九年级科学 第1章计算机概述课件.ppt

计算机应用基础 第一章计算机基础知识 1 1计算机概述 一 计算机的产生和发展1 产生1946年第一台电子数字计算机eniac在美国的宾西法尼亚大学产生 2 发展计算机从产生至今发展经历了四代 见下表 电子管时代计算机 晶体管时代计算机 集成电路时代计算机 大规模集成电路时代计算机 3 发展趋势巨型化微型化网络化智能化 二 计算机的分类及特点1 分类数字式计算机根据计算机处理信号的不同 模拟式计算机巨型机根据基本性能 大型机小型机工作站微型机通用计算机根据计算机的用途 专用计算机 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 三 计算机在各个领域中的应用1 科学计算 计算机最早的应用领域2 数据处理 计算机最广泛的应用领域3 过程处理4 作为辅助工具 cad计算机辅助设计cam计算机辅助制造cat计算机辅助测试cai计算机辅助教学5 人工智能 利用计算机模拟人脑 1 2计算机内部信息的表示 计算机能够处理的信息不仅包括数字 还包括图像 声音 文字等 但计算机能够识别的只有二进制代码 因此需要使用不同的编码来完成各种转换 一 数制按进位的方式进行计数称为进位计数制 简称数制 它是人们利用符号进行计数的方法 在人们的日常生活中数制的运用几乎随处可见 如在数学中常用的十进制 在时间中运用的六十进制 月份中使用的十二进制等 而计算机中采用的是二进制 1 数制的基本要素任何一种数制都具备两个基本要素 即基数和位权 所谓基数是指计数符号的个数 如十进制的基数是10 所谓位权是指在该数制中 各个位置代表的大小 如十进制数123 4 那么该数可以表示为1x102 2x101 3x100 4x10 1 这里102 101 100 10 1就是相应位置上的位权 2 任意r进制的特点 1 基数为r 如十进制的基数为10 二进制的基数为2 2 设一个任意r进制数s整数部分有n位 小数部分有m位 那么可以用位权展开表示为 s a0a1a2 an 1 b1b2b3 bm a0xr0 a1xr1 a2xr2 an 1xrn 1 b1xr 1 b2xr 2 b3xr 3 bmxr m 3 进位规则 逢r进一 借一当r 二 各进制之间的转换在日常生活中 人们常习惯使用十进制数 但是在计算机中只能使用二进制 为了计数方便计算机程序设计中又经常使用八进制和十六进制 所以在各种进制之间要经常进行转换 1 二进制 八进制 十六进制转换为十进制把其他进制转换为十进制可以用位权展开式来完成 例1 1 把1101 01b 64 2q 2c 5h转换为十进制 1101 01b 1x23 1x22 0x21 1x20 0x2 1 1x2 2 13 2564 2q 6x81 4x80 2x8 1 52 252c 5h 2x161 cx160 5x16 1 44 3注 此处q代表英文字母o 使用q是为了与数字0区分开 2 十进制转换为二进制 八进制 十六进制把十进制转换为其他进制要对整数部分和小数部分分别进行操作 1 整数部分整数部分的转换要将被转换的数反复除以基数取其余数到商为零为止 第一个余数为最低位 最后一个余数为最高位 例1 2 将十进制数54转换为二进制 八进制 十六进制余数余数余数2 5408 54616 5462 2718 6616 332 131002 602 312 110因此 54d 110110b 66q 36h 2 小数部分小数部分的转换要将被转换的数反复乘以基数取其整数到乘积的小数部分为零或精度满足要求为止 得到的第一个整数为最高位 最后一个为最低位 例1 3 将十进制数0 125转换为二进制 八进制 十六进制0 125取整数部分0 125取整数部分x2x80 25001 01x20 125取整数部分0 50x16x22 021 01因此 0 125 0 001b 0 1q 0 2h 3 二进制八进制 十六进制之间的转换 1 二进制和八进制之间的转换二进制和八进制相互转换时 每一位的八进制用三位的二进制数表示 二进制转换八进制 以小数点为中心 整数部分从后往前每三位一组 不够的补零 小数部分从前往后每三位一组 不够的补零 例1 4 将10011 1b转换为八进制 10011 1b 010011 100b 23 4q八进制转换成二进制 每一位的八进制用三位的二进制数表示 例1 5 将23 4q转换为二进制 23 4q 010011 100b 10011 1b 2 二进制和十六进制之间的转换二进制和十六进制相互转换时 每一位的十六进制用四位的二进制数表示 二进制转换成十六进制 以小数点为中心 整数部分从后往前每四位一组 不够的补零 小数部分从前往后每四位一组 不够的补零 例1 6 将10011 1b转换为十六进制 10011 1b 00010011 1000b 13 8h十六进制转换成二进制 每一位的十六进制用四位的二进制数表示 例1 7 将23 4h转换为二进制 23 4h 00100011 0100b 100011 01b 3 八进制和十六进制之间的转换 八进制和十六进制进行转换时可以利用中间进制 如十进制及二进制 例1 8 将54q转换成十六进制 方法一 先转换为十进制 再把十进制转换为十六进制54q 5x81 4x80d 44d 2ch方法二 先转换为二进制 再把二进制转换为十六进制54q 101100b 2ch 三 原码 反码及补码1 带符号的数在计算机中的表示上面我们应用的都是正的二进制数 也就是说每一个符号代码都表示一个数值 我们把这种数称为无符号数 但在进行数值计算中 数常常是有正负之分的 这就需要用二进制代码来表示一个带符号的数 在计算机中 我们常常用 0 表示正号 用 1 表示负号 例1 9 符号位1111100 01111100 1111100 11111100我们把数的符号位和数值本身一起作为一个数称为机器数 机器数的二进制编码有原码 反码 补码三种 2 原码我们把一个数的符号位和数值本身组成的数就称为该数的原码 通常x原码可以表示为 x 原 100 原 01100100 100 原 11100100注 在原码中 零有两种表示形式 0 原 00000000 0 原 10000000原码表示方法简单易懂 与带符号数转换方便 但当两个正数相减或不同符号数相加时 必须比较两个数哪个绝对值大 才能决定谁减谁 才能确定结果是正是负 所以原码不便于加减运算 3 反码对于正数 反码与原码相同 而对于负数 反码要求其符号位不变 数值位分别求反 通常x的反码可以表示为 x 反 100 反 01100100 100 反 10011011注 在反码中 零也有两种表示形式 0 反 00000000 0 反 11111111 4 补码对于正数 补码与原码相同 而对于负数 补码要求其符号位不变 数值位分别求反 最后加1 通常x的补码可以表示为 x 补 所以也可以说补码是该数的反码加1 例1 10 100 补 01100100 100 补 10011100我们来看一道题 8 5 3 11b 00000011b 8 补 00001000 5 补 1111101100001000 11111011100000011 最高位1舍去 所以 8 补 5 补 00000011 8 5由上题我们可以看出 在计算机中用补码表示更易于加减运算 一般在计算机中 数是以补码的形式存储的 四 ascii编码在计算机中 不仅要处理数值数据 还要处理一些非数值数据 字符也是计算机经常处理的数据 如英文字母 标点符号 数字符号等 对于这一类数据 计算机也要把它转换成二进制代码才能够识别 我们通常使用的字符编码是ascii码 即美国信息交换标准代码 americanstandardcodeforinformationinterchange ascii码有七位和八位两种版本 国际上通用的是七位版本 包括26个大小写英文字母 10个阿拉伯数字 32个标点符号和运算符号 以及34个控制符 共计128个字符 五 汉字编码我国是使用汉字的国家 在计算机中处理的信息 很多是汉字 计算机处理汉字时是把汉字当成点阵图形来处理的 汉字也要用二进制来编码 由于汉字数量大 故在计算机内部是采用两个字节对一个汉字进行编码 通常采用变形国标码 1 3微型计算机系统 一 计算机系统的组成计算机系统的基本组成包括硬件系统和软件系统两个部分 计算机硬件是计算机的物理设备的总称 是计算机完成各项工作的物质基础 计算机软件是在计算机硬件设备上运行的数据 程序以及相关文档 程序是一系列操作指令的集合 计算机中所有指令的组合称为指令系统 它决定了一台计算机的处理能力 计算机的硬件系统和软件系统相辅相成 缺一不可的 一方面计算机的硬件系统为软件系统提供了支持 另一方面 软件系统又支配着硬件系统的运作 1 计算机硬件的基本组成计算机一般都由五大功能部件组成 它们是 运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 如下图 计算机硬件系统的功能部件关系图 1 运算器运算器主要是用来进行算术运算和逻辑运算的部件 它主要由alu 算术运算逻辑部件 和一系列寄存器组成 运算器示意图 2 控制器控制器是计算机的决策中心 它控制着计算机各部件自动协调的工作 并完成对指令的解释和执行 3 存储器存储器好比计算机的仓库 是计算机的记忆部件 它的主要功能是用来存放程序和数据 通常存储器可以分为内存储器 也称主存储器 和外存储器 也称辅助存储器 内存储器存取速度较快 容量较小 可以直接向运算器和控制器提供数据和指令 而外存储器中的信息不能直接读取 必须先调入内存 现在常用的外存储器有磁盘 光盘 u盘 mp3等 4 输入设备输入设备就是用户向计算机传送信息的装置 常见的输入设备有键盘 鼠标 扫描仪等 5 输出设备输出设备就是计算机向用户传送信息的装置 常见的输出设备有显示器 扫印机等 还有些设备既具有输入的功能又具有输出的功能 如磁盘驱动器 所以它既是输入设备又是输出设备 我们通常将运算器和控制器统称为中央处理器 centralprocessorunitcpu 中央处理器和内存储器合称为主机 输入设备 输出设备和外存储器合称为外部设备 外部设备通过接口电路和主机相连 2 计算机软件系统计算机软件系统包括了计算机运行所需的各种程序及其有关的文档资料 根据用途的不同 通常可将软件系统分为系统软件和应用软件两大类 系统软件是用来管理计算机所有软 硬件资源的软件 通常包括操作系统 语言处理程序 数据库管理系统以及服务性程序等 操作系统是最核心的软件 其他所有程序都要在它的支持下工作 cpu 中央处理器 运算器主机控制器硬件系统内存外存外部设备输入设备输出设备计算机系统操作系统语言处理程序系统软件数据库管理系统服务性程序软件系统通用软件应用软件专用软件计算机系统的组成应用软件是专门为某一应用目的而编制的软件 通常可以分为通用软件和专用软件两类 二 微型计算机系统的组成根据计算机的运算速度 存储容量 外部设备的种类和数量以及系统软件和应用软件配置 可以将计算机分为微型计算机 pc机 工作站 小型机 大型机 巨型机等 目前应用最广泛的是微型机 几乎已经普及了每个家庭 从基本结构上看 微型机与其他规模的计算机相比没有本质上的区别 但是它又有着自己独具的结构特点 微型机的运算器和控制器集成在一片大规模集成电路芯片上 一般称其为微处理器 即微型机的cpu cpu的大规模集成是微型机结构上一个主要特点 目前微处理器大都采用intel公司及amd公司的 通常cpu的型号也代表了微型机的类型 根据微型机的特点 我们一般将微型机分为微处理器 内存 外存 i o接口及i o设备 总线等几大部分 1 微处理器 cpu 微处理器是整个微型机的核心部件 现代的微处理器均由一片超大规模集成电路制成 其集成度越来越高 性能也越来越高 2 存储器微型机的存储器 按照存储器与cpu的关系 被分为内存储器 简称内存 和外存储器 简称外存 内存用来存放现场执行的数据 内存的大小直接影响程序的运行效果 内存的存取速度与cpu相当 因此它直接通过系统总线和cpu相连 目前 内存均采用高速的半导体存储器 从功能上看 内存一般分为rom和ram两类 rom readonlymemory只读存储器 它只能读不能写 在关机和断电后 内部信息仍然保存 不会丢失 一般rom中的信息是由制造厂商预先写入的 ram randomaccessmemory随机存储器 它可以随机的读写 但内部信息在断电或关机后会全部丢失 一般用户直接使用的是ram 通常我们所说的内存大小也是指ram 外存是相对于内存而言的一种存储设备 在计算机系统的组成中我们已经介绍过 这里不再详细说明 存储器由若干个单元组成 每一个单元有一个唯一的编号 称为地址 信息的最小单位是二进制位 bit 每8个二进制位定义为一个字节 byte 微型机中以b kb mb gb tb作为表示存储器容量的单位 b表示一个字节 1kb 1024b 210b 1mb 1024kb 220b 1gb 1024mb 230b 1tb 1024gb 240b 3 i o接口与i o设备i o接口是微处理器与i o设备之间交换信息的连接电路 外设必须通过接口连接到系统总线上再与cpu相连 它的作用主要是协调cpu与外部设备间的速度 信息格式 信息类型等的差异 使之能正确完成cpu与i o设备间的信息交换 i o设备是指那些用于输入或输出的具体设备 每一台设备都需要有与之匹配的接口卡 4 总线在微型机中 总线 bus 是用来传送信息的公共通路 常分为系统总线和外部总线 系统总线上通常传送三种信号 数据 地址和控制信号 相应地总线就分为数据总线 地址总线和控制总线三大类 三 计算机语言计算机语言是一种面向计算机的语言 它是进行程序设计的工具 又称为程序设计语言 程序设计语言发展至今大致经历了三代 1 机器语言机器语言是一种计算机能够识别的语言 由二进制代码组成 用机器语言编写的程序运行效率高 占用内存少 但缺点是面向机器的 因机而异 通用性差 程序不直观 编写起来很困难 2 汇编语言汇编语言是一种使用一些助记符号来表示指令的符号语言 这些助记符通常是指令功能的英文缩写 所以编程容易 但仍然是面向机器的 通用性差 不易于计算机的普及 用汇编语言编写的程序被称为源程序 计算机不能直接识别和执行源程序 必须翻译成机器语言才能被计算机识别并执行 我们把这一翻译工作的程序称为汇编语言 把形成的机器语言称为目标程序 翻译的过程称为 汇编 过程 3 高级语言是一种接近于人们的自然语言与数学的程序设计语言 用高级语言编程简单易懂 方便直观 它不依赖于机器 通用性好 用高级语言编写的程序在各种机型上均可运行 不过用高级语言编写的源程序计算机是不能直接识别和执行的 必须将它翻译成机器语言才能执行 在计算机中高级语言的执行有两种方式 一种是编译 一种是解释 所谓编译就是把源程序翻译成目标程序再执行 而解释是边解释边执行 不需要形成目标程序 1 4计算机安全与病毒 随着全球信息化的发展 计算机信息安全问题日益重要 尤其随着计算机网络的发展 在计算机给人类带来便利的同时 也不可避免的造成了一些社会问题 一 计算机病毒及其防治1 什么是计算机病毒 病毒 一词来源于生物学 计算机病毒只是借用了 病毒 的名称 对人体本身并没有任何作用 所谓计算机病毒就是一种人为制造的 具有破坏性的非常精密的程序 2 计算机病毒的特征计算机病毒一般具有以下特征 1 破坏性计算机病毒大部分是有害的 有些破坏性极大 它可以破坏系统中的部分或全部数据 也可能篡改一些数据而扰乱系统的正常工作 甚至破坏整个计算机系统 2 传染性传染性是所有病毒共同具有的特征 计算机病毒都具有自我复制能力 它能够在计算机系统中进行传播和扩散 特别是在计算机网络中 计算机病毒传染速度特别快 危害极大 3 潜伏性大部分计算机病毒侵入计算机后都不会立即发作 往往当某些激发条件满足时才会发作 只要激发条件不满足 它便可以长期潜伏于这些程序中不被发现 4 隐蔽性计算机病毒通常隐藏在计算机内部 不易被发现 3 计算机病毒的传染途径计算机病毒的传染要依靠媒介进行传播 一般有两种传播方式 1 计算机网络传播在网络中 计算机病毒可以从一个站点传染到另一个站点 从一个网络传染到另一个网络 计算机在网络中的传染是所有传播方式中最快的 严重时可以使整个网络中所有计算机系统瘫痪 2 存储介质传播目前大多数人在使用计算机过程中 为了方便使用一些数据 常常把数据保存在软