计算机应用基础第一章

计算机应用基础第一章第一章计算机基础知识

1.2信息与计算机

1.1

电子计算机概述

1.3

计算机系统的基本组成

1.4微型计算机的系统构成

教学内容和基本要求：1了解计算机的发展简史及各代计算机的基本特点；2了解微型计算机的系统概念及硬件系统的构成；3了解系统软件及应用软件的概念；4了解中央处理器(CPU)、运算器、控制器、存储器、输入/输出设备的基本功能；5初步掌握RAM、ROM的概念及存储信息上的区别；6掌握二、八、十、十六 进制数制的概念、特点及表示方法，熟练进行二、八、十、十六进制数之间的换算；7掌握计算机中常用术语(位、字节、字、字长)的概念，并能熟练的进行单位间的换算(包括:KB、MB、GB、TB)。

1.1

电子计算机概述1.1.1电子计算机的诞生和发展1.1.2电子计算机的特点及其应用1.1.1电子计算机的诞生和发展1．第一代计算机:电子管计算机(1946年～1958年)

逻辑元件：电子管；存储介质：磁鼓、磁芯；程序设计语言：机器语言和汇编语言；运算速度：每秒数千次到万次；特点：其体积大，功耗高，可靠性差，价格昂贵；应用：主要应用于军事领域和尖端科研的数值计算。其代表机型为IBM公司自1952年起研制开发的IBM700系列计算机，如图。1.1.1电子计算机的诞生和发展2．第二代计算机:晶体管计算机(1959年～1964年)逻辑元件：晶体管；内存储器：磁芯；外存储器：磁带、磁盘；程序设计语言：如FORTRAN、COBOL等，并提出了操作系统的概念；运算速度：每秒几十万次；特点：其体积缩小，功耗减小，可靠性提高，运算速度加快，内存容量扩大到几十万字节。应用：主要应用延伸到气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究领域。IBM公司自1958年起相继开发的IBM7000系列计算机是这一代计算机的主流产品。1.1.1电子计算机的诞生和发展3．第三代计算机:集成电路计算机(1965年～1970年)基本元件：中小规模集成电路；内存储器：半导体集成电路器件；外存储器：磁带、磁盘；程序设计语言：如FORTRAN、COBOL等，并提出了操作系统的概念；运算速度：每秒几百万次；特点：小型化，耗电省，可靠性高，运算速度快。操作系统的逐步成熟是第三代计算机的显著特点。另一个特点是小型计算机的应用。应用：在科学计算、数据处理、实时控制等方面得到更加广泛的应用。IBM360型电子计算机是这一代的代表产品。1.1.1电子计算机的诞生和发展4．第四代计算机:大规模集成电路计算机(1971年至今)第四代计算机的特征：以大规模集成电路来构成计算机的主要功能部件，出现了微处理器(CPU)。主存储器：采用集成度很高的半导体存储器，运算速度可达每秒几百万次甚至几万亿次基本运算。在软件方面：出现了数据库系统、分布式操作系统等，应用软件的开发已逐步成为一个庞大的现代产业。微型计算机问世并迅速得到推广，逐渐成为现代计算机的主流。1.1.2电子计算机的特点及其应用1．计算机的特点运算速度快：计算机的运算部件采用的是电子器件，其运算速度以每隔几年提高一个数量级的速度不断地发展。存储容量大：计算机的存储器可以把原始数据、中间结果和运算指令等存储起来，以备随时调用具有逻辑判断能力：计算机能够根据各种条件来进行判断和分析，从而决定之后的执行方法和步骤；还能够对文字、符号和数字的大小、异同等进行判断和比较，从而决定怎样处理这些信息。自动化控制：计算机内部的操作运算是根据预先编制的程序自动控制执行的。1.1.2电子计算机的特点及其应用2．计算机的应用科学计算(数值计算)信息处理(数据处理)过程控制(实时控制)计算机辅助功能：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助测试(CAT)等。计算机与网络、多媒体技术

1.2信息与计算机1.2.1计数制1.2.2各种数制间的转换1.2.1计数制计数制也称为数制，即进位计数制，是人们利用数字符号按进位原则进行数据大小计算的方法。二进制(两只鞋为一双)、十二进制(十二个信封为一打)、二十四进制(一天24小时)、六十进制(60秒为1分，60分为1小时)等。这种逢几进一的计数法，称为进位计数法。无论哪种进制形式，都包含两个基本要素:基数和位权。基数是指该进位制中允许使用的数码个数，比如十进制中允许使用0-9共10个数码，故十进制的基数为10；位权是指以该进制的基数为底，以数码所在位置的序号为指数的整数次幂。表1－1给出了数据、基数、数制及数字之间的关系。1.2.1计数制十进制数：十进制数有0-9共10个数码，其计数特点以及进位原则是“逢十进一”。二进制数：二进制数只有0和1两个数码，它的计数特点及进位原则是“逢二进一”。八进制数：八进制数中有0-7共8个数码，其计数特点及进位原则是“逢八进一”。十六进制数：十六进制数有0-9及A、B、C、D、E、F共16个数码，其中A～F分别表示十进制数的10-15。十六进制计数特点及进位原则是“逢十六进一”。1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换二进制数转换成十进制数转换的方法是“按权展开相加”，即利用下式进行:1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换十进制数转换成二进制数整数部分采用除2取余法转换，小数部分采用乘2取整法转换。用除2取余法对整数部分转换的口诀是:“除2取余，逆序排列”。1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换八进制数转换成十进制数按权相加法：把八进制数每位上的权数与该位上的数码相乘，然后求和即得要转换的十进制数。1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换十进制数转换成八进制数方法是：整数部分转换采用“除8取余法”；小数部分转换采用“乘8取整法”。1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换十六进制数转换成十进制数按权相加法：把十六进制数每位上的权数与该位上的数码相乘，然后求和即得要转换的十进制数。1.2.2各种数制间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制的互换十进制数转换成十六进制数方法是：整数部分转换采用“除16取余法”；小数部分转换采用“乘16取整法”。1.2.2各种数制间的转换非十进制数之间的相互转换二进制数转换为八进制数1.2.2各种数制间的转换非十进制数之间的相互转换八进制数转换为二进制数1.2.2各种数制间的转换非十进制数之间的相互转换二进制数转换为十六进制数1.2.2各种数制间的转换非十进制数之间的相互转换十六进制数转换为二进制数1.2.2各种数制间的转换非十进制数之间的相互转换八进制数与十六进制数之间的转换

1.3计算机系统的基本组成1.3.1计算机的硬件系统1.3.2计算机的软件系统1.3.1计算机的硬件系统硬件系统是指组成计算机的各种物理设备，是指那些看得见，摸得着的实际物理设备，它包括计算机的主机和外部设备。具体由五大功能部件组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这五大部分相互配合，协同工作，它们之间的关系如下图1.3.1计算机的硬件系统1.主机(1)运算器运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，包括算术运算和逻辑运算，其内部有一个算术逻辑运算部件ALU(ArithmeticalLogicUnit)和若干种寄存器。运算器主要工作是数据处理(运算)和暂存运算数据。1.3.1计算机的硬件系统1.主机(2)控制器①控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。②在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。③控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。④运算结果由控制器控制，送到存储器保存或送到输出设备输出。1.3.1计算机的硬件系统1.主机——〉(3)存储器(Memory)存储器(Memory)是指内存储器，简称“内存”，是计算机用来存放程序和数据的记忆部件，常用的存储单位有:①位(bit):表示一位二进制信息，可存放一个0或1，位是计算机中存储信息的最小单位。②字节(Byte):是计算机中存储器的一个存储单元，由8个二进制位组成。字节是存储容量的基本单位。③字:由若干个字节组成，是信息处理的单位。保存信息到存储单元的操作称作“写”操作，从存储单元中获取信息的操作称作“读”操作，“读”、“写”时一般都以字节为单位。“读”操作不会影响存储单元中的信息，“写”操作将新的信息取代存储单元中原有的信息。内存储器(Memory)直接和运算器、控制器交换信息，分为随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)和只读存储器ROM(Read-OnlyMemory)两种。①RAM中的信息:可随机地读出或写入，一旦关机(断电)后，信息不再保存。②ROM中的信息:只有在特定条件下才能写入，通常只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有内容保持不变。ROM一般用来存放自检程序、配置信息等。1.3.1计算机的硬件系统2.输入设备输入设备将原始数据、程序和控制信息转换成计算机所能识别的二进制形式的电信号，送到计算机内存中。常用输入设备有键盘、光电输入机、磁盘驱动器和磁带机等。最早使用的是纸带输入和卡片输入机，都属于光电输入机，把程序和数据的代码在纸带或卡片上打成不规则的孔，利用光转换成电的原理，变成电的脉冲代码。20世纪末，使用最为普遍的输入方法是键盘输入，广泛用在微型计算机和终端上。这种方法可将按键所代表的字符直接转换成电脉冲代码。1.3.1计算机的硬件系统3.输出设备是将计算结果或中间结果用人所能识别的形式表现出来，常用输出设备有屏幕显示器、打印机、各种绘图仪等。这些设备可根据计算机工作的需要以多种颜色和多种速度输出结果。1.3.1计算机的硬件系统4.外存储器在计算机外还有辅助存储器，称为外存储器，简称外存。外存储器有补充内存和长期保存程序、数据及运算结果的作用。外存储器存储的内容不能直接供计算机使用，而要先送入内存，再从内存提供给计算机。外存的特点是容量大、能够长时间保存内容，存取速度比内存慢。外存储器通常用磁盘、磁带和光盘。磁盘由系列圆片组成，在单一面或两面涂有磁性材料来存储信息。磁带的存储容量比磁盘大，存取速度比磁盘低，适于长期保存不经常使用的程序或数据。硬盘的读取速度快于光盘。1.3.2计算机的软件系统1.系统软件系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件开发和运行的软件。其主要的功能是进行调度、监控和维护系统等等。系统软件是用户和裸机的接口，主要包括:(1)操作系统软件，如DOS、Windows98、WindowsNT、WindowsXP、Linux，Netware等。(2)各种语言的处理程序，如低级语言、高级语言、编译程序、解释程序。(3)各种服务性程序，如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀毒程序等。(4)各种数据库管理系统，如SQLSever、Oracle、Informix、Foxpro等。1.3.2计算机的软件系统2.应用软件应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料。应用软件主要有以下几种:(1)用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包。(2)文字处理软件包(如WPS、Word等)。(3)图像和动画处理软件包(如Photoshop、3DMAX等)。(4)各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等专用软件。

1.4微型计算机的系统构成1.4.1主机1.4.2外部存储器1.4.3输入设备1.4.4输出设备1.4.1主机1.主板主板(MainBoard)又称为系统板(SystemBoard)或母板(MotherBoard)，是装在主机箱中的一块最大的多层印刷电路板。主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间的协同工作，使之不出差错。主板是微机的核心部件，它的性能和质量基本决定了整机的性能和质量。主板上装有多种集成电路，如中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、专用外围芯片组(Chipset或Chips)、只读存储器基本输入输出系统软件ROM-BIOS(ReadOnlyMemory-BasicInput/OutputSystem)、随机读写存储器RAM(RandomAccessMemory)等，还有若干个不同标准的系统输入/输出总线的扩展插槽(SystemInput/OutputBusExpandedSlot)和各种标准接口等。1.4.1主机2.中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)的中文名称是中央处理器，又称为微处理器(Micro-Processor)，它的内部是由几十万个(Intel80386)到几百万个(IntelPentium)晶体管元件组成的十分复杂的电路，是利用大规模集成电路技术，把整个运算器、控制器集成在一块芯片上的集成电路。CPU内部可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。这三大部分相互协调，进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作，是整个微机系统的核心。CPU的性能指标直接决定了由它构成的微机系统的性能指标。(1)字长字长是指微机能直接处理的二进制信息的位数。人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的CPU可以同时处理16位、32位的二进制数据。(2)主频主频是决定微处理器性能优劣的另一个重要指标。一般说来，主频越高，CPU处理数据的速度越快。随着主频的不断提高，为了协调CPU与内存之间的速度差问题，在CPU芯片中集成了高速缓冲存储器(Cache，简称高速缓存)。(3)外频外频是CPU的基准频率，单位为MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度。(4)一级高级缓存(L1Cache)它是封闭在CPU内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，容量单位一般为KB。(5)二级高级缓存(L2Cache)一般与CPU封装在一起，可以提高内存和CPU之间的数据交换频率，提高计算机的总体性能。1.4.1主机3.内存储器内存储器简称内存，主要用于存放计算机当前工作中正在运行的程序、数据等。计算机中把基本的存储单元称为“字节”，并以字节为单位进行计量，以B表示。故1024B表示1024个字节。计量存储器容量的单位有B、KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(吉字节)和TB(太字节)等，它们的数量级关系如下:常见的内存条容量有64MB、128MB、256MB，甚至数GB。当CPU要将数据写入磁盘时，先将数据存入RAM中，RAM再将数据写入磁盘。1.4.2外部存储器1.闪存盘闪存盘的结构非常简单:一颗FlashMemory再加上一个USB转换电路和一个外包装就成了一个USB接口的移动存储器。FlashMemory是类似于内存颗粒的存储器，它拥有防潮、抗振、耐高温、大容量、即插即用等特点。人们习惯把闪存盘称为“电子软盘”或“优盘”，如图1.4.2外部存储器２.硬盘硬盘驱动器HDD(HardDiskDriver)为微型计算机的基本外部存储设备。与软盘驱动器不同的是，它的磁盘片是固定在驱动器内部的，所以也可统称为硬盘。硬盘划分为磁面、磁道(柱面数)和扇区，一个硬盘含若干个磁性圆盘，每个盘片有2个磁面，每个磁面各有一个读写磁头，每个磁面上的磁道数和每个磁道上的扇区数也因硬盘的规格不同而相异。硬盘的技术参数很多，其中柱面数、磁头数和扇区数称为硬盘的物理结构参数，常常以“C/H/S”标注在硬盘的盘面上。1.4.2外部存储器３.光盘驱动器和光盘光盘驱动器简称光驱，如图。主要有CD-ROM和DVD两种，它是读取光盘信息的设备。光驱读取资料的速度称为倍速，它是衡量光驱性能的重要指标，单倍速的速度是150KB/S，所以50倍速的光驱的数据传输速率为50×150KB/s=7500KB/s。根据性能和用途的不同，光盘存储器可分为只读型光盘(CD-ROM)、只可一次写入型光盘(CD-R)和可重写型光盘(CD-RW)三种。1.4.3输入设备1.键盘键盘是微机必备的输入设备。用来向微机输入命令、程序和数据。目前微机中普遍使用的是通用扩展键盘。键盘由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成，不同按键上标有不同的字符，每按一个键就相当于接通了相应的开关电路，随即将该键符所对应的字符代码通过接口电路送入微机。键盘是通过一根电缆线与主机相连接。这条电缆中包括了四条线:+5伏电源、地线和两条双向信号线。1.4.3输入设备２.鼠标(1)机械式鼠标的工作原理机械式鼠标又叫半光学鼠标，其工作原理是:在机械式鼠标底部有一个可以自由滚动的小球，在球的前方及右方装置两个支成90度角的内部编码器滚轴，移动鼠标时小球随之滚动，便会带动旁边的编码器滚轴，前方的滚轴代表前后滑动，右方的滚轴代表左右滑动，两轴一起移动则代表非垂直及水平的滑动。编码器由此识别鼠标移动的距离和方位，产生相应的电信号传给微机，以确定光标在屏幕上的正确位置。若按下鼠标按键，则会将按下的次数及按下时光标的位置传给微机。微机及软件接收到此信号后，则可依此进行工作。(2)光电式鼠标的工作原理光电式鼠标的工作原理是利用一块特制的光栅板作为位移检测元件，光栅板上方格之间的距离为0.5mm。鼠标器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，发射光经过透镜聚焦后从底部的小孔向下射出，照在鼠标器下面的光栅板上，再反射回鼠标器内。当在光栅板上移动鼠标器时，由于光栅板上有明暗相间的条纹使反射光有强弱变化，鼠标器内部将强弱变化的反射光变成电脉冲，对电脉冲进行计数即可测出鼠标器移动的距离。光电式鼠标必须在专用的光栅板上使用，移动的范围受到限制，但其定位精度较高，防尘性能好，有利于工程绘图。鼠标的主要功能是对光标进行快速移动，选中图像或文字的对象，执行命令等。鼠标按其结构可分为七类:机械式、光电式、半光电式、轨迹球、无线遥控式、PDA上的光笔及NetMouse等。鼠标按工作原理可分为机械鼠标和光电式鼠标。1.4.3输入设备3.图形扫描仪(1)CCD扫描仪CCD扫描仪的主要性能指标有:①扫描幅面，即对原稿尺寸的要求，台式扫描幅面一般为14英寸2(A4)。②分辨率，即每英寸扫描的点数(dpi)为600dpi~2000dpi。③灰度层次，即灰度扫描仪可达灰度级别，目前有16,64及256层(位数分别为4bit,6bit和8bit)。④扫描速度，依赖于每行感光的时间，一般在3ms~30ms的范围。(2)PMT扫描仪这是用光电倍增管(PMT)构成的电子式扫描仪。它比CCD扫描仪的动态范围大、线性度好、灵敏度高、扫描质量高，因此扫描的效果更加逼真，常被用于照相、地图等高要求方面的扫描，但价格较高。1.4.3输入设备４.数码相机数码相机(DC)具有即时拍摄、图片数字化存储(即所照即所得)、简便浏览等功能，即将“照片”进行数字化存储，使用户能够直接利用电脑对图像进行浏览、编辑和处理。若只通过网络传递基本图像的数码图片，可选择30万像素的DC。如要求稍高，则选择百万像素级的机型。目前主流市场是500～800万像素，但已有千万像素级以上的产品。数码相机也为在全球范围内可以实时在Internet上传输图文信息提供了方便的条件。目前虽然价格较贵，但会成为闪烁在多媒体晴空中的又一颗新星。1.4.４输出设备１.显示器显示器是电脑的窗口，由监视器(Monitor)和显示控制适配器(Adapter,又称显示卡)两部分组成，常说的显示器是指监视器。以阴极