第一章计算机基础知识

第一章计算机基础知识

本章内容计算机的发展与分类计算机系统的组成计算机内信息的表示与存储计算机保养及上机注意事项2预科教育学院©Annie学习目标了解计算机的发展简史、发展趋势及应用领域熟悉微机硬件组成与软件分类掌握电子计算机中常用进位数及其相互转换了解计算机内字符信息的编码与存储方式3预科教育学院©Annie学习重点电子计算机的发展简史和四代机的主要元件计算机的系统组成硬件系统—五大部件软件系统—两大类计算机内信息编码与进位制互换，信息容量与存储容量的单位4预科教育学院©Annie学习难点计算机的工作原理计算机五大部件的功能计算机内部信息编码与存储5预科教育学院©Annie1.1计算机的发展与分类电子计算机(电子数字计算机)能自动、高速而精确地进行大量数值运算和信息处理的电子设备。自动：不用人工干预而是事先存储指令或程序，在程序控制下自动执行各种操作高速：运算速度快精确：是指计算精度高或小数有效位数可做得很大

很大主要特点6预科教育学院©Annie

第一台电子计算机：ENIAC（埃尼阿克）电子数字积分计算机1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生主要特征：占地面积为170平方米运算速度为每秒5000次18000多个电子管耗电150千瓦重量达30吨1.1.1电子计算机的诞生7预科教育学院©Annie代次年份器件软件主存储器与辅助存储器计算速度第一代46—57电子管机器语言延迟线或磁鼓（磁带）几千条第二代58—64晶体管汇编语言、高级语言磁芯存储器（磁盘）几百万条第三代64—71中小规模集成电路操作系统与结构化程序半导体存储器（磁盘为主）几千万条第四代71年迄今大规模或超大规模集成电路网络操作系统与面向对象程序设计集成度高的半导体（磁盘、光盘、U盘）数亿条以上1.1.1电子计算机的四个发展阶段代次第一代年份46—57器件电子管软件机器语言主存储器与辅助存储器延迟线或磁鼓（磁带）代次第二代年份58—64器件晶体管软件汇编语言、高级语言主存储器与辅助存储器磁芯存储器（磁盘）代次第三代年份64—71器件中小规模集成电路软件操作系统与结构化程序主存储器与辅助存储器半导体存储器（磁盘为主）代次第四代年份71年迄今器件大规模或超大规模集成电路软件网络操作系统与面向对象程序设计主存储器与辅助存储器集成度高的半导体（磁盘、光盘、U盘）8预科教育学院©Annie1.1.2计算机的分类计算机规模：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机信息表现形式和被处理的信息电子数字计算机（数字量、离散的）电子模拟计算机（模拟量、连续的）电子混合计算机用途：通用计算机、专用计算机采用的操作系统单用户机系统、多用户机系统、网络系统和实时计算机系统9预科教育学院©Annie1.1.2计算机的分类字长：4位，8位，16位，32位，64位计算机厂家原装机，兼容机主机形式：台式机，便携机，笔记本式机，手掌式机10预科教育学院©Annie超级计算机（巨型机）天河一号A“天河一号”的升级版斥资六亿元人民币总共有一百四十个机柜，一百五十多公吨重仅次于IBM的蓝色基因，世界上第二节能的超级计算机2010年11月世界超级计算机TOP500排名，位列世界第一。后2011年6月被日本超级计算机“京”超越。2012年6月18日，国际超级电脑组织公布的全球超级电脑500强名单中，“天河一号A”排名全球第五。11预科教育学院©Annie超级计算机（巨型机）天河二号2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以比第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美国专家预测，在一年时间内，“天河二号”还会是全球最快的超级计算机。12预科教育学院©Annie小超级机（小巨型机）桌上型超级计算机：巨型机缩小成个人机的大小使个人机具有超级计算机的性能美国Convex公司的C-1，C-2，C-3Alliant公司的FX系列13预科教育学院©Annie大型主机把大型主机放在计算中心的玻璃机房中，用户要上机就必须去计算中心的终端上工作。发展阶段：批处理阶段分时处理阶段分散处理阶段集中管理阶段主要厂商：IBM、DEC、富士通、日立、NEC14预科教育学院©Annie大型主机15预科教育学院©Annie大型主机与超级计算机的区别：计算速度：超级计算机明显强于大型机超级计算机：运算速度、内存大小大型机：数据传输与转移、可靠性、并发处理性能数据处理超级计算机：浮点数，如天气预报大型机：整数，如订单数据、银行数据等大型机在安全性、可靠性和稳定性方面优于超级计算机主机在处理数据的同时需要读写或传输大量信息，如海量的交易信息、航班信息等等。16预科教育学院©Annie小型机发起原因：大型机价格昂贵、操作复杂集成电路技术的发展代表机型：PDP-11，VAX-11等17预科教育学院©Annie1.1.3计算机的发展趋势趋势：巨、微、网、智、多媒体新类型的计算机简介生物计算机——以蛋白质分子作为逻辑元件的生物计算机（生物芯片），用于模拟人脑工作。光子计算机——用光子代替电子传递信息进一步提高计算机的运算速度。理论上能提高300多倍。1984年5月，欧洲研制出了世界上第一台光子计算机。量子计算机——用量子原理和量子态（位）表示二进制位，量子逻辑门取代电子逻辑门研制的计算机。速度更高、功能更强。18预科教育学院©Annie1.1.4计算机的应用领域科学计算（数值计算）数据处理（信息处理）辅助技术（CAD、CAM、CAI、CAT）过程控制（实时控制）人工智能（智能模拟）网络应用（资源共享、信息传输）电子商务电子政务返回19预科教育学院©Annie1.2计算机系统的组成计算机系统硬件系统主机主存(内存)—

ROM,AM,DRAM,SDRAM,DDRCPU（运算器，控制器,寄存器）软件系统FoxBase、FoxPRO系统软件操作系统服务程序语言处理程序数据库管理系统设备驱动程序DOS、WINOWDS、UNIX、LINUXBASIC、C、PASCAL显卡、网上、声卡、主板应用软件Office、信息管理、工资管理、财务管理外设外存储器磁盘

光盘

磁带输入设备输出设备显示器、打印机、绘图仪CD-ROM、WORM、ROCD软盘、硬盘键盘、鼠标、光笔、扫描仪20预科教育学院©Annie1.2.1计算机的工作原理冯·诺依曼体系结构前四代计算机均遵循冯·诺依曼体系结构核心：存储程序冯·诺依曼思想：采用二进制形式表示数据和指令采用存储程序方式计算机事先存储程序（指令），并在程序控制下工作计算机五大基本组成部件：运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备21预科教育学院©Annie冯氏计算机系统结构与数据流框图程序+数据控制器输出设备输入设备运算器存储器输出结果数据信息控制信号22预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统计算机硬件：构成计算机的电子、机械、光电等物理设备组成主机、输入设备、输出设备、辅助存储器23预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—主机组成主机箱、主板、CPU、内存条、硬盘、风扇、光驱、显卡、网卡、声卡、数据线、电源等主板位于主机箱地步的一块大型印刷电路板功能：载体—CPU、内存条、光驱、电源等桥梁—主机与输入/输出设备24预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—主板25预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—CPU中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）功能：协调指挥计算机各部件工作，完成算术运算和逻辑运算。CPU又称微处理器，是运算器与控制器集成到一块半导体芯片上做成的。26预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—CPU中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）双核处理器27预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—CPUCPU的组成运算器(ALU,ArithmeticLogicUnit)

—完成算术运算与逻辑运算 —由算术逻辑部件、累加器和通用寄存器组成算术运算：加、减、乘、除、乘方、开方逻辑运算：逻辑与（and）、或（or)、非（not）等控制器(CU,ControlUnit)

—协调指挥各部件自动连续工作 —由程序计数器、指令译码器、指令寄存器和控制信号发生器组成28预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—存储器计算机的记忆部件，用来存放程序和数据分类：高速缓冲存储器(Cache)、主存储器(内存)和外存储器Cache—缓解CPU速度与内存速度不匹配问题；—一级缓存L1直接封存在CPU芯片内部，二级缓存L2安装在主板上；—容量最小(1MB以下)，但速度最快(内存的数倍)；—用于存放当前正在执行的程序段或正在处理的数据；29预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—存储器内存

—直接受CPU控制与管理的存储器—由半导体芯片构成；—容量很小(256MB/1GB/2G/4G……)，速度很快；—内存是程序表演的舞台：任何程序只有竞争进入内存才能得到执行—内存包括只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)ROM用于存储系统BIOS，只读不写，掉电信息不会丢失；PROM、EPROMRAM可读可写，断电信息丢失；DRAM、SRAM30预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—存储器外存(辅助存储器)—永久存储信息—由磁性材料或反光材料制成；—容量大，价格低，存取速度慢；—存放暂时不用的程序和数据，主存的后援存储器；—外存不能直接与CPU或I/O设备进行数据交换，只能和内存交换数据。—软盘、磁盘、光盘、U盘、移动硬盘31预科教育学院©Annie1.2.1计算机硬件系统—存储器三类存储器性能比较32预科教育学院©Annie1.2.1计算机硬件系统—存储器存储器33预科教育学院©Annie1.2.2计算机硬件系统—输入/输出设备输入设备—将数据从人类习惯的形式转换成计算机的内部二进制代码放在内存中；—鼠标、键盘、扫描仪、麦克风、手写笔、数码相机等输出设备—将计算机处理结果从存储器中输出—将计算机内的二进制代码形式数据装换成人类习惯的文字、图形和声音等形式—显示器、打印机、绘图仪等注意兼输入又兼输出的设备有：硬盘、软盘、U盘、移动硬盘34预科教育学院©Annie1.2.3计算机系统主要性能指标运算速度(MIPS)—百万条指令每秒字长--CPU一次读写数据的位数，32/64位内存储器的容量—2GB/4GB外存储器的容量—500GB/1TB接口的标准与类型系统的软件配置可靠性—用系统平均无故障时间描述可维护性—用发生故障修复平均时间描述CPU主频单位GHz(1GHz=1000MHz)35预科教育学院©Annie1.2.4计算机软件系统软件计算机中的程序及其文档。程序：为解决一个信息处理任务而预先编制的工作执行

方案，是基本指令的集合；文档：便于了解程序功能及配备的阐明性资料。类别：系统软件应用软件36预科教育学院©Annie1.2.4计算机软件系统—系统软件系统软件控制和协调计算机及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统,是无需用户干预的各种程序的集合。类别：操作系统：DOS,Linux,UNIX,WindowsXP/7/8等语言处理程序：汇编语言汇编器、C语言编译器等数据库管理：Access,Oracle,Sybase,MySQL等辅助程序：调试程序、装备和连接程序等37预科教育学院©Annie1.2.4计算机软件系统—应用软件应用软件用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合。类别众多，如：办公软件：微软Office、WPS、GoogleDocs图象处理：Photoshop、绘声绘影等媒体播放器：Realplayer,千千静听、暴风影音等其他软件：通信工具(QQ/MSN),翻译软件(金山词霸)等38预科教育学院©Annie1.2.4硬件与软件的关系硬件和软件的关系构成计算机的有机整体，密不可分裸机：没有软件的计算机(只识别机器语言)没有硬件的软件只是写在书本上的代码,没有任何用处软件扩展硬件的功能,硬件是软件运行的物质基础返回39预科教育学院©Annie1.3.1计算机内为什么采用二进制数表示信息计算机内部信息必须数字化,即不管信息为数字、字符或图形图像等，必须采用二进制表示，那么，为什么要这样做呢？主要原因是：（1）二进制数数码少（仅有0和1）；（2）二进制数运算法则简单；（3）采用二进制数容易实现逻辑运算；机内信息统统采用二进制数编码表示，指令、程序、数据均如此。1.3信息的表示与存储40预科教育学院©Annie1.3.2计算机中常用的机制位数二进制、十进制和十六进制1.3信息的表示与存储（1）二进制数的数字符号（数码）只有两个：0，1。特点是：进位基数为2，逢二向高位进一，高位退一当二。（2）十进制数数码有：0，1，……，9（3）十六进制数数码有：0，1……，9，A，B，……，F特点是：进位基数为10，逢10向高位进一，高位退一当10。特点是：进位基数为16，逢16向高位进一，高位退一当16。十六进制数码可用四个二进制数表示三种进位制数的书写表示方法：80=80D（11011）=11011B2（AB）=ABH1641预科教育学院©Annie1.3.3不同进制数之间的转换1.十进制与二进制的互换1.3信息的表示与存储（1）二进制到十进制方法是：乘权求和或加权展开。（2）十进制到二进制方法：整数——除2取余法；小数——乘2取整法。012如：101B=1×2+0×2+1×2=5如：13=1101B8=1000B42预科教育学院©Annie1.3.3不同进制数之间的转换1.3信息的表示与存储1326232120101113=1101B8=1000B余数4822221200001余数43预科教育学院©Annie1.3.3不同进制数之间的转换1.3信息的表示与存储2、二进制与十六进制的互换十六进制数的数码特点：每个数码都可用四位二进制数表示012345670000000100100011010001010110011189ABCDEF1000100110101011110011011110111144预科教育学院©Annie1.3.3不同进制数之间的转换1.3信息的表示与存储2、二进制与十六进制的互换二进制与十六进制互换实例如：1001100110B=0010'0110'0110B=266H111111111111B=1111'1111'1111B=FFFH1234H=0001'0010'0011'0100B=1001000110100BABCFH=1010'1011'1100'1111B=1010101111001111B45预科教育学院©Annie1.3.4信息的存储单位1.3信息的表示与存储1、信息的最小单位——二进制位bit2、信息的基本单位——字节（Byte)1B=8b常用存储单位及其换算关系：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB46预科教育学院©Annie1.3.5机内字符编码1.3信息的表示与存储1、ASCII码——美国标准信息交换代码ASCII码采七位编码制，一个字节8个二进制位中的高位固定填充0，余下的七位的不同代表不同的英文字母或标点符号。这样，ASCII码基本集共有128=2个字符与控制符7具体编码如下表所示：列头为高三位，行首为低四位47预科教育学院©Annie1.3信息的表示与存储76543210000010100111001011101110000NULDLESP0@P′p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv48预科教育学院©Annie1.3信息的表示与存储76543210000010100111001011101110111BELETB’7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100F