第1章 计算机基础知识

1、 1) 计算机的诞生计算机的诞生 1946年第一台电子数字计算机ENIAC由美国宾夕法尼亚大学研制成功。(它是一个庞然大物，共有18 000个电子管、1500个继电器，耗电150kW,重量30t，占地约170平方，运算速度为每秒5000次加法或400次乘法)。用于军事领域的科学计算。1944 伦敦“科洛萨斯”计算机（2500个电子管，耗电4.5kW ，重约4吨，每秒可运算5000次。用于二战期间破译德军密码，战争结束后，被秘密销毁）。阿兰阿兰.图灵图灵：计算机和人工智能之父；计算机逻辑的奠基者；曾协助英军破解德密码，帮助盟军取得二战胜利。为纪念其在计算机领域的卓越贡献，由美国计算机协会于196

2、6年设立“图灵图灵奖奖”，计算机领域的诺贝尔奖。2000年华人学者姚姚期智期智(现清华大学教授)。2016年蒂姆伯纳斯-李(万维网之父)1.计算机的发展1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 第一代计算机（19461957年）使用电子管作为主要电子元件，体积大、耗电多、性能低（5000次）。 第二代计算机（19581964年）使用晶体管，每秒几十万次，出现高级语言、系统软件（监控程序）。 第三代计算机（19651970年）使用小规模集成电路SSIC和中规模集成电路MSIC ，完善的操作系统、运算速度达每秒100万次。 第四代计算机（1971年至今）采用大规模集成电路LSIC和超大规模集成

3、电路VLSIC ，每秒千万次；成熟的操作系统、各类应用软件发展、网络应用普及经历四个阶段1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 微型计算机是第四代计算机的典型代表。 1971年Intel公司使用LSIC率先推出微处理器4004，成为计算机发展史上一个新的里 程碑，宣布第四代计算机问世。 微型计算机的字长从4位、8位、16位、32位至64位迅速增长，速度越来越快，容量越来越大。 当前计算机技术正朝着巨型化（每秒万亿次）、微型化、网络化、智能化、多功能和多媒体化的多个 不同的方向发展。微型计算机的发展1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 按计算机处理数据的方式分类：电子数字计算机、电

4、子模拟计算机和数模混合计算机三种。 按计算机使用范围分类：通用计算机和专用计算机两种。 按计算机的规模和处理能力分类：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、工作站等。超级计算机超级计算机：08年无；10年星云；11年天河1号；13-15年天河2号，每秒33.86千万亿次浮点运算；16年“神威太湖之光”以三倍天河2号的速度夺得第一。超级计算机技术是一个国家科技实力的象征，最重要的是它有两个军事用途：模拟核爆和解密。2.计算机的分类1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 自动控制能力：计算机由程序控制其操作过程 高速运算的能力：每秒千万亿次运算 很强的记忆能力：大容量存储装置 很髙的计算精

5、度：由机器字长决定，千分之一或更高 逻辑判断能力：软件编制时预定的 通用性强：可编程性决定，安装不同软件，连接到不同设备上，完成不同的任务。3.计算机的主要特点1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 科学计算（数值计算）:计算机最早应用的领域。 数据处理（信息处理）:收集、传输、分析、存储等 自动控制：工业生产、危险环境作业（无人机） 计算机辅助系统：辅助设计CAD、辅助教学CAI等 人工智能： 智能机器人，AlphaGo 计算机网络：计算机技术计算机技术+通信技术通信技术，通信和共享资源、分布式信息处理 多媒体计算机系统：计算机技术计算机技术+人机交互技术人机交互技术，电子出版、教学、

6、休闲领域4.计算机的主要用途1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念 信息是由客观事物得到的、使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、各种消息、情报、数字、信号、 图形、图像、图形、图像、语音等所语音等所包含的包含的内容内容。 数据是客观事物属性是客观事物属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。对计算机而言，数据是信息的载体数据是信息的载体，有数值、文字、语言、图形和图像等多种形式。即数据是指能够为计算机处理的数字化信息数据是指能够为计算机处理的数字化信息。5.信息的基本概念1.2.1 计算机的基本概念计算机的基本概念冯诺依曼结构运算器 运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运

7、算的主要部件，是计算机的主体。控制器 控制器是计算机的指挥控制中心。存储器 存储器是用来保存程序、数据、运算的中间结果及最后结果的记忆装置。输入设备 常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器和触摸屏等输出设备 常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和磁盘驱动器等。位（bit) : 二进制数的最小单位。字节（Byte) : 以8位二进制数组成1个字节。字（Word）:由若干个字节组成1个字。通常我们把计算机一次所能处理数据的最大位数称为该机器的字长。字长越长，一次所处理数据的有效位数就越多，计算精度就越髙。存储容量: 衡量计算机存储能力的重要指标，用字节(B)来计算和表示。除B外，还常用K

8、B、MB、GB、TB作为存储容量的单位。其换算关系如下：lB = 8b1KB = 210B=1024B 1MB=210KB= 1024KB 1GB= 210MB=1024MB 1TB = 210GB=1024GB1PB = 210TB=1024TB指令 指令是计算机执行某种操作的命令，由操作码和地址码组成。程序 为解决某一问题而设计的一系列有序的指令或语句的集合。程序设计语言 机器语言：二进制代码，不通用，计算机直接执行。 汇编语言：助记符，源程序需汇编成机器语言程序。 高级语言：接近人类表达方式，源程序需使用编译程序翻译成目标程序。软件的定义 软件是能够指挥计算机工作的程序和程序运行时所需要

9、的数据，以及相关资料的集合。软件的分类 系统软件和应用软件两大类 系统软件：管理监控维护计算机资源、开发应用软件； 操作系统(是用户与计算机之间的桥梁和接口，也是最贴近硬件的系统软件)、各种计算机语言及其处理程序、系统支持和服务程序、数据库管理系统。 应用软件：为解决计算机各类应用问题而编制的软件系统，它具有很强的实用性。（办公软件、Photoshop、Flash、WinRAR、Dreamweaver、QQ、360等）1.数据在计算机中的表示形式O十进制数 D1.有 10 个数码：0，1，2，3，4，5,，6，7， 8，9。2.“逢十进一”。O二进制数 B: 计算机内部采用1.有2个数码：0和

10、1。2.“逢二进一”O八进制数 O 1.有8个数码： 0，1，2，3，4，5,，6，7 。2.“逢八进一”O十六进制数 H1.有16个数码： 0，1，7， 8，9 ，A，B，C，D，E，F。2.“逢十六进一”15 (1)(1)二、八、十六二、八、十六 十进制十进制 169D=1102+6101+91001101B=123+122+021+120=13D765O=782+681+580=501DA6CH=10162+6161+12160=2668D数制之间的转换(2)十进制 二、八、十六进制除底取余，倒序读数25=25=？B B396=396=？H H252=12 1 39616=2412 C1

11、22=6 0 2416=1862=3 0 116=0132=1 112=0 1 25=1100125=11001B B396=18C396=18CH H1617(3)二进制 十六进制 四位对应一位，前不足补0 0110,1010,1011,1001,0011B 6 A B 9 3 H使用使用“计算器计算器”工具，可更工具，可更方便地进行数制转换方便地进行数制转换常用整数各数制间的对应关系十进制十进制 二进制二进制 十六进制十六进制 十进制十进制 二进制二进制 十六进制十六进制0 0000008100081 1000119100192 200102101010A3 300113111011B4

12、401004121100 C5 501015131101D6 601106141110 E7 70111 7151111 F2.字符编码O编码是指对输入到计算机中的某种非数值型数据用二进制数来表示的转换规则。不同 的机器、不同类型的数据其编码方式是不同的。由于这些编码涉及世界范围内的有关信息表示、交换、存储的基本问题，因此制定了有关国家标准或国际标准。有字符编码（ASCII码）和汉字编码。201)字符编码OASCII编码：美国标准信息交换代码O使用一个字节O只用低7位二进制进行编码,最高位为0O共编码128个字符O数字0-9的ASCII码: 48-57O大写字母A-Z的ASCII码: 65-9

13、0O小写字母a-z的ASCII码: 97-12221字符字符“A A” 的的ASCIIASCII码为码为 01000001B 01000001B 或或 41H 41H 65D65D22O汉字的国标码:1981年 GB2312O15000多个，常见7200多个O2字节编码，可表达：256*256=65536个O每个字节最高位为1,从而与ASCII码区分O汉字输入码/外码：五笔字型、自然码、微软拼音O汉字机内码：以国标码为基础变化得到O汉字字型码：点阵字形码、矢量字形码2) 汉字编码23汉字各种代码之间的转换关系字形码字形码输入码输入码/ /外码外码机内码机内码打印打印显示显示微型计算机的结构 微

14、型计算机有多种系列、档次和型号等。这些计算机的共同特点是体积小，适合放在办公桌上使用，而且每个时刻只能一人使用，因此又称为个人计算机（PC)。主板 主板是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁。其中主要组件有CMOS、基本输入输出系统（BIOS)、高速缓冲存储器（cache)、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软/硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（提供ISA、PCI等扩展槽)、串行接口（C0M1、COM2)、并行接口（打印机接口 LPT1)、USB接口等。中央处理器 中央处理器(CPU)是计算机的核心，包括运算器、控制器和寄存器等。计算机的运转是在CPU的指挥控制下实现的，所有的算术运算和逻辑运算都是由

15、它完成的。内存储器 存储器分为内存储器和外存储器，简称为内存和外存。 内存有两种：只读存储器ROM和随机存取存储器RAM接口 接口作为计算机主机与外部设备之间的桥梁，实现计算机与外部设备之间交换信息的重要工作。接口的类型决定数据传输方式，主要有并行接口和串行接口两种。系统总线 总线（bus）是计算机系统各部件之间相互连接、传送信息的公共通道，由一组物理导线组成。在总线中，一次传输信息的位数称为总线的宽度。按照传送的信息类型可以分为数据总线、地址总线和控制总线。微处理器 微处理器是微机的核心部分，是由片或几片大规模集成电路组成的，具有运算器和控制器功能的中央处理器（CPU)。微型计算机 微型计算机是以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制成的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机，简称微型计算机。计算机硬件系统微型计算机系统 微型计算机系统是以微型计算机为中心，