新编大学计算机基础教程 课件 第1章 认识计算机

新编大学计算机教程第一章认识计算机CompanyLogo本章学习要点1.5计算机内部信息的存储(1.5计算机内部信息的存储.mp4)1.4计算机内信息的表示(1.4计算机内信息的表示.mp4)1.3计算机软件系统(1.3计算机软件系统.mp4)1.2计算机硬件组成(1.2计算机硬件组成.mp4)1.1计算机概述(1.1计算机概述.mp4)CompanyLogo数据：是现实世界事物、事件等的符号化表示。信息：信息是数据加工的结果或数据的内涵。计算机是具有计算和记忆能力、能够在程序的控制下自动执行的设备。.对采集的数据进行“清洗”、“规范化”、“排序”、“分类汇总等”。首先要用“爬虫”程序采集互联网资源，然后按词频等对网页进行排序.1.什么是计算机?2.数据和信息3.数据处理1.1计算机概述数据处理三个步骤输入数据处理数据输出结果采集外部数据并存入计算机存储器的过程。对数据进行计算、变换、排序、分类汇总等。对处理结果，通过输出设备展现给用户。1.什么是计算机?1.1计算机概述国产高仿真“美女”机器人ATM存取款机计算机是具有计算和记忆能力、能够在程序的控制下自动执行的设备。加油机计算机的发展1.1计算机概述量子计算机生物计算机光子计算机2017.9.4世界计算机排名“如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就好比飞机”。量子计算机对特定问题的处理能力可超过目前最快的“神威·太湖之光”超级计算机。生物计算机是以核酸分子作为“数据”，以生物酶及生物操作作为信息处理工具的一种新颖的计算机模型。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机中不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速运算、存储及处理信息的物理装置。2.数据和信息1.1计算机概述数据：是现实世界事物、事件等的符号化表示。信息：信息是数据加工的结果或数据的内涵。所谓大数据，麦肯锡全球研究所给出的定义是：一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。马云所说的“五新”将是未来10年20年至于更久对相关行业带来新的冲击。“五新”分别是：新零售、新制造、新金融、新技术、以及新资源。1.1计算机概述“输入-处理-输出”模型（IPO模型）既是计算机数据处理的基本过程，也是计算机程序设计的基本模型，对使用计算机的一般工作者或对于计算机程序学习者，都有重要意义。1.1.3计算机的发展历程——中国算筹最晚出现在我国春秋晚期战国初年。十进位制算筹记数法珠算被称为我国“第五大发明”，称之为“没有存储设备的简易计算机”八卦简介：八卦图衍生自中国古代的《河图》与《洛书》，伏羲所作。其中《河图》演化为先天八卦，《洛书》演化为后天八卦。八卦各有三爻，“乾[qián]（天）、坤[kūn]（地）、震[zhèn]（雷）、巽[xùn]（风）、坎[kǎn]（水）、离[lí]（火）、艮[gèn]（山）、兑[duì]（泽）”分立八方，象征“天、地、雷、风、水、火、山、泽”八种事物与自然现象，象征世界的变化与循环。《易传》记录“易有太极，是生两仪。两仪生四象，四象生八卦。”夏季称太阳，冬季称太阴，春是少阳，秋是少阴，而八卦再分三爻，自然是指廿四节气。表面上“太极八卦图”明显是指地球自转一周年而复始。八卦与计算机关系八卦与二进制和“二叉树”有极其渊源：八卦各卦阳爻表示为1，阴爻为0，则：坤：阴阴阴，000艮：阴阴阳，001坎：阴阳阴，010巽：阴阳阳，011震：阳阴阴，100离：阳阴阳，101兑：阳阳阴，110乾：阳阳阳，111。莱布尼茨与八卦莱布尼兹发明了二进制，后来才看到传教士带回的宋代学者重新编排的《周易》八卦，并发现八卦可以用他的二进制来解释。1.1.3计算机的发展——西方西方计算科学的发展西方工业革命推动了机械化、自动化计算机器的诞生，使人从手工计算中解脱出来，使计算科学得到快速发展，为计算机的诞生奠定了坚实的基础。帕斯卡计算器莱布尼茨乘法器巴贝奇差分机图灵机工作原理图灵测试世界上第一台计算机“ENIAC”于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生。计算机贡献代表人物：冯·诺依曼被世人尊为“计算机之父”。美国第二次世界大战的需要，为计算机的研制提供了资金及人力保障。1.1.3计算机的发展图灵机，是由图灵（1912～1954）提出的一种抽象计算模型，即将纸笔计算的过程由一个虚拟的机器替代进行抽象运算。它有一条无限长的纸带，纸带分成一个个小方格，一个有限状态控制器和一个在带子上可以左右移动的读写磁头。磁带起着存储器的作用，每一个小格子上可以书写一个给定字母表上的符号，也可为空白。控制器通过内存里的程序来驱动磁带左右移动和控制读写头的操作。读写磁头读出控制器正在访问的小格子上的符号，并进行三种行动之一操作：左移一格；右移一格；印一个符号。图灵机工作的过程是符号逻辑推理过程，如果将磁带方格子上的符号视为数字，那么整个工作过程就可以看成是数值计算过程。图灵测试：1950年，图灵在《机器能思考吗》的论文中提出了“图灵测试”。图灵测试由计算机、被测试的人和主持试验的人组成。测试过程由主持人提问，计算机和被测试的人分别做出回答，如果试验主持人听取他们各自的答案后，分辨不清哪个是人回答的，哪个是机器回答的，则可以认为该计算机具有了智能。图灵的贡献可计算性理论：可计算性理论也称算法理论或能行性理论。它通过建立计算的数学模型，精确区分哪些是可计算的，哪些是不可计算的。计算的过程就是执行算法的过程。图灵证明了图灵机可计算函数类与λ可定义函数类相同。可计算性理论的基本论题，也称图灵论题。1.1.3计算机的发展计算机分代第一代第二代第三代1946至1957年，计算机存储器和CPU电路主要以电子管为主。1957至1964年，计算机的逻辑元件以晶体管为主。1965至1971年，计算机逻辑元件以集成电路替代了晶体管。第四代1971至1980年，超大规模集成电路微处理器为主是这代计算机的主要标志。第五代1980—，极大规模微处理器导致了1000万个以上电子单元封装在一个微处理器芯片中成为可能。1.1.4计算机类型常见的计算机类型PersonalComputer—PC,指体积小、价格不贵且为单个用户设计的计算机。介于小型机与微型机之间，主要用在CAD/CAM等工程应用方面。在网络上给其他计算机提供信息服务的计算机。可以有更多的处理器、并行处理的能力更强、运算速度更快。有数据库服务器、网络服务器、邮件服务器等。小型机是可以同时支持多达250个用户的多处理器系统。可用于工业自动控制、充当大型分析和测量仪器；还可用于医疗数据采集、分析计算及企业、大学或研究所的科学计算等。同时支持数百，甚至数千用户同时使用。大型机可以并行运行很多程序、支持许多程序并发执行。个人计算机工作站服务器小型计算机大型计算机目前最快的计算机，是价格最昂贵且用于巨大数据量运算的计算机。如：天气预报、科学仿真、动画和图像处理、流体动力学计算、核能研究、电子设计、地质学数据分析等。超级计算机1.1.5计算机基本组成1.1.6计算机应用计算机应用商业银行业保险业教育业市场卫生医药军事通信行政办公1.2计算机硬件组成1.2.1计算机的组成及工作原理输入设备输出设备运算器控制器内存储器外存储器程序数据数据输入指令结果输出指令数据数据程序数据结果读写指令1.2计算机硬件组成1.2.2计算机主机CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成，集成CPU的芯片称为微处理器，简称MP运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。CPU的主要性能指标是主频和字长。字长表示CPU每次计算数据的能力。时钟频率主要以MHz为单位来度量。寄存器，速度非常快的数据或指令暂存部件，用以保存CPU或相关部件的运行状态或从内存中取得数据，以及保存运算器运行的结果。1.2计算机硬件组成2.内存储器数据具有临时性、易失性等特点，系统关闭或断电，存储的数据将全部丢失。随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）内存储器数据不会因断电而丢失。计算机能够正常启动是因为其内部有一块ROM-BIOS芯片，用以存储基本的引导程序和基本的输入/输出程序模块。1.2.3计算机外部设备输入输出设备外部存储设备既可作输入设备、又可作输出设备。通常有磁盘、磁盘驱动器、调制解调器（Modem）、路由器和交换机等。其中Modem、路由器或交换机属于网络设备。1.2.4个人计算机购买与组装1.2.4个人计算机购买与组装硬件组装流程1.3计算机软件系统软件的分类1.3.3操作系统操作系统操作系统（OS）是用来管理、协调和控制计算机软硬件资源的系统软件。操作系统一般主要有进程管理、中断管理、存储管理、文件管理、输入/输出管理和作业管理等功能。Windows是图形用户界面操作系统。MS-DOSPC-DOS文本用户界面，单用户单道作业Unix多用户、多任务操作系统。支持多种处理器架构，属于分时操作系统。Linux是开源、多用户、多任务、支持多线程和多CPU,支持32位和64位硬件系统。Windows图形用户界面、单用户多任务操作系统（WindowsServer为多用户多任务操作系统）iOSAndroid移动操作系统。iOS由苹果公司开发，主要用于苹果手机等；Android基于Linux开放源代码。1.3.4计算机语言汇编语言对机器语言进行符号化表示的语言。采用英文缩写符号，所以更容易阅读和编程；严格依赖计算机硬件或指令系统；必须经过“汇编程序”处理才能执行。机器语言机器语言是计算机原生态的程序设计语言，计算机可以直接运行。所有指令和数据全部是二进制代码。高级语言类似于自然语言的符号编程,编写的源程序，必须借助于编译器或解释器把高级语言指令翻译成二进制机器指令，计算机才可以理解并执行。有结构化的编程语言和面向对象程序语言，用结构化的编程语言编写的程序严重依赖于数据；面向对象语言程序的构成是“对象+对象+对象....”。计算机语言1.3.5计算机应用软件应用软件1.文字处理应用软件2.图形处理软件3.声音处理软件4.视频处理软件5.工具软件……1.4.1数据的存储单位计算机常用存储单位及换算8bit=1B——（Byte）字节1024B=210B=1KB——（KiloByte）千字节1024KB=220B=1MB——（MegaByte）兆字节1024MB=230B=1GB——（GigaByte）吉字节1024GB=240B=1TB——（TeraByte）太字节1024TB=250B=1PB——（PetaByte）拍字节1024PB=260B=1EB——（ExaByte）艾字节1024EB=270B=1ZB——（ZetaByte）皆字节1024ZB=280B=1YB——（YottaByte）佑字节1024YB=290B=1BB——（Brontobyte）珀字节1.4.1数据的存储单位字计算机一次存取、加工、运算和传送的数据长度称为字（word）字长组成一个字的二进制位数称为字长。例如，4个字节组成的字的字长为32位。字长是计算机的重要技术指标之一。字长反映了计算机的计算精度.一般字长越大，计算机处理数据的速度就越快。1.4.2数制非进位计数制也称为迭加数制。罗马数字的基本符号有I、V、X、L、C、D、M，分别I表示1、5、10、50、100、500和1000。①相同的数字列表示相加。例如III表示十进制数3，XXX表示十进制数30。②不同的数字并列，右边的小于左边的表示相加。例如：Ⅵ表示十进制数6，LX表示十进制数60。③不同的数字并列，左边的小于右边的表示右边的减去左边的。例如：Ⅳ表示十进制数4。.非进位计数制存在表示数据不便、运算较困难等缺点。数制：一组固定符号和统一规则表示数值的方法。称计数制或记数法。进位计数制3个要素：数码、基数和位权。数码：指数制中表示数值大小的数字符号。基数：基数是指在进位计数制中每个数位上所使用的数码个数，一般用R表示。位权：位权是指在进位计数制中每个数位上的数码所表示的数值大小，它等于这个数位上的数码乘以一个固定数值，这个固定数值就是这种进位计数制在该数位上的位权。显然数码所处位置不同，代表的数的位权不同，因而代表的数的大小也不同。按权展开式：R进制数有R个数码“0,1,…,R-1”，且逢R进一，各位的位权是以R为底的幂。按位权展开的一般形式是：（Ｎ）R＝kn-1×Rn-1+…+k0×R0+k-1×R-1+k-2×R-2+…+k-m×R-mN表示有n位整数和m位小数，各位数码分别为kn-1，kn-2，…k0，kn-1，…，k-m。例如：（253.187)10=2×102+5×101+3×100+1×10-1+8×10-2+7×10-31.4.2数制电路简单，易于表示计算机中采用二进制的成因两种状态、两个数码，可靠性高0与0、0与1、1与1，运算简单“真”“假”与1和0对应，逻辑性强1.4.3进制间相互转换整数转换规则:采用“除基数取余法”。即把十进制整数做被除数，逐次用R进制的基数去除，直到商为0为止，最后将余数按由下到上排列即可得到整数部分转换的结果。1.任意十进制数转换成R进制数小数转换规则采用“乘基数取整法”。即把不断用R进制的基数去乘，直到小数的值为0或达到所要求的有效位数为止,将每一步的积的整数按由上到下排列即可。例如：（179.48）10=（10110011.0111101）22.其他R进制数转换为十进制数1.4.3进制间相互转换采用“位权法”。即把该非十进制数写成位权展开式，然后进行求和计算，就是转换成十进制数的结果。因为23=8，24=16，说明一个八进制数码都能用一个唯一的三位二进制数表示,任何一个十六进制数码都能用一个唯一的四位二进制数表示，反之亦然。数制的对应关系见表1-1例如：（5E.A7）16=5×161+14×160+10×16-1+7×16-2=94.6523（近似数）3.二进制数与八进制数或十六进制数之间的相互转换1.4.3进制间相互转换（10110011.011110101）2=010110011.011110101=（263.365）8二进制数转换为八进制数的方法是：以小数点为中心，分别向着该二进制数的左右两边方向，按每三位划分成一组。对整数位数不足三位的在前面添0补齐三位；对小数位数不足三位的在后面添0补齐三位。最后将各组二进制数对应转换成八进制数即可。『思考』：十六进制数怎样转换为二进制数？1.5计算机内部信息