第讲计算机与信息基础

1、计算机系统基础 第一讲-计算机的发展(fzhn)及其分类共五十七页课前调查(dio ch)1、对计算机发展和组成的了解(lioji)程度？2、都用计算机做了些什么？3、对Word，Excel , PowerPoint 等软件的应用？共五十七页为什么要学习(xux)这门课？计算机系统基础是计算机的起点课程，通过该课程，了解计算机这一现代工具的性能，特点和基本工作原理，建立一个(y )学习计算机软件工程的良好知识背景。掌握计算机的基础知识，学会计算机软件的应用和操作技能，为后续课程打好基础。共五十七页课程内容介绍计算机的基础知识，包括发展史，分类，组成(z chn)介绍操作系统及其使用方法介绍Wo

2、rd软件的相关应用介绍Excel软件的相关应用介绍PowerPoint软件的相关应用共五十七页考试(kosh)及成绩总评成绩： 1、平时出勤（10%）练习实验（提交(tjio)实验报告和代码）平时表现迟到/不到一次平时成绩扣2分 2、研讨式教学（40%） 3、能力测试（20%） 4、期末上机测试（30%）共五十七页第1章 计算机基础知识 计算机的发展与应用计算机中的数据及编码计算机系统CPU 存储器 计算机安全输入设备 输出设备 总线、主板与接口 软件系统 讨论题共五十七页第一(dy)讲 计算机发展及分类1、计算机的发展史早期的计算机手工计算器，1200年1600年机械计算器，1600年193

3、0年计算机原型，1937年1946年现代计算机电子管计算机，1946年晶体管计算机， 20世纪(shj)50年代后期集成电路计算机，1965年超大规模集成电路， 20世纪70年代早期目前正处于第5代的酝酿期：量子？共五十七页早期(zoq)的手工计算辅助工具共同特点无法记录计算法则(fz)无法设定计算步骤 8 / 34算盘Napier乘除器, 16171622年,奥特瑞德发明了可执行加减乘除指数三角函数等运算的计算尺。作用 标记计算过程 记录计算结果 进行数字计算的辅助工具共五十七页普遍认为的第一台机械(jxi)计算器帕斯卡12岁独自发现了 “三角形的内角和等于180度” 16岁参加巴黎数学家和

4、物理学家小组（法国科学院的前身(qinshn)）17岁时写成圆锥截线论震惊数学家笛卡儿18岁时开始设计计算机，帮助父亲计算税率税款 19岁第三个模型在1642年研制成功 9 / 34帕斯卡加法器（1642，发明了机械式齿轮加减法器）是一种系列齿轮组成的装置，依靠发条转动， 用专用的铁笔拨动转轮以输入数字。 开始只能够做6位加法和减法。共五十七页工业革命(gngygmng)前的机械计算器莱布尼茨（G.W.Leibnitz，1646-1716）德国伟大的数学家，提出了“二进制”的概念1673年他在帕斯卡加法器的基础上，建造了一台能够进行四则运算的机械计算机器，轰动整个欧洲。仍然用齿轮(chln)及

5、刻度盘操作，计算结果可以达到16位 10 / 34共五十七页工业革命时代(shdi)的机械计算器1822年英国科学家巴贝奇(Babbage)制造(zhzo)出第一台差分机。它可以处理3个不同的5位数计算精度达到6位小数1834 年巴贝奇提出了分析机的概念机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制器。 企图用机械方式（蒸汽动力）实现一般意义下的计算过程计算用的程序和数据存储于穿孔卡片上 11 / 34共五十七页机械计算器的不断(bdun)发展统计学家霍列瑞斯（Hollerith）源自美国人口普查1880年的人口普查1887年才完成1890年的可能需要到1900年才能完Hollerith制表机（电子穿

6、孔卡片汇总）应运而生，6个月即完成1890年人口普查数据汇总，随后两年内完成所有统计工作1896年，Hollerith成立“计算制表记录公司”，1924年改名“国际商用机器公司”1935年：IBM制造(zhzo)了IBM601穿孔卡片式计算机，该计算机能够在一秒钟内计算出乘法运算。 12 / 34共五十七页计算机的发展(fzhn)概况2022/7/1913近代(jndi)计算机现代计算机体系结构冯诺依曼机：“存储程序”的概念，五十多年来，计算机系统基本结构没有变。 英国科学家艾兰.图灵1936年，建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智

7、能的概念 美籍匈牙利数学家冯.诺依曼计算机科学奠基人另一个计算机之父为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机学会创立了“图灵奖”，号称计算机业界和学术界的诺贝尔奖共五十七页图灵机：所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带(zh di)，纸带(zh di)分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带(zh di)上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带(zh di)上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带(zh di)方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。共五十七页存储(cn c

8、h)程序原理：将需要(xyo)由计算机处理的任务，按确定的解决方法和步骤，编程程序将计算指令和数据用二进制形式存放在存储器中由处理部件根据指令完成计算、存储、通信工作，并对所有计算机进行集中的顺序控制重复寻找地址取出指令 翻译指令 执行指令这一过程。共五十七页普遍认为的“第一台计算机”ENIAC （Electronic Numeric Integrator and Computer）电子数字积分计算机 宾夕法尼亚大学摩尔(m r)学院 莫契利（J. Mauchly）和埃克特（J.Eckert） 1943年开始，1945年完成，1946年2月14日正式启动 16 / 3417468只电子管、72

9、00个二极管、70000多电阻器，10000多只电容器和6000只继电器，电路(dinl)的焊接点多达50万个；174000瓦功耗30米长、3米高、30吨重、占地面积为170平方米每秒5000次加法可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法。共五十七页从ENIAC到EDVACENIAC的缺点ENIAC还不是存储程序式的计算机编程是通过手工(shugng)插接线的方式进行的EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量自动计算机 1945年3月，计算技术的先驱冯诺伊曼(John von Neumann)来到莫尔学院M

10、auchly和Eckert进行了两天讨论，拟定了存储程序式的电子计算机的方案。方案经冯诺伊曼整理后于1945年6月发表存储程序控制原理 EDVAC于1952年制造完成EDVAC是世界上第一台存储程序计算机是所有现代计算机的原型和范本 17 / 34John von Neumann共五十七页计算机发展史早期的计算机手工计算器机械计算器计算机原型现代(xindi)计算机电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机超大规模集成电路未来的第五代 18 / 34早期目标(mbio)：如何实现自动的计算？当前目标： 计算如何更快速、更方便、更经济共五十七页第一代计算机时间(shjin)：20世纪40、50年代主

11、要特点使用真空管存储数据真空管是一种控制真空中电子流动的电子装置被设置为两个状态以表示0或1响应比机械快，但体积大、耗能高、易烧坏ENIAC有18000个真空管，第一年运行就替换了19000个只能使用0/1进行编程111000000100101100110 19 / 34共五十七页第二代计算机始于20世纪50年代后期主要特点使用晶体管存储数据晶体管由贝尔实验室于1947年发明功能与真空管类似，但更小、更便宜、功耗更少、更可靠产生操作系统标准化的硬件(yn jin)资源管理但不可移植产生高级编程语言Fortran, Cobol 20 / 34共五十七页第三代计算机始于1965年主要特点使用集成电

12、路集成电路可将成千上万的真空管或晶体管压在一个(y )单独的微型芯片上1958年由德州仪器公司发明操作系统可移植C语言产生 21 / 34Jack St. Clair Kilby 杰克 基尔比(1947)共五十七页第四代计算机始于20世纪70年代主要特点使用超大规模集成电路更快、更小、更便宜第一块微处理器是1971年制造(zhzo)的Intel 40042400个晶体管，计算能力与ENIAC相当但尺寸只有3毫米x 2毫米而ENIAC尺寸为30米长，3米高 22 / 34共五十七页摩尔定律1965年Intel公司创始人之一G.Moore提出芯片密度每18 个月增加1倍；1972年第1代Intel

13、4004芯片总共不到3000晶体管；Intel Pentium芯片元件数达到千万数量级；CPU性能价格比大约18个月翻一番芯片工作速度已经达到10000 MIPS的工作频率（MIPS，Million Instruction Per Second)。速度越来越快，价格(jig)越来越便宜。当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 23 / 34共五十七页摩尔定律 24 / 34共五十七页现代(xindi)计算机全称：“通用电子数字计算机”（Genera

14、l Purpose Electronic Digital Computer）通用：计算机是一种通用信息处理设备，只要有合适的软件，它能适用于各种用途。电子：是计算机硬件实现的物理基础，计算机的运行最终都通过电子电路中的电流、电位等实现数字化：是计算机的信息表示方式。一切信息，无论原本是数值、文字、图形、声音(shngyn)等，在计算机里都统一到二进制的数字化表示上。数字化是计算机的一种基本特征，是通用性的重要基础。 25 / 34共五十七页二、计算机分类(fn li)微型计算机（microcomputer）工作站（Workstation 超级微机）：强大(qingd)的图形功能，用于计算机辅助

15、设计个人桌面计算机（PC）笔记本、PDA服务器（小型机、中型机）速度快、存储容量大、稳定、多个处理器，可以为多个用户服务可以安装Windos系统，大多安装Linux系统速度较快，一般用于专业领域的桌面计算机 26 / 34共五十七页计算机分类(fn li)大型计算机速度快、体积(tj)庞大、价格昂贵，用于一般的大型公司，银行和研究单位，具有很强的管理能力。巨型计算机功能最强, 速度最快(几万亿次)n万亿次以上浮点运算 / 秒天气预报、地震分析、人工智能、数据可视化。国家科技水平的重要标志 27 / 34共五十七页关于(guny)超级计算机（巨型机）当前处理能力(nngl)最强的巨型机（2010

16、.6） JaguarOak Ridge National Laboratory (美国橡树岭国家实验室） 建成时间：2009年 CPU数目：224162个 实测峰值速度：1759万亿次 理论峰值速度：2331万亿次采用的CPU：AMD x86_64 Opteron Six Core 2600 MHz (10.4 GFlops) 28 / 34共五十七页关于(guny)超级计算机（巨型机）中国大陆处理能力最强的国产巨型机Nebulae (星云(xngyn)，曙光公司的TC3600刀片系统集群组成2010年全球排名：第2位中国深圳国家超级计算机中心建成时间：2010年 CPU数目：120664个

17、实测峰值速度：1271 万亿次 理论峰值速度：2984 万亿次 采用的CPU：Intel EM64T Xeon X56xx (Westmere-EP) 2660 MHz (10.64 GFlops) 29 / 34共五十七页超级计算机最新趋势(qsh) 2010年，美国(mi u)在全部500套系统中占据286套，英国以38套位列第二，中国以24与德国并列第4. FLOPS，是“每秒所执行的浮点运算次数”(floating-point operations per second) 。它常被用来估算电脑的执行效能，尤其是在使用到大量浮点运算的科学计算领域中。 30 / 34共五十七页由国防科大研

18、制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。2010年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速度，首次将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次是继天河一号之后(zhhu)，中国超级计算机再次夺冠。1共五十七页天河二号超级计算机系统由170个机柜组成，包括125个计算机柜、8个服务机柜、13个通信机柜和24个存储机柜，占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦。天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存

19、储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。相比此前排名世界(shji)第一的美国“泰坦”超级计算机，天河二号计算速度是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相当。共五十七页 三合一：三网合一（电信网、计算机网、广播电视网） 三线(sn xin)合一（数据线、声频线、视频线） 三机合一（电脑、电视、电话）计算机的发展趋向微型化网络化智能化多媒体化 计算机的发展趋向共五十七页 96年前后微软董事会主席(zhx)比尔.盖茨提出 未来计算机能与人对话(duhu)，进入无线网络。具有看、听和说的能力。无论是在家里还是办公室，人们都能够通过对话(duhu)操纵计算机共五十七页计算机的特

20、点(tdin) 共五十七页2022/7/1936计算机的应用(yngyng) 计算机的应用(yngyng)类型 1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 4. 过程控制 5. CAD/CAM/CIMS 6. 多媒体技术 7. 虚拟现实 8. 人工智能 计算机的主要应用领域 1. 工商：电子商务、CAD/CAM 2. 教育：多媒体教育、远程教育 3. 医药：CAT、MRI、远程医疗 4. 政府：电子政府 5. 娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析 7. 家庭：家庭信息化 共五十七页 37 / 160第二讲 计算机的信息(xnx)表示共五十七页 38 / 160数制及数制

21、转换(zhunhun)数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。通常按进位的方法进行计数，也称为进位计数制。计算机系统中几种常用进位计数制： 十位(sh wi)制(Decimal notation) 二进制(Binary notation) 八进制(Octal notation) 十六进制数(Hexdecimal notation)共五十七页进位计数(j sh)制及它们之间的转换1. 数的进制 进位计数(j sh)制三个基本特点: 基数 某计数制中,数码的个数，如十进制的基数为10，数码为0，1，2，3， 9 逢n进一 如十进制中逢10进1 位权 某计数制中,数位中数码

22、所代表数值的大小等于这数码乘上一个固定的值,该值称为位权的，如10，100， 计算机内部使用二进制数 一个二进制数可按位权展开成一个多项式，例如： (11.101)221+120+12-1+02-2+12-3共五十七页 40 / 160数制及数制转换(zhunhun)十进制数的特点是用十个数码(09)表示所有的数，基数是10，采用逢十进一的记数方法。二进制数的特点是用两个(lin )数码(01)表示所有的数，基数是2，采用逢二进一的记数方法，八进制数的特点是用八个数码(07)表示所有的数，基数是8，采用逢八进一的记数方法。十六进制数的特点是用十六个数码(0F)表示所有的数，基数是16，采用逢十

23、六进一的记数方法。共五十七页 41 / 160数制及数制转换(zhunhun)例: 十进制数253在不同(b tn)数制下的表示253 = 2102 + 5101 + 3100 = An2n + A(n-1)2(n-1) + + A121 + A020 = Bm8m + B(m-1)8(m-1) + + B181 + B080 = Ck16k+C(k-1)16(k-1) +C1 161+C0 160AnA(n-1)A1A0 ： 二进制数BmB(m-1)B1B0 ： 十进制数CkC(k-1)C1C0 ： 十六进制数共五十七页 42 / 160数制及数制转换(zhunhun) 不同数制之间的转换，

24、实质是基数间的转换。一般转换的原则是：如果两个有理数相等，则两数的整数部分(b fen)和小数部分(b fen)一定分别相等。因此，各数制之间进行转换时，通常对整数部分和小数部分分别进行转换。共五十七页 43 / 160数制及数制转换(zhunhun)整数(zhngsh)的转换十进制数转换成二进制数 把十进制数转换为二进制数的方法是：整数转换用“除2取余法”；小数转换用“乘2取整法”。11111101共五十七页 44 / 160数制及数制转换(zhunhun)十进制数转换成二进制数 将(0.745)10转换成四位二进制小数，转换过程如下：0.7452 1.490 取出整数1 (最高位)0.49

25、02 0.980 取出整数00.9802 1.960 取出整数10.9602 1.920 取出整数1 (最低位)0.920 转换结束 这里，第四次乘积的小数部分不为0，但已满足题目所要求的精度(jn d)，所以， (0.745)10 (0.1011)2。显然，在转换过程中，做的乘法次数越多，结果就越精确。小数的转换共五十七页 45 / 160数制及数制转换(zhunhun)十进制数转换成八进制数和十六进制数 十进制数转换成八进制数的方法(fngf)是：整数部分转换采用“除8取余法”；小数部分转换采用“乘8取整法”。 十进制数转换成十六进制数的方法是：整数部分转换采用“除16取余法”；小数部分转

26、换采用“乘16取整法”。共五十七页 十进制数与十六进制数之间的转换，以及十进制数与八进制数之间的转换，可以二进制数为媒介。即 十六进制数 十进制数 二进制数 八进制数 (1)十进制数与二进制数之间的转换 十进制整数转换为二进制数的基本方法(fngf)：除2取余 例1.1 将117 转换成二进制数结果为1110101，通常写成(117)10(1110101)2 2.数制之间的转换(zhunhun)共五十七页另一简便方法：从高位到低位确定(qudng)每一位为 1或 0举例 (97)10 = ( _？_ )2 97 - 64 分解数 33 - 32 分解数 1 分解数 (217)10 = ( _？

27、_ )21100001110111001思考题共五十七页例1.3 将十进制小数0.6875转换成二进制数 方法：乘2取整 (0.6875)10=(0.1011) 2 例1.4 将十进制数117.6875转换成二进制数 方法：将整数(zhngsh)部分和小数部分分别转换 (117.6875)10=(117)10 + (0.6875) 10 =(1110101)2 + (0.1011) 2 = (1110101.1011) 2共五十七页 (2) 二进制数与十六进制(sh li jn zh)数之间的转换 “四位一并法” “一分为(fn wi)四” 例1.6 将二进制数11001011.01011转换

28、为十六进制数 1100 1011 . 0101 1000 C B . 5 8 因此 (11001011.01011)2(CB.58)16共五十七页 “三位一并(ybng)法” “一分为三” 例如：(11001011.01011)2=(313.26)8 下列各数中，最大的一个数是 _?_。 A. (11011001)2 B. (75)10 C. (37)8 D. (A7)16想一想A思考题(3)二进制数与八进制数之间的转换(zhunhun)共五十七页 51 / 160数制及数制转换(zhunhun)非十进制数转换成十进制数 非十进制数转换成十进制数的方法是，把各个(gg)非十进制数按权展开求和即

29、可。即把二进制数（或八进制数，或十六进制数）写成2（或8或者16）的各次幂之和的形式，然后计算其结果。11111101.1011 = 127 + 126 + 125 + 124 + 123 + 122 + 021 + 120 + 12-1 + 02-2 + 12-3 + 12-4 = 253.6875(375)8 = 382 + 781 + 580 = 253(FD)16 =D161 + F160 = 253.745精度原因共五十七页 52 / 160数制及数制转换(zhunhun)问题1：10进制到7进制如何转换(zhunhun)？问题2：任意两个数制之间如何转换？如7进制数转换为12进制，该如何进行？共五十七页 53 / 160二进制数的运算(yn sun)在计算机内部，最基本的数制表示是二进制。其运算包括：算术运算：加、减、乘、除逻辑运算：与、或、非、异或计算机为什么采用二进制，二进制并不符合人们的习惯，但是计算机内部仍采