计算机文化基础——基础知识

1、第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识(教材：第一、二章)1.1计算机概述计算机概述 1.1.1电子计算机的发展电子计算机的发展两名重要的人物：两名重要的人物： 艾兰艾兰图灵图灵：1912-1954，英国科学家，计算机科学的，英国科学家，计算机科学的奠基人。贡献主要有两个方面：建立图灵机模型奠基人。贡献主要有两个方面：建立图灵机模型(Turing Machine，TM)，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。试，阐述了机器智能的概念。 冯冯诺依曼诺依曼：1903-1957，美藉匈牙利数学家，计算机，美藉匈牙利数学家，计算机之父。研制

2、之父。研制EDVAC(第二台第二台)，提出提出“存储程序存储程序”概念，概念，50多年来，计算机的基础结构一直没有变化。多年来，计算机的基础结构一直没有变化。 世界上第一台计算机于世界上第一台计算机于1946年年2月在美月在美国宾州大学诞生的，名称为国宾州大学诞生的，名称为“埃尼亚克埃尼亚克”，英文名为英文名为ENIAC (Electronic numerical integrator and calculator) ，电子数字积分计，电子数字积分计算机。算机。 它有两个缺点：一是没有存储器；二是它有两个缺点：一是没有存储器；二是用布线接板进行控制，计算速度慢。用布线接板进行控制，计算速度慢。

3、每秒每秒5000次加法次加法18000个电子管个电子管占地占地170平方米平方米重重30吨吨耗电耗电140千瓦千瓦ENIAC 世界上第一款商用计算机是世界上第一款商用计算机是1951年年生产的生产的UNIAC计算机，计算机第一次作计算机，计算机第一次作为商品被出售。用于公众领域为商品被出售。用于公众领域 数据处理，数据处理，共生产了共生产了50台。台。1.1.2 计算机的分代计算机的分代通常是按所使用的电子器件来划分：通常是按所使用的电子器件来划分：第一代第一代_电子管电子管(19461958)第二代第二代_晶体管晶体管(19581964)第三代第三代_中小规模集成电路中小规模集成电路(196

4、41970)第四代第四代_大规模集成电路：大规模集成电路：新一代：新一代：光子计算机、生物计算机光子计算机、生物计算机(分子计算机分子计算机)、 量子计算机。量子计算机。“分代分代”代表了计算机纵向的发展，而代表了计算机纵向的发展，而“分类分类”可用来说可用来说明横向的发展。明横向的发展。1.1.3计算机的分类计算机的分类1.按规模分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机按规模分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机2.按用途分：通用机、专用机。按用途分：通用机、专用机。3.按运算速度和性能分：高性能计算机、微型计算机、按运算速度和性能分：高性能计算机、微型计算机、 工作站、服务器、嵌入式

5、计算机。工作站、服务器、嵌入式计算机。其中微型计算机分为其中微型计算机分为：台式计算机：台式计算机(Desktop Computer) 笔记本计算机笔记本计算机(Notebook Computer) 平板计算机平板计算机(Table PC) 超便携个人计算机超便携个人计算机(Ultra Mobile PC)1.1.4计算机的新技术计算机的新技术1.嵌入式计算机：嵌入式计算机：系统的应用软件与硬件一体化，具有可靠性系统的应用软件与硬件一体化，具有可靠性和时实性等特点，常用于家电中，例如：自动洗衣机，和时实性等特点，常用于家电中，例如：自动洗衣机，数码照相机等。数码照相机等。2.网格计算：网格计算

6、：针对复杂科学计算的新型模式，利用针对复杂科学计算的新型模式，利用Internet将将不同地理位置上的计算机组织成一个不同地理位置上的计算机组织成一个“虚拟的超级计算虚拟的超级计算机机”，每台参与计算的计算机称为一个节点。，每台参与计算的计算机称为一个节点。 优势：数据处理能力强；充分利用网上的闲置处理能力。优势：数据处理能力强；充分利用网上的闲置处理能力。3.中间件技术：中间件技术：介于应用软件和操作系统之间的系统软件。在介于应用软件和操作系统之间的系统软件。在客户机和服务器中间增加一组服务，如客户机和服务器中间增加一组服务，如ODBC。 科学计算：科学计算： 量子化学、核物理学、天气预报等

7、。量子化学、核物理学、天气预报等。 数据处理：数据处理： 办公自动化、企业管理、情报检办公自动化、企业管理、情报检索索 过程控制：过程控制： 冶金、化工、水利等。冶金、化工、水利等。 计算机辅助系统：计算机辅助系统： CAD、CAM、CBE、CIMS等等。 人工智能（模拟人脑）：人工智能（模拟人脑）：机器人、模式识别、专机器人、模式识别、专家系统家系统 信息高速公路：信息高速公路：网上交换各种信息（文字数据、网上交换各种信息（文字数据、声音、图象等）声音、图象等） 电子商务电子商务1.1.5计算机的应用计算机的应用1.2计算机系统的组成计算机系统的组成(P19)计算机系统计算机系统硬件硬件 (

8、Hardware)系统系统软件软件 (Software)系统系统什么是硬件、软件什么是硬件、软件1.硬件系统硬件系统(Hardware)：是指构成计算机系统的各种物理设备是指构成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础。的总称，是计算机系统的物质基础。2.软件系统软件系统(Software)：指存储在存储介质中的各种形式的程指存储在存储介质中的各种形式的程序和文档。它可以扩大计算机的功能、提高计算机的效率。序和文档。它可以扩大计算机的功能、提高计算机的效率。3.相互关系：相互关系：硬件系统和软件系统并不是独立的，软件是建立硬件系统和软件系统并不是独立的，软件是建立和依托在硬件基础

9、上的，没有硬件对软件的支持，软件的功能和依托在硬件基础上的，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从说起；没有软件的硬件称为裸机，不能使用。它们的关就无从说起；没有软件的硬件称为裸机，不能使用。它们的关系是相辅相承、缺一不可的。系是相辅相承、缺一不可的。1.2.1硬件系统基本结构硬件系统基本结构控制器输入设备 输出设备存储器运算器数据流结果中央处理器CPU.美籍匈牙利数学家冯冯.诺依曼思想诺依曼思想： 二进制二进制程序与数据一样存放在内存程序与数据一样存放在内存五大模块五大模块1. 输入设备输入设备输入的数据存放在？2. 输出设备输出设备 显示器是将电信号转换成视觉信息的一种输出设备。用于显示程

10、序、数据、图形等。 显示卡 目前常用的显示卡是VGA卡(模拟信号)和DVI(数字信号)。2. 输出设备输出设备输出设备还包括打印机、绘图仪、音箱等。打印机常用的有针式打印机、 喷墨打印机、 激光打印机。中央处理器中央处理器（CPU） Central Processing Unit 计计算机的核心部件，包括运算器算机的核心部件，包括运算器和控制器。和控制器。 (1)运算器运算器(ALU) 进行各种数学运算和逻辑运算。进行各种数学运算和逻辑运算。(2)控制器控制器 指挥整个计算机各部件协调工作，是计算机的指挥中心。指挥整个计算机各部件协调工作，是计算机的指挥中心。基本功能是取指令和执行指令。基本功

11、能是取指令和执行指令。3. CPU (P37)CPU的性能指标：(1)字长字长：在计算机中作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码称为字字，每个字所包含的二进制数的位数称为字长字长。二进制数就是逢二进一，只有 1 和 0 两个数位。 字长越长，微机计算的数字的有效位数越多，计算越精确。字长通常是8的整数倍，如16位、32位、64、128、256、512位等。CPU的性能指标：(2)主频主频(工作频率工作频率)：CPU的主频是指CPU工作时的时钟频率，它反映了指令执行周期的长短。它是考查CPU运行速度的主要参数，主频越高，则运行速度也越高。常用的CPU频率：166MHZ、200MHZ、450MH

12、Z3.80GHZ(P4)等。目前生产CPU的厂家：Intel 公司；AMD公司。Intel产品主要有：Pentium(奔腾)系列 Celeron(赛扬)系列 Core(酷睿)系列AMD产品：速龙，炫龙，羿龙等。国产CPU：中国科学院计算所自主研发了龙芯系列。目前较好的CPU：Intel Core2 Duo (Intel 酷睿2双核) 较高频率： 3.2gHZ(E8500) 3.3gHZ(E8600) 英特尔已经明确表示不会再推出更高端的Core 2 Duo产品，Intel Core 2 Duo E8600成为英特尔最高端的产品，而未来的重点Intel则是放在了45nm的Wolfdale四核处理

13、方面。 4. 存储器存储器存储器：存放数据和程序。存储器内存（主存储器）外存（辅助存储器）(1)内部存储器（内存）内部存储器（内存）（P21） 从输入设备得到的各种数据首先存放到内存里。从输入设备得到的各种数据首先存放到内存里。只有内存才能和只有内存才能和CPU 打交道。打交道。基本概念：位（Bit）：一位二进制数（即0或1），简写为b 。字节 (Byte)=8bit，简写为B。 一个存储单元是1B。存储容量：描述计算机存储能力的指标。目前配置的内存容量是 32、64、128、256、5124GB等。 (1)内部存储器（内存）1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1G

14、B= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB(2) 内存的分类 ROM(Read only memory)只读存储器。只读存储器。 计算机在出厂以前由厂家固化一些程序，这些计算机在出厂以前由厂家固化一些程序，这些程序断电后也不丢失程序断电后也不丢失。 RAM(Random access memory)随机存取随机存取器。器。 内存信息可以读出也可以写入，但断电后信息内存信息可以读出也可以写入，但断电后信息全部丢失。全部丢失。内存内存只读存储器只读存储器（ROM）随机存储器随机存储器（RAM）(2) 内存的分类高速缓冲存储器(Cache) 计算机工作时CPU频繁地和内存交

15、换信息，CPU的速度越来越快，已达到了几ns(纳秒)，而RAM访问数据的周期最快也需50ns。 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。(3)外部存储器 又称辅助存储器。又称辅助存储器。 常用的盘片有硬盘、软盘、光盘常用的盘片有硬盘、软盘、光盘.。要有相应的驱动器才能使用这些盘片。要有相应的驱动器才能使用这些盘片。(4)驱动器的命名软盘驱动器 A： 硬盘驱动器1 C： 硬盘驱动器2 D：光盘驱动器 E： (5)磁盘容量的计算方法为：软盘总容量= 2 8018512B=1.44MB一个扇区，512字节/扇区一个磁道硬

16、盘的硬盘的磁道、磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面柱面扇区扇区磁道磁道 硬盘片是由涂有磁性材料的铝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，硬盘容量视盘面上而不接触盘面，硬盘容量视具体类型而定。具体类型而定。硬盘片硬盘片读写磁头读写磁头硬盘硬盘硬盘总容量=磁头数磁道数扇区数每扇区字节数 若某牌号的硬盘有32个磁头，4096个柱面，每个磁道上有36个扇区数，则： 硬盘总容量= 32409636512B=4.2GB(6)(6)光盘光盘 q CD-ROM 分为只读型和可读写型，容量

17、可达分为只读型和可读写型，容量可达650MB。 倍速：倍速：衡量光盘驱动器传输数据速率的指标，最高衡量光盘驱动器传输数据速率的指标，最高64倍速。倍速。 一倍速率一倍速率= 150KB/秒秒q 后继产品后继产品DVD-ROM(它向下兼容它向下兼容) 可读音频可读音频CD和和CDROM，容量可达，容量可达17GB，最高，最高20倍速。倍速。 一倍速率一倍速率=1.3MB/秒秒(7)(7)移动存储产品移动存储产品 Flash存储设备存储设备 闪存芯片为存储介质 采用USB的接口 可擦写100万次以上 (8)内存与外存的比较存储容量存储容量 存取速度存取速度 与与CPU交换信息交换信息 信息的保留信

18、息的保留内存内存小小快快可以可以断电丢失断电丢失外存外存大大慢慢不可以不可以永久保留永久保留5 总线总线p47总线是各部件或设备之间传输数据的公用通道，总线是各部件或设备之间传输数据的公用通道，( (也叫也叫BUS)BUS)。主要用于连接。主要用于连接CPUCPU、内存、外存和各内存、外存和各种输入输出设备并协调它们的工作。种输入输出设备并协调它们的工作。5 总线总线 按数据传输方式，总线可分为：按数据传输方式，总线可分为： 串行总线：串行总线：二进制数据逐位通过一根数据线发送二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的部件或设备。到目的部件或设备。 并行总线：并行总线：数据线有许多根，故一次能发送

19、多个数据线有许多根，故一次能发送多个二进制数据位。二进制数据位。 从表面上看，并行总线似乎比串行总线快，其实从表面上看，并行总线似乎比串行总线快，其实在高频率的条件下串行总线比并行总线更好，并将会在高频率的条件下串行总线比并行总线更好，并将会逐渐取代。逐渐取代。 5 总线总线 按总线内所传输的信息种类，可分为：按总线内所传输的信息种类，可分为： 数据总线数据总线(DB)：CPU与内存或与内存或I/O接口之间的数据接口之间的数据传递。传递。 地址总线地址总线(AB)：内存与内存与I/O接口的地址信息，它的接口的地址信息，它的条数决定了内存空间的范围大小。条数决定了内存空间的范围大小。 控制总线控

20、制总线(CB)：传送控制器的控制信息。它的条传送控制器的控制信息。它的条数由数由CPU的字长决定。的字长决定。6 主板主板p34CPU插座插座内存条内存条BIOS芯片芯片芯片组芯片组串行接口串行接口AGP扩展槽扩展槽PCI扩展槽扩展槽电池电池7.主机箱及其中的主要部件1.指令和程序的概念指令和程序的概念 指令指令：让计算机完成某个操作所发出的命令。：让计算机完成某个操作所发出的命令。 指令的组成：指令的组成： 1.2.2计算机基本工作原理计算机基本工作原理p22操作码操作码 操作数操作数 一台计算机所有指令的集合称为该计算机一台计算机所有指令的集合称为该计算机的指令系统。的指令系统。程序程序：

21、指令序列：指令序列2.计算机执行指令的过程计算机执行指令的过程分为三个阶段：取指令、分析指令和执行指令分为三个阶段：取指令、分析指令和执行指令取指令：取指令： 从内存取指令到从内存取指令到CPU(指令寄存器指令寄存器) 。分析指令：对操作码进行译码、确定操作数的地址。分析指令：对操作码进行译码、确定操作数的地址。执行指令：根据指令要完成的操作，向各部件发出控制信号。执行指令：根据指令要完成的操作，向各部件发出控制信号。3.程序的执行过程程序的执行过程CPU不断地取指令、分析指令和执行指令的过程不断地取指令、分析指令和执行指令的过程。1.2.3计算机软件计算机软件(P25)软件：程序+文档没有软

22、件我可不能工作呀！软件系统软件应用软件1.系统软件包括：操作系统 什么是操作系统？ 操作系统是指用于控制和管理计算机系统的软硬件资源，操作系统是指用于控制和管理计算机系统的软硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，方便用户操作的一组程序的合理地组织计算机的工作流程，方便用户操作的一组程序的集合。有了操作系统，可以使计算机系统所有资源最大限度集合。有了操作系统，可以使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友好的服务界面。地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友好的服务界面。常用的操作系统： Windows 98(2000、2002)、Windows NT 、Windows XP、DOS 还有unix、Netware, OS/2等操作系统的作用其它系统软件 高级语言处理程序高级语言处