工学学习情境一计算基础知识

工学学习情境一计算基础知识第1页/共51页1.1计算机概论项目名称参考学时能力目标任务描述计算机概论0.5了解计算机的发展明白计算机的特点及分类了解计算机的应用简述计算机的发展简述计算机的特点及分类简述计算机的应用领域任务单1第2页/共51页1.1.1计算机的产生与发展计算机的产生算盘时代机械时代机电时代计算机的发展第3页/共51页计算机的发展史4美籍匈牙利数学家冯·诺依曼英国科学家查尔斯·巴贝奇剑桥“路卡辛讲座”的数学教授,天文学会金质奖章获得者。(1)1822年设计了差分机。(2)1834年设计了分析机。英国科学家艾兰·图灵(1)建立图灵机（Turingmachine）模型，奠定了可计算理论的基础。(2)提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。第4页/共51页计算机的发展史1.第一台电子计算机1946年2月由美国宾州大学研制成功的ENIAC。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重达30t占地250m2功耗150000W18000个电子管保存80个字节主要缺点:耗时长:人工连接线路第5页/共51页计算机的发展史美籍匈牙利数学家JohnvonNeumann冯·诺依曼冯·诺依曼计算机(1)硬件思想：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个部分组成。(2)软件思想：计算机中程序和数据以二进制数的形式存放在同一个存储器中。

运算器存储器控制器输入输出当今计算机的基本体系结构和作用机制仍然沿袭着这种构思和设计。第6页/共51页计算机的发展史2.计算机的发展时代年份器件软件应用一1946—1957电子管机器语言/汇编语言科学计算二1958—1964晶体管高级语言数据处理/工业控制三1965—1970集成电路操作系统文字处理/图形处理四1971年迄今大规模集成电路数据库/网络等社会的各个领域第7页/共51页计算机的发展史电子管的缺点：体积大耗能高散热量大晶体管的优点：体积小耗能低性能稳定ENIAC是电子管的代表第8页/共51页计算机的发展史将计算机浓缩在一颗芯片上晶体管数目40041972年酷睿2双核

2亿9千万23004004芯片Pentium4420000000第9页/共51页我国研制计算机的情况我国计算机事业始于1953年，经过几十年的发展，取得了令人瞩目的成就1958年，第一台计算机研制成功1964年，研制出晶体管计算机1970年，研制出集成电路计算机1983年，研制出“银河-I”号巨型计算机（每秒钟1亿次）1992年，“银河-II”巨型计算机研制成功（每秒10亿次）1997年，“银河-III”每秒百亿次巨型计算机研制成功1999年，银河四代巨型机研制成功2000年，我国研制成功“神威I”（每秒3480亿次)第10页/共51页我国研制计算机的情况2010年11月，在国际超级计算机TOP500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排名中，中国在前十中占有２席，“天河一号”排名第一，“曙光星云”排名第三。天河一号

Cray代号为“Jaguar”（美洲虎）XT5“曙光星云”第11页/共51页1.1.2计算机的特点快速的运算能力足够高的计算精度超强的“记忆”能力复杂的逻辑判断能力按程序自动工作的能力第12页/共51页1.1.3计算机的分类按规模、功能划分巨型机：指运算速度在每秒亿次以上的计算机。例如：曙光4000L。大型机：通常作“客户机/服务器”的服务器。

小型机：规模小、结构简单，运算几百万次/秒。 单片计算机：单片计算机则只由一片集成电路制成，其体积小，重量轻，结构简单

。微型计算机：也称为个人计算机（PC）。特点是小、巧、轻、使用方便、价格便宜。按信息的表示方式分类：数字计算机和模拟计算机。按功能分类：专用计算机和通用计算机。按工作模式分类：服务器和工作站两类。

第13页/共51页1.1.4计算机的应用领域科学计算数据处理过程控制计算机辅助系统人工智能家庭生活计算机辅助教学——CAI远程教学与网络教学计算机辅助设计——CAD计算机辅助制造——CAM第14页/共51页1.2案例——配置一台微机项目名称参考学时能力目标任务描述案例配置一台微机1掌握计算机中信息的表示掌握各种数制之间的转换计算机对信息如何表示各种数制之间如何转换1数据编码计算机中如何处理西文字符计算机中如何处理中文字符1计算机硬件系统组成计算机系统的组成及各部件的功能计算机的基本工作原理是什么0.5软件系统软件系统的组成，常用系统软件和应用软件的功能1微型计算机硬件系统组成描述微型计算机系统的结构微型计算机硬件系统的组成及各部件的功能0.5微型计算机的主要性能指标微机的主要性能指标有：字长、时钟主频、运算速度、存储容量、存取周期0.5配置微型计算机系统配置微机硬件系统和软件系统0.5计算机各部位的连接计算机各部位的连接：掌握对号入座原则、颜色识别原则以及显示器和其它设备与主机箱的连接方法。任务单2第15页/共51页1.2.1案例情境第16页/共51页1.2.1案例情境学完本案例后可以较深入的了解以下知识：计算机中信息是如何表示的以及各种数制之间如何转换计算机中数据是如何编码的计算机系统的组成及其工作原理微机系统的组成微型计算机的主要性能指标如何配置微机系统计算机中各部件如何连接1.2.1案例情境第17页/共51页1.2.2相关知识点1.计算机中信息的表示及数制转换（1）进位计数制（2）计算机中的常用进制十进制（D）：基数为10，各个位置的有效数字为0～9，位权为10的N次幂。二进制（B）：基数为2，各个位置的有效数字为0和1，位权为2的N次幂。八进制（O）：基数为8，各个位置的有效数字为0～7，位权为8的N次幂。十六进制（H）：基数为16，各个位置的有效数字为0～9和A～F，位权为16的N次幂。第18页/共51页1.2.2相关知识点计算机中信息的表示及数制转换（3）进制转换

①将R进制转换成十进制（R可以是2、8、16）方法：按权展开，然后相加。②将十进制数转换成R进制数（R可以是2、8、16）方法：整数与小数两部分分别转换，然后再拼接起来。整数部分：除R求余，直到商为零，先余为低位，后余为高位。小数部分：乘R取整，直到小数位为零或达到精度要求，先整为高位，后整为低位。第19页/共51页1.2.2相关知识点计算机中信息的表示及数制转换（3）进制转换

③将二进制数转换为八、十六进制数方法：以小数点为中心，向左或向右每三位（四位）二进制数一组，每组分别转换成它们所对应的八进制（十六进制）数字。位数不足时，整数部分左补零，小数部分右补零。④将八、十六进制数转换成二进制数方法：将每个八（十六）进制数用三位（四位）二进制数代替。第20页/共51页1.2.2相关知识点计算机中信息的表示及数制转换（4）信息单位

位（bit）：是二进制中一个数位，简称比特，可以是“0”或“1”。位是计算机中的最小单位。字节（Byte，B）：是计算机中最基本的单位。1B=8bit。除B外，还有KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）。它们与字节的关系是：

1B=8Bit 1KB=210B=1024B 1MB=210KB=1024KB=220B 1GB=210MB=220KB=230B 1TB=210GB=220MB=230KB=240B字（word）：计算机处理数据时，一次可以运算的数据长度称为一个“字”。字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。第21页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码（1）西文字符编码

ASCII（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）码是美国标准信息交换码，被国际标准化组织（ISO）指定为国际标准。ASCII码有7位码和8位码两种版本。国际通用的7位ASCII码称为基本ASCII码，共有27=128个不同的编码值，其中包括：26个大写英文字母，26个小写英文字母，0~9共10个数字，34个通用控制字符和32个专用字符（标点符号和运算符），如表1.3所示。第22页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000NULDLESP0@P'p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_oDEL表1.3标准ASCII码表第23页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码（2）中文字符编码

①汉字输入码为将汉字输入计算机而编制的代码称为汉字输入码，也称为外码。汉字输入码是根据汉字的发音或字形结构等多种属性和汉语有关规则编制而成的。

②汉字信息交换码（国标码）

国标码：汉字信息交换码是用于汉字信息处理系统之间或者与通信系统之间进行信息交换的汉字代码，简称交换码，也称为国标码。我国1981年颁布了国家标准——《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，代号“GB2312-80”，即“国标码”。国标码规定了进行一般汉字信息处理时所使用的7445个字符编码。其中682个非汉字图形字符和6763个汉字的代码。汉字代码中又有一级常用汉字3755个，二级非常用汉字3008个。一级常用汉字按汉语拼音字母顺序排列，二级非常用汉字按偏旁部首排列，部首顺序依笔画多少排序。第24页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码（2）中文字符编码

区位码：在国标码中，全部国标汉字与图形符号组成一个94×94的矩阵，矩阵的每一行称为一个“区”，每一列称为一“位”，这样就形成了94个区（01区~94区）、每个区内有94位（01位~94位）的汉字字符集。一个汉字所在位置的区号和位号组合在一起就构成一个四位数的代码，前两位数字为“区码”（01~94），独立占一个字节，后两位数字为“位码”，也独立占一个字节，这种代码称为“区位码”。编码范围为0101~9494，转为十六进制为0101H~5E5EH。在区位码中，1-15区为非汉字图形区，16-87(10H~57H)区是汉字区，88-94是保留区。其中16-55区为一级汉字，56-87区为二级汉字。

区位码与国标码之间的关系：国标码＝十六进制的区位码+2020H第25页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码（2）中文字符编码

③汉字内码汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理和传输而编制的汉字代码，它应能满足存储、处理和传输的要求。当一个汉字输入计算机后就转换为内码，然后才能在机器内流动、处理。

汉字两字节的机内码和国标码有一个对应关系：机内码=国标码+8080H

④汉字字形码汉字字形码即汉字输出码，用于显示或打印汉字时产生字形。描述汉字字形的方法主要有点阵字型和轮廓字形两种。第26页/共51页1.2.2相关知识点2.数据编码（2）中文字符编码

⑤各种汉字代码之间的关系输入码内码字形码国标码汉字输出第27页/共51页1.2.2相关知识点3.计算机的硬件系统计算机系统硬件软件主机外部设备内存CPU控制器随机存储器(RAM)外存输入/输出设备系统软件应用软件运算器只读存储器(ROM)第28页/共51页1.2.2相关知识点3.计算机的硬件系统（1）主机

①中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）

CPU是计算机硬件系统的核心，主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件。它是负责运算和控制的中心，计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。CPU可以直接访问内存储器，它和内存储器构成了计算机的主机，是计算机的主体。

运算器ALU（ArithmeticandLogicalUnit）：运算器主要功能是对二进制数码进行算术或逻辑运算，它的速度几乎决定了计算机的计算速度。

控制器CU（ControlUnit）：控制器是计算机的神经中枢，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊的进行操作和处理。第29页/共51页1.2.2相关知识点3.计算机的硬件系统（1）主机

②

内存储器（主存储器、MainMemory）

内存储器分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两类。

随机存储器RAM有两个重要的特点：一是其中的信息随时可以读出或写入，当写入时，原来存储的数据将被冲掉；二是加电使用时其中的信息会完好无缺，但是一旦断电（关机或意外掉电），RAM中存储的数据就会消失，而且无法恢复。内存容量实质上指RAM的容量。

只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）主要用来存放固定不变的控制计算机的系统程序和数据。ROM中的信息是在制造时用专门设备一次写入的，存储的内容是永久性的，即使关机或掉电也不会丢失，如BIOS（基本输入输出系统）中的内容就存储在ROM中。第30页/共51页1.2.2相关知识点3.计算机的硬件系统图1-9CPU、内存、外存间的关系（2）外部设备

①外存储器（辅助存储器、Memory）

CPU内存交换数据不能直接交换数据交换数据外存第31页/共51页1.2.2相关知识点3.计算机的硬件系统（2）外部设备

②输入设备（InputDevices）输入设备其主要作用是把人们可读的信息转换为计算机能识别的二进制代码输入计算机，供计算机处理。目前常用的输入设备是键盘、鼠标器、光笔、扫描仪、麦克风等。

③输出设备（OutputDevices）输出设备的主要功能是将计算机处理后的各种内部格式的信息转换为人们能识别的形式（如文字、图形、图像和声音等）表达出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音箱等，它们分别能把信息直观地显示在屏幕上或打印出来。

④接口设备接口设备主要是指网络设备、声卡、显卡等，第32页/共51页1.2.2相关知识点4.计算机的软件系统（1）系统软件

系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译为机器语言等。一般来说系统软件可分为操作系统、语言处理程序、服务程序和数据库管理系统。（2）应用软件

应用软件是为了解决各种实际问题而编写的计算机程序。例如：文字处理、表格处理、电子演示、电子邮件收发等是企事业单位或日常生活中常见的问题，WPS办公软件、MicrosoftOffice办公软件等。第33页/共51页1.2.2相关知识点5.计算机的基本工作原理输入输出存储器信息运算器数据信号数据CPU控制信号控制器图1-10计算机工作原理图第34页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成显示器CPU主板内存硬盘显卡光驱鼠标键盘主机音箱图1-11微型计算机硬件系统组成第35页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（1）总线（BUS）

①内部总线 ②系统总线 ③外部总线微处理器CPU主存储器DBCB外存接口软、硬盘驱动器其他I/O接口AB输入输出接口键盘、显示器等各种外设图1-12微型计算机三总线结构第36页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（2）主板（MainBoard）

PCI扩展槽PCI-E扩展槽软驱连接端口SATA接口IDE连接端口对外连接端口CPU插槽内存插槽图1-13微机系统主板

第37页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（3）中央处理器CPU图1-14LGA封装的Pentium4CPU芯片外观图1-15Pentium4CPUFC-PGA2封装形式

第38页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（4）内存储器（Memory）图1-17内存储器

随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）EEPROM内存静态随机存储器（SRAM）动态随机存储器（DRAM）存储器外存：硬盘、光盘、U盘等PROM高速缓冲存储器ROM图1-16存储器分类第39页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（5）外部存储器（辅助存储器）

硬盘片读写磁头

（a）硬盘存储器（b）光盘（c）U盘（d）移动硬盘（e）MP3（f）MP4图1-18外存储器第40页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（5）外部存储器（辅助存储器）

表1.4各种存储技术的参数各种存储器体积容量特点闪盘（U盘）多样化、最小化1GB/2GB/2×2GB/2×4GB等携带方便、抗震存储卡体积最小化4GB/8GB/16GB/32GB等便于携带，超大空间，防震，多功能记忆棒50mm×21.5mm×2.8mm31mm×20mm×1.6mm8GB/16GB/32GB/64GB等高度抵抗震动及摇动，多功能，数据存储安全移动硬盘体积相对偏大250GB/320GB/500GB/1TB/2TB等抗电磁、抗潮，多功能，速度更快、携带轻便第41页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（6）输入设备

键盘扫描仪鼠标数码相机摄像头手写笔图1-19微机常见输入设备

第42页/共51页1.2.2相关知识点6.微型计算机的硬件系统组成（7）输出设备

图1-20微机常见输出设备

音箱打印机投影仪显示器第43页/共51页1.2.2相关知识点7.微型计算机的主要性能指标（1）字长：字长是计算机CPU一次处理数据的实际位数。（2）时钟主频：时钟主频是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。（3）运算速度：计算机的运算速度通常是指每秒钟执行的加法指令数目，常用每秒百万次MIPS（MillionInstructionsPerSecond）来表示。（4）存储容量：存储容量分内存容量和外存容量。这里主要是指内存储器的容量。（5）存