第1章计算机基础知识.ppt

1、计算机应用基础,主 讲：王 璐 E-mail：,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.2 数制和编码 1.3 计算机系统的组成 1.4 指法练习,1.1.1 计算机的发展概况,世界上第一台数字式电子计算机： 1946年 美国宾夕法尼亚大学，约翰莫克特（Johon Mauchly）、普雷斯伯埃克特(Preper Eckert) “ENIAC”（Electronic Numerical Integrator And Calculator ,电子数字积分计算机）。 运算速度达5000次/s加法运算，3ms就可进行一次乘法运算，将原来需要20min计算的弹道缩短到仅用30s。 ENIAC计算

2、机是一个庞然大物，它有8000多只电子管、1500多只继电器,耗电150kw、占地160m2、重30t、存储量很小，只能存20个字长为10位的十进制数。 具有划时代的意义，它宣告了电子计算机时代的到来，为半个多世纪来计算机的高速发展迈出了的第一步。,1.1.1 计算机的发展概况,1.1.1 计算机的发展概况,第一代计算机（19461958年） 以电子管作为计算机的基本逻辑电路元件，主存储器采用延迟线和静电存储管，容量非常小，仅1000-4000B。外存储器采用纸带、卡片、磁鼓和磁带，运算速度一般为每秒数千次至数万次。典型机器是：ENIAC、UNIVAC。 存在很多缺点：电子管功耗大、体积大、工

3、作速度抵、延迟线和静电存储管体积大、存储容量小等。,1.1.1 计算机的发展概况,第二代计算机（19591964年） 第二代计算机采用半导体晶体管作为逻辑开关元件，内存采用了磁芯存储器，其容量达几十万B。外存采用磁盘、磁带。运算速度达几十万次/每秒。 软件：FORTRAN，COBOL等，有了系统软件（监控程序），提出了操作系统的概念，且提出了多道程序设计、并行处理和可变的微程序设计思想。 典型机器是：1955年， 贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC， 装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。,1.1.1 计算机的发展概况,第三代计算机（19651970）

4、1958年制造出了人类第一个半导体集成电路（IC），1961年美国德克萨斯仪器公司与美国军方合作，研制出第一台试验型半导体集成电路作为主要电子器件的集成电路电子计算机。 1964年IBM生产出了由混合集成电路制成的IBM 350系统，这成为第三代计算机的主要里程碑。典型机器是：IBM 360,1.1.1 计算机的发展概况,第四代计算机（1971至今） 1971年美国Intel公司生产了第一块单片微处理器Intel4004，同时INTER公司用其组成了世界上第一台微机MSC-，这标志新一代计算机的产生。 由于集成电路不断提高，集成度也越来越高，大规模集成电路与超大规模集成电路相继出现，中央处理器

5、CPU高度集成是这一代微机的主要特征。 软件的丰富，计算机性能的不断提高，特别是个人计算机（PC）进入家庭，将计算机的应用变得空前的普及。,1.1.1 计算机的发展概况,1.1.2 计算机的特点,运算速度快 计算精确度高 具有记忆和逻辑判断能力 有自动控制能力,1.1.3 计算机的应用,科学计算（数值计算） 数据处理（信息处理） 自动控制 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教学（CAI） 人工智能方面的研究和应用 多媒体技术应用,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.2 数制和编码 1.3 计算机系统的组

6、成 1.4 指法练习,1.2.1 二进制数,计算机只认识二进制编码形式的指令，因此字符、数字、声音、图像等信息都必须经过某种方式转换成二进制的形式，才能提供给计算机进行处理。 采用二进制是基于物理上实现容易，二进制仅有两个状态0与1，这正好与物理器件的两种状态相对应。 采用二进制使得物理机器可靠性高，由于仅有二种状态，那么用电压的高低或电流的有无来描述都是用质的变化来表示的。 采用二进制编码不仅成功的运用于数值信息编码，而且适用于各种非数值信息的数字编码。特别是二进制数的两个符号0和1，正好与逻辑命题两个值“真”与“假”相对应。,例： 999910291019100 （1101）2123122

7、021120,1.2.2 计算机中的常用数制,在数值计算中，一般采用的是进位计数，日常生活中我们采用的是十进位计数，而在计算机内处理信息采用二进位计数。在进位计数的数字系统中，如果只用R个基本符号（如0，1，2R）来表示数值，则称其为“基R数制”。R称为该数制的“基数”，而数值中每一固定位置对应的单位称为“权”。如十进制数，就是R=10，即基本符号为0，1，28，9。如取R=2，即基本符号为0，1。则为二进制数。 进位计数的编码符合“逢R进位” 的规则。各位的权是以R为底的幂，一个数可按权展开成多项式。,1.2.2 计算机中的常用数制,1.2.2 计算机中的常用数制,常用四种数制的对比,1.2

8、.3 不同进制数之间的转换,1、十进制转换成R进制 将十进制转换成R进制时，将整数部份和小数部份分别转换，然后再将整数部份与小数部分转换的结果相加起来。这里主要介绍十进制转换成二进制。,1.2.3 不同进制数之间的转换,十进制小数转换成R进制时，可连续地乘以R，直到小数部分为0，或达到所要求的精度为止（小数部分可能永远不为0）得到的整数即组成R进制的小数部分，此法称“乘R取整”。,1.2.3 不同进制数之间的转换,十进制转换成R进制例题： （1）(133)10=( )2 （2）(0.875)10=( )2 （3）(0.55)10=( )2 （4）(10000101)2=( )10 （5） (1

9、83)10=( )16 （6） (B7)16= ( )10,例4: (10000101)2=( )10 (10000101)2 =127+026+.+122+021+120 =128+4+1 (10000101)2=(133)10,例5: (183)10=( )16 16|183 16|11 .7 0 .B (183)10=(B7)16,例6: (B7)16= ( )10 (B7)16=11161+7160 =176+7 (B7)16= (183)10,1.2.3 不同进制数之间的转换,R进制转换为十进制 基数为R的数字，只要将各位数字与它的权相乘，然后将其按“逢十进一”相加，其和就是一个十进

10、制数。,1.2.3 不同进制数之间的转换,2、二、八、十六进制的相互转换 由于二位，八位，十六位这三种进制数的权之间有一定的内在联系，即23 =8、24 =16，故其之间的转换比较容易。即每一位八进制数相当于三位二进制数，每一位十六进制数相当于四位二进制数。 在由二进制转换为八进制时，以小数点为中心向左右两边延伸，每三位为一组，中间的0不省，到了两头不够一组时用0补足位数，算出每一组相对应的十进制数，然后将这些十进制数组合起来就成了一个八进制数。,1.2.3 不同进制数之间的转换,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,数值有大小及符号（正数，负数）。数在计算机的表示统称为机器数。 数的符号数值

11、化：通常把一个数的二进制代码的最高位定义为符号位，最高位为“0”表示该数为正数，最高位为“1”表示该数为负数，这一位称为数符，其余位表示该数的绝对值，。若一个数为八位，则最高位为数符，其余7位才表示该数的值。,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,1、整数的表示 定点数：将小数点约定在某一固定位置上的表示方法称为定点表示法，用定点表示法表示的数称为定点数。 定点整数：定点整数是一个纯整数，其小数点位置约定在机器数的最右边。 定点整数表示：定点整数分为带符号位和不带符号位的两类。带符号位的可表示正数，负数。不带符号位的仅能表示整数，所以当使用相同位数如8位，16位，32位等来表示整数时，带符号位

12、所表示的数的范围，要大于不带符号位表示法所表示的数。如果8位来表示整数时，如设计为带符号位，即最高位用来表示正、负号，则可表示-27（27-1）范围的整数，而无符号的表示法仅能表示0（28-1）个数。 定点小数：定点小数约定小数点位置在符号位和与有效数值部分之间，定点小数是纯小数，所有数值的绝对值均小于1。,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,2、实数的表示 浮点数的表示：定点数所表示的数值大小受到二进制位数的限制，尤其在科学计算中，为了表示很大的数与很小的数，就可采用“浮点数”来表示，也称“科学表示法”。小数点可以任意浮动的表示法，称为浮点表示法，其表示的数称之为浮点数。浮点数由2部分组成

13、：即尾数和阶码。 十进制数的“科学表示法”：例1234567.88=0.123456788107 123456788为“尾数”，7为阶码，10为底数。 在浮点表示方法中，小数点的位置是浮动的，阶码可取不同的数值。如十进制数1234567.88可表示为：0.123456788107，1234.56788104，123.456788103等各种形式。在计算机中，规定：将浮点数写成规格化形式，即：尾数的绝对值大于0.1并且小于1。从而唯一规定了小数点的位置，则十进制1234567.88的规格化形式为：0.123456788107,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,2、实数的表示,阶码只能是一个带

14、符号的整数，阶码本身的小数点约定在阶码的最右面。尾数表示数的有效部分，是纯小数。其小数点约定在数符与尾数之间。在浮点数表示中，阶符与数符各占一位，阶码的位数表示数的大小范围，尾数的位数表示数的精度。,1.2.5 常见的信息编码,1、BCD码（二十进制编码） BCD（Binary Code Decimal，二进制编码的十进制数）码是用若干个二进制数表示一个十进制的编码，BCD码有很多种编码方法，最常用的是8421码。 8421码是将十进制数码09中的每个数分别用4位二进制编码表示，从高到低每一位的位权值是8、4、2、1，因此得名8421码。 例:(1209.56)10=(0001 0010 00

15、00 1001.0101 0110)BCD 8421码与二进制之间的转换： 8421码十进制二进制 例：(1001 0010 0011.0101)BCD=(923.5)10=(1110011011.1)2,1.2.5 常见的信息编码,2、ASCII码 前面介绍了数值数据的编码，这解决了计算机表示数值信息的问题，除了数值数据外，计算机还面临要处理的就是字符、特别是英文字符以及各种标点符号，运算符等。 这些都要转换成二进制编码后才能在计算机内部进行处理，目前国际上通用的西文字符编码就是所谓的ASCII码（American Standard Code for Information Intercha

16、nge美国国家信息交换代码。,1.2.5 常见的信息编码,1.2.5 常见的信息编码,3、汉字编码 汉字信息处理系统在处理汉字和词语时，要进行一系列的汉字代码转换。通过键盘或其它的输入工具输入汉字时。要按一定的编码来进行，这称之为输入码，而在计算机内部存储、处理、传输汉字用的代码称为机内码。而要将汉字输出，用打印机或显示器输出应有一个字形码。 1）国际码和区位码 国际码：GB231280 GB231280中，国际汉字与符号组成一个9494的矩阵，在这个矩阵中，每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”，每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码，叫该字符的区位码。,1.2.5 常见的信息编

17、码,3、汉字编码 2）外码（汉字输入码） 中文的字数繁多，字形复杂，字音多变。常用的汉字就有7000多个左右，因此要对汉字设计相应的编码。这些编码由拉丁字母（如汉语拼音）、数字（区位码）、或特殊符号（五笔字形）构成，千变万化。各种输入方案就是以不同的符号系统来代表汉字进行输入的。目前使用得比较多有区位码、五笔字形码、拼音码、自然码、和智能ABC。 汉字的编码主要分为四类：流水码、音码、形码、音形码。 3）机内码 机内码是计算机设备内部对信息进行处理、内部存储、传输所用的代码，又称汉字内码。,1.2.5 常见的信息编码,3、汉字编码 4）汉字的字形码 在汉字输出时用显示器显示，用打印机打印，另外

18、还要用到汉字字型码。汉字字型码是汉字字型的字模数据。 通常用点阵，矢量函数等方式来表示，用点阵表示字型时，汉字字型码就是这个汉字字型点阵的代码。 字型码也称字模码，是用点阵表示的汉字字形代码，它是汉字的输出形式，根据输出汉字要求不同，点阵的多少也不同。 通常汉字显示用1616点阵，汉字打印可选用2424、3232、4848等点阵，点数越多，打印的字体越美观。但汉字库占用的存储空间也越大。如一个2424的汉字占用空间为72B，而4848的汉字将点用486288B。,1.2.5 常见的信息编码,3、汉字编码 5）汉字信息处理 汉字信息处理过程： 1）将中文信息通过键盘以外码形式输入计算机； 2）由

19、中文操作系统中的输入处理程序把外码翻译成相应的交换码及内码，并在计算机内部进行存储和处理； 3）由输出处理程序查找字库，按需要显示的中文内码调用相应的字型码（字模），送到输出设备进行显示和打印。,1.2.6 汉字输入法,1、安装和删除输入法 安装步骤1：“开始”“控制面板”； 步骤2：“输入法”“输入法属性”； 步骤3：“输入法”选项卡“添加”“添加输入法”； 步骤4：选取要安装的输入法“确定”； 步骤5：“输入法属性”“确定”；,1.2.6 汉字输入法,2、中文输入法的一般使用方法 选用输入法：CtrlSpace：启动或关闭中文输入法； CtrlShift：中英文之间的切换。 中文输入法的工

20、具栏 中文标点 软键盘 3、智能ABC输入法 智能ABC基本输入方式：全拼输入、简拼输入、混拼输入、拼音加笔形方式输入 构词 24个简拼单音节词,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.2 数制和编码 1.3 计算机系统的组成 1.4 指法练习,1.3.1 计算机系统,计算机系统的构成,1.3.2 计算机的工作原理及基本结构,冯诺依曼首先提出了计算机“存储程序”的概念，其“存储程序”工作原理奠定了当今计算机的基础。,“存储程序”内容：,二进制表示数据和指令,指令和数据存放在存储器中，工作时计算机能自动取出指令执行,五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备,1.3.2 计算机

21、的工作原理及基本结构,计算机基本结构,1.3.2 计算机的工作原理及基本结构,把运算器、内存储器、控制器加上输入输出接口电路一起称为计算机的主机，其中运算器和控制器合在一起称为中央处理器CPU。 1、中央处理器CPU： 包括运算器与控制器。CPU的品质直接决定了一个计算机系统的档次。 运算器:是对数据进行运算的部件，其功能是快速进行加、减、乘、除等算术运算与、或、非等逻辑运算，它由算术逻辑单元、寄存器以及一些控制数据传送的电路构成。 控制器:主要作用是使计算机能自动地执行程序，其功能是取出指令.翻译指令代码.发出相应命令.执行指令规定的操作，它由指令寄存器、指令译码器、指令计数器构成。,1.3

22、.2 计算机的工作原理及基本结构,2存储器 综述：存储器通常按所处位置不同分为： 内存储器: (内存)按装在主机内部,与中央处理器交换信息,一般由半导体构成。 外存储器: (外存)安装在主机外部,CPU不能直接访问;有磁盘、磁带等。 内存储器作为主机的重要构成部件之一，而外存储器则作为系统的外部设备。 3 输入/输出设备（I/O设备） 输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪 输出设备：显示器、打印机、绘图仪,1.3.2 计算机的工作原理及基本结构,数据单位 位（Bit） 在数字电子技术和计算机技术中采用二进制，代码只有0和1，其中无论0还是1是计算机存储的最小单位，一个二进位只能表示为2种状

23、态。 字节（Byte）字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单位解释信息，简写为“B”。通常说某台计算机的内存容量是256M，则表示该机主存储器的容量是256MB，也就是说有256M个存储单元，每个存储单元包含8位二进制数。在计算机内部，数据传送也是按字节的倍数进行的。 字长 CPU在单位时间内一次处理的二进制数的多少称为字长。即数据总线上一次可同时传送的数据的位数。常用的字长有8位、16位、32位、64位等。也就是说的8位机、16位机、32位机、64位机。 K、M、G：在计算机中，1K=1024，1B=8b，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024

24、GB。,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,1、微处理器 在个人计算机中（PC中）运算器与控制器是集成在一块半导体芯片上的，它们组成了计算机的核心，称为中央处理器（Central Processing Unit）。简称CPU。,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,2、内存储器（主存） RAM(random access memory)读写存储器，断电后存储内容立即消失。 ROM(read only memory)只读存储器在正常使用中，只能从ROM中读出数据，而不能写入，它与微处理器的接口也很简单，总是处于读的状态。 高速缓冲存储Cache：快存,SDRAM内存条,DDR内存条,3、主 板,1

25、.3.3 微型计算机中的硬件资源,4、外存储器（辅助存储器） 软磁盘存储器：软盘（Floppy Disks）是用柔软的聚脂材料制成的圆形底片，在这盘片的两面（以前有单片）塗有磁性材料。 常用的软磁盘片直径为3.5英寸（俗称寸盘，以前有英寸，已不常用）。信息在磁盘上是按磁道和扇区来存放的，在每一张盘片的每一面划分若干形如同心圆的磁道，这些磁道就是磁头读写数据的路径，磁盘的最外层称为第道，最内层为第道。 为了存取数据的方便，每个磁道又分为许多称为扇区的小区段，每个磁道（不管是内圈还是外圈）上的扇区数都是一样的。所以内圈磁道上纪录密度要大于外圈磁道上的纪录密度。 3.5寸盘一般有80个磁道（079道

26、），每个磁道上有18个扇区，每个扇区容量为512个字节，并且磁盘是双面存放数据，这样一张3.5英寸的软盘可以存储的数据就为： 软盘总容量=8018512B=1474560B=1.44MB,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,4、外存储器（辅助存储器） 硬磁盘存储器：硬磁盘是由涂有磁性材料的铝合金圆盘组成。每个硬盘由若干张磁性的盘片所组成，现在多数PC机使用的是3.5英寸硬盘，笔记本电脑使用的是2英寸或1.8英寸的硬盘。硬盘驱动器采用温切斯特（Winchster）技术把磁头、盘片、执行机械都密封在一个腔体内，与外界环境隔绝。,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,4、外存储器（辅助存储器） 磁带存

27、储器： 磁带存储器使用磁带来存储信息，其工作原理如磁带录音机、录像机一样。磁带存储器由磁带机和磁带两部份组成。早期的个人计算机使用磁带机作存储设备，目前磁带机主要使用在大中型机上。 磁带存储容量大，装卸方便，读写速度比磁盘快得多，但是顺序读写方式，其查询时是顺序寻址，不太方便并且较慢（磁盘是直接寻址，查询快，磁带经常用作磁盘上数据的后备介质，或用来存储不经常使用的数据）。,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,4、外存储器（辅助存储器） 光盘存储器： 多媒体信息尤其是图形信息，计算量是非常庞大的，各种多媒体文件即使经过压缩也是非常庞大的，一种新的大容量、可装卸存储介质光盘应运而生。 光盘存储器有

28、三种类型：只读型，一次性写入性和可改写型。 只读光盘：CD-ROM，这种光盘中的内容在光盘生产时就已经确定，出厂后用户只能读取，而不能写入。CD-ROM光盘一般存储容量为650MB。 WORM（WO）即一次性可写入，可以反复读。其特点是只能写一次，写完后的CD-R光盘不能被改写，但可以在CD-ROM驱动器或CD-R刻录机上被多次读写，可用于重要数据的长期保存。 MO:可擦写性光盘允许重复读写， 所谓MO，为一种可以重复写入的技术，而将这种技术应用在光盘刻录机上的产品即称为CD-RW。而CD-RW在刻录所使用的光盘也称为CD-RW光盘。,1.3.3 微型计算机中的硬件资源,4、外存储器（辅助存储

29、器） 移动存储器 移动硬盘：移动硬盘一般由笔记本电脑的硬盘改装而成。笔记本电脑的硬盘加上接口电路（一般为USB接口）就组成了一个移动硬盘。 Flash存储设备：Flash存储设备利用Flash闪存芯片为存储介质制作的移动存储器。作为微型计算机使用的Flash存储器就是我们说的U盘。 目前常用的数码相机的存储器叫存储卡，例如CF卡（CompactFlash）、DF卡（DataFlash）、SM卡（SmartMedia）和Sony的Memory Stick（记忆棒）等。,1.3.4 基本的输入设备,1.3.4 基本的输出设备,1.3.5 计算机软件配置,IEEE（Institute of electrical and electronic Engineers美国电气及电子工程师协会组织）在1983年明确给软件下了一个定义：软件是计算机程序，方法、规则、相关的文档以及在计算机上上运行它时所必须的数据。通常，我们把软件系统分为系统软件和应用软件两大类。 系统软件 系统软件指为管理、控制和维护计算机系统的软件，它为计算机系统与用户之间提供良好界面，并支持应用软件的开发和运行，系统软件包括操作系统，语言处理程序和编译程序、服务程序，数据库管理程序以及网络通信管理程序。 操作系统 操作系统统管计算机的所有资源，如处理器、存储器、输入/输出设备等硬件设施，以及其他系统软件和应用