第一节课计算机基础

1、第1章 计算机基础知识,知识提要,本章主要介绍计算机的发展过程与基本特点、计算机的分类和应用领域; 计算机中信息的表示、数制与各种数制之间的转换; 计算机系统的组成及相关技术参数、 计算机系统硬件系统与计算机系统软件系统；媒体与多媒体信息在计算机中的表示。,教学目标,了解计算机的特点、发展、分类及应用。 掌握计算机常用硬件的技术参数 理解计算机工作原理 掌握进位计数制的概念及数制之间的相互转换 掌握信息在计算机中的表示方法 了解多媒体信息在计算机中的表示,主要内容,1.计算机概述,3.计算机系统,4.计算机工作过程,5.多媒体计算机,2. 计算机的信息表示,1.1 计算机概述,1.1计算机概述

2、,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,算筹,算盘,1.1计算机概述,帕斯卡加法机 1645年，法国物理学家帕斯卡(Blaise Pascal)制造出人类历史上第一台机械计算机。 该计算机用齿轮表示和运算数据，可以进行8位加减法运算，这是人类第一次用机械模拟人脑对数据进行处理。 为了纪念他对人类计算工具所做出的贡献，著名的Pascal 程序设计语言就是用他的名字命名的。,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,1.1计算机概述,机械计算机 1694年，德国数学家莱布尼兹(Gottfried Leibniz)对帕斯卡的加法机进行改进，设计并制造了能进行四则运算和开平方运算的机械计算机。 莱

3、布尼兹受到中国的易经八卦的启示还发明了二进制数，为后来电子计算机的诞生奠定了基础。,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,1.1 计算机概述,差分机 1822年，英国剑桥大学教授查尔斯巴贝奇(Charles Babbage)制造了差分机，这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父”。此后，他又设计了能够处理数学公式的分析机。 1834年，巴贝奇针对机械计算机进行了大胆的改革，设计了一台处理数学公式的分析机，将各种计算步骤制作在不同的卡片上，按一定的顺序排列起来，用这些卡片控制计算机，能自动地进行一系列复杂的运算。,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,1.1 计算机概述

4、,造表机 1886年，美国统计学家汉姆霍尔瑞斯(Herman Hollerith)博士制成第一台机电式穿孔系统(称为造表机)，用穿孔卡片存储数据，应用于美国的人口普查工作，将过去人工方式需要10年的人口数据统计工作仅用6周就完成了。 1896年，霍尔瑞斯创立了造表机公司TMC(Trbulating Machines Company)，为IBM公司的前身。,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,1.1 计算机概述,1906年，美国人法瑞斯特(Lee De Forest)发明电子管(真空管) 为电子计算机出现奠定了基础。 1924 年，IBM 公司成立，从此一个具有划时代意义的公司诞生。 19

5、35 年，IBM 推出IBM 601 机，这是一台能在一秒钟内算出乘法的穿孔卡片计算机。 这台机器无论在自然科学还是在商用上都具有重要的地位，大约制造了1500 台。 1937 年，Bell 实验室的斯特彼兹(George Stibitz)展示了用继电器表示二进制的装置。尽管只是个展示品，但却是第一台二进制电子计算机。,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,1.1计算机概述,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,阿兰图灵,英国数学家、密码学家、计算机科学之父、人工智能之父,1936年，图灵发表题为“论数字计算在决断难题中的应用”。由此提出“图灵机”概念。,1950年10月，图灵发表了题

6、为“机器能思考吗”的论文，这篇文章，为图灵赢得了“人工智能之父”的桂冠。,图灵奖： 1966年设立，被喻为“计算机界的诺贝尔奖”。,1.1计算机概述,1.1.1计算机的发展,1.计算机的诞生,约翰冯诺依曼,1945冯诺依曼提出“存储程序和程序控制”的计算机工作原理 ，提出计算机两个设计思想（冯诺依曼体系结构）：,采用二进制 计算机由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入与输出设备。,美籍匈牙利数学家、计算机之父,1.1计算机概述,1.1.1计算机的发展 1. 计算机的诞生 1946年2月14日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integr

7、ator And Computer)在费城宾夕法尼亚大学研制成功。 主要元器件:电子管 研制目的：军事上的需要（计算导弹轨迹) 意义：标志了电子计算机时代的到来,1.1计算机概述,元器件：18000多个电子管 70000多个电阻 1500个电容 6000个开关 重量：30 吨 占地：170 平方米 耗电：150 千瓦/时 速度：5000次加法/秒 500次乘法/秒 100次除法/秒,第一台电子计算机特点,1.1计算机概述,2. 计算机的发展 从第一台计算机的诞生起到今天，计算机的发展根据使用电子元器件的不同，经历了4个发展阶段。,1.1计算机概述,第一代：电子管计算机（19461957）,采用

8、电子管为基本元件， 体积巨大，运算速度较低 耗电量大，存储容量小 设计使用机器语言 主要用于科学和工程计算,采用晶体管为基本元件 体积缩小、功耗降低 提高了运算速度和可靠性 程序设计采用高级语言 应用到数据和事物处理及工业控制等领域,第二代：晶体管计算机（19581964）,2. 计算机的发展,1.1计算机概述,2.计算机的发展,第三代：中小规模集成电路计算机（19651970）,采用集成电路为基本元件 体积减小，功耗、价格等降低 运算速度及可靠性有了更大的提高 操作系统 应用到文字处理、企业管理和自动控制等领域,采用大规模集成电路为主要功能元件 运算速度可达每秒几千万次至千百亿次 广泛应用于

9、社会生活的各个领域,第四代：大规模、超大规模集成电路计算机（1971至今）,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1971年，INTEL研制成功了第一枚能够实际工作的微处理器4004，该处理器在面积约12平方毫米的芯片上集成了2250个晶体管，运算能力足以超过ENICA。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1974年： 4月1日，Intel推出了自己的第一款8位微处理芯片8080。 12月，电脑爱好者爱德华.罗伯茨（E.Roberts）发布了自己制作的装配有8080处理器的计算机“牛郎星”，这也是世界上第一台装配有微处理器的计算机，从此掀开了个人电脑的序幕。,1.1计算机概述,3.微型

10、计算机的发展,1975年7月，比尔.盖茨（B.Gates）在成功为牛郎星配上了BASIC语言之后从哈佛大学退学，与好友保罗.艾伦（Paul Allen）一同创办了微软公司，并为公司制定了奋斗目标：“每一个家庭每一张桌上都有一部微型电脑运行着微软的程序！”,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1976年： 4月1日，斯蒂夫.沃兹尼亚克（Stephen Wozinak）和斯蒂夫.乔布斯（Stephen Jobs）共同创立了苹果公司，并推出了自己的第一款计算机：Apple。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1981年： IBM公司完成了IBM个人电脑的研发，由此掀开了改变世界历史的一页。

11、 微软推出MS-DOS 1.0版,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1984年： 迈克尔.戴尔创立了DELL公司。 联想公司成立(中科院投资）。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1985年: ATI（Array Technology Industry）成立。 7月，intel公司推出了80386处理器，这也是intel公司的第一枚32位处理器。 11月，在经历了多次延期之后，微软公司终于正式推出了Windows操作系统。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1989年: Intel发布集成有120万晶体管的486处理器。 华硕（ASUS）公司在台湾成立。,1.1计算机概述,3

12、.微型计算机的发展,1993年： 1月，nVidia公司在美国的圣克拉拉正式成立。 3月，Intel公司正式发布奔腾（pentium）处理器。初期发布的奔腾集成了300多万个晶体管，工作在60-66MHz，每秒钟可执行1亿条指令。 微软发布了Windows NT操作系统,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1995年： 3月，美国华裔青年杨致远和戴维.菲洛创办了Yahoo公司。 8月，微软公司推出了划时代的Windows95操作系统。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1996年： Sun公司正式对外发布了Java语言，比尔.盖茨认为：“Java是有史以来最为卓越的编程语言。,1.1

13、计算机概述,3.微型计算机的发展,1997 年： 1月，Intel推出了带有MMX技术的Pentium处理器。MMX是英文MultiMedia eXtension（多媒体扩展）的缩写，它直接推动了电脑多媒体应用的发展。 5月，由IBM 研制的超级计算机“深蓝”第一次战胜了国际象棋特级大师卡斯帕洛夫。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,2001年：微软发布Windows XP操作系统。 2009年：微软发布Windows 7操作系统。 2012年：微软发布Windows 8操作系统。主要用于触摸屏操作。 2015年：微软发布Windows 10操作系统。,1.1计算机概述,3.微型计算机的

14、发展,2003年，AMD发布了面向服务器市场的64位处理器Opteron。,2005年，Intel推出双核心处理器Pentium D。,2006年7月，英特尔双核处理器酷睿正式发布。,2007年：苹果iPhone问世。,2006年11月，英特尔四核处理器酷睿2正式发布。,1.1计算机概述,3.微型计算机的发展,1996年，微软发布了Windows CE 操作系统，微软开始进入手机操作系统。 2001年，塞班公司发布了Symbian S60操作系统。 2007年，苹果公司的iOS登上了历史的舞台。 2008年，Android OS，由Google研发团队设计手机操作系统悄然出现在世人面前。,手机

15、操作系统的发展,1.1计算机概述,1.1.2 计算机的特点及分类,1. 计算机的特点,运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令。常用单位是MIPS (Million Instruction Per Second)。,运算速度快,2013年11月18日，全球超级计算机500强榜单(Top500)公布了全球运算速度的计算机，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”超级计算机其峰值速度和持续速度分别为每秒5.49亿亿次和每秒3.39亿亿次，再度登上榜首。,1.1计算机概述,1.1.2 计算机的特点及分类,1. 计算机的特点,理论上不受限制，一般计算机可达15位有效数字。,计算精度高,0.00000000

16、000000001,1.1计算机概述,1.1.2 计算机的特点及分类,1. 计算机的特点,计算机的存储器（能把数据、程序存入，进行数据处理和计算，并把结果保存起来）。,记忆能力强,1.1计算机概述,1.1.2 计算机的特点及分类,1. 计算机的特点,在程序执行过程中，计算机能够进行各种基本的逻辑判断，并根据判断结果来决定下一步执行哪条指令。,逻辑判断能力强,1.1计算机概述,按工作原理划分,模拟式电子计算机 数字式电子计算机,专用计算机 通用计算机,巨型计算机 大中型计算机 小型计算机 工作站 微型计算机,1.1.2 计算机的特点及分类,2. 计算机的分类,按用途划分,按性能划分,1.1计算机

17、概述,（1）科学计算 （2）信息处理 （3）过程控制 （4）计算机辅助工程 （5）人工智能 （6）多媒体应用 （7）电子商务,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,1.1计算机概述,科学计算,科学计算是指科学和工程中的数值计算。它与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法。主要应用在航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探和密码解译等涉及复杂数值计算的领域。最主要的应用领域。,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,卫星遥感,天气预报,地震监测,1.1计算机概述,信息处理,是指非数值形式的数据处理，是指以计算机技术为基础，对大量数据

18、进行加工处理，形成有用的信息。被广泛应用于办公自动化、事务处理、情报检索、企业管理和知识系统等领域。信息管理是计算机应用最广泛的领域。,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,办公,信息管理,地理信息系统GIS,1.1计算机概述,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,过程控制,又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。目前已在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械和航天等部门得到广泛应用。,石油开采,导弹发射,交通控制,ETC（电子不停车收费系统）,1.1计算机概述,1.1.3 计算机的应用领域及发展

19、趋势,1. 计算机的应用领域,计算机辅助工程,指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。 如计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教育CBE、计算机辅助教学CAI 、 计算机辅助教学管理CMI 。另外还有计算机辅助测试CAT和计算机集成制造系统CIMS等。,CAD,CAM,1.1计算机概述,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,人工智能,人工智能（AI，Artificial Intelligence）是指用计算机模拟人的意识和思维的过程，让计算机具有人的思考能力。,机器人足球赛,卡斯帕罗夫VS深蓝计算机,1.1计算机概述,1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势,1. 计算机的应用领域,多媒体应用,信息的表示和传播的载体由单一的文字向文字、图形、图像、声音、动画等发展。,电子商务,网络的飞速发展，很多商品交易都在网上成交。大型的购物网站：京东商城，