理科计算机应用基础第1章.ppt

第一章计算机基础知识,1,1.1计算机概述1.2数制1.3计算机中字符与汉字编码1.4计算机系统1.5微型计算机系统,2,本章目录,1.1计算机概述,3,电子计算机（俗称计算机）最早应用于计算，它也因此而得名。由于电子计算机具有类似人类大脑的记忆、计算、判断等功能，所以通常称之为“电脑”。电子计算机经过几十年的发展，已普遍应用于人类工作和生活的各个方面，电子计算机科学已成为一门与人们工作、生活和学习密切相关的重要学科。,1.1.1计算机的诞生,1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机ENIAC诞生比较：ENIAC:18000个电子管、1500个继电器、占地1万平方米重30余吨、耗电150千瓦Pentium:几百万个晶体管、面积25平方厘米、总功耗小于15瓦,冯诺依曼提出了三个重要的设计思想：,（1）计算机由五大部分组成：运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。（2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。（3）将事先编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机勿需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令。,1.1.2计算机的发展史,6,7,1.1.3计算机的发展趋势,1、计算机的发展趋势巨型化微型化网络化多媒体化智能化,2、计算机的主要特点处理速度快计算精度高存储容量大工作全自动适用范围广和通用性强,8,1.1.4计算机的分类,1、按照处理数据的形态分类数字计算机模拟计算机混合计算机,2、按照使用范围分类通用计算机专用计算机,9,3、按照本身性能分类超级计算机大型计算机小型计算机微型计算机工作站,10,1.1.5计算机的应用,1、科学计算2、数据处理3、自动控制4、计算机辅助系统5、人工智能6、网络应用,1.2数制,11,电子计算机（俗称计算机）最早应用于计算，它也因此而得名。由于电子计算机具有类似人类大脑的记忆、计算、判断等功能，所以通常称之为“电脑”。电子计算机经过几十年的发展，已普遍应用于人类工作和生活的各个方面，电子计算机科学已成为一门与人们工作、生活和学习密切相关的重要学科。,1.2.1进位计数制,数制的几个概念：1基数一个数制所包含的数字符号的个数，用R来表示。如十进制数有0，1，2，39共十个数码，因此其基数为10，依此类推，二进制数的基数为2，八进制为8，十六进制为16。2权数码所处的不同位置上的值，称为权。,1.2.2各类进制数1十进制数有10个数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9逢十进一，基数为10相邻两位的权之间是10倍的关系。每一个十进制数可以进行多项式的展开,2二进制数有2个数码：0，1遵循“逢二进一”的原则。相邻两位的权之间是10倍的关系。可以以2为基数进行多项式的展开,3八进制数在八进制数中，有8个数码，基数为8，按“逢八进一”的原则进行计数，可以以8为基数进行多项式的展开,4十六进制数在十六进制数中，基数为16，所用的16个数字符号是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，计数规则为“逢十六进一”。A、B、C、D、E、F分别表示十进制数中的10、11、12、13、14、15。每一个十六进制数都可以以16为基数进行多项式的展开。,1.2.3不同进制数之间的转换1将R进制转换为十进制基数为R的数字，只要将各位数字与它的权相乘，其积相加，和数就是十进制数。例：(1101101.0101)2=126+125+024+123+122+021+l20+02-1+l2-2+02-3+12-4=109.3125例：(3506.2)8=383+582+081+680+28-1=1862.25例：(0.2A)16=216-1+1016-2=0.1640625,2十进制数转换为R进制数将十进制数转换为R进制数时，可将此数分成整数与小数两部分分别转换，然后再拼接起来即可实现。十进制整数转换成R进制的整数可用十进制数连续地除以R，其余数即为R进制数的各位系数。此方法称之为“除R取余法”。,【例1.2】将(57)10转换为二进制数。【解】转换过程如下：,【例1.3】将(0.3125)10转换成二进制数。【解】转换过程如下：,【例1.4】将(0.5627)10转换成二进制数。【解】转换过程如下：0.56272=1.12540.12542=0.25080.25082=0.50160.50162=1.00320.00322=0.00640.00642=0.0128此过程会不断进行下去（小数位达不到0），因此只能取到一定精度(0.5627)10=(0.100100)2若将十进制数57.3125转换成二进制数，可分别进行整数部分（如例1.2）和小数部分（如例1.3）的转换，然后再拼在一起，其结果为：(57.3125)10=(111001.0101)2,3二进制数、八进制数、十六进制数的相互转换二、八、十六进制数的相互转换在应用中占有重要的地位。由于这三种数制的权之间有内在的联系，即23=8，24=16，因而它们之间的转换比较容易，即每位八进制数相当于三位二进制数，每位十六进制数相当于四位二进制数。,二进制数转化为八进制数的方法是，将二进制数每三位划分为一组，将每一组中的三位二进制数分别转换为八进制数即可（从小数点起将整数部分从右向左、小数部分从左向右，按每三位一组划分，中间的0不能省略，两头不够时可以补0）。将八进制数转换为二进制数时，只需反过来操作，也就是将每一位八进制数分别转换为一个三位的二进制数，然后组合在一起即可。二进制数与十六进制数的转换与上述方法相似，不同之处只是将二进制数每四位分成一组分别进行转换，因此不再叙述。,1.2.4计算机中的存储单位在计算机内部，对数据的加工、处理和存储都以二进制数形式进行，表示存储的数据单位有位、字节、字和字长等。,位：也称比特，记为bit（BinaryDigit）或小写字母b。bit是二进制位，也是存储的最小信息单位。字节：记为byte或大写B。字节是计算机中的最小存储单元，一个字节由8个二进制位构成。每个字节可以有256个值，从00000000到11111111，可以表示256种状态。习惯上，将210即1024B称为1KB，读做千字节；220即10242B，记做1MB，读做兆字节；230即10243B，读作1GB，读做吉字节或千兆字节。,它们的关系如下：1GB=1024MB1MB=1024KB1KB=1024B,1.3计算机中字符与汉字的编码,计算机的外部信息需要经某种转换变为二进制编码信息后，才能被计算机主机所接收，同样计算机内部信息也必须经转换后才能恢复到信息的“本来面目”。这种转换通常是由计算机的输入/输出设备来实现的，有时还需要软件来参与这种转换过程。,1.3.1字符的编码1ASCII码计算机处理的字符可以分为：实意字符，如字母、数字和标点符号等；控制字符，如退格、换行等。所有的字符都用二进制数编码。,2EBCDIC码EBCDIC码（广义二进制编码的十进制交换码）是美国IBM公司在它的各类机器上广泛使用的一种信息代码。一个字符的EBCDIC码占用一个字符，用八位二进制码表示信息，最多可以表示出256个不同代码。,1.3.2汉字的编码汉字实际上也是字符，但汉字的数量较多，故汉字编码比ASCII码要复杂得多，根据汉字在计算机中的处理过程，汉字的编码主要有四类：汉字输入码、汉字交换码、汉字机内码和汉字字形码。,1汉字输入码汉字输入码是为用户能够利用西文键盘输入汉字而设计的编码，又称汉字外部码，简称外码。汉字输入码输入计算机后，由计算机中的程序自动根据输入码与内码的对应关系转换为内码进行存储。汉字的输入码大致可以分为四类：,数字编码：用数字代表一个汉字输入，如区位码。字音编码：根据汉字的读音进行输入的编码，如拼音码。由于汉字同音较多，所以字音编码的重码率较高。字形编码：根据汉字的字形进行输入的编码，如五笔字型码。音形编码：根据汉字的读音和字形进行输入的编码。音形码吸收了字音和字形的双重优点，编码规则简化，重码减少，如自然码。,2汉字交换码汉字交换码是汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时所使用的编码，即国标码。国标码以中华人民共和国国家标准信息交换码GB23121980作为标准汉字编码。GB23121980中共收录了汉字、字母、图形等字符7445个，其中汉字6763个，682个非汉字图形符号。常用的一级汉字3755个，按汉语拼音字母顺序排列，二级常用汉字3008个，按部首顺序排列。,3汉字机内码汉字机内码又称汉字内码，是设备和汉字信息处理系统进行存储、处理和传输汉字而使用的编码。为了与ASCII编码相区分，每个汉字内码最高位均设为1，其余的2个7位用对应的国标码表示。,4汉字字形码用于显示或打印汉字时产生字形，这种编码是通过点阵形式产生的。由于汉字是由笔画组成的方字，所以对于汉字来讲，不论其笔画多少，都可以放在相同大小的方框内，所以如果我们用m行m列的小圆点组成一个方块，那么每个汉字都可以用这个方块中的点组成，这个方块被称为汉字的字模点阵。,1.4计算机系统,一个完整的计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成。计算机硬件是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。计算机软件是在计算机硬件设备上运行的各种程序及其相关文档的总称。,硬件和软件在计算机系统中是相辅相成的，二者缺一不可。没有硬件就没有软件的生存空间，而没有软件的计算机如同一个没有思想和灵魂的驱壳，毫无用处。在计算机技术的发展进程中，计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，反过来，软件的不断发展与完善又促进了硬件的新发展，二者在发展过程相互促进。计算机系统的基本结构如1-4所示。,图1-4计算机系统的基本结构,1.4.1硬件系统计算机硬件系统是指计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备，其基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列操作。,虽然目前计算机的种类很多，其制造技术发生了极大的变化，但在基本的硬件结构方面，一直沿袭着冯诺依曼的体系结构，从功能上都可以划分为五个基本组成部分，即输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器，它们之间的关系如图1-5所示。,图1-5计算机硬件系统组成,1.4.2软件系统软件是指计算机运行时所需的程序及相关的文档资料。软件系统是指各种软件的集合。根据软件在计算机运行中所起的作用，可以将计算机软件系统划分成系统软件（SystemSoftware）和应用软件（ApplicationSoftware）两个部分。,1系统软件系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，其主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件件进行排序、检索，将程序语言代码翻译成机器语言代码等。,（1）操作系统（OperatingSystem，OS）操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统，由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成。,操作系统通常应包括下列五大功能模块：处理器管理作业管理存储器管理设备管理文件管理,按其发展前后过程，通常分成以下六类：单用户操作系统（SingleUserOperatingSystem）批处理操作系统（BatchProcessingOperatinESystem）分时操作系统（Time-SharingOperatingSystem）实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem）网络操作系统（NetworkOperatingSystem)：微机操作系统,（2）程序设计语言机器语言汇编语言高级语言面向对象的语言,（3）语言处理系统（翻译程序）机器语言是计算机唯一能直接识别和执行的程序语言。要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序（以下简称翻译程序）。翻译程序本身是一组程序，不同的高级语言都有相应的翻译程序。,（4）服务程序服务程序能够提供一些常用的服务性功能，它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便，像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。,2应用软件为解决各类实际问题而设计的程序，称为应用软件，从其服务对象的角度，又可分为通用软件和专用软件两类。,1）通用软件这类软件通常是为解决某一类问题而设计的，而这类问题是很多人都会遇到和需要解决的，例如：文字处理、表格处理、电子演示等。（2）专用软件在市场上可以买到通用软件，但有些具有特殊功能和需求的软件是无法买到的。例如某个用户希望有一个程序能自动控制车床，同时也能将各种事务性工作集成起来统一管理，这些功能对于一般用户而言太特殊了，所以只能组织人力开发。当然，开发出来的这种软件也只能专用于这种情况。,3计算机软、硬件的层次关系,1.4.3指令程序和设计语言1计算机指令指令是CPU能够执行的操作命令的基本单元，它是由CPU生产厂家定义的。一条指令用来控制计算机完成一步操作。指令的数目是有限的，一种CPU的所有指令的集合称为该CPU的指令系统。不同CPU厂家生产的CPU的指令系统是不同的。2计算机语言计算机语言，又称程序设计语言（ProgrammingDesignLanguage），是人与计算机交流信息时使用的一种语言。就像人与人之间交往使用的是自然语言，而人与计算机的联系，必须使用计算机语言。,1.5微型计算机系统,硬件是微型计算机的物质基础，它包括主机和外围设备，其具体组成遵循冯诺依曼提出的计算机经典硬件组成原则，即一台计算机的硬件系统需由五大部件构成，分别是控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。微型计算机的主要部分大都装配在主机箱内，总称为主机，包括主板、硬盘存储器、光盘驱动器、电源和一些其他辅助部件。,1主板主板又称系统板、母板，安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。因为主板是整个微机内部结构的基础，不管是CPU、内存、显示卡，还是鼠标、键盘、声卡、网卡都得靠主板来协调工作。,2中央处理器（CPU）CPU是微机硬件的核心，又称微处理器，它决定了微机的档次。现在微机CPU的主要生产厂商有Intel、AMD和VIA等几家。通常我们所说的Intel的奔腾IV等都是指CPU的型号，CPU的型号决定计算机的型号和性能。（1）Intel系列CPU（2）AMD系列CPU,3内部存储器微型计算机必须具有足够的内部存储器（简称内存）才能正常工作。在系统工作过程中，微处理器从内存中读取控制指令和数据，同时将处理的结果写入内存中暂时保存，供输出设备输出给用户。内存的物理实质是一组或多组具备数据输入和输出、存储功能的集成电路。微型计算机所配备的内存可分为只读存储器和随机存储器。,（1）只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）（2）随机存储器RAM（RandomAccessMemory）（3）高速缓冲存储器Cache,4外部存储器由于内存价格较贵、容量相对较小，而且不便于长期保存，因此，计算机系统都要配置外存储器，外部存储器又称辅助存储器，简称外存。与内存相比，外存具有非易失性、容量大、便宜等优点，而且可以移动。但外存的存取速度比内存要慢得多，存储在外存的数据和指令CPU不能直接处理，这些数据和指令必须调入内存，CPU才能对它进行处理。,（1）硬盘存储器（2）光盘存储器（3）U盘存储器,5常用的输入设备输入设备是外界向计算机传送信息的装置。键盘和鼠标是计算机最常