大学计算机基础课件-第1章 计算机基础

1、第1章 计算机基础知识第1章 计算机基础知识 1.1 计算机概述 1.1.1 计算机的产生和发展 1.1.2 计算机的分类 1.1.3 计算机的特点 1.1.4 计算机的应用1.2 数据在计算机中的表示 1.2.1 数制 1.2.2 各进制数间的转换 第1章 计算机基础知识 1.2.3 非数值数据的表示 1.2.4 计算机中的信息单位1.3 计算机系统的组成 1.3.1 计算机系统的组成概述 1.3.2 计算机的硬件系统 1.3.3 计算机的主要性能指标 1.3.4 计算机的软件系统1.1.1计算机的产生和发展1.计算机的产生 世界上第一台电子计算机ENIAC于1946年2月 15日由美国宾夕

2、法尼亚大学研制成功，它主要用于计算弹道的各种非常复杂的非线性方程组。 5000次加法/秒重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW1.1.1计算机的产生和发展2.计算机的发展在ENIAC的研制过程中，美国数学家冯诺伊曼针对它存在的问题，提出一个全新的通用计算机方案，这就是EDVAC方案。在这个方案中，冯诺伊曼提出了三个重要设计思想： (1) 计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备； (2) 采用二进制形式表示计算机的指令和数据； (3) 将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序这就是“存储程序”思想的基本定

3、义。1.1.1计算机的产生和发展按硬件划分计算机年代(四代电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路)第一代（19461958）电子管5千4万（次/秒）第二代（19591964）晶体管几十万百万（次/秒）第三代（19651970）集成电路百万几百万（次/秒）第四代（1971至今）集成电路几百万几亿（次/秒）1.1.1计算机的产生和发展计算机的发展阶段逻辑器件运算速度起止年代代表的机型特 点第1代电子管几千次/秒19461958UNIVAC-I、IBM650（小型机）和IBM709（大型机）内存储器采用水银延迟线，外存储器有纸带、卡片、磁带和磁鼓。程序设计语言还处于最低阶段，使用

4、机器语方编程，尚无操作系统出现，操作机器困难。第2代晶体管几十万次/秒19591964IBM-7090 IBM-7094CDC7600内存储器使用磁性材料制成的磁芯，外存储器有磁盘、磁带。出现了监控程序并发展为后来的操作系统，出现了高级程序设计语言BASIC、FORTRAN和COBOL，大大提出了计算机的工作效率。第3代集成电路几千万次/秒19651970IBM-360系列富士通F230系列体积、重量、功耗都进一步减小，出现了结构化、模块化的程序设计思想，出现了结构化的程序设计语言PASCAL。第4代大规模集成电路几亿次/秒1971至今IBM-4300系列3080系列、3090系列和9000系

5、列开始引入光盘，外部设备种类和质量都有很大提高。操作系统向虚拟操作系统发展、数据库管理系统不断完善和提高，程序语言进一步发展和改进1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势、巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、 “银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”CRAY-银河1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势 2、微型化计

6、算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势 3、多媒体化 多媒体技术是20世纪80年代中后期兴起的一门跨学科的新技术。 采用这种技术，可以使计算机具有处理图、文、声、像等多种媒体的能力(即成为多媒体计算机)，从而使计算机的功能更加完善和提高计算机的应用能力。当前全世界已形成一股开发应用多媒体技术的热潮 1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势4、智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1

7、962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarryKasparov 1.1.1计算机的产生和发展3.计算机的发展趋势5、网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。1.1.2计算机的分类按处理数据的方式分类 ：模拟计算机和数字计算机；按应用范围分类：专用计算机和通用计算机；按规模分类：根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类：1巨型计算机 运算速度在每秒亿次以上的计算机可称为巨型计算机。2. 大型计算机运算速度在每秒几千万次以上的计算

8、机为大型计算机。 3. 中型计算机运算速度在每秒百万次以上千万次以下的计算机为中型计算机，与大型计算机的区别不甚明显，通常用在国家重点科研机构、重点理工科院校。 1.1.2计算机的分类4. 小型计算机小型计算机的运算速度在每秒几百万次左右5工作站工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。 6微型计算机 微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。 随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。1.1.3计

9、算机的特点 计算机采用了高速电子器件和线路，并利用先进的计算技术，使它可以有很高的运算速度。运算速度是指计算机能执行多少百万条指令每秒。常用单位是MIPS，例如，主频为2 GHz的Pentium 4微型机的运算速度为40亿次每秒，即4000 MIPS。一般的计算机运算速度可达几百万次到几亿次每秒，现在有些高档计算机的运算速度甚至可达几百亿次至十几太次每秒。1、运算速度快2、计算精度高 由于计算机是根据事先编好的程序自动、连续地工作，可以避免人工计算可能因疲劳、粗心而产生的各种错误。例如，圆周率的计算，历代科学家采用人工计算只能算出小数点后500位。1981年日本人曾利用计算机算到小数点后200

10、万位，而目前已计算到小数点后上亿位。1.1.3计算机的特点1.1.3计算机的特点计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。3、记忆能力强4、逻辑判断能力计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能。 计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。5、自动控制能力1.1.3计算机的特点1.1.4计算机的应用科学计算是计算机最早的应用领域，计

11、算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。1、科学计算2、数据处理数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。1.1.4计算机的应用 过程控制也称为实时控制，主要是指计算机在工业和军事方面的应用。计算机能及时采集检测数据并按最优方案实现自动控制，如炼钢过程的计算机控制、导弹自动瞄准系统、飞行控制

12、调动等。3、过程控制4、计算机辅助系统计算机辅助系统包括计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)、计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI)、计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)等。 1.1.4计算机的应用机器人。主要分为“工业机器人”和“智能机器人”两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业(如海底、井下、高空作业等)；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和回答问题。专家系

13、统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开出药方和假条。模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器，识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。5、人工智能十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2 ，可使用0,1八进制R=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16 ，可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢R进一，借一当R”1.2.1数制表1.2 各进制之间数值的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制

14、000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111 十进制数转换成二进制数，分两种情况进行：整数部分和小数部分。具体规则如下： 整数部分：除2取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余数在高位。 小数部分：乘2取整，直到值为0或达到精度要求。先取的整数在高位，后取的整数在低位。如 (25)10=(11001)2 转换过程如下：（注意：最后取二进制数的顺序）1、十进制转换成二进制

15、数1.2.2 各进制数之间的转换2、二进制数转换成十进制数 1.2.2 各进制数之间的转换 十进制数转换成八进制数和十六进制数与转换成二进制数相似，具体规则如下： 整数部分：除以 8(或 16)取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余数在高位。 小数部分：乘以 8(或 16)取整，直到值为0或达到精度要求。先取的整数在高位，后取的整数在低位。3、十进制数转换成八进制数和十六进制数 4、八进制数和十六进制数转换成十进制数八进制数和十六进制数转换成十进制数，只需以8(或16)为基数，按权展开求和即可。1.2.2 各进制数之间的转换二进制数转换成八进制数的方法是：整数部分：从低位向高位每3位一组

16、，高位不足3位用0补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。小数部分：从高位向低位每3位一组，低位不足3位用0补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。二进制数转换成十六进制数的方法是：整数部分：从低位向高位每四位一组，高位不足四位用0补足四位，然后每组分别按权展开求和即可。小数部分：从高位向低位每四位一组，低位不足四位用0补足四位，然后每组分别按权展开求和即可。5、二进制数转换成八进制数和十六进制数 1.2.2 各进制数之间的转换6、八进制数和十六进制数转换成二进制数 1.2.2 各进制数之间的转换 八进制数和十六进制数转换成二进制数的方法是：将八进制数(或十六进制数)的每一位用相应的3位(或4

17、位)二进制数代替即可 二进制的概念128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦11111000我认识她已有1111年了。信息复制的精确性运算规则简单（R(R+1)/2）电子线路制造计算机成为可能 高三位低四位01001110010111011100000P、p0001！1AQaq00102BRbr0011#3CScs0100$4DTdt0101%5EUeu0110&6FVfv01117GWgw1000(8HXhx1001)9IYiy1010*：JZjz1011+；Kk1100，Nn1111/?O-oDEL1.2.3 非数值数据的表示1、ASCII编码1 输入码输入码所解决的问题是如何使用西文标准

18、键盘把汉字输入到计算机内。输入码主要可以分为三类：数字编码、拼音编码和字型编码。2 国标码国标码又称为汉字交换码，用两个字节来表示，每个汉字的国标码是唯一的。 1.2.3 非数值数据的表示2、汉字编码体系3 内码汉字内码是在设备和信息处理系统内部存储、加工处理、传输统一使用的代码。无论使用何种输入码，进入计算机后就立即被转换为机内码。 3 汉字字形码 汉字的内码代表的是汉字惟一性的交换码，即给出汉字一个名，而这个汉字的外形如何却不在内码之内。汉字笔画多、外形千差万别，这就需要为每个汉字给出一个外形，一般用点阵表示，这就是汉字字模。 1.2.3 非数值数据的表示如图所示是“啊”字的点阵外形。图1

19、.2中有1616个方格，称1616点阵，每一个方格用一个二进制代码表示，用1表示黑点，用0表示白点。存储在计算机中的汉字和符号的外形集合称为汉字库。常用的汉字字库除1616点阵汉字库之外，还有2424点阵汉字库、3232点阵汉字库等。 各种汉字编码的关系如图所示1.2.4 计算机中的信息单位计算机中常用的信息单位有：位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、KB、MB、GB、TB。位：（bit）计算机中表示信息的最小数据单位，1位即一个二进制基本元素(0或1)。如字母“A”在电脑中用二进制表示就是01000001，共有8个二进制位。字节：（Byte）字节是计算机中用来表示存储空间大小的最

20、基本的容量单位。8个二进制位称为一个字节。在计算机和通信领域，通常用B表示byte,用b表示bit。英文字母的ASCII码占用1个字节，汉字的机内码占用2个字节。千字节：（KiloBytes，KB）1KB等于1024字节。如在WINDOWS XP中，WINGDOWS目录下的notepad.exe大小为65KB。兆字节：（Mega Bytes，MB）1MB等于1024KB。如一条内存的容量为512MB，一个U盘的容量为1024MB。GB：Giga Bytes1GB等于1024MB。如一个硬盘容量为120GB。TB：Tera Bytes1TB等于1024GB目前，该数量级的存储设备较为罕见。200

21、7年，日立推出了全球首款1TB容量的硬盘。 1.2.4 计算机中的信息单位1.3 计算机系统的组成1.3.1 计算机系统组成概述1.3.1 计算机系统组成概述硬件就是泛指的实际的物理设备，主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分。只有硬件的计算机称为裸机，裸机是无法运行的。计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。计算机是依靠硬件系统和软件系统的协同工作来执行给定任务的。 （外）存储器（内）存储器中央处理器（CPU）控制器输入设备输出设备数据流地 址控制流运算器1.3.2 计算机的硬件系统1、CPU中央处理器（Central Processin

22、g Unit，简称CPU），计算机系统中必备的核心部件。CPU由运算器和控制器组成，分别由运算电路和控制电路实现。1.3.2 计算机的硬件系统2、存储器存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。主存储器，也称为内存储器（简称内存），内存直接与CPU相连接，是计算机中主要的工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。1.3.2 计算机的硬件系统辅助存储器也称为外存储器（简称外存），计算机执行程序和加工处理数据时，外存中的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用，即计算机通过外存与内存不

23、断交换数据的方式使用外存中的信息。 1.3.2 计算机的硬件系统1.3.2 计算机的硬件系统3、输入设备4、输出设备1.3.2 计算机的硬件系统5、总线1.3.2 计算机的硬件系统CPU内存I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器总线6、主板、机箱1.3.2 计算机的硬件系统字长：指计算机能直接处理的二进制信息的位数。当前计算机的字长有16位、32位和64位。 运算速度：指计算机能直接用可以执行的百万条指令数每秒(MIPS)来衡量。 时钟频率(主频)：指CPU在单位时间(秒)内所发出的脉冲数，单位为兆赫兹(MHz)。 1.3.3 计算机的主要性能指标 内存容量：内存的大小表示存储数据的

24、容量大小，在微型机中一般以字节为单位。 存取速度 ：存储器完成一次读/写操作所需的时间称为存储器的存取时间或访问时间，存储器连续进行读/写操作所允许的最短时间间隔称为存取周期。存取周期越短，则存取速度越快。 磁盘容量 ：硬盘和软盘存储量的大小。1.3.3 计算机的主要性能指标1.3.4 计算机的软件系统计算机软件(Computer Software，也称软件，软体)是指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。软件被划分为系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。 (1)系统软件系统软件为计算机使用提供最基本的功能，可分为操

25、作系统和支撑软件，其中操作系统是最基本的软件；(2)应用软件系统软件并不针对某一特定应用领域，而应用软件则相反，不同的应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能。应用软件是为了某种特定的用途而被开发的软件。它可以是一个特定的程序，比如一个图像浏览器。也可以是一组功能联系紧密，可以互相协作的程序的集合，比如微软的Office软件。 1.3.4 计算机的软件系统 单用户操作系统：DOS、Windows 批处理操作系统：IBM的DOS/VSE。 分时操作系统：UNIX、VMS 实时操作系统：RDOS 网络操作系统 ：NetWare、Linux、Windows NT、Windows 2000 Server 等 分布式操作系统 ：MDS、CDCS1.3.4 计算机的软件系统操作系统：1.3.4 计算机的软件系统应用软件：行业管理软件 ：如开龙IT200 商软ERP等；文字处理软件 ：如Office、WPS等；信息管理软件 ：如Assces数据库 ；辅助设计软件 ：如AutoCAD、Photoshop ；媒体播放软件：如暴风影音、豪杰超