《大学计算机基础》第一章 计算机基础知识.ppt

1、第一章 计算机基础知识,1.1 引言,1.2 计算机系统的组成,1.1.1 计算机的发展 1.1.2 计算机的分类 1.1.3 计算机的应用领域,1.2.1 计算机系统的硬件结构 1.2.2 计算机系统的软件结构,1.3 计算机的基本工作原理,1.3.1 计算机的工作原理 1.3.2 程序与软件 1.3.3 计算机语言,计算机概念（一种描述）：是一种能快速且高效地自动完成信息处理的电子设备。,1.4 微型计算机的基本组成,1.5 计算机中的数制和编码系统,1.6 多媒体计算机,1.4.1 微型计算机硬件的基本结构 1.4.2 微型计算机的外部设备 1.4.3 微型计算机的性能指标,1.5.1

2、数制及其转换 1.5.2 二进制编码(BCD码) 1.5.3 ASCII码,1.6.1 多媒体技术的概念 1.6.2 多媒体技术的特性 1.6.3 多媒体个人计算机系统（MPC）,1、计算机的发展历史1946年在美国诞生了世界上第一台电子数字积分计算机 (ENIAC),5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,计算机发展史,1.1.1计算机发展,1.1 引言,计算机发展至今已发展了4代 ,正在向第五代迈进 P2-3,元器件图示,计算机发展史,第一代 （19461957） 电子管 5千4万（次/秒）,第二代 （19571964） 晶体管

3、 几十万百万（次/秒）,第三代 （19651970） 集成电路 百万几百万（次/秒）,第四代 （197190年代） 集成电路 几百万几亿（次/秒）,计算机发展的几个阶段元器件图示,计算机发展史,新一代计算机（未来型计算机）,具有知识表示和推理能力 可以模拟或部分代替人的智能 具有人-机自然通信能力,计算机发展史,1.1.2、计算机的分类,按用途分类,通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题,专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题,按综合性能指标分类,巨型机：速度最快、处理能力最强 已达十几万亿次浮点运算 “银河 ” 达每秒130亿次,大型机：大型、通用、较快、较强 作“客户机/服务器”的服

4、务器 作“终端/主机”的主机,小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单,工作站：介于PC与小型机之间 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强,微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜 中央处理器：一个芯片,笔记本与移动PC,计算机的发展趋势,巨型化发展高速，大存储容量，功能强大的计算机。 微型化体积进一步缩小，功能更强 网络化信息共享，资源共享，协同工作 多媒体化发展自然交流方式 智能化感官和推理,CRAY-,计算机发展巨型化,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质

5、勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。,中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000”和“曙光200I”,银河,计算机发展趋势,Altair 8800,计算机发展微型化,计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的信息机器。,计算机发展趋势,计算机发展网络化,计算机网络： 计算机技术与通信技术结合 的产物。 计算机网络的发展动力： 使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。,计算机发展趋势,计算机发展智能化,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 没有灵魂的机械来”。

6、 笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年） 第一代机器人机械手（1962年出现） 第二代机器人具有“感觉”的机器人 第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”,计算机发展趋势,1.1.3 计算机的应用领域,处理速度快 运算精度高 记忆能力强（具有大容量存储和高速存取能力） 具有逻辑判断能力 具有友好的人机交互界面,1. 特点,科学计算（数值计算） 如：天文、地质、气象、航天等涉及的大量计算 数据处理（信息处理） 如：民航订票、库存管理、财务管理、情报检索等 过程控制 用于实时地收集和检测被控对象的参数，按最佳方案对控制对象进行自动控制或调节 计算

7、机辅助设计/计算机辅助制造 （CAD/CAM) 计算机辅助教学（CAI） 人工智能（AI）等,2.计算机应用,小 结,从1946年诞生第一台计算机，发展了4代; 计算机发展趋势，速度不断提高，体积继续缩小，价格持续下降，正向多媒体化，网络化发展; 计算机的分类与主要特点(三大); 计算机的主要应用领域;,1.2 计算机系统的组成,计算机系统组成 硬件系统：构成计算机系统的各种物理设备的总称 软件系统：运行、管理和维护计算机的各类程序和文档 的总称 具体结构如下图所示,计算机硬件系统,运算器 中央处理器 控制器 主机 只读存储器(ROM) 内存储器 随机存取存储器(RAM) 硬件 外存储器 外部

8、设备 输入设备 输出设备 微型机 操作系统 系统 系统软件 语言处理系统 数据库管理系统 软件 网络及通信软件 应用软件 应用软件包 用户程序,1.2.1计算机系统的硬件结构,计算机硬件系统由： 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 五大模块组成，采用总线结构连接各部分。,控制器：控制整个计算机其它所有部件的工作。 运算器：算术运算和逻辑运算。,常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。,存储器：8位(Bit)一个字节(Byte)，每个字节都有地址。,软件是整个计算机系统中的重要组成部分 没有配备任何软件的计算机称为裸机 软件可分为系统软

9、件和应用软件两大类 系统软件的两大特点：公用性、基础性,计算机软件系统,1.2.2 计算机系统的软件结构,软件分类,系统软件,操作系统,语言处理程序,实用程序,应用软件,办公软件包,数据库管理系统,浏览器,实时控制软件,诊断程序,反病毒程序,备份程序,文件压缩程序,卸载程序,图形图像处理软件,其它应用软件,存储程序及程序控制,计算机硬件系统,实体图,计算机执行指令过程:,取指令-分析指令-执行指令-为执行下一条指令作准备,1.3 计算机的工作原理,1.3.1 计算机的工作原理:,冯.诺依曼思想（存储程序）：二进制；程序与数据一样存放在内存；五大模块。,1.3.2 软件与程序,程序： 为使计算机

10、完成某项特定任务而编写的一个有序的命令和数据的集合； 软件： 方便用户、提高计算机效能而编写的各种程序的总称。,1.3.3 计算机语言,源程序,可执行程序,目标程序,编辑程序,汇编或编译程序,联接程序,机器语言（计算机唯一能识别的语言）,高级语言,汇编语言,面向过程：BASIC、Pascal、 FORTRAN、C等,面向对象：C+ 、 Java、VBc等,程序设计语言,语言处理程序,1.4 微型计算机的基本组成,显示器,键盘,主机,鼠标,光驱,软驱,手写笔输入,1.4.1微机的基本硬件结构,主机箱侧面结构,主机箱内部结构 图,声卡,显示卡,1）系统主板,主板：AT结构和ATX结构 ATX新型主

11、板结构规范：,优化板上元件布局 配合ATX电源，实现软关机 MODEM远程遥控开关机 需要配合专门的ATX机箱使用,PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别,微机的实物部件,2） I/O (Input-Output)总线与扩展槽,总线是计算机中的传输数据信号的通道，按并行方式传输信息,接口电路,微处理器,外部设备,存储器,扩展槽的作用,3） CPU（Central Processing Unit）,主要技术性能指标：字长及主频率 运算器和数据线的位数反映了CPU的档次。 80386以下的CPU为16位，80386及以上的CPU为32位的CPU Intel: 486、586（奔腾

12、）、PII、PIII、P赛扬系列 AMD: K6-2、K6-III、K7系列 主频：133MHz、550MHz、1.2GHz、2.4GHz、2.8GHz、3.0GHz等 CPU的功能是计算机主要技术指标之一，人们习惯用CPU的档次来大体表示微机的规格。,4）存储器,存储器是计算机的记忆装置。,计算机硬件系统,内存储器,RAM（内存）,硬盘,软盘,光盘,外存储器,U盘,其他几种内存储器： BIOS（基本输入输出系统） CMOS Cache（高速缓冲存储器) 主要性能指标：内存容量、存取周期,计算机硬件系统,里面的内容可随时更改，但断电后内容会消失。一般所说的内存多少就是指RAM容量的大小。 64

13、M、128M、256M、 512M、 1G、2G、4G,内容不可更改、永久保存,a. 内部存储器,高速缓冲存储器(Cache),在CPU和内存之间设置一种高速缓冲存储器(Cache)，以此弥补内存的运行速度与CPU之间的差距。CPU对Cache的访问速度比一般内存快得多。 目前在微机中,Cache分为一,二级即L1和L2:,RAM,L2,CPU,L1,计算机硬件系统,外存储器简称外存，又称为辅助存储器。它通常是一种与主机相对独立的存储器部件。与内存比较，外存容量一般都比较大，但存取速度慢。 外存不能直接与CPU交换信息。 软（U）盘存储器 微机常用的外存储器有三种： 硬盘存储器 光盘存储器,计

14、算机硬件系统,b. 外部存储器,写保护开关,小滑块向上推,写保护状态： 只能读、不能写入,未写保护状态：可以读写, 软盘存储器,由多个金属盘片组成，并有多个磁头同时读写。,硬盘存储器,CD光盘具有容量大、寿命长、价格低等特点。一个CD光盘的容量为650 MB 。 光盘刻录机 DVD光盘 一个DVD光盘的容量为17GB 。,计算机硬件系统,光盘存储器,计算机硬件系统,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,1) 基本输入设备,1.4.2 微机常见外部设备,微 机 键 盘,微 机 键 盘,常用组合控制键： Ctrl+Alt+Del 热启动 ；中止应用 Ctrl+P 表联通/脱离打印； Ctr

15、l+C 或 Ctrl+break 表中止应用程序； Ctrl+S暂停应用程序等； Alt+F4 ；关闭应用程序 Ctrl 、Alt、Shift当组合键用时，须按住不放，再击其它键。单独用没有意义。,鼠 标,鼠标在Windows中有四种操作： 单击左键：常用于选定对象； 双击左键：常用于激活对象； 单击右键：常用于弹出快捷菜单； 拖放：按住左键不放，滑动鼠标，用于拖动对象。,鼠 标,鼠标的形状取决于它所在的位置，以及和其他屏幕元素的相互关系。,2)输出设备,显示器,音箱,打印机,投影仪,显示器,显示器分类 CRT显示器 液晶显示器 主要技术指标 分辨率 刷新频率 尺寸,主要技术指标 分辨率 亮度

16、,打印机,分类： 针式打印机 激光打印机 喷墨打印机 技术指标 分辨率,投影仪,1.4.3 微型计算机的主要性能指标,1、字长（8，16，32，64） 2、时钟主频（运算速度） 3、内存容量 4、外部设备配置,学生练习内容（5分钟）,1、熟悉键盘各区（五区） 2、熟悉常用键的功能 如：Esc、Tab、Space、Enter、Backspace、Del、Insert、CapsLock、NumLock、Shift等键的功用 3、常用组合控制键的练习 如： Ctrl+Alt+Del、Ctrl+C 或Ctrl+break 、Ctrl+Space、Ctrl+Shift、Alt+F4 、PrintScre

17、en等组合键的练习。 4、初步练习鼠标的使用,1.进位计数制的特点,计算机的最基本功能是进行数据的计算和处理加工。 而计算机中对数据采用二进制数的表示形式。,什么是数制用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。 数制也称为进制，即进位计数制 进制进位计数制的简称，计数制有多种，在日常生活中我们最熟悉的也是国际上通用的计数制，是十进制，除了十进制外，还有多种计数制。如一天24小时，称24进制，1小时是60分钟，称为60进制，几何中还有360进制（但它们采用的是十进制数来表示）等。,1.5 计算机中的数制和编码系统,1.5.1 计算机中常用的数制及相互转换,为什么计算机采用二进制？,可行性

18、：若使用十进制数，则需要这样的电子器件，它必须有能表示09数码的10个物理状态，这在技术上是相当困难的(目前为止没有完全解决)，而使用二进制数，只需0，1两个状态，技术上轻而易举，如开关的通与断，晶体管中导通与截止等，磁介质的带磁与不带磁。 可靠性：二进制只有两种状态，数字传输处理不易出错。 简易性：二进制运算法则比较简单，如： 求和法则(3个) ：0+0=0 , 0+1=1+0=1, 1+1=10 求积法则(3个) ：00=0，01=10=0， 11=1 这就使计算机运算器的结构大大简化，控制也简单，较容易实现 逻辑性：可用进制的0，1直接代表逻辑代数中的“假”和“真”,不同计数制的特点：,

19、1. 十进制数 特点：有10个不同的数字符号，即0 9。 逢十进一 如：一个十进制数 1357 其含义是： 1103+3102+5101+7100 可看出：一个数字处在不同的数位（又称“权”）其代表的意义不同。,若有一个n位的十进制整数a1.an，则它的值可用下式求出（n代表从左至右数位） a1 10n-1 + a210n-2 + + an 100 此表达式又称为十进制的按“权”展开式。 10n-1 10n-2 100称为十进制的“权”，其中10叫做十进制的“基数”,2.二进制数 特点：只有两个数码0和1，基数为二，逢二进一优点： 0，1两个状态易物理实现；运算规则简单。如有一个二进制数101

20、1,代表的10进制数的值是： (1011)2=1 23 +022 + 121+120=(11)10与十进制数求值公式作一比较，可看出，无非是每一位上的权变了。也就是基数变了，不是10，而是2。,二进制数与十进制数的对应关系： 二 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 十 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,数制,特点：逢8进一，由于二进制数书写很长，不便记忆，通常把一个二进制数由右到左每3位组成一组，如： 101110111101 可表为： 101,110,111,101 每一组分别为十进制数: 5 6 7 5 因3位二进制数可表示的最大值

21、为7，不会出现8，即“逢八进一”。,上面这个数同样可通过按“权”展开式，求出它的值（十进制数） (101110111101)2=(5675)8 = 5 83 +682 + 781+580=(3005)10,权,3. 八进制数：,4.十六进制数 特点：有16个数字符号：09 A B C D E F,上面数(FDE)16可用下式求出十进制数值： (FDE)16 =15162 + 13161+14160=(4062)10 十六进制数与十进制、二进制数的对应关系见书上P12。,如一个二进制数 1111 1101 1110 从右到左每4位合成一组 15 13 14 (用十进制分开表示) F D E (用

22、十六进制分开表示) 4位二进制数所表示的最大值为15，即逢16进一。,2.数制间的转换,十进制数,非十进制数,非十进制数,十进制数,二、八、十六进制之间的转换,编码和数制,8 75 3 8 9 1 8 1 1 0,结果为：113,余数法：除基数取余数、直到商为0为止，余数倒排。 示例1：,2 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0,示例2:,结果为：1001011,进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到 所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。 示例： 0.625 2 1.250 整数为1 2 0.50 整数为0 2 1.0 整数为1 小数

23、值为0,结果为：101,位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式：(F)x =an-1xn-1 + an-2xn-2 + . + a1x1 + a0 x0 + a-1x-1 + . 示例： (1011.1) 2 = 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 = (11.5)10,编码和数制,练习,将十进制数368.73转换成二进制数和八进制数。 将二进制数111001011.10011转换成十进制数。,(368.73)10（101110000.10111)2=（560.56)8 (111001011.10011)2=(459.59375)10,二进制 十六进制,二进制 八进制,二、八与十六进制之间的转换,整数从右向左 小数从左向右,编码和数制,0001 1011 0111.0100( 1 B 7 . 4 )16,示例：,编码和数制,100 110 110 111 . 010 100( 4 6 6 7 . 2 4 )8,1.5.2 信息编码,BCD码 （余三码 / 8421码）,国 标 码 （744