第1章 计算机概述

1、第1章,计算机概述,-2-,课程性质：公共基础课 考核形式：考试 学 时：32+16,授课人：解红 学 院：计算机学院 E-mail：xieh1 TelQQ：66936714,-3-,1.1 信息与信息技术 1.2 计算机技术概述 1.3 计算机中信息的表示 1.4 计算机系统,第一章 计算机概论,-4-,1.1 信息与信息技术,信息与数据,数据是信息的具体表现形式，是信息的载体；数据赋予一定意义后，即成为影响人们行为，帮助人们决策的信息。,信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。,-5-,1.1 信息与信息技术,信息技术：,是指利用计

2、算机及现在通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示和分配信息等的相关技术,1.感测与识别技术,2.信息传递技术,3. 信息处理与再生技术,4. 信息施用技术,-6-,信息社会,信息社会是经过工业化社会以后，信息起主要作用的社会,7,1.1 信息与信息技术,计算机网络的普及和“信息高速公路”的建设，彻底改变了人们的学习、生活、工作、娱乐和交流的方式。,-8-,信息高速公路,“信息高速公路”是一个交互式的多媒体通信网络，它以光纤为“路”，以电话、电脑、电视、传真等多媒体终端为“车”，既能传输语言和文字，又能传输数据和图像，使信息的高速传递、共享和增值成为可能，并且提供了教育、卫生、

3、商务、金融、文化、娱乐等广泛的信息服务。,-9-,1. 计算机的诞生和发展 2. 计算机的特点 3. 计算机的分类 4 . 计算机的应用 5 . 计算机的发展趋势,1.2 计算机技术概述,-10-,1. 计算机的起源,-11-,第一台真正意义上的数字电子计算机ENIAC,ENIAC：1946年2月15日问世。重30吨，耗电量为200千瓦，占地约170平方米。运算速度为每秒5000次加法。它是按照十进制，而不是按照二进制来操作。,-12-,计算机的发展,-13-,第一代：电子管计算机（4653),逻辑元件 电子管和继电器 内 存 延迟线或磁芯 外 存 纸带、卡片或磁带 工作速度 几千几万次秒 软

4、 件 机器语言或汇编语言 应 用 科学计算 代表机型 ENIAC,-14-,第二代：晶体管计算机 (5464),逻辑元件 晶体管 内 存 磁芯 外 存 磁带或磁盘 工作速度 几十万次秒 软 件 高级算法语言 应 用 事务管理及工业控制 代表机型 IBM 7090 型,-15-,第三代：集成电路计算机 (6474),逻辑元件 中小规模集成电路 内 存 半导体存储器 外 存 磁带或磁盘 工作速度 几十万几千万次/秒 软 件 高级算法语言、操作系统 应 用 计算、管理及控制 代表机型 IBM System /360,-16-,第四代：大规模集成电路计算机(7491),逻辑元件 大规模集成电路 内 存

5、 半导体存储器 外 存 磁盘和光盘 工作速度 几百万几千万次秒 软 件 操作系统和应用软件 应 用 以计算机网络为特征,-17-,第五代计算机(1991年至今),逻辑元件 超大规模集成电路 特点： 大规模并行数据处理 系统结构的可扩展性,-18-,计算机第一定律摩尔定律,晶 体 管 数,每18个月芯片能力增长一倍。,-19-,我国计算机的发展概况,大型机及巨型机 银河、曙光、神威 微型机 联想、方正、长城 中央处理器 “龙芯”芯片（2001）、曙光推出具有中国知识产权“龙腾”服务器（2002）。,软件 CCDOS、WPS、COSIX64、OpenBASE,-20-,运算速度快 计算精度高 具有

6、记忆和逻辑判断能力 可靠性高、通用性强,2 计算机的特点,-21-,1.按处理数据的方式划分,模拟计算机 数字计算机 混合计算机,2.根据计算机的使用范围划分,通用计算机 专用计算机,3.根据计算机的综合指标划分,巨型机 小巨型机、大型 主机、小型机、工作站、个人计算机,3 计算机分类,-22-,计算机已在各行各业加以应用 工业、农业、商业、国防、教育等领域 计算机典型应用领域 科学与工程计算 数据处理（信息管理、电子商务） 过程控制 人工智能 计算机辅助设计,4 计算机应用,-23-,计算机到底能干什么？,计算器？,打字机？,玩游戏？,还有？,4 计算机应用,-24-,当代大学生的一天（IC

7、、POS、ATM、卡） 多媒体教学（作业提交、网络答疑、考试） 通讯 娱乐 信息管理（学籍、图书馆、OA） 信息检索 银行 ,4 计算机应用,-25-,科学与工程计算 例：的求值，古老的计算问题, = 周长/直径,4 计算机应用,-26-,公元前250年，古希腊，阿基米德，3.14,1973年，CDC 7600，1,001,250位小数,1949年，ENIAC，2,037位小数,公元480年，祖冲之，3.14159263.1415927,求值的历史,1609年，德国，Ludolph Van Ceulen，35位小数,1874年，William Shanks，707位小数(527位正确),195

8、8年，IBM 704，10,000位小数,1961年，IBM 7090，100,265位小数,1999年，HITACHI SR8000，206,158,430,000位小数,-27-,信息管理 办公自动化（OA）系统（电子政务等） 管理信息系统（企业、图书馆、交通等）,4 计算机应用,-28-,CAD技术包含： CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计） CAM（Computer Aided Manufacturing：计算机辅助制造） CAPP（Computer Aided Process Planning：计算机辅助工艺规划） CAE（Computer Aided

9、Engineering：计算机辅助工程）,4 计算机应用,-29-,CAD建模,-30-,CAD/CAM运动仿真,-31-,CAD/CAM运动仿真,-32-,什么是电子商务？ 基础：计算机、Internet 目标：经济活动 借助计算机网络进行网上的交易活动 通过Internet进行的各种商务活动,4 计算机应用,-33-,人工智能应用领域前景广阔 科幻片中的机器人 例：“深蓝”战胜人类智慧？ 1997年5月11日，卡斯帕洛夫以2.5：3.5的比分败在一台电脑手下 “这是一部像人的机器和一个像机器的人之间的决斗” 智慧输掉了，人类还剩些什么？,4 计算机应用,-34-,“深蓝”战胜国际象棋冠军卡

10、斯帕洛夫,4 计算机应用,-35-,科幻片“未来世界”中的机器人（600#、800#） 美国第一颗人造卫星回收采用机器人在海里打捞,4 计算机应用,-36-,人工智能的应用领域,问题求解 逻辑推理与自动定理证明 自然语言处理 自动程序设计 专家系统 机器学习 人工神经网络 机器人学 模式识别 智能决策支持系统,4 计算机应用,-37-,5 计算机的未来,-38-,未来新型计算机,神经计算机,光计算机,DNA电脑,生物计算机,高速超导计算机,量子计算机,分子计算机,-39-,光计算机,光计算机是利用光作为载体进行信息处理的计算机。 光计算机又叫光脑。电脑是靠电荷在线路中的流动来处理信息的，而光脑

11、则是靠激光束进入由反射镜和透镜组成的阵列中来对信息进行处理的。与电脑相似之处是，光脑也靠产生一系列逻辑操作来处理和解决问题。,对光计算机的研制已取得进展，它比普通电子计算机快1000倍,-40-,生物计算机,使用生物芯片的计算机称为蛋白质电脑，或称为生物电脑。 生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。 生物电脑的性能是由元件与元件之间电流启闭的开关速度来决定的。 科学家发现，蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成集成电路，称为生物芯片。经过特殊培养后制成的生物芯片，可作为一种新型高速计算机的集成电路,利用蛋白质的开关特性开发出生物计算机,-41-,量子计算机,1996年初，美国的科学家说

12、，他们发现在某种条件下，光子能够发生相互作用，这个发现能够被用来制造新的信息处理器件，从而导致世界上性能最好的超级计算机的出现。 量子计算机潜在的用途将涉及人类生活的每一个方面，从工业生产线到公司的办公室，从军用装备到学生课桌，从国家安全到自动柜员机。,一种可瞬间进行图像数据计算的量子计算机,-42-,高速超导计算机,超导计算机是使用超导体元器件的高速计算机。 所谓超导，是指有些物质在接近绝对零度（相当于-269摄氏度）时，电流流动是无阻力的。 超导电脑的耗电仅为用半导体器件制造的电脑所耗电的几千分之一，它执行一个指令只需十亿分之一秒，比半导体元件快10倍。,约瑟夫逊超导元件。 使用铌系列超导

13、材料，不但速度快，而且耗电少,-43-,DNA电脑,DNA电脑的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用，将反应过程进行分子编码，对问题以新的DNA编码形式加以解答。 2001年11月，以色列科学家成功研制出世界上第一台可编程DNA电脑，一万亿“台”这种电脑不过一滴水大小，而其运算速度高达每秒10亿次。,DNA电脑是美国南加州大学的雷纳德阿德勒曼于1994年提出的奇思妙想。,-44-,神经计算机,模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。与以逻辑处理为主的第五代计算机不同，它本身可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且它可同时并行处

14、理实时变化的大量数据，并引出结论。 神经集成电路是它的心脏，它模仿人脑的神经细胞结构,模仿人类大脑功能的神经计算机已经开发成功，它标志着电子计算机的发展进入新的时代,-45-,1.3 计算机中的信息表示,1 数制及其转换 2 信息的编码,-46-,数值信息的表示,计数：十进制。 计时：六十进制。 月到年的进制：十二进制。 季度到年的进制：四进制。,在计算机内部用二进制数码表示各种数据，在计算机程序的编写中有时采用八进制和十六进制。,-47-,数值信息的表示,采用二进制编码表示信息的优点： 易于物理实现 二进制数运算简单 R(R1)2 机器可靠性高 通用性强,-48-,数值信息的表示,数码：一组

15、用来表示某种数制的符号。 基数：数制所使用的数码个数称为“基数”或“基”，常用“R”表示，称R进制。,十进制 R=10， 包含数码:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 R=2 ， 包含数码: 0,1 八进制 R=8 ， 包含数码: 0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16 ，包含数码: 0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一，借一当R”,-49-,数值信息的表示,位权：指数码在不同位置上的权值。 在进位计数制中，处于不同数位的数码，代表的数值不同。,-50-,十进制：4956= 410+910 +510+610,二进制：1011=12+02 +12+12,十六进制：8

16、1AE=816+116 +1016+1416,八进制：4275=48+28 +78+58,-51-,十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系,-52-,数制的转换,二进制、八进制、十六进制数转化为十进制数 对于任何一个二进制数、八进制数、十六进制数可以写出它的按权展开式，再进行计算即可。 例如： （1111.11）2 = 123+122+121+120 +12-1 +12-2=15.75 （A10B.8）16 =10163 + 1162+ 0161 +11160 +816-1= 41227.5,-53-,十进制数转化为R进制数,对于整数部分采用除R取余法，即逐次除以R，直至商为0，得出的

17、余数倒排，即为R进制各位的数码。,(75)10=(113)8,示例1：十进制转换为八进制,75,9,1,8,8,8,3,1,1,0,最高位,最低位,（113）8 =182181380,-54-,十进制数转化为R进制数,示例2:十进制转换为二进制,(75)10= (1001011)2,75,37,18,9,4,2,1,0,1,1,1,1,0,0,0,2,2,2,2,2,2,2,最低位,最高位,(1001011)2 126123121 120,-55-,十进制数转化为R进制数,小数部分采用乘R取整法，即逐次乘以R，当积为0或达到所要求的精度时，将每次乘积的整数部分由上而下排列。,(0.3125)1

18、0 =(0.0101)2,0. 3125, 2,0. 6250, 2,1. 2500, 2,1. 0000,0. 5000, 2,最高位,最低位,0,1,1,0,示例:,(0.0101)2 =12-212-4,-56-,练 习,把十进制120.125转换为十六进制数,-57-,二进制与八进制数的转换,二进制 八进制,整数从右向左，小数从左向右，不足位数补齐0,示例：,100 110 110 111 . 010 1,( )8,00,4,6,6,7,.,2,4,-58-,二进制与十六进制数的转换,整数从右向左，小数从左向右，不足位数补齐0,-59-,练 习,比较下列数据的大小 11111111B

19、2CH 36O 127D,-60-,文字信息的表示,1 字符编码,2 汉字编码,-61-,1）字符编码,ASCII码：American Standard Code for Information Interchange的缩写（美国标准信息交换代码） ASCII码是一种西文机内码，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。 7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此可表示128个不同字符。,-62-,SP ！ ” ( ) /, ： ; ？,字符编码：ASCII码表,-63

20、-,1）字符编码,Unicode编码方案 采用16位编码。进一步扩充了计算机中各种语言文字的表达能力。 兼容ASCII,-64-,2）汉字编码,流水 码 音 码 形 码 音形码,内部数据处理,输入码向机 内码转换,-65-,2）汉字编码,汉字字形码 将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据 点阵码 一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵。 矢量码 使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓。,-66-,2）汉字字形码点阵码,128,72,占用字节数=点阵列数8行数,288,-67-,多媒体信息,多媒体信息通常包括：声音信息、图像信息和视频信息 多媒体信息也必须转换成0和1的编码

21、 对于图像： 将图像平面有规律地划分为小方块，当小方块很小时，小方块成为小圆点，称为一个像素。 每个小圆点由行号、列号、颜色编码,-68-,1.4 计算机系统,计算机系统的构成 计算机硬件系统 计算机软件系统,-69-,1 计算机系统的构成,冯.诺依曼结构 采用二进制表示数据和指令 内存储器程序控制原理 为解决某个问题，需事先编制好程序，程序输入到计算机中，存储在外存储器中，在运行前，控制器将程序读入内存。控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令，然后分析指令，执行指令的功能。 硬件系统、软件系统,计算机之父,-70-,CPU,外围 设备,2 计算机硬件系统,运 算 器,内存储器,输入 设备,输出 设备,外存储 设备,主机,输入 输出 接口 电路,冯.诺依曼,-71-,输入设