计算机基础知识第一讲

计算机基础知识第一讲1第1页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.2微型计算机硬件构成1.3计算机的数制1.4数据信息在计算机中的表示1.5信息化社会本章内容2第2页，共77页，2023年，2月20日，星期四重点、难点1.目的(1)掌握计算机的基本概念与基础知识。(2)掌握计算机的基本组成、工作原理及主要应用。(3)了解微型计算机系统的基本组成。(4)了解数制的基本概念，掌握各类进制数间的转换。(5)了解信息在计算机中的表示。

2.重点、难点计算机系统构成、工作原理。微型计算机的硬件构成。各类进制数间的转换。信息在计算机中的表示的理解。3.教学方法：

讲授、多媒体教学3第3页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。

4第4页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.1计算机的发展

1.第一台电子计算机的诞生1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。名字：ENIAC(埃尼阿克)，全称:电子数字积分计算机地点：美国宾夕法尼亚大学主要元器件:电子管研制目的：军事上的需要意义：标志了电子计算机时代的到来5第5页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述ENIAC特点器件：18800个电子管70000个电阻1500个电容6000个开关体积：90立方米重量：30吨占地：170平方米耗电：140千瓦/时速度：5000次加法/秒

500次乘法/秒

100次除法/秒容量：存20个字长的10位十进制数6第6页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述现代电子计算机之父

1944~1945年间，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点，并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了两个设想：采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算机至关重要，也使冯·诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯·诺伊曼机体系延续至今。7第7页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（1）第一代电子管计算机的兴盛在ENIAC研制成功后，相继出现了一批电子管计算机，主要用于科学计算。采用电子管作为逻辑元件是第一代计算机的标志。UNIVAC由埃克特和莫克利研制成功，这也是第一个进行批量生产的计算机。1951年，电脑开始走出实验室服务于社会与公众。1952年，UNIVAC因准确地预测美国总统大选结果而名声大噪。IBM公司的IBM701击败竞争对手UNIVAC，一举奠定了蓝色巨人在计算机产业界的领袖地位。1950问世的第一台并行计算机EDVAC，首次实现了冯·诺依曼体系的两个重要设想：存储程序和采用二进制。

2.根据计算机所采用的物理器件可将计算机的发展分为四个时代。

8第8页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（2）第二代计算机

美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC。相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运算，计算能力实现了一次飞跃。IBM公司于1958年制成的1401及后续的1410/1440系列计算机，是第二代计算机中的代表，用户在当时可以以每月2500美元的价格租用IBM1401。9第9页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（3）第三代计算机“蓝色巨人”

IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBMS/360。IBM由于S/360的成功，进一步巩固了自己在业界的地位，“蓝色巨人”IBM几乎成为计算机的代名词。10第10页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（4）第四代计算机随着集成电路的迅速发展，采用大规模和超大规模集成电路的第四代计算机，计算性能飞速提高，应用范围渗透到社会的每个角落，计算机对社会生产的重要性日益凸显。随着微处理器的问世和发展，微型计算机开始普及，计算机逐渐走进普通人家。11第11页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述代时间主要元器件软件

应用

第一代1946~1958电子管机器语言汇编语言

科学计算

第二代1959~1964晶体管程序设计语言系统管理程序

数据处理工业控制

第三代1965~1971中小规模集成电路操作系统会话式语言

文字处理图形处理第四代1971~今大、超大规模集成电路高级语言、系统软件、网络软件、数据库等

社会生活各个方面

12第12页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述计算机发展的趋势

巨型化指发展高速、大存储和功能更强大的巨型机以满足尖端科学的需要。微型化发展小、巧、轻、价格低、功能强的微型计算机，以满足更广泛的应用领域，如多媒体技术。网络化计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物,是信息系统的基础设施。网络化是将各种资源连接在一起，被全体公民所共享。多媒体化使计算机能更有效地处理文字、图形、动画、音频、视频等多种形式的信息，使人们更自然、有效地使用信息。智能化模拟人的感觉、行为、和思维。13第13页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述4．当代计算机的主要技术特征（1）流水线（Pipeline）技术

（2）乱序执行（Out-Of-OrderExecution）技术

（3）缓存（Cashe）技术

（4）并行技术（5）多核技术

14第14页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.2.计算机的分类（1）按处理的数据分类

数字计算机、模拟计算机及混合式计算机（2）按使用范围分类

通用计算机、专用计算机（3）按性能分类巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机15第15页，共77页，2023年，2月20日，星期四IBMSequola16第16页，共77页，2023年，2月20日，星期四日本KComputer

17第17页，共77页，2023年，2月20日，星期四天河1号A型

18第18页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.3计算机的特点及主要应用领域1.计算机的特点计算机具有存储容量大、处理速度快、工作全自动、计算精度和可靠性高、逻辑推理和判断能力强等特点。

19第19页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述2.计算机的主要应用领域（1）科学计算（2）数据处理（3）过程控制（4）计算机辅助工程（5）人工智能20第20页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述3.计算机技术在新兴领域的应用

（1）计算机语音和字符识别功能（2）计算机图形技术和图像处理功能在科研和生产中的广泛应用（3）现代化的计算机信息检索系统改变了传统的资料管理检索手段（4）计算机多媒体技术在人类工作与生活的各方面获得应用21第21页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.4计算机系统

（1）完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成（2）硬件系统：又称硬件或硬设备，指构成计算机的物理装置。（3）软件系统：又称软件或软设备，指使计算机硬件系统进行工作的各种程序、数据和文档资料的集合。（4）两者关系：相辅相成，缺一不可。（5）裸机缺少软件系统的计算机22第22页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.4计算机系统计算机系统构成硬件系统(HardwareSystem)软件系统(SoftwareSystem)23第23页，共77页，2023年，2月20日，星期四

1.2计算机系统的组成和工作原理计算机系统硬件系统软件系统控制器运算器输入设备（Input）输出设备（Output）系统软件：控制计算机运行，管理计算机的各种资源，为应用软件提供支持和服务的一类软件。应用软件：利用计算机的软硬件资源为某一专门应用目的而开发的软件。主机外部设备内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)计算机系统：任何计算机系统都由硬件系统和软件系统组成硬件系统是指构成计算机的基本物理设备软件系统是指计算机上运行的程序、数据和文档的总和1.1计算机概述24第24页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.计算机硬件的构成

运算器主机控制器硬件内存储器(内存)存储器外存储器(外存)输入设备外设输出设备25第25页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述运算器 简称ALU。是计算机数据运算部件。控制器 是计算机的指挥系统。存储器 是计算机具有记忆能力的部件。输入设备 是计算机用来输入程序和数据的部件。输出设备 是计算机用来输出数据的部件。26第26页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述2.计算机软件系统

操作系统语言处理程序诊断系统系统软件数据库系统其它软件画笔、媒体播放机、财务、仓储系统等应用软件CAD、CAM、CIMS、CAI等27第27页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（1）系统软件是指管理、控制和维护计算机，使其高效运行的软件。包括操作系统、数据库管理系统、语言编译系统和系统工具软件。

28第28页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述操作系统是计算机正常运行的必要软件，负责管理计算机的软硬件资源。常见：DOS、Windows，UNIX，Linux，Netware等数据库管理系统对计算机中所存放的大量数据进行组织、管理、查询并提供处理功能的软件。常见有：FoxBase、Dbase、Oracle、Sybase、SQLServer等语言处理程序计算机语言分为3类：机器语言、汇编语言、高级语言。系统工具软件一类服务性程序，如故障诊断程序、纠错程序、调试程序等。29第29页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述机器语言是计算机指令代码的集合。用它编写的程序CPU可直接识别并执行。汇编语言采用英文缩写符号代替机器语言的操作码和操作地址所形成的计算机语言，又叫符号语言。用它编写的程序计算机不能直接识别和运行，必须将其转换成机器语言程序后才能被执行。把汇编语言程序翻译成机器语言程序的程序称为汇编程序。高级语言是一种比较接近人类自然语言和数学描述的语言。翻译方式：解释和编译30第30页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述（2）应用软件为解决用户的具体问题，面向某个领域而设计的软件。如：财务管理软件、学习软件、游戏软件、Office、WPS等31第31页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.5计算机工作原理指令指示计算机如何工作的命令，是计算机能实现的基本操作，每一个计算机系统都有它的指令集。指令是由一串二进制代码表示，通常由操作码和地址码两个部分组成。程序是由指令序列组成的，它是为解决某一问题而设计的一系列排列有序的指令的集合。地址内存中每个存储单元的编号。32第32页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.存储程序控制原理计算机的工作过程：（1）控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存；（2）在控制器指挥下，从内存取出指令送入控制器；（3）控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作；（4）运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出；（5）重复②③④，直到程序结束。33第33页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.6计算机的性能指标（1）字长位(bit)：是一个二进制数码。其值只有0和1。字节(byte)：8个二进制数位组成1个字节。字(word)：若干二进制数位组成1个字。一般是字节的整数倍。字长(wordlength)：计算机一次能同时处理的二进制数的位数。（2）计算速度通常指计算机每秒钟所能执行的加法指令的数目。（3）存储容量表示计算机存储数据的能力。单位有：B、KB、MB、GB1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB34第34页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1计算机概述1.1.7特点（1）运算速度快（2）高精确度和可靠性（3）具有存储记忆能力（4）具有逻辑判断能力（5）内部操作自动控制进行

35第35页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成

微型计算机系统硬件软件主机外部设备CPU存储器I/O接口运算器控制器寄存器系统软件应用软件36第36页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU37第37页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成38第38页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成39第39页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成主板（MotherBoard，MainBoard，SystemBoard）是一台PC的主体，主板要完成微型计算机系统的管理和协调，支持CPU、各种功能卡和各总线接口的正常运行，它是PC的“总司令部”。它包括以下几个重要组成部分

1.2.1主板

40第40页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1．CPU插槽2．芯片组3．AGP插槽4．PCI插槽5．内存插槽6．IDE接口和软驱接口7．BIOS41第41页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成42第42页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1.2.2CPU

CPU（CentralProcessingUnit）即中央处理单元，是微机系统的核心，也是整个系统最高的执行单位。它负责整个系统指令的执行，数学与逻辑的运算，数据的存储与传送，以及对内对外输入与输出的控制。时钟频率（主频）是CPU的主要性能指标，以Hz（Hertz）为基本单位。一般CPU的工作时钟频率（主频）以它的型号来表示，如Pentium166中的166MHz，Pentium3.0中的3.0GHz。在相同的结构下，CPU型号的数值越高，其速度越快，当然价格也越高。

43第43页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成intel4004，intel的发展史就是从这块cpu起步的44第44页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成8008808545第45页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成808646第46页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成80286，intel最后一块16位cpu47第47页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成80386，intel第一代32位cpu486，这是intel最后一代以数字编号的cpu48第48页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成pentium，传说中的586pentiumpro49第49页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成pentiumⅱceleron，引发超频热潮50第50页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成pentiumⅲ_katmaiIntelpentiumⅲtualatin/coppermine51第51页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成intelpentiumⅳ_423intelpentiumⅳ_47852第52页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1.2.3内存条

用来存放数据和程序信息的半导体器件，简称内存，分为RAM和ROM两种。RAM(RandomAccessMemory随机存储器)可读可写，断电后数据全部丢失ROM(ReadOnlyMemory只读存储器)只读不可写，断电后数据保持不变53第53页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1.2.3内存条RAM现在主要分为以下3种。（1）同步动态随机存取存储器（SynchronousDynamicRAM，SDRAM）（2）二倍速率（DoubleDataRate，DDR）同步动态随机存取存储器（3）高频动态随机存取存储器（RambusDynamicRAM，RDRAM）

54第54页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成55第55页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1.2.4外部存储器

用来存放“暂时不用”的数据或程序。它的容量比内存大得多，但存取速度比内存慢。外存可长期保存信息，价格便宜。当计算机内存不够用时，会借用硬盘的空间作为计算机的虚拟存储器。

56第56页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成（1）软盘存储器一张表面上涂有磁性材料的圆状薄塑料片，封装在一个方形保护套内。常用：3.5英寸容量1.44MB写保护开关写保护状态：只能读、不能写入未写保护状态：可以读写57第57页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成（2）硬盘由若干个涂有磁性材料的铝合金圆盘组成，把磁头、盘片及执行机构都密封在腔体内，与外界环境隔绝。磁盘片马达磁头磁头驱动辅助电路58第58页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成59第59页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成硬盘的磁头是悬浮在磁盘表面上的（一般只有0.3～0.6m）。硬盘的转速极高，一般有3600/5400/7200r/min（RoundPerMinute）等品种。按硬盘采用的接口分类，一般有ESDI硬盘、IDE硬盘、EIDE硬盘和SCSI硬盘。SCSI具有真正的全球标准，全世界的生产厂商生产的SCSI设备都具有统一的标准。

60第60页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成一些有关驱动器及盘片的基本概念：磁头（Head）：又称读写头，为读写磁道数据的装置，盘片有上下两面，故有上下磁头。软盘的读写头与盘片相接触，故磁头脏了就容易把软盘刮伤，从而造成盘片的损坏。磁道（Track）：为盘片存放数据的同心圆轨道。盘片最外圈的磁道为0磁道。文件分配表FAT（FileAllocationTable）：是盘片内部管理文件分配的存储单元的一种系统，它记录着盘片的容量和文件存储空间的分配情况。磁道密度（TrackDensity）：沿盘片同心圆半径区域每英寸所含的磁道数。扇区（Sector）：将每个磁道分成几个小区域，此区域称为扇区。一般每个扇区可存放512B的数据。柱面：盘片各面上半径相同的磁道围成的面为柱面。磁盘转速（r/min）：磁盘盘片每分钟旋转的次数。盘片容量的计算：软盘总容量

=

磁盘面数（2）×磁道数

×扇区数

×

扇区字节数（512）硬盘总容量

=

磁头数

×

柱面数

×

扇区数

×

扇区字节数（512）

61第61页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成62第62页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成（3）光盘CD-ROM光驱光驱是读取光盘二进制数据的设备，主要的部分就是激光发生器和光监测器。它采用与激光唱片相同的技术，将激光束聚集成约1m的光斑，在盘面上读写数据。如果光盘不反射激光，则代表那里有一个小坑，那么微型计算机就知道它代表一个“1”；如果激光被反射回来，则代表那里有一个平面，微型计算机就知道这个点是一个“0”。当光盘在光驱中高速转动时，激光头在电机的控制下前后移动，数据就这样源源不断地被读取出来了。光驱的一个重要技术指标是光驱的“倍速”。CD-ROM光驱的1倍速就是150kbit/s，DVD-ROM光驱的1倍速是1.3Mbit/s。市场上常见的CD-ROM光驱有40倍速、50倍速等，DVD-ROM光驱有16倍速、32倍速等。63第63页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成CD-ROM光驱1倍速=150KB/SDVD-ROM光驱1倍速=1.3MB/S64第64页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成光盘光盘是20世纪70年代发展起来的一种新型信息存储设备。常用的光盘有如下几种。①只读型光盘，即只读存储器光盘（CompactDisc-ReadOnlyMemory，CD-ROM）②一次写入型光盘（CD-Recorder，CD-R）③可擦写型光盘（CD-Rewriteable，CD-RW）④数字多功能光盘（DigitalVersatileDisc，DVD）：DVD光盘有3种格式，即DVD-R（只读数字光盘）和DVD-WO（单次写入光盘）和DVD-RAM（可重复写入的光盘）。CD-ROM光盘的容量常见的为700MB，DVD光盘存储容量常见的为4.7GB，最高可存储的数据达17.8GB

65第65页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成（4）移动存储器移动硬盘闪存盘66第66页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成1.2.5总线

计算机总线是一组连接各个部件的公共通信线。在CPU，存储器，I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。

67第67页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.2微型计算机硬件构成系统总线包括：数据总线，地址总线和控制总线。（1）数据总线（databus,DB）数据总线用来传输数据信息，是双向总线（2）地址总线（addressbus,AB）地址总线用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线（3）控制总线（controlbus,CB）控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的是CPU向内存和外设发出的信息，有的则是内存或外设向CPU发出的信息。可见，CB中每一根线的方向是一定的、单向的，但CB作为一个整体是双向的68第68页，共77页，2023