，通常以双向线表示。控制信号：在系统模块间传递命令和定时信号命令信号：指定将要执行的操作定时信号：指明数据信息和地址信息的有效性,控制总线,在系统主板上装有多个扩展槽，如下图所示，扩展槽与主板上的I/O总线相连，任何插入扩展槽的电路板可以通过I/O总线与CPU连接。,目前可见的总线结构与扩展槽：,ISAPCIAGP通用串行总线USB,键盘鼠标扫描仪显示器打印机绘图仪磁卡读入机和条形码阅读器数字化仪调制解调器,输入输出设备,输入设备,扫描仪,数字化仪,条型码阅读器,输出设备,绘图仪,Modem，用以实现计算机处理的数字信号同电话线传输的模拟信号之间的转换的装置。调制的作用是将计算机输出的数字信号转换为模拟信号；解调的作用是将接收的模拟信号转换为计算机能够处理的数字信号。,输入输出接口：串行端口并行端口,计算机软件系统,系统软件DOSUNIXWindowsLinux应用软件,系统软件,应用软件,计