第3章 管理信息系统的技术基础(一)计算机基础

1、3.1 计算机的发展3.2 计算机的运算基础3.3 计算机硬件3.4 计算机软件本章小结第三章 管理信息系统的技术基础（一）计算机基础11945年, 美国数学家冯.诺依曼博士发表电子计算工具逻辑设计论文提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想1946年, 美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机 ENIAC重28吨，耗电150kW占地170平米用电子管18800个每秒5000次加法3.1 计算机的发展 产生2第一代 电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代 晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算，高级语言第三代 中小规模集成电

2、路时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代 大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机的发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化3.1 计算机的发展 发展简史3巨型机几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组成Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I, 银河II, 银河III小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜美国Convex公司的C系列机为其代表产品大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用代表产品有IBM360，370，4300等3.1 计算机的发展 分类14小型机可以满足部门性的需求，供小型企事业

3、单位使用，典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列工作站用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等典型产品有SUN工作站等微型机个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉3.1 计算机的发展 分类25科学计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算过程控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计/分析/制造/教学机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI数据处理数据库管理，企业信息管理，统计汇总，办公自动化智能模拟人工智能，专家系统，自学习3.1 计算机的发展 应用领域6冯.诺依曼机计算机结构的基本思想计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成

4、采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改数据以二进制码表示3.2 计算机的运算基础 系统原理17冯.诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序” + “程序控制”3.2 计算机的运算基础 系统原理2输入设备控制器输出设备 CPU存储器运算器ALU0110+10016+9158数字化信息编码的概念：信息：用数值、文字、语音、图形和图像表示在计算机内一切信息必须进行数字化编码（即用二进制代码形式），才能在机内传送、存储和处理3.2 计算机的运算基础 数据表示方法19例：数2343.43可以分解为： 2103310241013100410 -1310 -2数值的表示

5、一个数值各位数字表示的值不仅与该数字有关，且与该数字所在的位置有关位权位权位权位权位权位权基数：相邻位权之比（10）每个数位上的数字所表示的值=该数字位权位权：基数的 i 次方 ( i 为与位置对应的自然数：-2至3） 3.2 计算机的运算基础 数据表示方法210K进制数转换为十进制数 位权展开法 例：将下列数值转换为十进制数 (101.01)2 (205.4)8 (AF.8)16 解： (101.01)2= 12202112002 -112-2 =(5.25)10 (205.4)8= 28208158 048 1 =(133. 5)10 (AF.8)16= 1016 1 15160816 -

6、1 =(175. 5)103.2 计算机的运算基础 数据表示方法311十进制数转换为K进制数，将整数部分与小数部分分开来算整数部分：除以K取余数，直到商为0，余数自下而上排列小数部分：以小数部分乘以K取积的整数，并将其自上而下排列，直到小数部分为0或规定精度为准3.2 计算机的运算基础 数据表示方法412例：将（100.345）10 转换为二进制数（1100100.0101）100502512631022222220001101低位高位0.345x20.690 x2x21.3800.760 x21.520 x2高位低位整数部分小数部分3.2 计算机的运算基础 数据表示方法513二进制数的简单运

7、算-算术运算加法：逢2进1 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10（进位） 10+10= ?减法：借1当2 0-0=0 1-0=1 1-1=0 10-1=1（借位） 100-10= ?乘法：加法+移位 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1 10*10=100 100*10=1000 110*10= ?除法：减法+移位 01=0 11=1 1010=1 10010=10 110010= ?3.2 计算机的运算基础 数据表示方法614程序 是用户在使用计算机时，为了要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。 构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放 要破坏这种顺序性，必须由转移

8、指令操作指令 是CPU能执行的一个基本操作。 如：取数、加、减、乘、除、存数 等 3.2 计算机的运算基础 程序的运行115计算机能够执行的各种不同类型指令的总和称为该机的指令系统指令系统决定了计算机的功能，指令越多，计算机功能越强，线路也就越复杂。以下是几类基本指令：数据传送指令算术运算指令逻辑运算指令程序控制指令输入/输出指令其他指令3.2 计算机的运算基础 程序的运行216输入设备 键盘 鼠标 触摸屏输出设备 打印机 显示屏 绘图仪外存 磁盘 磁带 光盘中央控制单元（CPU）算术逻辑单元控制单元（Control Unit）Register(寄存器)Cache（高速缓存）总线RAM(内存)

9、主存3.3 计算机硬件 系统结构17 中央处理器一般功能 进行算术逻辑运算 接收和发送数据 提供控制信号 对指令解码 暂存少量数据3.3 计算机硬件 中央处理器18主存储器分类 只读存储器（ROM） 随机读写存储器（RAM）3.3 计算机硬件 存储器119二级存储器 磁盘、磁带、光盘3.3 计算机硬件 存储器220输入设备键盘、扫描仪、鼠标、条形码阅读器等输出设备打印机、显示器、绘图仪等3.3 计算机硬件 输入/输出设备21(1) CPU(2) 存储设备(3) 输入输出设备处理速度更快存储容量更大，更快价格更低尺寸-更小人机界面多媒体化，人性化3.3 计算机硬件 发展趋势1单CPU串行处理多C

10、PU并行处理(4)使计算机运行速度更快22CPU计算速度越来越快如：“白色ASCI”超级计算机：ASCI全称高级战略计算计划，是为美国能源部核武器库 管理而制订的，目的是实现对核武器的检查和测试。造价1.1亿美元，占地2个篮球场，重量=17头大象IBM公司制造，主要用途是进行模拟核武器试验计算速度为每秒12.3万亿次，是普通计算机100万年才能完成的工作量3.3 计算机硬件 发展趋势2（举例）23存储设备：体积小，容量大计算机存储器：20年前，IBM-XT个人电脑刚问世时，电脑硬盘容量最大只有10MB；而如今个人电脑硬盘容量一般已达到几百GB移动存储器：如今U盘一般为几GB至几十GB，移动硬盘

11、为几百GB至几十TB不等数据接口：软驱早已从计算机的标准配置中“抹去”，而USB接口存储设备已得到普遍推广3.3 计算机硬件 发展趋势324康奈尔大学和哈佛大学分别开发出有开关功能的纳米晶体管，体积比现有晶体管小100倍，相当于单个分子大小。这一突破将有利于开发在单个分子上装配电子器件的化学技术。还有可能使计算机电路再缩小6万倍，造出仅有句号大小的超微型计算机，进而开发出携带超微型计算机的医用纳米机械。 案例3.1 IT发展 句号大小的超微型计算机25利用简单的 DNA计算机，在实验中为一个有24个变量、100万种可能结果的数学难题找到了答案。这是迄今用非电子化计算手段解出的最复杂数学问题，表

12、明 DNA计算机又迈出重要一步。但 DNA计算机错误率还是太高，要想真正超越电子计算机，还需在 DNA大分子操纵技术等方面有大突破。 案例3.1 IT发展 DNA计算机26“2005年中国高性能计算机性能TOP100排行榜”中国气象局引进的IBM超级计算机以21万亿次秒的峰值运算能力夺冠。去年落户上海超级计算中心的国产“曙光4000A”以11万亿次秒的最高运算速度排名第二。 案例3.1 IT发展 曙光4000A超级计算机27所谓“超级计算机”是指那些用于科学技术研究的超大型运算系统，其领域包括数值气象研究、生物信息、地震地质（油气勘探）等各个方面。此次国产服务器品牌以51的微弱优势首次超过国外

13、品牌，曙光、联想、浪潮、神威、上海大学、清华大学等单位榜上有名。案例3.1 IT发展 曙光4000A超级计算机28案例3.1 IT发展 曙光4000A超级计算机29在计算机系统中，软件是相对于硬件而言的另一类必不可少的组成部件软件包括了使计算机运行所需要的各种程序及其有关的资料，承担着为计算机运行服务的全部技术支持只有硬件的裸机甚至不可能启动运行，必须要有软件的支持，计算机才能去实现与完成应用任务和从事信息处理3.4 计算机软件 概念1303.4 计算机软件 概念2工具软件应用软件系统软件硬件系统软件： 管理计算机系统资源及操作。操作系统、实用软件、工具软件： 用于开发应用软件或管理数据。编程

14、语言、开发软件应用软件： 用于具体领域的问题，事务处理软件、分析决策软件31操作系统：是计算机最基本、最重要的软件包，它控制CPU的操作，控制计算机系统的输入/输出，资源分配，为应用程序提供各种服务与接口操作系统版本： 单机操作系统：Windows XP、Windows 7、 网络操作系统：Windows 2000、Windows NT、3.4 计算机软件 系统软件132数据库管理系统（Database Management System，DBMS）:是专门对数据记录进行综合管理的软件，以数据文件结构的定义、数据记录的更新、数据记录的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持数据库管理系统产品

15、： Oracle、DB2 、Sybase 、SQL Server、3.4 计算机软件 系统软件233 程序设计语言分类: 机器语言：由二进制指令代码构成 汇编语言：由助记符作为操作指令的符号语言 高级语言：如C, Pasacl等 第四代语言（4GL）：如数据库中的SQL语言等 面向对象的程序设计语言：如 C+、Java 等 标记语言：如HTML 、 XML等（用于网页制作） 。 开发工具：如Dephi 6 、JBuild 9 等3.4 计算机软件 工具软件34通用应用软件：指某些具有通用信息处理功能的商品化软件。它的特点是通用性，因此可以被许多类似应用需求的用户所使用。它所提供的功能往往可以由

16、用户通过选择、设置和调配来满足用户的特定需求。典型的通用应用软件： 文字处理软件 电子表格软件 绘图软件 数值统计分析软件等3.4 计算机软件 应用软件135专用应用软件：满足用户特定要求的应用软件。因为某些情况下，用户对数据处理的功能需求存在很大的差异性，通用软件不能满足要求时，此时需要由专业人士采取单独开发的方法，为用户开发具有特定要求的专门应用软件 典型的专用应用软件： 会计处理系统 销售管理系统 人力资源管理系统等3.4 计算机软件 应用软件236办公软件： 文字处理软件：Microsoft Word、Adobe PageMaker、 电子表格软件：Microsoft Excel、Lo

17、tus 1-2-3、 报告图形软件：Microsoft ppt、Lotus Freelance Graphics 电子邮件软件： Microsoft Outlook 网络浏览软件：Internet Explorer、Netscape Navigator 群件：Lotus Notes、Communicator、 Internet Explorer3.4 计算机软件 应用软件337应用软件： 企业管理软件：会计处理系统、销售管理系统、 企业系统软件：ERP、CRM、e-Business、PDM、 分析决策软件：DSS、ESS、KMS、 其他应用软件：CAD、CAM、GIS、CIMS、3.4 计算机软件 应用软件438硬件和软件的发展是不对称的硬件是以等比的速度增长 每1.5年增长一倍而软件是等差级数增长 每年增长4-7%3.4 计算机软件 发展趋势139功能更强, 更聪明,使用更方便与人的交流方法更广泛软件的集成性增加,大系统工程