第1章计算机基础知识

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计算机应用基础2第1章计算机基础知识本章学习目标1.1计算机的基本概念1.2计算机系统的组成1.3信息编码1.4微型计算机的硬件组成3本章学习目标

本章主要学习计算机的基本概念、计算机中信息的表示、计算机系统的组成、微型计算机的硬件组成。主要有以下内容：计算机的发展过程;数字计算机的主要特点;计算机系统的基本组成;位、字节、字、字长以及存储单元地址的概念;信息在计算机中如何表示.41.1计算机的基本概念1.1.1

计算机的诞生和发展历史1.1.2计算机的分类1.1.3计算机的主要特点1.1.4

计算机的主要用途1.1.5

信息的基本概念1.1.6

计算机的发展方向51.1.1计算机的诞生和发展历史5000次加法/秒总重30吨占地150m218000只电子管1500个继电器功率170KW1946年美国研制出第一台数字式电子计算机—ENIAC6第一代（1946~1957）电子管5千（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几十万（次/秒）计算机发展的几个阶段7计算机发展的几个阶段第三代（1965~1970）中小规模集成电路百万（次/秒）第四代（1971至今大规模和超大规模集成电路百万亿（次/秒）81.1.2计算机的分类按信号分数字电子计算机模拟电子计算机数模混合计算机按设计目的分通用计算机专用机算机按用途分科学计算工业控制数据处理辅助设计/制造/教学……按规模分（字长、运算速度、存储容量）

巨型机：速度最快、处理能力最强

大中型机：大型、通用、较快

小型机：规模小、结构简单、设计周期短、使用维护简单。

微型机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜。91.1.3计算机的主要特点1.

自动控制能力：程序和数据都以二进制的形式存储在存储器中，由程序控制计算机自动执行，存储程序是计算机能自动控制处理的基础。

2.高速运算的能力3.具有“记忆”能力4.具有很高的计算精度5.具有逻辑判断能力6.通用性强，用途广泛101.1.4计算机的主要用途1.科学计算（最早应用的领域）2.数据处理（目前应用最广的领域）3.自动控制（实时控制）4.计算机辅助系统5.人工智能：CAD,CAM,CAE,CAI,CIMS网络应用、电子商务等111.1.5信息的基本概念信息人们进行各种活动所需和所获取的知识,例如:各种消息、数字、信号、图形、图像、语言等所包含的内容数据客观事物属性的表示，是符号。分：数值数据和非数值数据，数据与信息的关系数据是信息的表示形式，是信息的载体；信息是数据所表达的含义，是人们通过对数据的分析和理解得到的。信息不能独立存在，必须依附在某种载体之上。121.1.6计算机的发展方向巨型化微型化网络化智能化13

计算机发展趋势——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”、“天河一号”2570万亿次，排名第二国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”，运算速度为每秒3800亿次（排名80位）。14

计算机发展趋势——微型化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。15

计算机发展趋势——网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。16

计算机发展趋势——智能化第一代机器人:机械手（1962年出现）。人类第一个“工业机器人”：

一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第二代机器人:具有“感觉”的机器人第三代机器人:装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarryKasparov

171.2计算机系统的组成1.2.1计算机系统的组成1.2.2计算机硬件系统1.2.3软件的概念及软件的分类181.2.1计算机系统的组成

硬件系统（设备）软件系统（程序、数据、文档）计算机系统软件（software）是指实现算法的程序、数据和相关文档。软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。硬件（hardware）是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。191.2.2计算机硬件系统“存储程序”工作原理计算机硬件基本组成一、中央处理器二、存储器三、输入设备四、输出设备五、微型计算机主板、总线与接口20JohnvonNeumann－－－冯·诺依曼计算机的基本工作原理1）数据和指令以二进制方式表示，存入存储器中。2）控制器能够将程序自动读出并自动地执行。“存储程序”工作原理21一、中央处理器（CPU）

中央处理器包括：运算器和控制器。运算器（算术逻辑运算单元）：完成各种算术运算与逻辑运算。控制器：负责从内存读取各种指令，对指令进行分析，根据指令的具体要求向计算机的各个部件发出控制信号，协调计算机各个部件的工作。CPU性能指标：主频：主时钟的频率。在计算机中有一个不断产生时钟脉冲信号的装置，称主时钟。机器字长：

CPU能够同时处理的数据的二进制位数，它代表了机器的精度。22二、存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器外存储器：存放所有软件和用户文件内存储器：半导体存储器。存放正在运行程序和访问数据23位字节字及字长……字（机器字）字节（8位）(1B=1Byte)1、数据存储的组织形式位：信息存储的最小单位（1b=1bit)24

2、内存储器（内存、主存）内存：一般用半导体组成，通过电路与CPU相连。用来存放当前运行的程序、待处理的数据以及运算结果。内存储器的容量是以字节为基本单位的，存储容量单位：K字节 1KB=1024ByteM（兆）字节 1MB=1024KBG（吉）字节 1GB=1024MBT（太）字节 1TB=1024GB内存储器的每一个存储单元对应一个唯一的地址(按字节寻址），CPU按地址来存取存储器中的数据。25

内存储器分类只读存储器（readonlymemory）：简称ROM，CPU对它们只取不存，用于永久存放特殊的专用数据。

随机读写存储器（randomaccessmemory）：简称RAM，CPU对它们可存可取，分SRAM和DRAM,是内存的主要部分26存储容量：几百M到几G.存储周期：对存储器进行一次完整的读或写操作所需的时间。微机中存储周期一般为几十到几百纳秒（ns)。主要技术指标273、外存储器(辅存)外存容量比内存大，可移动。有磁盘（硬盘和软盘）、光盘、磁带等。1、软盘：5.25英寸,3.5英寸软盘存储系统：软盘、软盘驱动器。3.5英寸（DS,HD）：1.44MB。2、硬盘（温盘）：由若干硬盘片组成的盘片组，且存储介质与驱动机构密封在同一盘体内。软盘硬盘外存储器写保护28

3、CD（compactdisc）光盘：只读、一次写入光盘和可抹性光盘。

4、DVD光盘（DigitalVersatileDisc）:单面单层：4.7GB;单面双层8.5GB;双面双层17GB。5、U盘采用flashmemory(也称闪存)存储技术的USB设备，支持即插即用。

衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率=150KB/秒29三、输入设备

用来将数据输入到计算机中的外部设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪和数码相机等。1.键盘：计算机输入的主要设备。2.鼠标器：是为适应图形操作界面而使用的一种输入设备。30四、输出设备1.显示器作用：输出程序运行的最终结果；

常用阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）。显示器打印机31四、输出设备2.打印机把计算机的输出结果在打印纸上打印出来，以提供可长久保留的输出设备。点阵打印机喷墨打印机激光打印机321.2.3软件的概念及软件的分类

计算机的软件系统系统软件

应用软件程序设计语言及其处理程序33…服务程序语言处理程序操作系统用户程序应用软件包工具软件…系统软件应用软件一、计算机软件系统34二、系统软件1.操作系统：是系统软件主要的构成部分。提供计算机同用户的接口。2.程序设计语言与语言处理程序程序设计语言：机器语言、汇编语言和高级语言三类。语言处理程序：编译程序、汇编程序、解释程序。3.工具软件(服务软件)：是为应用软件和用户加工自己的程序和数据提供服务，并为系统管理人员提供日常维护手段的系统软件。

(1)诊断程序 (2)调试程序 (3)编辑程序4.数据库管理系统35三、应用软件应用软件是为解决用户某一特定的任务而编制的程序。常见的应用软件有以下几种:

(1)各种信息管理软件；

(2)办公自动化系统；

(3)各种文字处理软件；

(4)各种辅助设计软件以及辅助教学软件；

(5)各种软件包。36四、程序设计语言及其处理程序1、计算机的指令系统:指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。机器指令格式操作码地址码机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）371）机器语言

每条指令是由“0”和“1”组成的二进制指令代码，如：用于清除累加器

011011000000000000000001110101

2）汇编语言

用助记符来表示每一条机器指令，如清除累加器：

CLA00017

3、计算机程序设计语言38用人们熟悉的自然语言和数学语言来描述，可读性强，编程方便。3）高级语言：394、程序设计语言处理程序1).汇编程序2).编译程序3).解释程序：逐句解释执行40硬件操作系统软件用户程序或文档五、计算机系统层次结构计算机系统层次结构411.3信息编码1.3.1数值在计算机中的表现形式1.3.2字符编码42一、数值数据与非数值数据数值数据：是可以参加数值计算的数据。在计算机中以二进制数的形式表示。非数值数据（字符）：不表示数值的大小，它只代表一个符号，如：数字符号0～9、大小写英文字母、算术运算符、标点符号、显示不出来的控制符号、汉字。在计算机中以二进制形式表示。43三、计算机中的常用计数制及转换1、二进制（信息的存储、处理、传送）2、十六进制（书写方便）3、八进制（书写方便）4、各种进制间的转换441、二进制二进制数：逢2进一，基数为2，权为2的若干次幂。两个数字符号：0，1不论指令还是数据,不论数值、字符还是声音、图形等多媒体信息均必须转换成二进制的形式才能存入计算机,一个二进制数在计算机中是以电子器件的两个物理状态来表示。11111000128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦45二进制（续）二进制转换为十进制（按权展开）(10010)2

＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋0×20

＝(18)10

十进制转换为二进制（除2取余法）1.将十进制数除以2，得到一个商数和一个余数；2.再将商数除以2，又得到一个商数和一个余数；3.继续这个过程，直到商数等于零为止。每次得到的余数(必定是0或1)就是对应二进制数的各位数字。不同进制数用下标表示46例：(75)10？2结果为：100101175237121812092412202102

01注意：第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后一次得到的余数为二进制数的最高位。472、十六进制十六进制数：16个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,B,C,D,E,F（1）十六进制转换为十进制（按权展开）(FF)16＝15×161＋15×160＝(255)10（2）十进制转换为十六进制（除16取余法）48*十六进制（举例）计算机中的常用计数制及转换493、八进制（1）八进制转换为十进制（按权展开）(154)8＝1×82＋5×81＋4×80＝(108)10（2）十进制转换为八进制（除8取余数）50*八进制（举例）（2）十进制转换为八进制（除8取余数）计算机中的常用计数制及转换514、各种计数制之间的转换二进制、八进制与十六进制数之间的转换常见数值各种计数制之间的转换52二进制八进制二进制、八进制与十六进制数之间的转换一位拆三位整数从右向左三位并一位小数从左向右三位并一位一位拆四位二进制十六进制

整数从右向左四位并一位小数从左向右四位并一位53常见数值各种计数制之间的转换计算机中的常用计数制及转换十进制二进制八进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010541.3.2字符编码西文字符编码汉字编码各种汉字编码之间的关系55

一、西文字符编码

ASCII码（美国标准信息交换码），8位二进制码，最高位为0。7位可表示128个不同的字符。字符0——（0110000）2＝(48)10字符1——(49)10字符A——（1000001）2＝(65)10字符B——(66)10

字符a——（1100001）2＝(97)10

56二、汉字编码输入码：从键盘输入的代表汉字的编码.国标码（交换码）：二字节码，用两个七位表示一个汉字，把区位码的区码与位码的基础上分别加00100000（20H)。内码：

汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字内码占用两个字节，把国标码两个字节的最高位分别置为1（与ASCII码相区别）。字形码：存放在字库中的汉字字形点阵码。571.4

微型计算机的硬件组成硬件内存（ROM/RAM/Cache）主机外部设备外存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器总线I/O接口58主机箱立式机箱卧式机箱内部构造1、主机系统592、微机主板主板是一块印制电路板，CPU、内存储器及输入输出接口等均安装在主板上，磁盘存储器、CD-ROM等通过电缆与主板相连。603.微处理器（mpu）第一代微处理器：1971年Intel公司制成的4位微处理器4004、4040和早期的8位微处理器8008。第二代微处理器：以Intel公司1973年12月研制成功的8080为标志。第三代微处理器：1978年制造的8086和1979年研制的8088，1983年又制造了全16位的80286。第四代微处理器：1985年Intel公司制造出32位字长的微处理器80386；1989年4月又研制成功80486；1993年3月Intel公司制造出Pentium系列微处理器；2006年7月Intel推出新一代基于Core微架构的产品体系统称之酷睿；61地址总线:传输地址信息，地址总线的宽度决定了可直接寻址的内存范围。如16位地址总线，可构成216＝65536个地址。可直接寻址空间为64KB。数据总线:传输数据信息，数据总线的位数与微机的字长一致。如32位的CPU,其数据总线也是32位。控制总线:传输控制信息，包括CPU送往内