计算机基础第1章—第3章

1、第一章：计算机概述 武汉科技学院教师：陈文计算机科学学院 课程：课程：计算机基础计算机基础教材：教材：大学计算机基础大学计算机基础出版：出版：中国铁道出版社中国铁道出版社主编：主编：朱勇朱勇 孔维广孔维广学时：学时：32 32 上课上课 20 20 上机上机 1212第一章第一章 计算机概述计算机概述 计计算机系统统由硬件（Hardware ）和软软件（Software）两两大部分组组成。 硬件是计计算机系统统中物理装置的总称总称。它们它们是由电电子的、电电磁的、光学学的、机械的元器件集成的芯片，组组装的电电路板及各种种部件和装置组组成。 软软件是计计算机系统运统运行所需的各种种程序及其相关资

2、关资料。 1.1计算机发展史 1.最早的计算器-算盘 2.计算机的鼻祖-布莱斯.帕斯卡 计算机之父-剑桥大学数学教授查尔斯.巴贝奇 3.抽象计算机模型-图灵机 4.冯.诺依曼计算机什么是计算机？武汉科技学院电子管计算机电子管计算机晶体管计算机晶体管计算机集成电路计算机集成电路计算机大规模大规模/ /超大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机智能化计算机智能化计算机代次代次起止年份起止年份所用电子所用电子元器件元器件数据处理方式数据处理方式运算速度运算速度应用领域应用领域第一代第一代19461958电子管电子管汇编语言、汇编语言、代码程序代码程序5千千3万次万次/秒秒国防及高科国防及高科技技第

3、二代第二代19591964晶体管晶体管高级程序设计高级程序设计语言语言数十万数十万几几百万次百万次/秒秒工程设计、工程设计、数据处理数据处理第三代第三代19651970中 、 小 规 模中 、 小 规 模集成电路集成电路结构化、模块结构化、模块化程序设计、化程序设计、实时处理实时处理数百万数百万几几千万次千万次/秒秒工业控制、工业控制、数据处理数据处理第四代第四代1971今今大 规 模 、 超大 规 模 、 超大 规 模 集 成大 规 模 集 成电路电路分时、实时数分时、实时数据处理、计算据处理、计算机网络机网络上亿条指上亿条指令令/秒秒工业、生活工业、生活等各方面等各方面第五代第五代 未来趋

4、势未来趋势数数字字计计算机的算机的飞飞速速发发展展第一代第一代 电子管计算机（电子管计算机（1946-19581946-1958）主要逻辑元件是电子管主要逻辑元件是电子管特点：体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性差、内存容量小。主要用于特点：体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性差、内存容量小。主要用于科学计算，从事军事和科学研究方面的工作科学计算，从事军事和科学研究方面的工作 第二代第二代 晶体管计算机（晶体管计算机（1958-19641958-1964）主要逻辑元件是主要逻辑元件是 晶体管晶体管特点：体积已减小、速度快、功耗低、性能更稳定。应用扩展到数据、特点：体积已减小、速度快、功耗低、性

5、能更稳定。应用扩展到数据、自动控制等方面。自动控制等方面。 第三代第三代 集成电路计算机（集成电路计算机（1965-19711965-1971）特点：可靠性和存储容量进一步提高，体积更小，运算速度更快，价格更特点：可靠性和存储容量进一步提高，体积更小，运算速度更快，价格更低，与通信密切结合起来。广泛用于科学计算、数据处理、事务管理、工低，与通信密切结合起来。广泛用于科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域。业控制等领域。特点：计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高，功能更加完备。计算机特点：计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高，功能更加完备。计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型

6、机和微型机（个人计算机）两的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机（个人计算机）两个方面发展个方面发展,使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。 第四代第四代 大规模大规模/ /超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（19711971年迄今）年迄今）第五代第五代 智能化计算机智能化计算机 特点：把信息采集、存储储、处处理、通信和人工智能结结合在一起 ，具有推理、联联想和学习学习等人工智能方面的能力 。计算机的发展趋势？计算机的发展趋势？巨型化巨型化微型化微型化网络化网络化多媒体化多媒体化 智能化智能化计计算机的特点?运算速度快计算精确度高存

7、储容量大、记忆力强具有逻辑判断能力、工作全自动可靠性高、通用性强计计算机的应应用?1. 科学计算2. 信息处理（数据处理）3. 自动控制4. 人工智能5. 计算机辅助设计6. 模拟系统7. 娱乐与文化教育8. 网络应用9. 电子商务专用计算机 专用计算机是针对某一特定应用领域或面向某种算法而研制的计算机 。计算机的分类计算机的分类? ? 计算机按用途用途可分为通用计算机通用计算机和专专用计算机用计算机。通用计算机 依据其规模、速度、功能等综合性能指标分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站。冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯诺依曼诺依曼 采用

8、二进制形式表示数据和指令 采用存储程序存储程序方式 由运算器、存储器、控制运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能1. 中央处处理器CPU （1）CPU的基本组成 CPU (Central Processing Unit),中央处处理器,又称称微处处理器，它它是计计算机的核心部件. 运运算器主要功能是执行算术运算和逻辑运算 控制器指挥计算机的各部分协调地进行工作 （2）CPU的主要技术指标和新技术 字长字长: CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等 主频主频: CPU的工作时钟频率 前端总线前端总线: CPU跟外界沟通的

9、唯一通道 流水线流水线: 运算器的一种结构设计 执行速度执行速度: 每秒钟能够执行的指令数 整数和浮点性能整数和浮点性能 Cache: CPU和内存之间插入高速缓冲存储器 指令系统指令系统: 指令来计算和控制系统 CPU内内核和I/O工作电压电压 超线线程技术术2. 主板 也称为系统板，它是微机系统的最重要部件, 布满了各种插槽（可连接声卡/显卡/MODEM等） 接口（可连接鼠标/键盘等） 电子元件内存显卡PCI各种接口CPU3.存储储器（1）内存储器(主存)：存放正在处理中的程序和数据 是主机的一部分，由CPU直接访问 按照其性能和特点可分为:只读存储器（ Read Only Memory

10、，简称ROM）随机读写存储器（ Random Access Memory ，简称RAM）高速缓冲存储器（Cache） 只读存储器只读存储器ROM 只能读出而不能写入的存储器只能读出而不能写入的存储器 存储的信息不会由于断电而丢失存储的信息不会由于断电而丢失只读存储器只读存储器ROMROM可分为：可分为：掩膜MROM（Mask ROM）可编程只读存储器PROM（Programmable ROM）可擦除可编程的只读存储器EPROM（Erasable Programmable ROM）电可擦除的只读存储器EEPROM快擦型存储器（闪存，称为Flash Memory EPROM） 随机存储器随机存储器

11、RAM 可由CPU直接写入或读出信息 存储的信息将因断电或机器重新启动而丢失 随机存储器随机存储器RAM可分为可分为 动态动态RAM(DRAM) （Dynamic RAM，DRAM）需要周期性地刷新才能保持数据，通常说的内存就是指DRAM。 静态静态RAM(SRAM) （Static RAM，SRAM）不必周期性地刷新就可以保持数据，使用方便，速度快，但功耗较大，集成度低，成本高，常作为Cache用。 视频视频VRAM 从外形上又可分为：从外形上又可分为： 普通双列直插内存芯片（简称普通双列直插内存芯片（简称DIP） 单列直插式存储模块，也称单列直插式存储模块，也称72线内存线内存(简称简称S

12、IMM) 双列直插式存储模块，也称双列直插式存储模块，也称168线内存线内存(简称简称DIMM) （2）外存储器外存储器：存放暂时不用的大量程序和数据磁介质型存储器 软盘（Floppy Disk）硬盘 （Hard Disk）光介质型存储器 光盘（Optical Disk）软盘（软盘（Floppy Disk）软 盘软盘驱动器 硬盘硬盘 （Hard Disk） 微型计算机的主要外部存储设备微型计算机的主要外部存储设备 有有IDE、SATA、SCSI等多种接口等多种接口 购买时的容量大于实际的容量购买时的容量大于实际的容量 光盘（光盘（Optical Disk） 光驱按所处位置可分为内置式和外置式光

13、驱按所处位置可分为内置式和外置式 按接口可分为按接口可分为SCSI接口、接口、IDE接口、接口、SATA接口接口 USB闪盘闪盘存储储器（USB Flash Disk） 使用通用串行总线（使用通用串行总线（USB）接口与计算机相连，支持热）接口与计算机相连，支持热插拔插拔 通常不需要安装专门的驱动程序，实现了即插即用通常不需要安装专门的驱动程序，实现了即插即用 优盘使用的注意事项：拔下优盘前，必须发出关闭优盘使用的注意事项：拔下优盘前，必须发出关闭USB设备的指令操作，否则容易使数据丢失；从设备的指令操作，否则容易使数据丢失；从USB接接口取下优盘后，再打开或关闭写保护口。口取下优盘后，再打开

14、或关闭写保护口。 输入设备（输入设备（Input device） 是便于人们向计算机输入程序和数是便于人们向计算机输入程序和数据的一种设备据的一种设备 是外部信息与计算机交互的接口是外部信息与计算机交互的接口 常用的输入设备有键盘、鼠标、数常用的输入设备有键盘、鼠标、数码相机、数码摄像机、扫描仪、触码相机、数码摄像机、扫描仪、触摸屏、条形码阅读器、光学符号阅摸屏、条形码阅读器、光学符号阅读器（读器（OCR）、光盘驱动器、磁盘）、光盘驱动器、磁盘驱动器等。驱动器等。 输出设备（输出设备（Output DeviceOutput Device） 计算机向用户输出内部信息处理结果的设备 常见的输出设备

15、有显示器、打印机、绘图仪、语音输出装置、投影仪、磁盘驱动器等 注：磁盘驱动器包括软盘驱动器和硬盘驱动器，它们即是输入设备，也是输出设备软件系统软件系统 计算机软件（Computer Software,也称软件、软体）是指计算机系统中的程序及文档。for(;)for(;)alert(alert(别别想想关关掉我！哈哈！掉我！哈哈！););（2）软件系统）软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统软件操作系统软件语言的处理程序语言的处理程序服务性程序服务性程序数据库管理系统数据库管理系统用于科学计算的数学计算软件、统计软件用于科学计算的数学计算软件、统计软件文字处理软件文字处理软件图像处理软

16、件图像处理软件各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等系统软件系统软件 系统软件是负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，扩大计算机功能和方便用户使用计算机的各种程序的集合。 （1）操作系统 （2）程序设计语言 机器语言(Machine Language) 汇编语言(Assemble Language) 高级语言 第四代语言 （3）各种程序设计语言的处理程序：汇编程序、编译程序、解释程序 （4）数据库管理程序 （5）工具软件：机器的监控管理程序、调试程序、故障检查程序和诊断程序等 应用软件 应用软件是用户为了解决实际问

17、题而编制的各种程序 。 常见的应用软件包括office系列以及工程计算、模拟过程、辅助设计、管理程序、文字处理和各种图形处理软件等 。计算机系统组成总结我国计算机的发展 1956年，完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。 1963年，第一台大型晶体管电子计算机109机研制成功。 1965年，第一台百万次集成电路计算机DJS-型操作系统编制完成。 1983年，“银河号”巨型计算机研制成功，运算速度达每秒亿次。 1990年，首台高智能计算机EST/IS4260智能工作站诞生，长城486计算机问世。 1993年，第一台10亿次巨型银河计算机型通过鉴定

18、，用于天气中期预报。 1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次。 1997年，银河并行巨型计算机研制成功。 2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威”。 1997年，银河并行巨型计算机研制成功。 2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威”。 2006年8月9日，在数百名观众的见证之下，经过三个多小时的激烈搏杀，由柳大华等五位中国象棋大师组成的大师队，在十局博弈当中，以2胜5平3负总成绩7：9的比分不敌浪潮天梭超级计算机。 第二章：数制与编码 数数制的概概念 数制（Number System）：数的表示系统，是指用统一的符号规则来表示数值的方法。常见的数制有二进

19、制、八进制、十进制、十六进制。 数制（Number System） 数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值。 基数：一个数制所包含的数字符号的个数。 权：任何一个数都是由一串数字表示的，其中每一位数字所表示的实际值除本身的数值外，还与它所处的位置有关，由位置决定的值就叫权。 权=Ri(R为基数，i为整数)。其中i为数码所在位的编号，从小数点向左依次为0，1，2，3，；自小数点向右依次为-1，-2，-3, 。 十进制： 日常生活中最常见的是十进制数，它主要使用在计算机外部。 （1）十进制由十个不同的数码组成：0、1、2、 3、4、5、6、7、8、9，基数为“10”； （2）十进制遵循每相邻两

20、位“逢十进一、借一当十”的原则。 二进制： 含有2个数码0和1；基数为2，二进制数据在进行运算时，遵守“逢二进一，借一当二”的原则。 （1）二进制的特点：表示容易、运算简单、工作可靠、 逻辑性强 （2）二进制运算规则 加法：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 减法：0-0=0 0-1=1（借位） 1-0=1 1-1=0 八进制八进制 （1）八进制含有）八进制含有8个数码：即个数码：即0、1、2、3、4、5、6、7，基数为，基数为8； （2）八进制遵循每相邻两位）八进制遵循每相邻两位“逢八进一、借一当逢八进一、借一当八八”的原则。的原则。 十六进制十六进制 （1）十六进制含有含有）

21、十六进制含有含有16个数字符号即个数字符号即0、1、2、3、4、5、6、 7、 8、9、A、B、C、D、E、F；基数为基数为16 （2）十六进制遵循每相邻两位）十六进制遵循每相邻两位“逢十六进一、借逢十六进一、借一当十六一当十六”的原则。的原则。 二、八、十六进制转换对应关系表二、八、十六进制转换对应关系表二进制八进制十六进制二进制八进制十六进制二进制八进制十六进制000000011066110014C000111011177110115D0010221000108111016E0011331001119111117F010044101012A010155101113B二、八、十六进制数转换为

22、十进制 规则：按权展开求和。只需将每一位数字乘以它的权2n，再以十进制的方法相加就可以得到它的十进制的值（注意，小数点左侧相邻位的权为20，整数部分从右向左，每移一位，幂次加1；小数部分从左向右，每移一位，幂次减1）。例：二进制转换成十进制例：二进制转换成十进制（11010.10111010.101）2=12=124+124+123+023+02222+1+121+021+020+120+12-1 +02-1 +02-2+12-2+12-3=2-3=（27.62527.625）1010例：八进制转换成十进制例：八进制转换成十进制(107(1071)8=11)8=182+082+081+781+

23、780+180+18 8-1=-1=（71.12571.125）1010例：十六进制转换成十进制例：十六进制转换成十进制(2B)16=2(2B)16=2161+11161+11160=160=（4343）10101、 试将(1011.101)2转换为十进制数。 解： (1011.101)2 123022121120121022123 80210.500.125 (11.625)10 不同数数量级级之间间的转换转换 常见存储单位 位（bit）：用“1”和“0”组成的二进制的形式来表示，是二进制所表示的数据的最小单位。 字节（Byte）：八个二进制位组成一个字节，简写为B，它是计算机中的最小存储单

24、元。在分配存储器空间时，最小的分配单位是字节而不是位。 字长（Word）：若干个字节构成一个字（Word），其位数称为字长。 字长是指CPU可一次并行处理的二进制数码的位数，它决定了计算机的运算精度存储单位之间的转换 1B（字节）=8b（位）1KB(千字节) = 1024B=210B1MB(兆字节) =1024KB=210KB=220B1GB(千兆字节) =1024MB=210MB=220KB =230B1TB=1024GB=210GB=220MB =230KB=240B1PB=1024TB=210TB=220GB =230MB=240KB=250B计计算机的数数据编码编码 在计算机中只能识别

25、二进制数码信息，因此在计算机中只能识别二进制数码信息，因此一切非二进制数码的信息，如数字、字母、汉一切非二进制数码的信息，如数字、字母、汉字等都要用二进制数的特定编码表示。编码有字等都要用二进制数的特定编码表示。编码有多种方法，多种方法， 但为了便于交换、处理，必须采但为了便于交换、处理，必须采用统一的编码方法。所谓编码，是指用一组规用统一的编码方法。所谓编码，是指用一组规定的二进制码来表示特定的字符集合。定的二进制码来表示特定的字符集合。BCD码 二进制具有很多优点，所以计算机内部采用二进制数进行运算。采用若干位二进制数码表示一位十进制数的编码方案，称为二进制编码的十进制数，简称为二十进制编

26、码，即BCD码。BCD码的编码方案很多，其中最常用的是8421码。 例如，十进制数5862的8421编码为 0101 1000 0110 0001ASCII码 ASCII码是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，全称叫美国国家信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange），是目前微型计算机中使用最普遍的字符编码集 汉汉字的编码编码 （1）汉字输入码（外码）：拼音输入、数字输入、字形输入、音形输入等方法。 （2）汉字交换码（国标码）：GB231280，简称国标码。 （3）汉字机内

27、码（内码）。机内码是计算机内部存储和加工汉字时所用的代码。一般用两个字节表示一个汉字的内码。 （4）汉字字形码（输出码）。字形码是汉字在显示器上显示或在打印机上打印时用来区分各种字体的编码。字形码有点阵码和矢量码两种，目前大多采用点阵码。什么么是多媒体？1什么是媒体 媒体有两种含义： 一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘等； 二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形、图像等 多媒体的概念是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、图形、图像、动画和活动影像等。 多媒体技术的特性 （1）多样性：指计算机所能处理的信息从最初的数值、文字、图形图像扩展到声音、动画和视频信息(运动图像)。视频信息的处理是多媒体技术的核心。 （2）集成性：是指将文字、图形、图像、声音、视频和动画等信息媒体有机地组织在一起，综合地