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全国计算机等级考试,一级MS OFFICE教程,第1章 计算机基础知识,1.1、计算机的发展,引入:计算机发展与信息社会,算盘手摇计算机大型微分分析仪,在电子计算机之前,人类用于计算的辅助工具有:,最早对研制计算机作出了开创性贡献的首推:阿伦图灵。,为我国原子弹研制工作立下大功的手摇计算机,计算机科学之父:阿伦图灵,Alan Mathison Turing,19121954,英国数学家,创建了自动机理论,发展了计算机科学理论,奠定了人工智能的基础。,右图:图灵纪念馆,图灵的故事,英国现代计算机的起步的是从纳粹德国的“谜”开始的。,“谜”(Enigma)是一种密码电报机,由德国人在一战和二战之间研制成功。 “谜”能把日常语言变为代码,通过无线电或电话线路秘密传送。它是一个木箱子,配有一台打字机,箱上有26个闪烁不停的小灯泡,与打字机键盘的26个字母相对应。 谜的设计无懈可击,有一套极精密的解码设置,非一般的电报密码所能比拟。在内行人看来,平白如话,但在旁人,又是无从索解的天书。因此,这台看似平常的机器,有了谜的称号。这样,德国的谜引起了英国情报部门高度的兴趣。常规的解码方式奈何不了谜,怎么办?,这时,天才的数学家图灵出现了。1931年图灵进入剑桥大学国王学院,开始了他的数学天涯。,在剑桥,图灵是一个妇孺皆知的怪才,常有出人意外的举动。他每天骑自行车到离公寓3公里的一个叫布雷奇莱公园的地方上班,因常患过敏性鼻炎,一遇花粉,鼻涕不止,图灵就常戴防毒面具骑车上班,招摇过市,成为剑桥的一大奇观。 他的自行车链条经常在半道上掉落,要是换了别人,早就去车铺修理了。而图灵偏不,他在琢磨,发现这链条总是踏到一定的圈数时下滑,图灵在骑车时就特别留心计算,于是能做到在链条下滑前一刹那戛然停车!让旁人叹服不已,以为是在玩杂耍。后来他居然在踏脚旁装了一个小巧的机械计数器,到圈数时就停,好换换脑筋想些别的问题。图灵的脑袋转得比自行车飞轮还快。,用图灵的脑袋来破译德国的谜看来不是什么难事。他果然不负众望,成功破译了谜。而德国人还蒙在鼓里,还以为他们的谜能一直迷下去,照用不误,泄露了大量的核心机密,在战事上屡屡遭挫,战后,图灵被授予帝国勋章。早在30年代初,图灵就发表了一篇著名的论文论数字计算在决断难题中的应用,他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置,用它来计算所有能想象得到的可计算函数。这一装置只是一种理想的计算模型,或者说是一种理想中的计算机。正如飞机的真正成功得力于空气动力学一样,图灵的这一思想奠定了整个现代计算机的理论基础。这就是电脑史上与冯诺依曼机器齐名的图灵机。,图灵奖:计算机界的诺贝尔奖,ACM是美国计算机学会的缩写。最初这是美国的一个学术性组织,现在是美国乃至全世界最重要、影响最大的一个计算机学术团体。1966年,ACM创建图灵奖,有“计算机界的诺贝尔奖”之称。这个奖以英国数学家图灵命名,图灵在计算机出现之前就提出了计算机的模型,设想了它由哪些部件组成,以何种方式和顺序工作,被称为图灵机,奠定了计算机科学理论的基础。但图灵的结局是个悲剧,他在42岁正当年富力强,创造力最旺盛的时候用自杀结束了自己的生命,令世人惋惜,用他的名字命名这个奖项就是为了纪念这位伟人。,一、电子计算机的简介,第二次世界大战爆发美国陆军为计算枪炮火力表开始研制计算机。每张火力表需要计算数百条弹道,一条飞行时间为60秒的弹道,手摇计算机20小时,大型微分分析仪15分钟。军方要求每天计算6张火力表。,1946年2月,人类历史上第一台电子数字积分计算机ENIAC (Electrong Numerical Integrator And Calculator)诞生于美国宾夕法尼亚大学,它标志着人类社会进入划时代的新纪元,计算机时代的开始。,由18800多个电子管和1500多个继电器组成 占地170平方米,重30多吨,140kw,耗资40多万美圆 每秒可以执行5000次加法运算,世界上第一台电子计算机,ENIAC (埃尼亚克),ENIAC运算速度5000次/秒,或者400次乘法/秒。ENIAC的存储器是电子装置,而不是靠转动的“鼓”。ENIAC的诞生不能不说是一个划时代的事件表明了电子计算机时代的到来。,ENIAC的研制,ENIAC由美国宾夕法尼亚州立大学莫尔学院设计研制。最初设计方案,是由36岁的美国工程师莫奇利于1943年提出的,计算机的主要任务是分析炮弹轨道。,John W. Mauchly (1907-1980),ENIAC的不足,ENIAC一个弱点是没有存储器。程序采用外部插入式,每当进行软件中心一项新的计算时,都要重新连接线路。,ENIAC是按照十进制,而不是按照二进制来操作。故障率很高:差不多每运行七分钟出一次故障。,现代电子计算机之父:冯诺依曼,著名美籍匈牙利数学家。1903年12月3日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭。冯诺伊曼自童年起在吸收知识和解题方面就具有惊人的速度。六岁时他能心算做八位数乘除法,八岁时掌握微积分,十二岁就读懂领会了波莱尔的大作函数论要义。一生掌握了七种语言 。,1945年,冯诺依曼带领这批富有创新精神的年轻科技人员,他们在共同讨论的基础上, 发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案” (EDVAC)。,EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器、控制器、存储器、输入和输出设备,并描述了这五部分的职能和相互关系。EDVAC机还有两个非常重大的改进, (1)采用了二进制,不但数据采用二进制,指令也采用二进制; (2)建立了存储程序,指令和数据便可一起放在存储器里,并作同样处理。这些改进简化了计算机的结构,大大提高了计算机的速度。之后人们称符合这种设计的计算机就是“冯诺依曼机”,其中心思想就是存储程序原则:指令和数据一起存储。这个概念被誉为”计算机发展史上的一个里程碑。它标志着电子计算机时代的真正开始,指导着以后的计算机设计。,今天之计算机,迄今为止的四代计算机都是按美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的工作原理设计制造的,所以也称为“冯诺依曼型计算机”。随着技术的发展,今天的计算机已不再是一种单纯的计算工具。今天的计算机,除了高速运算(数十亿次/秒),还有逻辑处理功能,是一种具有强大信息处理能力的“智能化机器”。计算机电脑,知识点一:英国数学家图灵(Turing):创建了自动机理论,发展了可计算机性理论,奠定了人工智能的基础。知识点二:世界上第一台计算机的诞生时间:1946年地点:美国宾夕法尼亚大学人物:约翰莫克利、埃克特计算机名:ENIAC 组成元件:电子管相关介绍( )知识点三:冯.诺依曼(Von Neumann)体系 确立了现代计算机的基本结构,即冯.诺依曼体系结构。其要点(1)计算机的五个基本部件: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备(2)采用二进制(3)存储程序和数据的概念,计算机史,从1946年到今天,计算机技术已经经历了四次革命性的变化(四代),一代比一代体积缩小,功能增大,价格下降。,第一代(1946-1958),电子技术,核心元件电子管,几千次/秒,用于军事与科学研究。,第一代计算机 电子管,电子管:17468 电阻器:7万个电容器:1万个 开关:6000个重:30吨 占地面积:160多平方米,耗电:174千瓦,电子管,第一台计算机ENIAC,第二代(1959-1963),半导体技术,核心元件晶体管,几十万次/秒,用于科学计算、数据和事务处理 。,第三代(1964-1972),固体物理技术,核心元件中小规模集成电路,在几平方毫米单晶硅片上集成十几个至上百个电子元件;几十万至几百万次/秒;用于各个科学领域 。,第三代计算机 中小规模集成电路,第四代(1972至今),核心元件大规模和超大规模集成电路(如“奔腾4处理器”包含4200万个晶体管);上千万次至上亿次/秒;进入现代社会各个领域。超大规模集成电路应用的直接结果是微型计算机的诞生。,第四代计算机 大规模超大规模集成电路,知识点四:计算机元器件的发展阶段,年代,部件,第一阶段(1946-1958),第二阶段(1958-1964),第三阶段(1964-1971),第四阶段(1971至今),磁带,汞延迟线,磁芯存储器,半导体存储器,半导体存储器,电子管,晶体管,中小规模集成电路,大规模、超大规模集成电路,内存,外存储器,处理速度(每秒指令数),磁带、磁盘,几十至几百万条,上千万至万亿条,磁带、磁盘、光盘等大容量存储器,几万至几十万,穿孔卡片、纸带,5千条至几千条,主机电子器件,1971年INTER公司把运算器和控制器集成在一个芯片上,世界上 第一个4位微处理器- Inter 4004问世。,1972年INTER公司推出8位微处理器-Inter 8008。,1973年INTER公司推出8位微处理器-Inter 8080。,1978年INTER公司推出16位微处理器-Inter 8086。,1979年推出16位微处理器-Inter 8088。,1981年IBM公司用Inter 8086,首次推出IBM PC机。,1983年又推出IBM PC/XT机,使微机迅速发展。,1982年INTER公司又推出全16位Inter 80286 微处理器。,1984年推出PC/AT机,微机的发展史就是CPU的发展史,现在发展到PentiumD(双核)和Pentium EE(比PentiumD多了支持超线程,操作系统可以显示为4颗逻辑处理器),微型计算机时代,我国计算机技术的发展概况,1956年开始研制。,1958年第一台电子管计算机103机。,1959年104机。,1964年晶体管计算机。,1971年以集成电路为主的DJS系列。,1983年银河亿次巨型机成功。,1992年十亿次巨型机。银河-II,1997年百亿次巨型机。银河-III,1995年并行机系统曙光2000。,1998年曙光2000-I。200亿次,1999年曙光2000II超级服务器,1117亿次,内存50G。,神威-I 巨型计算机,1999年神威并行机,3084亿次浮点运算。位居全球500高性能机第48位,银河-II巨型计算机,超级计算机曙光4000A(2003年12月),曙光4000A可以在1小时内,可以同时完成4次36小时的中国周边、北方大部、北京周边、北京市的2008年奥运会需要的气象预报计算,包括风向、风速、温度、湿度等,精度1公里,即精确到每个奥运会场馆,知识点五:我国计算机的发展,一:第一台电子管计算机,年代:1958年 名称:103机,二:第一台大型通用电子数字计算机,年代:1959年 名称:104机,三:联想并购IBM-PC,年代:2005年 联想并购IBM-PC,成为第三大PC制造商,课下了解中国的联想公司,中国计算机的发展过程,高速、精确地运算能力 处理速度快:千亿次 计算精度高:小数点后数百万位准确的逻辑判断能力强大的存储能力 容量大:海量自动功能 预先编好程序后,自动按程序进行,无需人的干预网络与通信功能 Internet,改变了人类交流的方式和信息获取的途径,二、计算机的特点、应用和分类,1 、计算机的特点,知识点六,2 计算机的应用,(1)科学计算,(2)信息处理,(3)过程控制,(5)网络通信,(6)人工智能(AI),(7)多媒体应用,(4)计算机辅助计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)计算机辅助教育(CAI)、计算机辅助技术(CAT),(8)嵌入式系统,基本应用,知识点七,3 计算机的分类,(1). 按处理数据的形态分类,通用计算机和专用计算机,数字计算机、模拟计算机、混合计算机(数字和模拟),(2). 按计算机的用途分类,知识点八,(3)按其性能分类 巨型机(Supercomputer) 大型通用机(Mainframe) 微型计算机(Microcomputer) 工作站(Workstation) 服务器(Server),三、计算科学研究与应用,人工智能网格计算 特点 1:提供资源共享 2:协同工作 3:基于国际的开放技术标准 4:网格可以提供动态的服务,能够适应变化中间技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件云计算,计算机的发展方向 巨型化 微型化 网络化 智能化未来新一代的计算机 模糊计算机 生物计算机 光子计算机 超导计算机 量子计算机,四、未来计算机的发展趋势,五、信息技术,信息技术的定义 包括现代信息技术,现在文明之前的原始时代和古代社会中与那个时代相对应的信息技术。不能把信息技术视等同为现代信息技术现代信息技术的内容(三个层次) 1、信息基础技术 2、信息系统技术 3、信息应用技术现代信息技术的发展趋势 1、数字化 2、多媒体化 3、高速度、网络化、宽频带 4、智能化,作业:,书38页 1.6习题 16题计算机发展经历了哪几个阶段?计算机有哪些用途?举例说明计算机是怎样分类的?,1.2、数据在计算机中的表示,计算机数据两大类:数值数据和字符数据(讲解),1.2.1计算机采用二进制编码 重要性讲解,1.2.2进位计数制 1)数值的表示形式 2)R数制 3)基数 4)数码 5)权,也称位权 6)常用进制的表示形式参见书表1-2(二,八,十,十六),1.2.3 R进制转换为十进制 二转十,八转十,十六转十 参见表1-3 二进制的权值,1.2.4 十进制转换为R进制 十转二,十转八,十转十六 除R取余法: 例如:97 101 225 乘R取整法: 例如:0.5 0.8125,1.2.5 八进制转换为十六进制 (253.65)O=(010101011.110.101)B=(AB.D4)H 二、八、十六进制之间转换讲解 参见表1-4,1.2.6 计算机中的信息单位 1)位 2)字节 1B=8b,字节是信息组织和存储的基本单位。 B KB MB GB TB互换,1.2.7 字符 1)西文字符的编码(ASCII)对照表1-5及下表做比较,1.2.7字符 2)Unicode编码 最初是由Apple公司发起制定的通用多文字集,后来被Unicode协会 开发为能表示几乎世界上所有书写评议的字符编码标准。包括UTF-8 UTF-16 UTF-32 3)中文字符 常用汉字:6763 一级汉字3755个,按汉语拼音排列 二级汉字3008个,按偏旁部首排列 为避开ASCII表中的控制码,选取94个编码位置,代表94区和94位。 国标码=区位码+2020H 汉字内码=国标码+8080H,1.2.7字符 4)汉字的处理过程,汉字输入码汉字内码汉字地址码汉字字形码 在16*16网格中计算 次 字所占字节数,1.2.7字符 5)汉字的其它内码,1.3、计算机硬件的组成,1.3.1:运算器(ALU)1.3.2:控制器(CU) 1)机器指令 操作性质部分 操作对象部分 2)指令的执行过程 读取指令存入指令寄存器IR中指令译码器ID(译码)执行控制信号在控制信号下实现数据的处理和结果的保存。 控制器和运算器合称中央处理器(CPU)1.3.3:存储器 存储器是计算机的记忆装置,用来存储当前要执行的程序、数据以及结果。1.3.4:输入/输出设备(Input/OutputDevices) 计算机的输入/输出系统包含输入/输出设备和输入/输出接口两部分。,2)总线结构,1.3.5:计算机的结构 1)直接连接,数据总线地址总线 控制总线,1.4、微型计算机的组成,著名的摩尔定律:CPU性能的集成度每18个月将翻一翻。,1.4.1 中央处理器(CPU) 组成 工作原理 高速Cache,正面图,反面图,1.4.2 存储器 知识点一:主存储器 1)RAM 组成原理、特点、分类 (DRAM,SRAM) 2)ROM 原理、特点,2:高速缓冲存储器(Cache) Cache按其功能通常分为两类:CPU内部的Cache和CPU外部的Cache Cache的工作原理:3:内存储器的性能指标 容量 速度(时钟频率)4:外存储器 外存储器的作用,知识点一:辅助存储器 1)硬盘 组成原理、特点、分类,2)移动存储设备 USB移动硬盘 USB优盘 MP3 MP4 手机存储卡 数码相机,3)光盘 重点一:CD-ROM 原理 CD-ROM CD-R CD-RW,介绍光盘的特点及重要参数,4)DVD光盘 重点一:DVD-ROM 原理 DVD-ROM DVD-R DVD-RW,介绍DVD光盘的特点及重要参数,1.4.3 总线和主板 总线:系统部件之间传送信息的公共通道,传递数据和控制信号。 总线的标准: (1)ISA (2)PCI (3)AGP (4)EISA,?为什么外设一定要通过设备接口与CPU相连,而不是如同内存那样直接挂在总线上呢?,?最小化系统组成,1.4.4 输入设备 (1)键盘 (2)鼠标 (3)其它 扫描仪、条形码阅读器、光学字符阅读器、触摸屏、手写笔、麦克风、数码相机、数码摄像机、游戏手柄,1.4.5 输出设备 (1)显示器 1)显示器的分类:CRT LCD 2)显示器的性能指标:像素 分辨率 显存 显示器的尺寸,课余时间查找了解更先近型的显示器,3)显示卡 显示卡的作用:显示卡的分类:,1.4.5 输出设备 (2)打印机 1)点阵打印机 2)喷墨打印机 3)激光打印机 4)一体机,(3)其他输出设备 绘图仪、音箱、耳机、投影仪、 (4)其他输入/输出设备 CD-ROM DVD-ROM MODEM,1.4.6 微型计算机的主要技术指标 1)字长 2)
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