大学计算机基础（第6版）（微课版） 课件全套 甘勇 第1-11章 计算机与计算思维-计算机新技术与应用

大学计算机基础

第1章计算机与计算思维大学计算机基础课程组2022年4月主要内容计算机引论1计算机概述2计算思维32主要内容计算机引论1计算机概述2计算思维33为什么要学习计算机计算机学什么为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在科学研究中的应用4人造卫星轨迹房屋抗震强度天气预报为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在农业中的应用5农业环境检测智慧农业为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在工业中的应用6工业设计无人生产线为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在商业金融中的应用7全球电子商务网上银行为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在教育中的应用8在线课堂为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在军事中的应用9为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在医学中的应用10为什么要学习计算机计算与计算机无处不在计算机在日常生活中的应用11为什么要学习计算机计算机是解决复杂工程问题和突破重大科技创新的重要工具聚变能源地球模拟生物医药石油勘探脑科学人工智能FAST宇宙科学……12计算机学什么13人类对计算的探索历程手动计算手指/绳子/石子算筹/算盘/计算尺/加法器差分机/分析机上古结绳而治计算机学什么14人类对计算的探索历程自动计算Mark-I（马克1号）ENIAC（埃尼阿克）EDVAC（埃德瓦克）首台电子计算机1946年2月，美国宾夕法尼亚大学为奥伯丁武器实验场计算导弹轨道而设计

ENIACElectronicNumericIntegratorAndCalculator(电子数字积分计算机）第一台计算机

占地--170平方米电子管--18800个继电器--1500个重量--30吨耗电–150千瓦运算速度--5000次/秒存储方式--十进制运行需20名工程师第一台计算机冯.诺依曼的贡献

美籍匈牙利人冯.诺依曼（VonNemann）研究了ENIAC的缺陷，于1946年提出了以二进制和存储程序为工作原理的现代计算机体系结构。冯.诺依曼的理论，奠定了现代计算机的基础。现在的计算机仍采用冯.诺依曼的体系结构计算机科学奠基人英国科学家阿兰.图灵建立图灵机模型，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

美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖主要贡献：计算机之父--查尔斯·巴贝奇(CharlesBabbage)和他研制的差分机和分析机

电子计算机之父：美籍匈牙利数学家冯.诺依曼主要贡献：与同事研制人类第二台计算机EDVAC“存储程序”概念冯·诺依曼计算机奠定了现代计算机体系结构和工作原理最早的计算机

它什么样?计算机学什么26学习计算机就是学习计算思维计算机只是一种工具，它的伟大之处在于它促使人们借此发展了思考问题的方式——计算思维。计算思维是数字化时代，实施自动计算的产物学习计算机就是学习计算思维，即学习如何运用计算解决社会发展、人类生存的诸多问题。计算机学什么27学习计算机就是学习计算思维数字时代，计算已经成了各行各业的组成部分。《计算科学：确保美国竞争力》中曾预测：21世纪科学上最重要的、经济上最有前途的前沿研究都有可能通过先进的计算技术和计算科学而得到解决。主要内容计算机引论1计算机概述2计算思维328计算机的概念计算机的历史计算机的特点计算机的分类计算机的应用计算机的未来我国的计算机计算机的概念计算机的定义计算机是电子数字计算机的简称，俗称电脑。它是一种能够依据预先存储在其内部的程序控制，自动地对输入设备接收的各种信息进行高速、准确的处理，并把处理结果通过输出设备输出或通过存储器存储起来的现代化电子设备。计算机本质上就是一种具有高速运算、自动控制和数据存储的能力的计算工具。29

计算机的概念计算机的功能30

自动控制数据处理数据存储数据输入/输出功能计算机的历史31大/超大规模集成电路晶体管计算机中/小规模集成电路电子管计算机NO.2NO.1NO.3NO.4划分依据：逻辑器件（元件）计算机的历史第一代：电子管计算机（1946年-1957年)逻辑元件:电子管（又称为真空管）；存储器：光屏管或汞延时电路；输入/输出:穿孔卡片或纸带；软件:机器语言和汇编语言；特点:体积大、功耗高、可靠性差、速度慢；应用：军事和科学计算；代表机型：ENIAC、IBM650(小型机）、IBM709(大型机）等。32

ENIACIBM650IBM709计算机的历史第二代：晶体管计算机（1957年-1964年)逻辑器件：晶体管；存储器：磁芯作为主存，外存多用磁盘；软件：Fortran等计算机高级语言；特点：速度提高，质量/体积/功耗/成倍减少；应用：科学计算、数据处理和工业控制等方面；代表机型：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。33

IBM7090TRADIC计算机的历史第三代：中小规模集成电路计算机（1964年-1970年)逻辑元件：中小规模集成电路；存储器：半导体存储器(内)，磁带或磁盘(外)；软件：高级语言；特点：体积小、耗电少、速度快、容量大、可靠性强；应用:科学计算、信息管理、自动控制等；代表机型:IBMSystem/360。34

IBMSystem/360计算机的历史第四代：大/超大规模集成电路计算机（1970年至今）逻辑元件：大/超规模集成电路；存储器：半导体存储器(内)，磁盘(外)；软件：操作系统、应用软件；特点：更加强大、灵活、高效；应用:以网络、多媒体为特征；代表机型:微型机、巨型机等35

世界上第一台MCS-4计算机的历史微型计算机的发展36年代微处理器型号第一代（1971-1973年）4位和低档8位第二代（1973-1978年）中高档8位第三代（1978-1980年）16位第四代（1983-1993年）32位第五代（1993-2005年）64位第六代（2005年至今）多核心、64位划分依据：微处理器型号，尤其以Intel的产品为代表。计算机的特点运算速度快运算速度是重要性能指标之一（单位：MIPS）每秒可完成几亿次~百亿亿次运算极大地提高了工作效率，解放了体力和脑力劳动2021年，四川大学华西医院、华为、赛乐基因科技联合发布多组学数据加速分析平台，将人类全基因组测序时间从24小时缩短至7分钟。这是全球首次将人类全基因组分析推进至分钟级，具有跨时代的意义。37计算精度高十几位、几十位有效数字计算精度在理论上不受限制尖端技术的发展离不开高精度计算计算机的特点英国数学家威康•尚克斯曾经花了15年，才将圆周率算到第707位，而使用计算机能计算到小数点后200万位。38存储容量大计算机具有超强“记忆”功能目前，一般微机的容量已达TB级，超算的容量也已超过PB级1TB=210GB1PB=210TB计算机的存储容量从理论上来说几乎没有限制。计算机的特点39具有逻辑判断能力计算机具有逻辑运算功能，是计算机模拟人类智能的前提和基础是延伸人类脑力的有力助手计算机的特点40自动化程度高按照预先编好的程序，连续、自动地工作是由冯•诺依曼提出的，被称为“存储程序和程序控制”的思想计算机的特点41通用性强各行、各业、各个领域都能用到几乎能求解科学中的一切问题计算机是解决人类社会中的一切疑难问题有力工具计算机的特点42计算机的分类按处理数据的类型不同数字计算机模拟计算机混合计算机处理数字信号，即用“0”和“1”来表示信息；基本运算部件是数字逻辑电路；精度高、存储量大、通用性强；是计算机中的主流。43计算机的分类按处理数据的类型不同数字计算机模拟计算机混合计算机处理的是模拟信号，即用电压来表示信息；基本运算部件以电子线路构成，电路结构复杂；精度不高、不易存储、通用性差，抗干扰能力极差；一般只用在科学研究或特定的领域中。44计算机的分类按处理数据的类型不同数字计算机模拟计算机混合计算机处理数字和模拟两种信号综合数字计算机运算精度高和模拟计算机运算速度快适用于一些严格要求实时性的复杂系统的仿真，例如在导弹系统仿真中。45计算机的分类按用途不同通用计算机专用计算机面向多种应用领域，为能解决各种问题而设计的计算机。其特点是功能齐全，适应性强，应用范围广。一般的计算机多属此类。46计算机的分类按用途不同通用计算机专用计算机针对某一特定应用领域或面向某种算法，为解决某一特定问题而专门设计的计算机。其特点是结构简单，功能单一，体积较小，使用简便，但速度更快、可靠性更高。此类计算机大多用于过程控制。如炼钢厂里轧钢控制计算机，银行的ATM提款机等。47计算机的分类按性能高低巨型计算机大/中型计算机小型计算机微型计算机又称高性能计算机或超级计算机(Supercomputer，简称超算)。性能最高、功能最强、速度极快、存储量巨大、结构复杂、价格昂贵的一类计算机。超算一般用在国家高科技领域和国防尖端技术中。超算是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。48计算机的分类按性能高低巨型计算机大/中型计算机小型计算机微型计算机国外习惯上将其称为主机系统(Mainframe)，是计算机中性能仅次于巨型机的一类计算机。一般用在大型企业、金融系统、高校、科研院所等。在大中型机的制造企业中，IBM处于霸主地位。49计算机的分类按性能高低巨型计算机大/中型计算机小型计算机微型计算机两类:一类是采用多处理机结构和多级存储系统，另一类是采用精简指令系统。既提高了运算速度，又降低了成本。性能较好、结构简单、价格便宜、使用和维护方便，备受中小企业欢迎，应用领域非常广泛。在中国，小型机习惯上用来指UNIX服务器。50计算机的分类按性能高低巨型计算机大/中型计算机小型计算机微型计算机微型机的核心是微处理器。以其设计先进、软件丰富、功能齐全、体积小、价格便宜、灵活性好等优势而拥有广大的用户。是应用领域最广泛、发展最快、人们最感兴趣的一类计算机。微型机中最有代表性的当属个人计算机，又称PC（PersonalComputer，即个人计算机）机。51计算机的分类对各类计算机进行组合使用工作站服务器嵌入式计算机一种高端的通用微型计算机，提供比个人计算机更强大的性能。用于图像处理、计算机辅助设计等领域。52计算机的分类对各类计算机进行组合使用工作站服务器嵌入式计算机在网络环境下为网上多个用户提供资源共享、数据传输等各种服务的一种配置相对较高的计算机。人们往往会根据网络上被服务的用户多少，选择不同性能的服务器。53计算机的分类对各类计算机进行组合使用工作站服务器嵌入式计算机即嵌入式系统，是指嵌入对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序4个部分组成。在智能化的今天，嵌入式计算机无处不在。54计算机的应用科学计算/数值计算飞行器控制气象预报石油勘探潮汐规律高能物理地震预测……大型粒子对撞机55计算机的应用数据处理/信息处理/非数值计算科技情报人口普查银行储蓄企业管理办公学习购物娱乐56计算机的应用过程控制/实时控制/自动控制导弹、人造卫星、宇宙飞船等飞行器的控制工农业生产的自动控制铁路交通上的行车调度提高了自动化水平和实时控制的准确性57计算机的应用计算机辅助计算机辅助设计（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）58计算机的应用人工智能/智能模拟人机博弈专家系统机器人……59计算机的应用计算机网络网上购物线上会议在线学习远程医疗……60计算机的未来计算机的发展趋势61由Intel创始人之一戈登·摩尔提出来的。内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，价格则减一半。这一定律揭示了信息技术进步的速度。摩尔定律是关于人类创造力的定律，而不是物理学定律！50岁的摩尔定律真的要过时了吗？计算机的未来计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒体………不是指计算机的体积日趋巨大，而是其运算速度更快、存储量更大和功能更强。常用于国家重大工程中的庞大而复杂的计算问题，是衡量一个国家的科技实力和综合国力的重要标志。超级计算机的研制是世界各国在高科技领域竞争的热点，国际上每年2次发布全球超级计算机500强排名。62计算机的未来计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒体………超大规模集成电路发展的必然。芯片集成度越来越高，微型化的进程越来越快。体积进一步缩小，价格进一步降低，性能更强、可靠性更高、适用范围更广。63计算机的未来计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒体………让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。具有思考问题、逻辑推理、自然语言的生成和理解、自我学习的功能。64计算机的未来计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒体………万物互联的时代。衡量国家现代化程度的重要指标。65计算机的未来计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒体………多媒体技术被认为是20世纪90年代信息领城的一次革命。高效性、交互性、集成性和实时性等特点。随着5G技术和智能化技术的普及，多媒体化也是计算机发展的必然趋势之一。66计算机的未来未来的新一代计算机是以量子的状态作为计算形式。特点：速度快、超强处置信息能力强、精确度高、应用范围广等。我国在量子计算机的研究走在世界的前列。未来，量子计算可能颠覆世界，是下一轮科技发展的“制高点”。量子计算机神经网络计算机生物计算机光子计算机纳米计算机……我国研发62比特超导量子计算机67计算机的未来未来的新一代计算机量子计算机神经网络计算机生物计算机光子计算机纳米计算机……利用与人脑非常相似的神经网络进行信息处理。特点：极强的自学能力；“智能”好像是自发产生的，不是严格设计出来的；资料贮存在神经元之间的网络中。在21世纪，人工神经网络的研究将会有新的突破，将渗透到人类生活的各个领域。68计算机的未来未来的新一代计算机又称为DNA计算机、仿生计算机或分子计算机，生物芯片来替代半导体硅片。特点：运算速度快；存储容量大；能耗小；自我修复。量子计算机神经网络计算机生物计算机光子计算机纳米计算机……69计算机的未来未来的新一代计算机以光子代替电子，用光子作为信息载体，光互连代替导线互连、光硬件代替计算机中的电子硬件、光运算代替电运算。特点：并行处理能力很强，具有超高运算速度；光子计算机还具有与人脑相似的容错性；光传输、转换时能量消耗和散发热量极低。量子计算机神经网络计算机生物计算机光子计算机纳米计算机……光子芯片70计算机的未来未来的新一代计算机用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件体积小，质地坚固，有着极强的导电性；几乎不需要耗费任何能源，而且其性能强大量子计算机神经网络计算机生物计算机光子计算机纳米计算机……斯坦福大学团队研制碳纳米管计算机71我国的计算机第一代：电子管计算机研制（1958年-1964年)1956年，中国科学院计算技术研究所筹备委员会成立，揭开了我国电子计算机研制的序幕。1957年，哈尔滨工业大学研制中国第一台模拟式电子计算机1958年，我国第一台电子计算机——103型计算机1959年，第一台大型通用电子计算机（即104机）1960年，一台小型通用电子计算机，即107机1964年，我国第一台大型通用数字电子管计算机（119型）72

103型计算机我国的计算机第二代：晶体管计算机研制（1965年-1972年)1964年，哈军工成功研制了中国第一台晶体管通用电子计算机441-B机；1965年，中科院研制了晶体管大型通用数字计算机109乙，该机在国民经济和国防部门得到广泛应用；1967年，推出109丙机，该机运行了15年，有效计算时间在10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。在晶体管计算机研制时期，中国计算机研制进入高速追赶国际先进水平的阶段。73

我国的计算机第三代：中/小规模集成电路的计算机研制(1973年-80年代初)1968年7月至1971年5月，中科院计算所研制成功中国第一台小规模集成电路通用数字电子计算机111机；1973年-1976年，先后研制成功DJS-130、DJS-140小型机，、013机、655机和151机。1983年，完成我国第一台大型向量机757机和“银河-I”巨型计算机。“银河-I”巨型机填补了国内巨型计算机的空白，中国成为继美国、日本之后，第三个能独立设计和制造巨型计算机的国家。“银河-I”的问世标志着中国进入了世界研制巨型计算机的行列，是我国高速计算机研制的一个重要里程碑。74

“银河-I”巨型计算机我国的计算机中国计算机研制水平达到国际前沿水平突破发达国家对中国的技术封锁，直至达到国际前沿水平。目前，中国研制出众多的高性能超级计算机，为国防和科研事业做出了重要贡献，并且推动了计算机产业的蓬勃发展。截至2020年11月，中国厂商联想、曙光、浪潮是全球前三的超算供应商。与此同时，中国也成为了世界上最大的微机生产基地和主要市场。75

科技是第一生产力主要内容计算机引论1计算机概述2计算思维376计算机思维的起源计算机思维的基本概述计算机思维的知识体系计算机思维的应用计算思维的起源2006年，美国周以真教授提出了计算思维的概念；2008年，周教授探讨了计算思维的本质；2010年，周教授给出了计算思维的正式定义；2007年，在美国的教育领域开始实施“计算思维”教学计划；2015年，美国总统在白宫签署了ESSA，将以计算思维培养为核心的计算机科学提高到与数学、英语等同的重要地位，并投入巨资在美国国内广泛推行。计算思维的提出，引起了不少国家教育界的重视。国外发展77计算思维的起源2010年7月，在九校联盟(C9)计算机基础课程研讨上，陈国良院士做了“计算思维能力培养研究”的报告，旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”列为计算机基础教育的核心任务；2012年，教育部高教司设立了“以计算思维为切入点的大学计算机课程改革项目”；2013年，教育部高等学校大学计算机课程教委“计算思维教学改革宣言”。计算思维的概念及重要性在国内科技界和教育界快速传播。国内发展78计算思维的概述计算思维的概念它运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法，是一类解析思维。它结合了数学思维(求解问题的方法)和工程思维(设计、评价大型复杂系统)，涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。79

计算思维的概述计算思维的特征概念化，不是程序化。根本的，不是刻板的技能。是人的，不是计算机的思维方式。数学和工程思维的互补和融合。是思想，不是人造物。面向所有的人，所有地方。80

计算思维的概述计算思维的过程（核心内容）81分解问题模式识别抽象问题算法设计将一个复杂的问题拆分成多个简单问题。泡茶喝=烧水+冲茶+喝茶。99×9=（100-1）×9=900-9=891。

计算思维的概述计算思维的过程（核心内容）82分解问题模式识别抽象问题算法设计观察数据，从中找出相同的模式、趋势和规律，识别出它是哪一类问题，找出各个部分之间的异同，帮助我们理解问题，思考解决方案，这个过程就是模式识别。思考：把1到200之间的整数相加的过程。

计算思维的概述计算思维的过程（核心内容）83分解问题模式识别抽象问题算法设计在模式识别的基础上找出模式形成背后的反映事物的本质的规律，建立成模型。思考：从把m到n（n>m）之间的整数相加。

计算思维的概述计算思维的过程（核心内容）84分解问题模式识别抽象问题算法设计算法是为解决某一类问题撰写一系列详细步骤，针对这些相似的问题提供逐步解决的方案。把算法设计过程理解为给某件事情找一个最简单的步骤，并把它整理成一份手册，这样所有人都可以用这份手册来最快地完成目标任务。计算思维的概述计算思维的本质85

抽象思维最重要的用途是产生各种各样的系统模型，以此作为解决问题的基础。计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，可以完全用符号来表示。自动化抽象计算思维的概述计算思维的本质86

自动化就是可以按预先设计好的程序或系统自动运行；这需要一组预定义的指令及预定义的执行顺序，一旦执行，这组指令就可根据安排自动完成某个特定任务；自动化技术正在改变人们的生产、生活和学习方式，也正改变着人们的思维方式。自动化抽象计算思维的知识体系计算之树87

计算思维的知识体系基础性计算思维（计算之树的树根）“0和1”的思维。现实世界的各种信息(数值性和非数值性)都可被转换成0和1来表示、处理和变换。“程序”的思维。计算机或计算系统就是能够执行各种程序的机器或系统，实现一个系统仅需实现这些基本动作以及实现一个控制基本动作组合的控制指令，指令的各种有序组合就是程序。“递归”的思维。在计算理论领域，已证明了一般的递归函数与图灵机是等价的，即说明计算系统是一种可递归计算的系统，由此可以看出，递归对计算技术与计算系统具有奠基性思维的作用。88

计算思维的知识体系计算环境的发展（计算之树的树干）冯•诺依曼机。体现了存储程序与程序自动执行的基本思维。个人计算环境。体现的是存储体系环境下，程序如何在操作系统协助下被硬件执行的基本思维。并行与分布计算环境。体现了在复杂环境下（多核、多存储器)，程序如何在操作系统协助下被硬件并行、分布执行的基本思维。云计算环境。体现的是“按需索取、按需提供、按需使用”的一种计算资源虚拟化服务的基本思维。89

计算思维的知识体系计算手段（计算之树的枝杈）

计算手段就是算法和系统，研究的是如何利用两者对社会、自然问题求解，两者交替促进，共同进化。算法。算法被誉为计算系统的灵魂，是一个有穷规则的集合，它用规则规定了解决某一特定类型问题的运算序列，或者规定了任务执行或问题求解的一系列步骤。系统。系统是计算与社会、自然环境融合的统一体，它对社会、自然问题提供了泛在的、透明的、优化的综合解决方案，是由相互联系、相互作用的若干元素构成且具有特定结构和功能的统一整体。90

计算思维的知识体系计算学科的分支（计算之树的树枝）计算学科的分支是指计算在各学科、各领域分支的研究方向，体现了计算学科与其他学科相互融合产生的新的研究方向。社会、自然的计算化。着重强调利用计算手段来推演、发现社会、自然规律。计算、求解的自然化。着重强调用社会、自然所接受的形式来展现计算及求解的过程与结果。91

计算思维的知识体系计算学科的分支（计算之树的树枝）社会、自然的计算化和计算、求解的自然化，本质上体现了不同抽象层面的计算系统的基本思维，其根本是“抽象”与“自动化”，可划分为如下三个层面。机器层面：协议(抽象)与编码器、解码器、转换器等(自动化)，解决机器与机器之间的交互问题。人机层面：语言(抽象)与编译器、执行器(自动化)，解决人与机器之间的交互问题。业务层面：模型(抽象)与执行引擎、执行系统(自动化)，解决业务系统与计算系统之间的交互问题。92

计算思维的应用化学中的计算思维——计算化学数值计算化学模拟模式识别数据库检索化学专家系统93

计算思维的应用物理学中的计算思维——计算物理学计算物理学是利用电子计算机进行数据采集、数值计算和数字仿真来发现和研究物理现象与物理规律的一门现代交叉学科。计算物理学与理论物理学和实验物理学计算物理学成为物理学的三大分支。早在第二次世界大战期间，美国研究和制造原子核武器的过程中，就采用过计算物理学的方法。作为物理学的新型研究手段，计算物理学是理论物理方法和实验物理方法的补充和更新。94

计算思维的应用统计学中的计算思维——数据科学数据科学是利用计算机的运算能力对数据进行处理，从数据中提取信息，进而形成“知识”，已经在金融、医学、自动驾驶等领域得到广泛使用。95

计算思维的应用生物学中的计算思维——计算生物学/生物信息学生物信息学是研究生物信息的采集，处理，存储，传播，分析和解释等各方面的一门学科，它通过综合利用生物学，计算机科学和信息技术而揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。由此可以看出生物信息学是以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一。96

生物信息学序列对比计算思维的应用生物学中的计算思维——生物信息学/计算生物学计算生物学是指将数据分析及理论的方法、数学建模、计算机仿真技术等，用于生物学、行为学和社会群体系统研究的一门学科，它是融合了计算机科学、数学等学科与生命科学；主要包括以下几方面:生物序列的片段拼接；序列对比；基因识别；种族树的建构；蛋白质结构预测。97

基因识别提前20年预警癌细胞计算思维的应用生物学中的计算思维——生物信息学/计算生物学相对于生物信息学，计算生物学的层次更高。生物信息学侧重于生物数据的提取、挖掘，而计算生物学侧重对生物数据的处理、运用。计算生物学的最终目的不只局限于生物序列的片段拼接、基因识别和蛋白质结构预测等，而是运用计算机的思维解决生物问题，用计算机的语言和数学的逻辑构建和描述并模拟出生物世界。98

生物学家是如何创造生命的？计算思维的应用地理学中的计算思维——GIS技术计算机用于处理海量地理数据产生了地理信息系统（简称GIS），它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。因而，GIS是一种基于计算机的工具，是使用计算思维解决地理学中的计算问题。“数字地球”、“数字城市”在人们的生产和生活中起着越来越重要的作用。它可以对空间信息进行分析和处理，简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析。99

计算思维的应用其他学科中的计算思维纳米计算量子计算计算博弈论计量经济学计算社会学计算广告学……100

总结计算机相关基础知识：计算机的定义、诞生、发展、特点、分类和应用；我国计算机的发展等；计算机思维；计算机思维的起源计算机思维的基本概述计算机思维的知识体系计算机思维的应用101

谢谢大家102THEEND大学计算机基础

第2章计算机中的信息表示大学计算机基础课程组2022年4月本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码5104本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码51052.1信息与数据概述1、信息信息是指现实世界事物的存在方式或运动状态的反映，或者说是对客观事物的反映，从本质上看信息是对社会、自然界的事物特征、现象、本质及规律的描述。22.1信息与数据概述2、数据数据是描述现实世界事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的可以鉴别的信息。物理符号包括数字、文字、图形、图像、声音及其他特殊符号。22.1信息与数据概述3、信息与数据的关系数据是信息的符号表示，或称载体；信息是数据的内涵，是数据的语义解释。4、编码（coding）数据是信息的符号表示，或称载体；信息是数据的内涵，是数据的语义解释。2本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码51092.2计算机中的数制2.2.1

计算机中常用的数制2.2.2

计算机采用二进制的原因2.2.3

计算机中的数据单位2.2.4

不同进制之间的转换22.2.1计算机中常用的数制数制也叫“进位计数制”，一般指用一组固定的数字符号线性排列，按照由低位向高位进位计数的规则来表示数目的方法。例如：二进制、十进制、八进制、十六进制等。在计算机数制中，有3个基本概念:数码、基数、位权22.2.2计算机采用二进制的原因1.硬件技术上容易实现，可靠性强2．运算规则简单3．实现逻辑运算容易4．与其他数制转换方便5.抗干扰能力强，可靠性高22.2.3计算机中的数据单位计算机存储单位一般用bit、Byte、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB、CB来表示。位bit

(比特)(BinaryDigits)：是最小的存储单位，一个bit存放一位二进制数,即0或1。Byte：字节，8个二进制位为一个字节(B),是最常用的单位。22.2.3计算机中的数据单位1KB(KiloByte)=210B=1024B,1MB(MegaByte)=210

KB=1024KB1GB(GigaByte)=210

MB=1024MB1TB(TrillionByte)=210GB=1024GB1PB(PetaByte)=210TB=1024TB1EB(ExaByte)=210PB=1024PB1ZB(ZettaByte)=210EB=1024EB1YB(JottaByte)=210ZB=1024ZB1BB(BrontoByte)=210YB=1024YB.1NB(NonaByte)=210BB=1024BB1DB(DoggaByte)=210NB=1024NB1CB(CorydonByte)=210DB=1024DB22.2.4不同进制之间的转换计算机中涉及到的数值主要有：2、8、10、16四种进制，这四种进制之间可以相互转换，按照转换规则归类，四种进制之间的转换可以归纳为以下几种：22.2.4不同进制之间的转换（1）R进制（2，8，16）→10进制的转换。（2）10进制→R进制（2，8，16）的转换。（3）2进制→8，16进制的转换。（4）8，16进制→2进制的转换。（5）8进制<-->16进制之间的相互转换。22.2.4不同进制之间的转换1、R（2，8，16）进制转换成十进制转换的方法：按权展开后累加即可【例1】将二进制数(1001.101)B转换成十进制数。(1001.101)B =1×23+0×22+0×21+1×20+1×2–1+0×2–2+1×2–3=8+1+0.5+0.125=(9.625)D22.2.4不同进制之间的转换【例2】将八进制数(25.46)O转换成十进制数。(215.46)O=2×82+1×81+5×80+4×8–1+6×8–2=128+8+5+0.5+0.09375=(141.59375)D22.2.4不同进制之间的转换【例3】将十六进制数(B2A.D)H转换成十进制数。(B2A.D)H=11×162+2×161+10×160+13×16–1=2816+32+10+0.8125=(2858.8125)D22.2.4不同进制之间的转换2、十进制转换成R（2，8，16）进制在将十进制数转换成R（2，8，16）进制数时，先将该十进制数分成两部分，即整数部分和小数部分，然后分别对这两部分使用不同算法进行转换，最后将两者连接起来即可。22.2.4不同进制之间的转换以十进制数43.8125为例介绍转换过程（1）整数部分转化：除R取余法，即用十进制数连续地除以R，其余数倒排序便组成R系统的各位数，简称为：除基数取余法，倒排列。22.2.4不同进制之间的转换将十进制整数(43)D转换为二进制整数。(43)D==(101011)222.2.4不同进制之间的转换（2）小数部分：乘R取整法。即将十进制小数连续地乘以R，直到小数部分为0或达到所要求的精度为止（小数部分可能永不为0）得到的整数部分从高到低（顺排序）即组成R进制的小数部分，简称：乘基数取整法，顺排列。22.2.4不同进制之间的转换将十进制小数(0.8125)D转换为二进制小数(0.8125)D=(0.1101)B22.2.4不同进制之间的转换3、二进制转换为8进制或者16进制转换方法：以小数为中心，向两方向开始分组，转成8进制时3位为一组，转成16进制时4位为一组，不能空缺，不够补0，然后把二进制对应到8进制或者16进制数符，小数位置不变。22.2.4不同进制之间的转换（1）二进制转换为八进制数。转换方法：以小数点为分界，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每3位为一组（不足3位时，整数部分在最高位前添0补足3位，小数部分在尾部用0补足3位），然后按顺序写出每组二进制数所对应的八进制数即可。22.2.4不同进制之间的转换将二进制数(1010011.1101)B转换成八进制数。(1010011.1101)B=(123.64)O22.2.4不同进制之间的转换（2）二进制转换为十六进制数。转换方法：以小数点为分界，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每4位为一组（不足4位时，整数部分在最高位前添0补足4位，小数部分在尾部用0补足4位），然后按顺序写出每组二进制数所对应的十六进制数即可。22.2.4不同进制之间的转换将二进制数(1011011.1101)B转换成十六进制数(1011011.1101)B=(5B.D)H22.2.4不同进制之间的转换4、八进制或者十六进制转换为二进制转换方法：以小数为中心，向两方向展开：对8进制数1位对3位2进制；对16进制数，1位对4位2进制数。（1）八进制转换为二进制数。转换方法是“一位拆三位”，即将八进制数的每1位用3位二进制数来表示，就可以把八进制数转换成对应的二进制数。22.2.4不同进制之间的转换（2）十六进制转换为二进制数。转换方法是“一位拆四位”，即将十六进制数的每1位用4位二进制数来表示，就可以把十六进制数转换成对应的二进制数。22.2.4不同进制之间的转换将八进制数(36.57)O转换成二进制数(36.57)O=(11110.101111)B22.2.4不同进制之间的转换将十六进制数(3A.7C)H转换成二进制数22.2.4不同进制之间的转换5、八进制与十六进制相互转换如果需要把八进制与十六进制相互转换时，可以借助二进制来实现。先把八进制数（或十六进制数）转换成二进制数，然后把所得的二进制数再转换成十六进制数（或八进制数）即可。22.2.4不同进制之间的转换例如：将十六进制数(2A.5C)H

转换成八进制数。2二进制、八进制、十进制、十六进制数的对应关系2二进制八进制十进制十六进制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100010881001119910101210A10111311B11001412C11011513D11101614E11111715F10000201610本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码51372.3计算机运行与二进制运算2.3.1计算机的运行2.3.2二进制数的算术运算2.3.3二进制数的逻辑运算22.3.1计算机的运行计算机的大脑为中央处理器（CPU），中央处理器主要工作就是计算，它是在控制器的控制下由它的运算器部件进行两种高速运算，即算术运算与逻辑运算。计算机处理事务的过程为：用户在操作系统的协调下运行某个应用软件，软件程序在编译程序的作用下把它编译转换为机器语言（二进制），机器语言在中央处理器里进行运算，运算后的结果（二进制序列）再通过系统软件转换为人们感受到的应用软件执行的结果反馈给用户。22.3.2二进制数的算术运算1、加法运算法则0＋0＝00＋1＝11＋0＝11＋1＝1022.3.2二进制数的算术运算1、加法运算法则例：求（10011.01）2

＋（100011.11）2=（110111）2210011.01100011.11````＋）0.01110112.3.2二进制数的算术运算1、加法运算法则练习：求（1011011）2

＋（1010.11）2

=（1100101.11）2210110111010.11`＋）1.1101001``12.3.2二进制数的算术运算2、减法运算法则0－0＝01－0＝11－1＝00－1＝1（10－1）22.3.2二进制数的算术运算2、减法运算法则例：求（10110.01）2

－（1100.10）2=（1001.11）2210110.011100.10```

－）1.110012.3.2二进制数的算术运算2、减法运算法则练习：求（1010110）2

－（1101.11）2=（1001000.01）221010110.001101.11

－）1.00001001````2.3.2二进制数的算术运算3、乘法运算法则0×0＝01×0＝00×1＝01×1＝122.3.2二进制数的算术运算3、乘法运算法则例：求（1101.01）2×（110.11）2=（1011001.0111）222.3.2二进制数的算术运算21101.01110.11×

）1101011101010000001101011101011011001.01112.3.2二进制数的算术运算4、除法运算法则0÷0＝01÷0=（无意义）0÷1＝01÷1＝122.3.2二进制数的算术运算4、除法运算法则2110110110110010.011101.12.3.3二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算是指“条件”与“结论”之间的关系。它是指对因果关系进行分析的一种运算，运算结果并不表示数制的大小，而是表示逻辑概念成立还是不成立。22.3.3二进制数的逻辑运算逻辑代数：是实现逻辑运算的数学工具。（由英国人乔治•布尔创立，又称布尔代数）逻辑变量：逻辑代数是通过逻辑变量表示命题的22.3.3二进制数的逻辑运算基本的逻辑关系逻辑与（And）逻辑或（Or）逻辑非（Negate）逻辑异或（Exclusive—Or）逻辑同或（Inclusive—Or）22.3.3二进制数的逻辑运算1、逻辑与运算又称为逻辑乘，常用符号“×”或“·”或“∧”表示。“与”运算遵循如下运算规则：0×1＝0或0·1＝0或0∧1＝01×0＝0或1·0＝0或1∧0＝01×1＝1或1·1＝1或1∧1＝122.3.3二进制数的逻辑运算例：逻辑与运算10101111•10011101=1000110121010111110011101∧）101100012.3.3二进制数的逻辑运算2、逻辑或运算又称为逻辑加，可用符号“＋”或“∨”来表示。逻辑“或”运算的规则如下：0＋0＝0或0∨0＝00＋1＝1或0∨1＝11＋0＝1或1∨0＝11＋1＝1或1∨1＝122.3.3二进制数的逻辑运算例：逻辑或运算10101010•01100110=

1110111021010101001100110∨）011101112.3.3二进制数的逻辑运算3、逻辑非运算又称为逻辑否定，实际上就是将原逻辑变量的状态求反，其运算规则如下：21=00=12.3.3二进制数的逻辑运算例：逻辑非运算201001011=101101002.3.3二进制数的逻辑运算4、逻辑异或运算“异或”运算，常用符号“⊕”来表示，其运算规则为：0⊕0＝00⊕1＝11⊕0＝11⊕1＝022.3.3二进制数的逻辑运算例：逻辑异或运算2101001011010101000001111=＋101010100000111110100101＋2.3.3二进制数的逻辑运算5、逻辑同或运算“同或”运算，常用符号“⊙”来表示，其运算规则为：0⊙0＝10⊙1＝01⊙0＝01⊙1＝12本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码51632.4二进制的硬件表示2.4.1几种常见存储介质的二进制存储方式2.4.2触发器22.4.1几种常见存储介质的二进制存储方式1.磁介质2.光盘3.U盘22.4.2触发器触发器是一种可以存储电路状态的电子元件，它是表达二进制0或者1的逻辑电路。计算机的CPU内部主要部件寄存器就是由触发器组成的，一个触发器可以表示一位二进制0或者1。2本章内容2.1信息与数据概述12.2计算机中的数制22.3计算机运行与二进制运算32.4二进制的硬件表示42.5信息编码51672.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.1数值信息的二进制表示在计算机内部，所有的数据都是以二进制进行表示的。二进制数据应该是最简单的数字系统了，二进制中只有两个数字符号即0和1。“bit”这个词被创造出来表示“binarydigit”(二进制数字)。简单的二进制之所以能表示各种信息，是因为可以利用二进制对信息进行各种方式的编码，只要比特的位数足够多，就可以代表单词、图片、声音、数字等多种信息形式。22.5.1数值信息的二进制表示在计算机中，数值型的数据有两种表示方法，一种叫做定点数，另一种叫做浮点数。无论是定点数还是浮点数，都有正负之分,在表示数据时，专门有1位或2位表示符号,符号位都处于数据的最高位,通常用“1”表示负号；用“0”表示正号22.5.1数值信息的二进制表示1.定点数的表示所谓定点数，就是在计算机中所有数的小数点位置固定不变。定点数有两种：定点小数和定点整数。一个定点数，在计算机中可用不同的码制来表示，常用的码制有原码、反码和补码三种。不论用什么码制来表示，数据本身的值并不发生变化，数据本身所代表的值叫做真值。22.5.1数值信息的二进制表示1.定点数的表示（1）原码原码的表示方法为：如果真值是正数，则最高位为0，其它位保持不变；如果真值是负数，则最高位为1，其它位保持不变。【例】写出12和–12的原码(取8位码长)因为12=(1100)2，所以12的原码是00001100，-12的原码是10001100。22.5.1数值信息的二进制表示1.定点数的表示（2）反码反码的表示方法为：如果真值是正数，则最高位为0，其它位保持不变；如果真值是负数，则最高位为1，其它位按位求反。【例】写出12和–12的反码(取8位码长)因为12=(1100)2，所以12的反码是00001100，-12的反码是11110011。22.5.1数值信息的二进制表示1.定点数的表示（3）补码补码的表示方法为：若真值是正数，则最高位为0，其它位保持不变；若真值是负数，则最高位为1，其它位按位求反后再加1。【例】写出12和–12的补码(取8位码长)因为12=(1100)2，所以12的补码是00001100，-12的补码是11110100。22.5.1数值信息的二进制表示2.浮点数的表示方法浮点数12.34表示为0.1234×102，其中0.1234叫做尾数

10叫做基数，可以在计算机内固定下来

2叫做阶码，若阶码的大小发生变化，则意味着实际数据小数点的移动浮点数的一般表示形式为：N=2E×D，其中，D称为尾数，E称为阶码。22.5.1数值信息的二进制表示2.浮点数的表示方法对于不同的机器，阶码和尾数各占多少位，分别用什么码制进行表示都有具体规定。22.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示在计算机中，对非数值的文字和其他符号进行处理时，要对文字和符号进行数字化，即用二进制编码来表示文字和符号。其中西文字符最常用到的编码方案有ASCII编码和EBCDIC编码。22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示1.ASCII编码ASCII码由7位二进制数组成，由于27=128，所以能够表示128个字符数据。22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2ASCII值控制字符ASCII值控制字符ASCII值控制字符ASCII值控制字符0NUT32(space)64@96、1SOH33！65A97a2STX34”66B98b3ETX35#67C99c4EOT36$68D100d5ENQ37%69E101e6ACK38&70F102f7BEL39,71G103g8BS40(72H104h9HT41)73I105i10LF42*74J106j11VT43+75K107k12FF44,76L108l13CR45-77M109m14SO46.78N110n15SI47/79O111o16DLE48080P112p17DCI49181Q113q18DC250282R114r19DC351383X115s20DC452484T116t21NAK53585U117u22SYN54686V118v23TB55787W119w24CAN56888X120x25EM57989Y121y26SUB58:90Z122z27ESC59;91[123{28FS60<92/124|29GS61=93]125}30RS62>94^126~31US63?95—127DEL2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.ANSI编码和其他扩展的ASCII码ANSI(美国国家标准协会)编码是一种扩展的ASCII码，使用8个比特来表示每个符号。8个比特能对256个字符进行编码。ANSI码开始的128个字符的编码和ASCII码定义的一样，只是在最左边加了一个0。例如：在ASCII编码中，字符“a”用1100001表示，而在ANSI编码中，则用01100001表示。22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示3.EBCDIC编码EBCDIC码(ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode，扩展的二-十进制交换码)是IBM为它的更大型的操作系统而开发的22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示4.Unicode编码Unicode（统一码、万国码、单一码）Unicode采用16位编码，每一个字符需要2个字节Unicode的字符编码范围从0000h～FFFFh，可以表示65536个不同字符Unicode编码开始的128个字符编码0000h～007Fh就与ASCII码字符一致，这样就能够兼顾已存在的编码方案，并有足够的扩展空间。22.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示5．汉字的二进制表示汉字编码根据汉字输入输出以及计算机内部编码分为：汉字输入码（外码）、汉字交换码、汉字机内码以及汉字字形码。22.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.3图形图像的二进制表示图形图像的数字化过程也就是把图像变成二进制编码，图像数字化后是一个个像素点组成的，而且数字化是由光传感器完成的。假设一个光传感器的分辨率是800*600，一幅图像数字化后就是由800*600个像素点组成的，每个像素点由三个字节表示颜色（红，绿，蓝），所以每个像素点就用24位二进制表示，整幅数字图像的大小就是800*600*24bit，这就是图形图像的二进制表示。22.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.4音频的二进制表示音频的二进制表示（数字化）也需要经过采样、量化、编码完成22.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.5视频动画的二进制表示视频和动画本质上也是一些列静止的图像画面在短时间内连续播放，因为人的视觉暂留特点，人们看起来就是连续运动的视频了，所以视频动画的数字化本质上跟图形图像数字化是类似的，也是经过传感器把画面数字化。视频动画数字化后形成各种格式的计算机文件，如AVI、MP4、GIF等格式的文件22.5信息编码2.5.1数值信息的二进制表示2.5.2文本（字母符号汉字）的二进制表示2.5.3图形图像的二进制表示2.5.4音频的二进制表示2.5.5视频动画的二进制表示2.5.6条形码与二维码22.5.6条形码与二维码1、条形码目前条形码主要是一维条码，是用深色的条和浅色的空来表示二进制数的"1"和"0"。条码是将线条与空白按照一定的编码规则组合起来的符号，用以代表一定的字母、数字等资料。22.5.6条形码与二维码2、二维码二维条码使用黑白矩形图案表示二进制数据，其中黑色小方块代表的是1，白色小方块代表的是0，黑白相间的图案其实就是一串编码，扫码的过程就是翻译这些编码的过程。22.5.6条形码与二维码2、二维码二维码除了右下角外，在其他三个角都有一个正方形方框，这是用来定位的，其他黑白方块是标识信息的。2大学计算机基础

第3章计算机系统及工作原理大学计算机基础课程组2022年5月主要内容196图灵机计算机硬件系统1图灵机计算机软件系统2图灵机计算机工作原理3教学目标2掌握计算机硬件系统结构及其功能体会计算机系统中蕴含的抽象、并行等计算思维方法。了解计算机工作原理掌握计算机软件系统的功能、分类等基础知识1234计算机硬件系统-图灵机思想198这个过程也就是关于数据、指令、程序及其自动执行的过程。图灵从理论上证明了通用计算机存在的可能性，创立了通用计算机理论。图灵机装置和原理示意图灵机基本思想是可以用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。199用来模拟“计算”过程的图灵机模型由以下几个部分组成：（1）一条无限长的纸带TAPE。（2）一个读写头HEAD。（3）一套控制规则TABLE。（4）一个状态寄存器。计算机硬件系统-图灵机模型图灵机模型图灵机模型计算机硬件系统-冯•诺依曼计算机思想200冯•诺依曼计算机基本思想二进制存储程序冯•诺依曼计算机基本结构201各部分主要功能如下：运算器：进行各种算术运算和逻辑运算。控制器：协调计算机各部件间正常有序工作。存储器：存储程序、数据。输入设备：提供计算机运行需要输入的程序、数据及各种信息。输出设备：显示或打印计算机输出的信息。冯•诺依曼将计算机分为组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。计算机硬件系统-冯•诺依曼计算机结构202存储器运算器控制器输出设备输入设备（a）以运算器为中心的结构（b）以存储器为中心的结构冯•诺依曼计算机的结构框图结果程序控制器存储器运算器输出设备输入设备数据计算203哈佛结构是将程序指令存储和数据存储分开存储的结构。指令和数据的储存可以同时进行，指令和数据可以有不同的数据宽度。哈佛结构在嵌入式系统中有广泛的应用。哈佛结构本质上并不是对冯•诺依曼结构的突破，可理解为不同应用环境下的结构上的一些改进，实际上现代计算机系统这两种结构已经形成的有机的混合。计算机硬件系统-哈佛结构哈佛结构微机系统204微机是以微处理器为基础，配置内存和输入输出设备及辅助电路总路线等组成的体积较小的电子计算机。微机系统与其它大多数计算机系统一样，在硬件结构上依然遵循冯•诺依曼计算机的基本结构框架，微型计算机的硬件系统由主机和外设两大部分组成。主机主要由中央处理器和内存组成。微处理器205微处理器是由大规模或超大规模集成电路集成运算器和控制器两大功能的部件，简称中央处理器，即我们通常所说的CPU。微处理器由运算器与控制器组成，一般还集成有寄存器组和高速缓冲存储器（Cache）。微处理器微处理器206微处理器按照其处理信息的字长可分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及现阶段常用的64位微处理器。微机的发展与微处理器的发展是分不开的。运算器207

运算器由算术逻辑单元（Arithmeticandlogicunit，简称ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态寄存器组成，它是数据加工处理部件，完成计算机的各种算术和逻辑运算。执行算术运算执行逻辑运算（1）运算器运算器有两个主要功能：

控制器208控制器是计算机指挥和控制中心。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等组成。（2）控制器控制器209（2）控制器主要功能从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制运算器、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。控制器根据事先给定的命令发出控制信息，使整个电脑指令执