计算机基础应用1

1、计计算机基算机基础应础应用（一）用（一）第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识本章要点计算机的发展历史、特点和应用计算机信息的表示和存储数制的基本概念，二进制和十进制整数之间的转换计算机中字符和汉字的编码指令和程序设计语言计算机硬件系统的组成和作用，各组成部分的功能和简单工作原理计算机软件系统的组成和功能，系统软件和应用软件的概念和作用第一节第一节 计算机概述计算机概述计算机的发展历史 1946年2月15日，标志现代计算机诞生的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)在美国的费城面世。第第一一节节 计算机概述计算机概述现代计算机

2、的发展历史1) 第一代电子管计算机(19461958年) 第一代电子管计算机的操作指令是为特定任务编制的，每种机器都有自己的机器语言，功能不仅受限制，速度也慢。这个时期的计算机的特点是体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性较差、内存容量小，主要用于军事和科学研究工作。第第一一节节 计算机概述计算机概述2) 第二代晶体管计算机(19581964年) 第二代计算机用晶体管代替了电子管，在这一时期出现了更高级的COBOL和FORTRAN等语言，使计算机编程更容易。与第一代计算机相比，晶体管计算机体积小、成本低、功能强、可靠性高。除了科学计算机外，计算机还用于数据处理和事务处理。IBM-7000系列机是

3、第二代计算机的代表。第第一一节节 计算机概述计算机概述3) 第三代集成电路计算机(19641971年) 第三代计算机主存储器采用集成度很高的半导体存储器，运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。这一代计算机的主存储器仍采用磁芯，软件开始逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。第第一一节节 计算机概述计算机概述4) 第四代大规模集成电路计算机(1971 ) 计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路(LSI)。所谓大规模集成电路，是指在单片硅片上集成10002000个晶体管的集成电路，其集成度比中、小规模的集成电路提高了12个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、

4、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机产业的空前大发展。IBM 4300系列、3080系列、3090系列和9000系列是这一时期的主流产品。第第一一节节 计算机概述计算机概述计算机的特点高速、精确的运算能力 现在高性能计算机每秒能进行几百亿次以上的加法运算，这使大量复杂的科学计算问题得以解决。目前世界上已有超过每秒万万亿次的运算速度的计算机。IBM公司的“红杉”(Sequoia)在2012年6月公布的世界超级计算机排名第一，运算速度达到每秒16 324万亿次浮点运算。我国的“天河一号”实

5、测运算速度能达到每秒2 570万亿次，排名世界第五。第第一一节节 计算机概述计算机概述准确的逻辑判断能力 计算机能够进行逻辑处理，也就是说它能“思考”。虽然现在还不具备人类思考的能力，但在信息查询等方面，已能够根据要求进行匹配检索。强大的存储能力 计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”(存储)大量的数据和信息。是否具有强大的存储能力，是计算机和其他计算装置(如计算器)的一个重要区别。第第一一节节 计算机概述计算机概述自动功能 通常的运算装置都是由人控制的，人给机器一条指令，机器就完成一个(或一组)操作。由于计算机具有存储信息的能力，因此可以将指令事先输入计算机中存储。在计算机开始工作后，从

6、存储单元中依次取出指令来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机工作，实现操作的自动化。第第一一节节 计算机概述计算机概述网络与通信功能 计算机技术能够将一个个国家的计算机连在一个计算机网上。目前最大、应用范围最广的“国际互联网”(Internet)连接了全世界200多个国家和地区数亿台的各种计算机。在网上的所有用户可共享网上资料、交流信息、互相学习。第第一一节节 计算机概述计算机概述计算机的应用科学计算 科学计算是指计算机用于数学问题的计算，是计算机应用最早的领域。在科学研究和工程设计中，经常会遇到各种各样的数学问题。数据/信息处理 数据/信息处理也称为非数值计算。它是指用计算机对信息

7、进行收集、加工、存储和传递等工作，其目的是为有各种需求的人们提供有价值的信息，作为管理和决策的依据。例如，人口普查资料的分类、汇总，股市行情的实时管理等都是信息处理的例子。目前，计算机信息处理已广泛应用于办公室自动化、企业管理、情报检索等诸多领域。第第一一节节 计算机概述计算机概述过程控制 计算机过程控制是指用计算机对工业生产过程或某种装置的运行过程进行状态检测并实施自动控制。用计算机进行过程控制可以改进设备性能，提高生产效率，降低人的劳动强度。将计算机信息处理与过程控制结合起来，甚至能够出现计算机管理下的无人工厂。计算机辅助 计算机辅助工程主要包括：计算机辅助设计(Computer Aide

8、d Design，CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)、计算机辅助测试(Computer Aided Testing，CAT)、计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction，CAI)。第第一一节节 计算机概述计算机概述网络通信 随着计算机网络的飞速发展，网络应用已成为计算机技术最重要的应用领域之一。电子邮件、WWW服务、资料检索、IP电话、电子商务、电子政务、BBS、远程教育等，不一而足。计算机网络已经并将继续改变人类的生产和生活方式。人工智能 人工智能是利用计算机对人进行智能模拟。它包括用计算机模仿人的感知

9、能力、思维能力和行为能力等。例如使计算机具有识别语言、文字、图形及学习、推理和适应环境的能力等。随着人工智能研究的不断深入，与人类更加接近的“智能机器人”将出现在我们身边。第第一一节节 计算机概述计算机概述多媒体应用 目前，多媒体的应用领域正在不断拓宽。在文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商用及家庭应用等方面，已经出现了不少深受人们欢迎和喜爱的、以多媒体技术为核心的电子出版物，它们以图片、动画、视频片段、音乐及解说等易接受的媒体素材将所反映的内容生动地展现给广大读者。嵌入式系统 不是所有计算机都是通用的。许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器

10、芯片嵌入其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌入式系统。第第一一节节 计算机概述计算机概述计算机的分类按照计算机处理数据的类型分类数字计算机模拟计算机数字和模拟计算机按照计算机的用途分类通用计算机专用计算机第第一一节节 计算机概述计算机概述按照计算机性能、规模和处理能力分类巨型机大型通用机微型机工作站服务器第第一一节节 计算机概述计算机概述计算机应用及发展趋势计算机应用1) 人工智能 人工智能的主要内容是研究如何让计算机来完成过去只有人才能做的智能的工作。 21世纪，以计算机为基础的人工智能技术取得了一些进展，例如：指纹识别技术、计算机辅助翻译、语音输入、手写输入等。第第一一节节 计算机概述

11、计算机概述2) 网格计算 网格计算研究如何把一个需要非常巨大的计算机能力才能解决的问题分成许多小部分，然后把它们分配给许多计算机进行处理，最后将计算机结果综合，从而完成一个大型计算机任务。3) 中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件，在客户机和服务器之间增加一组服务，这种服务就是中间件。例如，连接数据库使用的ODBC就是一种数据库中间件，可通过ODBC连接各种类型的数据库。第第一一节节 计算机概述计算机概述4) 云计算 云计算是对于基于网络的、可配置的共享计算资源池能够方便按需访问的一种模式。 云计算的构成包括硬件、软件和服务。云计算的核心思想是对大量用网络连接的计算资源进行

12、统一管理和调度。云计算的特点：超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务、价廉。第第一一节节 计算机概述计算机概述计算机的发展趋势1) 电子计算机发展方向巨型化：指计算机的计算速度更快、存储容量更大、功能更完善、可靠性更高，运算速度可达每秒万万亿次，存储容量超过几百T字节。微型化：微型计算机从台式机向便携机、掌上机、膝上机发展，价格低廉、方便使用，软件丰富，随着电子技术的进一步发展，微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。网络化：指利用现代通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议互相通信，以共享软件、硬件和数据资源。智能化：指计算机模拟人的感觉

13、和思维过程的能力。目前已研制出的机器人有的可以代替人从事危险环境中的劳动，有的能与人下棋等。第第一一节节 计算机概述计算机概述2) 未来新一代的计算机 下一代计算机无论是从体系结构、工作原理，还是器件及制造技术，都应该进行颠覆性变革了，未来可能的计算机有：模糊计算机、生物计算机、光子计算机、超导计算机、量子计算机等。第第一一节节 计算机概述计算机概述信息技术信息技术的定义 随着信息技术的发展，信息技术的内涵也在不断变化，因此至今没有统一的定义。一般来说，信息技术是指信息的采集、加工、存储、传输和利用的技术，这是一种狭隘的定义。在现代信息社会中，技术发展能够导致虚拟现实的产生，信息本质也被改写，

14、一切可以用二进制进行编码的东西都被称为信息。因此，联合国教科文组织对信息技术的定义是：应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事务。信息技术一般是指一系列与计算机相关的技术。第第一一节节 计算机概述计算机概述现代信息技术的内容1) 信息基础技术 信息基础技术是信息技术的基础，包括新材料、新能源、新器件的开发和制造技术。2) 信息系统技术 信息系统技术是指有关信息的获取、传输、处理、控制的设备和系统的技术。3) 信息应用技术 信息应用技术是针对种种实用目的而发展起来的具体的技术群类。第第一一

15、节节 计算机概述计算机概述现代信息技术的发展趋势 在社会发展、人类认识和实践活动的推动下，信息技术将得到更深、更广、更快的发展，其发展趋势可以概括为数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带、智能化等。第二节第二节 计算机信息的表示和存储计算机信息的表示和存储信息与数据 信息(Information)是人们表示一定意义的符号的集合，即信号。它可以是数字、文字、图形、图像、动画、声音等，是人们用以对客观世界直接进行描述、可以在人们之间进行传递的一些知识，与载荷信息的物理设备无关。 数据(Data)是指人们看到的形象和听到的事实，是信息的具体表现形式，是各种各样的物理符号及其组合，它反映了信息的内容

16、。数据的形式可以随着物理设备的改变而改变。数据可以在物理介质上记录或传输，并通过外围设备被计算机接收，经过处理而得到结果。当然，有时信息本身是数据化了的，而数据本身就是一种信息。第二节第二节 计算机信息的表示和存储计算机信息的表示和存储数据的存储数据的存储方式 在日常操作中，我们经常使用十进制数，而计算机内部的数据则是用二进制数表示的。二进制只有“0”和“1”两个数码。相对十进制而言，采用二进制表示不但运算简单、易于物理实现、通用性强，所占用的空间和所消耗的能量小得多，机器可靠性高。第二节第二节 计算机信息的表示和存储计算机信息的表示和存储数据的存储单位1) 位(bit) 位是计算机存储数据的

17、最小单位。一个二进制位只能表示21=2种状态，要想表示更多的信息，就得把多个位组合起来作为一个整体，每增加一位，所能表示的信息量就增加一倍。2) 字节(Byte) 字节是数据处理的基本单位，即以字节为单位存储和解释信息。规定一个字节等于8个二进制位，即1B=8bit。3) 字长(Word) 计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据长度称为字。一个字通常由一个字节或若干字节组成。第三节第三节 数制与编码数制与编码数制的基本概念数制的定义 用一组固定的数字(数码符号)和一套统一的规则来表示数值的方法叫做数制(Number System，也叫记数制)。常用的数制除了十进制外，还

18、有二十四进制(24小时为一天)、六十进制(60分钟为一小时)、二进制(手套、筷子两支为一双)等。第三节第三节 数制与编码数制与编码十进制计数制 十进制是日常计数方法，由数字1、2、3、4、5、6、7、8、9、0组成，逢十进一。数字符又叫数码，数码处于不同的位置(数位)代表不同的数值。R进制计数制 从对十进制计数制的分析可以得出，对于任意R进制计数制同样有基数R、权Ri和按权展开式。其中R可以是任意正整数，如二进制的R为2，十进制的R为10，十六进制的R为16等。第三节第三节 数制与编码数制与编码二进制、十进制和十六进制十进制十进制具有以下特点：(1) 有十个不同的数码符号0、1、2、3、4、5

19、、6、7、8、9。(2) 每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按“逢十进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以10为底的幂次方。二进制二进制具有以下特点：(1) 有两个不同的数码符号0、1。(2) 每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按“逢二进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以2为底的幂次方。第三节第三节 数制与编码数制与编码十六进制十六进制具有以下特点：(1) 有16个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。(2) 每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按“逢十六进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以1

20、6为底的幂次方。第三节第三节 数制与编码数制与编码各种数制之间的转换十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F第三节第三节 数制与编码数制与编码数值的编码 对于数值数据的表示还有两个需要解决的问题，即数的正、负符号和小数点位置的表示。计算机中通常以“0”表示正号，“1”表示负号，进一步又引入了原码、反码和补码等编码方法。为了表示小数点位置，计算机中又引入了定点数和浮点数表示法。第四节第四节 字符

21、的编码字符的编码西文字符的编码 0000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDCl!1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC3#3CScS0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS, Nn1111SIUS/?O_oDEL第四节第四节 字符的编码字符的编码汉字的编码 计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码

22、间的转换过程。这些编码主要包括汉字信息交换码(国标码)、汉字输入码、汉字内码、汉字字形码及汉字地址码等。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言计算机指令与程序指令(Instruction) 简单说来，指令就是指挥机器工作的指示和命令，程序就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的工作过程。通常一条指令包括两方面的内容：操作码和操作数。(1) 操作码：决定要完成的操作，如加、减、乘、除、传送等。(2) 操作数：指参加运算的数据及其所在的单元地址。操作数指出参与操作的数据和操作结果存放的位置。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言指令的执行过程(1) 取指令

23、：从内存储器中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器中；(2) 分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的操作以及参加操作的操作数的位置；(3) 生成控制信号：操作控制器根据指令译码器ID的输出(译码结果)，按一定的顺序产生执行该指令所需的所有控制信号；(4) 执行指令：运算器按照操作码的要求对操作数完成规定的运算，并把运算结果保存到指定的寄存器或内存单元；(5) 重复执行：计算机根据PC中新的指令地址，重复执行上述4个过程，直至执行到指令结束。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言程序 程序是设计者为解决某一问题而设计的一组排列有序的指令序列，这些指

24、令要求被逐一执行。它表达了程序员要求计算机执行的操作。程序是以某种语言为工具编制出来的。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言程序设计语言机器语言(Machine Language) 机器语言又称低级语言、二进制代码语言。它是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。计算机可以直接识别机器语言，不需要进行任何翻译。但是，在某种类型计算机上编写的机器语言程序不能在另一类型计算机上使用。也就是说，机器语言的可移植性差。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言汇编语言(Assemble Language) 汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机

25、所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。在汇编语言中，用助记符号(Mnemonic)代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。因此汇编语言亦称为符号语言。第五节第五节 指令和程序设计语言指令和程序设计语言高级程序设计语言 高级语言也称算法语言，是一种更加容易阅读理解而且用它编写的程序具有通用性的计算机语言。其语言接近人们熟悉的自然语言和数学语言，直观易懂，便于程序的编写调试。高级语言的使用，大大提高了编写程序的效率，改善了程序的可读性。不同类型CPU的高级语言基本通用。目前常用的高级语言有Basic、C、C+

26、、C#、Java等。第六节第六节 微型计算机系统构成微型计算机系统构成第六节第六节 微型计算机系统构成微型计算机系统构成计算机硬件系统运算器(Arithmetical and Logical Unit，ALU) 运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器等组成，是计算机的中心部件。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。运算器(ALU)和控制器(CU)两大部件构成了计算机的中央处理器(CPU)。计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响整个计算机系统的性能。第六节第六节 微型计算机系统构成微型计算机系统构成控制器(Control Unit，CU) 控制器是计算机的指挥中心，负责决定执行程序的顺序，给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令。它主要由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)和操作控制器(OC)组成，完成协调和指挥整个计算机系统的操作。具体地说，要完成一次运算，首先要从存储器中取出一条指令，这称为取指过程。接着，它对这条指令进行分析，指出这条指令要完成何种操作，并按寻址特征指明操作数的地址，这称为分析过程。最后，根据操作数所在地址取出操作数，让运算器完成某种操作，这称为执行过程。第六节第六节 微型计算机系统