计算机基础知识11

1、我们的祖先使用计算工我们的祖先使用计算工具，从拿石头计算猎物具，从拿石头计算猎物到使用手指计算时的到使用手指计算时的“屈指可数屈指可数”，再从伏羲，再从伏羲、黄帝、黄帝“结绳记事结绳记事”到到“运筹帷幄运筹帷幄之中，决胜之中，决胜千里之外千里之外”。古人运用。古人运用的的“筹筹”叫叫“算筹算筹”，差不多是古代的第四代差不多是古代的第四代“计算机计算机”了了算筹以后，人们发明了算筹以后，人们发明了算盘算盘，并在，并在15世纪得到普世纪得到普遍采用，取代了算筹。人们现在认为汉代已有游遍采用，取代了算筹。人们现在认为汉代已有游珠算盘，晚唐产生了串珠算盘，宋元已经普及使珠算盘，晚唐产生了串珠算盘，宋元

2、已经普及使用，直到现在。用，直到现在。北宋名画家张择端所绘的北宋名画家张择端所绘的清明上河图清明上河图，在卷，在卷末有赵太丞家药铺，柜子上绘有算盘的图形。可末有赵太丞家药铺，柜子上绘有算盘的图形。可见在北宋时人们已普遍使用算盘当计算工具。见在北宋时人们已普遍使用算盘当计算工具。 中国人发明的算盘是人类中国人发明的算盘是人类历史上最早及最简单的数历史上最早及最简单的数字计算器。字计算器。 同一时代的任何机械或电动计算机同一时代的任何机械或电动计算机在它面前都相形见绌。在它面前都相形见绌。计算机的发展过程计算机的发展过程-计算工具的变迁计算工具的变迁法国物理学家法国物理学家布莱斯布莱斯.帕斯卡发明

3、帕斯卡发明1642加减法器加减法器1822年差分机年差分机1834年年 分析机分析机ENIAC（1946）计算机时代计算机时代 英国英国 数学家数学家 查里斯查里斯.巴贝奇巴贝奇唐末时期Mark I（1944年年 美）世美）世界上第一台大型自动数字计界上第一台大型自动数字计算机算机 .哈佛大学教授霍华哈佛大学教授霍华德德艾肯艾肯代次代次起止年起止年份份所用电子所用电子元器件元器件数据处理数据处理方式方式运算速运算速度度应用领应用领域域第 一第 一代代19461958电子管电子管汇编语言、汇编语言、代码程序代码程序5千千3万万次次/秒秒国防及高国防及高科技科技第 二第 二代代19581964晶体

4、管晶体管高 级 程 序高 级 程 序设计语言设计语言数十万数十万几 百 万几 百 万次次/秒秒工程设计、工程设计、数据处理数据处理第 三第 三代代19651970中 、 小 规中 、 小 规模 集 成 电模 集 成 电路路结 构 化 、结 构 化 、模 块 化 程模 块 化 程序 设 计 、序 设 计 、实时处理实时处理数百万数百万几 千 万几 千 万次次/秒秒工业控制、工业控制、数据处理数据处理第 四第 四代代1970今今大 规 模 、大 规 模 、超 大 规 模超 大 规 模集成电路集成电路分 时 、 实分 时 、 实时 数 据 处时 数 据 处理 、 计 算理 、 计 算机网络机网络上

5、亿 条上 亿 条指令指令/秒秒工业、生工业、生活等各方活等各方面面1958年贝尔实验室使用年贝尔实验室使用800个晶体管打个晶体管打造的第一台晶体管计算机，其运算速度造的第一台晶体管计算机，其运算速度比电子管计算机提高了整整比电子管计算机提高了整整100倍。倍。1981年，年，IBM正式发布了历史上第一台正式发布了历史上第一台PC，从，从此人类就进入了个人电脑时代。此人类就进入了个人电脑时代。PC已经融入了已经融入了我们生活和工作的各个角落，试想一下在今天，我们生活和工作的各个角落，试想一下在今天，如果没有如果没有PC，世界将会怎样？，世界将会怎样？ 通用计算机通用计算机 专用计算机专用计算机

6、 巨型机巨型机 大型机大型机 小型机小型机 微型机微型机 通用计算机通用计算机 专用计算机专用计算机 巨型机巨型机 大型机大型机 小型机小型机 微型机微型机 巨型化巨型化：主要应用于高尖端科学技术主要应用于高尖端科学技术.2.2.微型化微型化：满足人们个别化需要（笔记本电：满足人们个别化需要（笔记本电 脑和掌上电脑）脑和掌上电脑）. 3.3.网络化网络化：为人们提供查找和共享信息的条件，方便了人们的：为人们提供查找和共享信息的条件，方便了人们的交流交流.4.4.智能化智能化：使计算机具有人工智能：使计算机具有人工智能(机器人）机器人）. 5.5.多媒体化多媒体化：能够处理文本、图形、图像、声音

7、等，给人们：能够处理文本、图形、图像、声音等，给人们的工作生活带来深远的影响。的工作生活带来深远的影响。 计算机不再是单一的计算机器，而是一计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。种信息机器，一种个人的信息机器。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、 “银河银河2号号”和和“银河银河3号号”, 国家智能计算机中心推出的国家智能计算机中心推出的“曙光曙光1000”(90年代年代 10亿亿/秒秒)和和“曙曙光光200I”, “曙光曙光3000“,运算速度为每秒运算速度为每秒3800亿次亿次(排名排名80位位) 2004年年

8、6月，每秒运算月，每秒运算 11万亿次的超级计算机曙光万亿次的超级计算机曙光4000A研制成功，进入全球超级计算机前十名，从而使中国成研制成功，进入全球超级计算机前十名，从而使中国成为继美国和日本之后，第三个能研制为继美国和日本之后，第三个能研制10万亿次高性能计算机的国万亿次高性能计算机的国家。曙光高性能计算机不仅代表着中国计算机最高水平，也为家。曙光高性能计算机不仅代表着中国计算机最高水平，也为“两弹一星两弹一星、载人航天、基因组研究、载人航天、基因组研究”等其他标志性科技成等其他标志性科技成就做出了重要贡献。就做出了重要贡献。曙光曙光4000A 计算机技术与通信技计算机技术与通信技术结合

9、的产物。术结合的产物。 使用远程资源，共享使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作网络用户的通讯和合作。内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组（1）运算器和控制器。）运算器和控制器。 运算器是对数据进行各种算术运算和逻辑运算的部件。它由加法器和补码器等组成。控制器依据程序中规定的控制方式，按照要求控制数据的读取、指令的寻址、程序的执行，以及计算机中各部件之间的协调工作等。（2 2）存储器）存储器 存储程序和数据的部件。又分内存外存内存：内存也称主存储器（或主存）。CPU只能直接存取存储在内存中的程序和

10、数据。特点：存储速度快，存储容量有限分为ROM(只读存储器)RAM(随机存储器)打印机打印机显示器显示器软软 盘盘硬硬 盘盘鼠标鼠标键盘键盘输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器（3）外部设备）外部设备微型机系统运算器输出设备：显示器、打印机输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等硬件软件主机外部设备内存储器中央处理器CPU控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)系统软件(操作系统、 语言处理程序等)应用软件(字处理、计算机辅助设计等)外存储器：磁盘和光盘其它：其它：声卡、显卡、网卡等计算机系统计算机系统由硬件系统由硬件系统和软件系统组成，和软件系统组成，二者协同工作，二者协同工作，缺一

11、不可。缺一不可。裸机：没有配上软件系统的计算机称为裸机：没有配上软件系统的计算机称为裸机裸机硬件、系统软件、应用软件之间的关系如图所示硬件、系统软件、应用软件之间的关系如图所示 硬件硬件 系统软件系统软件WindowsXPWindowsXPofficeoffice、Photoshop应用软件应用软件数据流数据流指令流指令流控制流控制流（外）存储器（外）存储器（内）存储器（内）存储器中央处理器（中央处理器（CPU）运算器运算器控制器控制器输入输入设备设备输出输出设备设备硬件系统硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。I/O设备设

12、备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器指令存取命令运算命令输入/输出命令原始数据命令/程序取数读结果存数写数据线：数据线：控制线：控制线：3 3计算机由五大部件组成计算机由五大部件组成1.1.运算器：运算器： 用于加工、处理数据的部件，主用于加工、处理数据的部件，主要完成对数据的要完成对数据的算术算术运算和运算和逻辑逻辑运算。运算。 2.2.控制器：控制器： 是计算机的控制部件，它控制其是计算机的控制部件，它控制其他部件协调统一的工作，并能完成对他部件协调统一的工作，并能完成对指令的分析和执行。指令的分析和执行。计算机系统组成计算机系统组成计算机软件系统计算机软件系统计算机工作原理计算机工

13、作原理计算机硬件系统计算机硬件系统小结 计算机系统的组成计算机系统的组成硬件系统硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备中央处理器（中央处理器（CPU）：）：运算器运算器+控制器控制器3.3.存储器：存储器： 是计算机的记忆装置，用来存储程序和数据是计算机的记忆装置，用来存储程序和数据存储器的分类：存储器的分类： 内存储器：内存储器： （内存或主存）（内存或主存） 速度快，容量小，直接与速度快，容量小，直接与CPU进行信息进行信息交换，存放运算器传送来的数据交换，存放运算器传送来的数据。 外存储器：外存储器： （外存或辅存）（外存或辅存）

14、 速度慢，容量大，不能直接与速度慢，容量大，不能直接与CPU进行进行信息交换，须将外存内容调入内存；存放暂信息交换，须将外存内容调入内存；存放暂不用的数据和程序。不用的数据和程序。(硬盘、光盘硬盘、光盘) 计算机系统组成计算机系统组成计算机软件系统计算机软件系统计算机工作原理计算机工作原理计算机硬件系统计算机硬件系统小结 计算机系统的组成计算机系统的组成硬件系统硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备本章小结 abC P UC P U内存储器内存储器C P UC P U内存内存外存外存 CPUCPU访问内、外存储器的方式访问内、外存储器的

15、方式计算机系统组成计算机系统组成计算机软件系统计算机软件系统计算机工作原理计算机工作原理计算机硬件系统计算机硬件系统小结小结 计算机系统的组成计算机系统的组成硬件系统硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备主机主机：CPU+内存储器内存储器内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快暂时性暂时性存储容量小存储容量小价高价高内存储器与外存储器的特点：内存储器与外存储器的特点：外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢永久性永久性存储容量大存储容量大价低价低硬件系统硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器、控制器、存储器、输入设

16、备和输出设备计算机软件系统计算机软件系统 指令是对计算机进行程序控制的最小单指令是对计算机进行程序控制的最小单位。位。 由操作码与地址码组成。由操作码与地址码组成。 程序就是为解决某一具体问题而用一种特程序就是为解决某一具体问题而用一种特殊语言来编写的计算机指令的有序集合。殊语言来编写的计算机指令的有序集合。 文档是描述程序操作及使用的有关资料。文档是描述程序操作及使用的有关资料。 软件是提高计算机使用效率、扩大计算机软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的程序、数据和文档的总称。功能的程序、数据和文档的总称。 通常软件分为两类：通常软件分为两类： 系统软件和应用软件系统软件和应用软件计算机

17、系统组成计算机软件系统计算机工作原理计算机硬件系统小结 计算机系统的组成操操作作系系统统各各种种应应用用程程序序裸机操作系统：操作系统：管理和控制计算机的软硬件资源，合理组织计算机的管理和控制计算机的软硬件资源，合理组织计算机的工作流程，为用户提供一个使用计算机的工作环境，是用户与计算工作流程，为用户提供一个使用计算机的工作环境，是用户与计算机的接口，是最机的接口，是最基本基本的系统软件。的系统软件。1如上如上: 011011 000000 000000 000001 110101对应的汇编语言对应的汇编语言: CLA 00 017计算机语言计算机语言（1 1） 低级语言低级语言科学计算：科学

18、计算：FortranFortran初学者：初学者：BasicBasic教学：教学：PascalPascal专业人员使用：专业人员使用：C/C+C/C+网络通用语言：网络通用语言：JavaJava（2 2）高级语言：（）高级语言：（3GL3GL）（3 3）第四代语言（）第四代语言（4GL4GL）一个交互式程序设计环境、即可一个交互式程序设计环境、即可视化程序设计。由计算机来自动生成程序，提高了软件的生产效视化程序设计。由计算机来自动生成程序，提高了软件的生产效率。如率。如VBVB、VCVC、VFPVFP等。等。汇编语言汇编语言(2GL)(2GL)：用指令来代替二进制机器码，它可直接对硬件：用指令

19、来代替二进制机器码，它可直接对硬件操作，占空间少，运行快，编写需要专业人员。操作，占空间少，运行快，编写需要专业人员。编译系统编译系统高级语言高级语言机器语言机器语言编译系统编译系统系统软件系统软件应用软件应用软件软件系统软件系统操作系统操作系统编译系统编译系统数据库系统数据库系统信息管理软件信息管理软件辅助设计软件辅助设计软件办公自动化办公自动化用户自编软件用户自编软件用于计算机自身用于计算机自身的管理、维护、的管理、维护、控制和运行，以控制和运行，以及对应用软件的及对应用软件的解释和执行。解释和执行。用户为解决各类用户为解决各类实际问题而编制实际问题而编制的各种程序，它的各种程序，它是建筑

20、在系统软是建筑在系统软件之上的。件之上的。输出设备存储器运算器控制器数据流控制流响应信号请求信号响应信号请求信号地址指令取数存数操作信号反馈信号计算机系统组成计算机软件系统计算机工作原理计算机硬件系统小结 计算机系统的组成数据+指令输入设备计算机系统组成计算机系统组成计算机软件系统计算机软件系统计算机工作原理计算机工作原理计算机硬件系统计算机硬件系统小结 计算机系统的组成计算机系统的组成微型机系统运算器输出设备：显示器、打印机输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等硬件软件主机外部设备内存储器中央处理器CPU控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)系统软件(操作系统、 语言处理程序等)应用软件(字

21、处理、计算机辅助设计等)外存储器：磁盘和光盘其它：其它：声卡、显卡、网卡等ACC DADCCDABBBBBCABCDDDCDD主频主频基本字长基本字长存储容量存储容量运算速度运算速度配备的外部设备配备的外部设备接口的标准与类型接口的标准与类型系统的软件配置系统的软件配置机器的可靠性等机器的可靠性等主频（时钟频率）主频（时钟频率）： 是指计算机的是指计算机的CPU在单位时间内在单位时间内输出的脉冲数，它在很大程度上决定输出的脉冲数，它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位了计算机的运行速度。单位MHz。Intel486的主频为的主频为33MHz120MHz.等。等。 目前，微机的主频：几目前，

22、微机的主频：几GHz 2.3GHz=2.31024MHz第一代微处理器的特点是：指令系统简单，运算功能单一，但价格低廉，使用方便，主要应用是面向袖珍计算器、家电、交通灯控制等简单控制场合。1996年经进一步改进，Intel公司将P6正式命名为Pentium Pro，该处理器的集成电路线径仅为0.35m，最高时钟频率为200MHz，运算速度达200MIPS。420,000,0002,300晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4是微型机最基本的输出设备显示器常用参数分辨率:显示器水平方向和垂直方向的像素点数(横向点纵向点)颜色数:显示器能显示的颜色数量CRT显示器液晶显示器是计算机最常用的输入设备

23、键盘统称分为四个区域： 基本键区、功能键区、 数字键区、编辑键区按键分成 ： 控制键、功能键、字符键基本键区编辑键区功能键区backspace空格CtrlEnter数字键区ShiftAlt编辑键区基本键区 鼠标是目前一些常用软件和图形系统采用的，方便、灵活、可靠的输入设备。 可分为： 机械式、光电式(1) 磁盘类存储器 软盘：3.5英寸高密度容量 =2 面 80 磁道 18扇区 512字节 =1.44MB 硬盘：由若干个磁性圆盘组成。 存储容量=磁头数 柱面数 扇区数 每扇区字节数 (2) 磁带存储器 顺序存取设备。(3) 光盘存储器 CD-ROM：只读型光盘。 一倍速率：150KB/s；24

24、倍速率：24150KB/s=3.6MB/s。 DVD-ROM也是计算机重要的输出设备打印机大致分为三类： 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机激光打印机针式打印机喷墨打印机二进制的优点二进制的优点 物理上容易实现，信息的存储更加容易，物理上容易实现，信息的存储更加容易，可靠性强，运算简单，通用性强可靠性强，运算简单，通用性强ENIAC采用十进制采用十进制 冯冯诺依曼研制诺依曼研制IAS时，时，提出了二进制的表示方法提出了二进制的表示方法 不同进制数的表示方法不同进制数的表示方法数制类型英文表示基数遵循原则数码符号十进制（D）Decimal system10逢十进一0 9二进制（B）Binary

25、system2逢二进一0，1八进制（O）Octal system8逢八进一0 7十六进制（H）Hexadecimal system16逢十六 进一 0 9，A Fv转换基本原则：对整数部分和小数部分分别进行转换转换基本原则：对整数部分和小数部分分别进行转换。十进制数十进制数非十进制数非十进制数非十进制数非十进制数十进制数十进制数非十进制数非十进制数非十进制数非十进制数任意一个十进制数任意一个十进制数D D，可表示成如下形式：，可表示成如下形式：(D)(D)1010 = D = Dn-1 n-1 1010n-1n-1 + + D Dn-2 n-2 1010n-2 n-2 + + + + D D1

26、 1 10101 1 + + D D0 0 10100 0 + + D D-1 -1 1010-1-1 + + D D-2 -2 1010-2 -2 + + + + D D-m+1 -m+1 1010-m+1-m+1 + +D D-m -m 1010-m-m 式中式中D Di i为数位上的数码，其取值范围为为数位上的数码，其取值范围为0 0 9 9； i i为数位为数位的编号（整数位的编号（整数位 取取n-1 n-1 0 0，小数位取，小数位取-1 -1 -m) -m) ；1010为为基数。基数。例：例：( 123.45)( 123.45)D D=1=110 +2 10 +2 10 +3 10

27、 +3 10100 0 +4 +4 1010 - -+5 +5 10 10 - -=(123.45)=(123.45)D D 任意一个二进制数任意一个二进制数B B，可表示成如下形式：，可表示成如下形式： (B)(B)2 2 = B = Bn-1 n-1 2 2n-1n-1 + + B Bn-2 n-2 2 2n-2 n-2 + + + + B B1 1 2 21 1 + +B B0 0 2 20 0 + + B B-1 -1 2 2-1-1 + + B B-2 -2 2 2-2 -2 + + + + B B-m+1 -m+1 2 2-m+1-m+1 + +B B-m -m 2 2-m-m式中

28、式中BiBi为数位上的数码，其取值范围为为数位上的数码，其取值范围为0 0 1 1；i i为数位的编号为数位的编号（整数位取（整数位取n-1 n-1 0 0，小数位取，小数位取-1 -1 -m) -m) ；2 2为基数。为基数。例：例：(110.01)(110.01)B B=1 =1 2 + 1 2 + 1 2 +0 2 +0 2 20 0 +0 +0 2 2 - -+1 +1 2 2 - -=(6.25) =(6.25) D D任意一个八进制数任意一个八进制数Q Q，可表示成如下形式：，可表示成如下形式：(Q)(Q)8 8 = Q = Qn-1 n-1 8 8n-1n-1 + + Q Qn-

29、2 n-2 8 8n-2 n-2 + + + + Q Q1 1 8 81 1 + +Q Q0 0 8 80 0 + + Q Q-1 -1 8 8-1-1 + + Q Q-2 -2 8 8-2 -2 + + + + Q Q-m+1 -m+1 8 8-m+1-m+1 + +Q Q-m -m 8 8-m-m式中式中QiQi为数位上的数码，其取值范围为为数位上的数码，其取值范围为0 0 7 7； i i为数位的编号为数位的编号（整数位取（整数位取n-1 n-1 0 0，小数位取，小数位取-1 -1 -m) -m) ；8 8为基数。为基数。例：例：八进制(123.45)O=18 +2 8 +3 80 +

30、4 8 -+5 8 -=(83.578125) D任意一个十六进制数H，可表示成如下形式：(H)16 = Hn-1 16n-1 + Hn-2 16n-2 + + H1 161+ H0 160 + H-1 16-1 + H-2 16-2 + + H-m+1 16-m+1 +H-m 16-m 式中Hi为数位上的数码，其取值范围为0 F； i为数位编号（整数位取n-1 0，小数位取-1 -m) ；16为基数。例：十六进制 (123.45)H=116 +2 16 +3 160 +416 -+5 16 -=(291.26953125) D2727D D = 11011 = 11011B B 172517

31、25D D = 3275 = 3275O O 例例1 1：将：将 0.750.75D D 转换为二进制数转换为二进制数 0.750.75D D = 0.11 = 0.11B B 小数点小数点 整数整数 0.68751.3750 ) 21二进制小数首位二进制小数首位二进制小数末位二进制小数末位 0.37500.75000 ) 20.75001.50001 ) 20.50001.00001 ) 2为零为零, , 转换结束转换结束0000小数部分小数部分0.6875转换如下：转换如下： 故小数部分（故小数部分（.6875)D = （.1011)B 结果结果例例2 2：将：将 0.68750.6875

32、D D 转换为八进制数转换为八进制数 0.68750.6875D D = 0.54 = 0.54O O 27.7527.75D D = 11011.11 = 11011.11B B 1725.68751725.6875D D = 3275.54 = 3275.54O O 二进制与八进制对应关系：二进制与八进制对应关系：000-0，001-1，010-2，011-3， 100-4，101-5，110-6，111-7八进制八进制二进制二进制三位分组三位分组以小数点为界，向左向右按每三位分成一组，每组以小数点为界，向左向右按每三位分成一组，每组用一位八进制代替。用一位八进制代替。八进制八进制二进制二

33、进制首尾组不足三位时，首尾组不足三位时，首尾用首尾用“0”0”补足补足1101.011011101.01101B B = 15.32 = 15.32O O 例例1 1：将：将 1101.011011101.01101B B 转换为八进制数转换为八进制数 例例2 2：将：将 34.2734.27O O 转换为二进制数转换为二进制数 34.2734.27O O = 11100.010111 = 11100.010111B B 二进制与十六进制数对应关系：二进制与十六进制数对应关系：0000-0，0001-1，0010-2，0011-3，0100-4，0101-5，0110-6，0111-7，100

34、0-8，1001-9，1010-A，1011-B，1100-C，1101-D，1110-E，1111-F十六进制十六进制二进制二进制四位分组四位分组以小数点为界，向左向右按每四位分成一组，每组以小数点为界，向左向右按每四位分成一组，每组用一位十六进制代替。用一位十六进制代替。例例1 1：将：将 11010101.1110100111010101.11101001B B 转换为十六进制数转换为十六进制数 11010101.1110100111010101.11101001B B = D5.E9 = D5.E9H H 例例2 2：将：将 D3.E7D3.E7H H转换为二进制数转换为二进制数 D3.E7D3.E7H H =