认识计算机课件

第一讲概述：认识计算机

■计算机的定义及其发展

8第一台电子计算机

侬计算机时代的划分

3计算机的分类

3著名的计算机科学家

■计算机系统蔺介

8计算机系统的基本组成

3硬件系统的基本组成

■中央处理器CPU)

■存储器

■输入输出

e软件系统的基本组成

2

1.1计算机—智力工具

6计算机是指电子数字计算机,computer,''电

脑〃，最早作为计算工具出现

■最早的人造计算工具--算筹,

祖冲之用算筹算出圆周率

■由算筹演变而来的珠算

■1621年，英国数学家威廉奥特雷德根据对数原理发

明了圆形计算尺机械式计算机

电子计算机：20世纪40年代电子技术的发展

3

第一台电子计算机

■ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAnd

Calculator,电子数值积分计算机）的诞生

■1946年2月15日，在美国

宾夕法尼亚大学莫尔学院诞

生了世界第一台电子计算机:

18000多个电子管,1500多

个继电器，占地170nl2,重

量30吨，功耗150k肌运算

能力5000次/秒（10进制）。

■ENIAC的缺点：存储容量

太小，必须在外部通过开关

和插线来安排计算程序；使

用电子管太多，容易出故障。

4

计算机时代的划分

根据建造计算机所使用的基本元件来

的划分

■第一代（1946年~1957年）：电子管计

算机，

e采用二进制、程序可存储，但存储容

量很小，仅有数千字节

e输入/输出用穿孔卡，程序设计使用机

器语言或汇编语言

侬主要应用于军事领域及科学计算

■第二代（1957年~1964年）：晶体管计

算机

e内存容量可达数万个字节

e配置了操作系统

e程序设计还可使用FOTRAN、COBOL等高

级语言

5

■第三代（1964年〜1972年）：集成电路计算机

e存储容量可达几兆字节

e软件方面有了很大发展，开发通用的操作

系统，推广结构化程序设计方法，高级语

言更加丰富，PASCAL、C语言先后投入使用

■第四代（1972年〜至今）：超大规模集成电路计算机

e一个大规模集成电路芯片大小仅如

指甲盖面积一般

e内存容量已超过数十兆字节

e大规模集成电路芯片的“性能价格比”

以指数的速度上升

上述四代计算机都是基于同一原理,按照冯诺依曼

的思想体系：、'以二进制、存储程序以及指令和

数据统一存储〃为基础。

计算机发展的几个阶段

时代年份器件软件应用

—1946-1958电子管汇编语言科学计算

一1958-1964晶体管高级语言数据处理工业控制

—1964-1971集成电路操作系统文字处理图形处理

四1971年迄今大规模集成数据库、网络社会的各个领域

电路等

7

计算机发展方向：

3正在研制的第五代计算机是一种非冯诺依曼型

计算机，它采取完全新的工作原理和体系结构。

8未来的计算机主要发展趋势为：巨型化、微型

化、网络化、智能化、多媒体化。

8

计算机第一定律摩尔定律

单

1$,7519eois85199019d5位

晶

时

500

体10M

(tranMstorsj

2000EM)间

百

管

,w

1M万

Pentlcm25执

数C.PFOOQs»or

'804B6条

行

10OK.Jaoaae1.0福

-9^秒

1—8O286

1OK■0.1

■

―40040.01

每18个月芯片能力增长一倍。

9

■计算机的分类

超级(巨型)机(Supercomputer)大型主机(Mainframe)

小型机(Minicomputer)个人计算机(PCPersonalComputer)

10

著名的计算机科学家

1.图灵

■图灵(1912-1954),英国剑桥大学

■1936年，提出了现代通用数字计算机的数学模型(抽

象模型-''图灵机〃(TuringMachjn㊀s)

e图灵机由双向无限延长的磁带、一个有限状态控制器和一个

读写磁头组成

e图灵论题：凡是可计算的函数都可用图灵机来计算

■图灵奖：美国计算机协会ACM奖项，计算机学界的最

局成就奖

11

2.冯•诺依曼(JohnVonNeumann)及其EDVAC

■冯•诺依曼在1944年8月-1945年6月期间,

提出了全新的存储程序通用电子计算机

方案----EDVAC（电子离散变量自动计

算机）：充分发挥电子元件的高速性能

而采用二进制；把指令和数据都存储起

来让机器自动地执行程序。

■奠定了现代计算机的基础。

■冯诺依曼计算机：存储程序的计算机

e计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五

个部分组成。

数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，

存放的位置由存储器的地址指定。

8计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令加以执行。

12

1.2计算机系统简介

■计算机系统的基本组成

3完整的计算机系统由计算机硬件、软件、一个或

多个用户和数据组成。

(hardware)：组成计算机的物理设备称

为硬件。由可以用来控制计算机的操作、输入和

输出的互联的电子设备组成。

一软件(software)：是使计算机执行任务的一组

指令。

■计算机为何需要软件？

网指示计算机执行特定任务

GS如何与用户交互

8如何处理用户的数据

e用户（user）：是计算机的操作者。

e数据（data）:

■计算机化的数据是数字式的

■计算机内部，数据被组织成文件（fife）

■文件只不过是一组被赋予了一个名称的数据。用户可

以打开和使用的文件经常被称作文档（docum㊀nt）

■计算机文档可以是文本文件、一组数字、视频片段

（图像和声音），或以上各项的任意组合。

14

InsidethePowrsupplywinesandribboncables

systemunit

Harddiskdrive

Floppydiskdrive

15

1.3硬件系统的组成

个人台式机

外观上包括:

—EarphonescanSpeakersare

主机beu^edasanattachedtoa

*tanatiptosoundcardfor

speakers.audioplayback.

显示器

键盘

鼠标

；--------ACD-ROMdnvf

音箱playsthemulti­

mediasoftvwre

耳机

16

0计算机本身——硬件——有许多部件，但是关键

F

・V•W

的构件包括4类:>»%・•W

.•.・

•・»<MW

•・

••••:•:••

•M»«♦

•.

M»«

（1）处理器（CPU）•V，

•>

•M

•.

•M

•.

•M

•.

•M

•.

•M

V・

••

••

（2）内存••

（3）输入和输出设备

・■图■剪*1如M司司7

■■■■■■■■■■■■■■

■

（4）存储器

17

存储器芯片

存储器

运算器输

接

控制器出

微处理器芯片口设

输入/榆出芯片备

微型计算机

19

■计算机的主机

主机是个人计算机硬件

系统的核心，它主要包

括计算设备和存储设备

两大部分，安装在一个

主机箱里。

■计算设备：是主板上中

央处理器和一些辅助芯

片的总称。

■存储设备：主要包括寄

存器、高速缓存、主存

储器（主存）和外存储

器等。

20

■计算设备

e主板(MotherBoard,MainBoard,SystemBoard)

■是个人计算机的电路主体

■主板的数据总线、地址总线和控制总线圈CPU和存储设

备以及输入/输出设备连接集成。

■主板上还提供多种接口，以便圈更多的存储设备和输入

/输出设备（外围设备）连接到主机中来。

21

S7无.

孔

ISA-

PCI-

电

卷分

IC'

BIOS

22

e集成电路OC)

■集成电路就是一个充满了微小电路器件如电线、半导

体、电容和电阻的很薄的硅晶片。被封装在陶瓷中，通

过引脚与其它计算机部件相连。

■集成电路通常被称作''芯片〃或''微芯片在计算机内部

存在多种芯片包，例如：

DIP(dualin-linepin)DIMM(dualin-linememoryPGA(pin-gridarray)SEC(singleedgecontact)

module)

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c^CPU(CentzalProcess±igUn±)

■是计算机硬件系统的核心

■CPU的基本功能：就是按照程序执行指令，负责控制

微机的所有动作(运算、控制、计算机与设备间的数

据传送)

■最基本的单元是硅的MOSH㊀talOxidationSifcon.

即金属氧化物硅结构)管

■CPU的形状

GsSocketx结构

■Socket7,Socket370(Intel)

■SocketA(AMD)

GSSlotX结构

■Slot1,Slot2(Intel)

■SlotA(AMD)

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■CPU内部结构可分为运算逻辑单元和控制单元两部分。

每个单元执行处理数据的特定任务。

c^ALU（运算逻辑单元）：

■对各种数据或信息进行算术运算或逻辑运算

■运算器包含寄存器（保存等待处理的数据）和累加器（存

放计算结果）

L要处理的数据从4.结果通常送回

RAM中取出，放到寄RAM,以便将它们输

存器中出或存入硬盘

2.控制器发出信号，

指明要进行算术运算

还是逻辑运算

3.ALU执行操作，将

结果存放到累加器中

25

e控制器

■使用指令指针来跟踪要处理的指令顺序。

2.指令的RAM地址保存在指令指针中。当指令执行完后,

指令指针中的地址变化，以表明了下一条被执行的指令的

RAM地址

i.控制器从RAM3.控制器解释指

RAM取出指

令寄存器中的指

地址Ml

令，并将它放到令

指令寄存器中累加两个数字

地址M2

把结果放到M3中4.控制器根据指

令从RAM中取

地址M3数据，控制ALU

进行操作，或者

改变指令指针者

ALU的内存地址

4+5

26

8决定CPU性能的主要因素

■主频

8是CPU作为产品的标准工作频率，就是CPU在一秒钟应该完成

的工作周期数，即CPU执行指令的速度。主频越快，CPU的速

度越快。

GsPentiumIV1.5G,指每秒1500MHz(megahertz)

■字长

m就是CPU可以同时处理的位数，通常可以认为是寄存器的长

度。

e字长较长的计算机在一个指令周期要比字长短的计算机处理更

爹的数据。单位时间内处理的数据越多，处理器的性能就越

IR］。

8例如：一个8位字长的处理器如果要处理一个32位字长的数

据，则需要用4个加法周期来完成。

27

■高速缓冲存储器（C己ch㊀）

8是一种可高速存取信息的芯片，位于CPU和主存储器之间，具

有高速度、小容量的特点，用于解决CPU和内存之间的速度冲

突问题，提高CPU的工作效率。

■指令集的复杂性

8复杂指令集计算机——CISC

■Complexinstructionsetcomputer

■包含大量的指令以及相应的硬件逻辑，程序员使用方便。

网精简指令集计算机——RISC

■Reducedinstructionsetcomputer

■只包含最基本的功能，其它复杂的功能由简单的执行组合

而成。

28

6指令

■指令控制着计算机执行特定的算术、逻辑或控制运算

■一条指令可以分为两部分：操作码和操作数

ADDAX,[2000H]

ADDAX,BX

JMPM1

■CPU可以执行的指令集合称为指令集

8存储器访问指令：

8算术运算和逻辑运算指令：

8条件判断和分支指令：

8输入输出指令：

8控制和系统指令：

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8指令周期

■是计算机执行一条指令的过程。

8取指令

网解释指令

8执行指令

8指令指针加一

■每当计算机执行一条指令时都会重复执行指令周期。

③串行处理和并行处理

■单处理器计算机串行执行指令--串行处理

■并行处理--使用多个处理器来增加计算机在特定时间

内可以执行的指令数

30

・存储器

3微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容

量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微

型机系统的性能。

厂随机存储器RAM

主存储器一只读存储器ROM

（内存）

存

可编程只读存储器PROM

储

器可改写只读存储器EPROM

外存储器磁盘存储器：软磁盘、硬磁盘

（辅助存储器）光盘存储器

31

3微型机中的存储系统

通用寄存器■

高速缓存

主存储器

联机外存

脱机外存

32

8主存和辅存之间的关系

■主存速度快，容量受限厚位成本高，断电丢失信息。

辅存容量大,信息长久保存岸位成本低，但存取速度

慢

■CPU正在运行的程序和数据存放在主存暂时不用的程

序和数据存放在辅存。

■辅存只与主存进行数据交换

3虚拟存储系统

・一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际

的物理存储器。它是借助磁盘等辅助存储器来扩大主

存容量，使之为更大或更多的程序所使用。有了虚拟

存储器，用户无需考虑所编程序在主存中是否放得下

或放在什么位置等问题。

33

8存储器系统主要技术指标

■容量---最通用的测量单位是字节

G3KB=1024byte=1000byte

MMB=1048576byte=1000000（1百万）byte

raGB=l073741824byte=1000000000（10亿）

byte

raTB=l099511627776byte=1000000000000

（1万亿）byte

■速度

■价格

34

■主存储器(内存，MainMemory)

z是用大规模集成电路的半导体芯片组成的，与处

理器直接相连，存放处理器正在处理的数据和程

序指令。

侬特点

■存取速度较快，容量相对较小，

7分类

■随机存取存储器(RAM)

e系统关机后其存放的信息会丢失

■只读存储器(ROM)

e系统关机后其存放的信息不会丢失

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■静态随机存取存储器（SRAM）

GsCache:指令Cache,数据Cache,一级Cache,二级Cache…

■动态随机存取存储器(DRAM)

GSSDRAM(SynchronousDynamicRandomAccessMemory)

GSDDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM)

■允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据

DDR内存

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■夕卜存储器

侬保存不使用时的程序文件和相关数据，目的就是

永久地保存数据。相对于主存储器来讲，其容量

要大得多，但存取速度却低很多。从物理工作原

理上讲，它们是利用物质的光、电、磁等物理特

性，来表示0/L数据。主要种类包括：

37

G8硬盘

38

G8软盘

尺寸（英寸）密度容量每面扇区数每面磁道数

5.25高密度1.2MB1580

革

3.5720KB980

*双密度

*

3.5高密度1.44MB1880

|N/A

3.5(Zip)100MB323065

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eCD光盘，是一种光存储设备。

■CD-ROM驱动器：只读型光盘，标准CD可存储约74分钟

的音频或650MB的数据。新型的CD可存储约80分钟的音

频或700MB的数据。

■CD-R驱动器：可将数据写入光盘或从光盘中读取数据。

要刻录光盘，须使用CD-R盘（只能写一次）或CD-RW

光盘（可像软盘那样多次写入）

■DVD驱动器：使用较短波光的激光；可以存储一部标准

长度的电影；最少可以存储4.7GB,最多可以存储17GB

的数据。

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■总线（BUS）

g是指计算机系统中能够为多个部件共享的一组公共信息

传输线路各部件之间传输信息的通道）。

8基本功能

■传输同步

■仲裁控制

8为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题

■出错处理

■总线驱动

8按功能和传输信息的种类分为：

■a.数据总线

■b地址总线

■c控制总线

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■数据总线（DB）：

3用于CPU与内存或U0接口之间的数据传递，它的条数取决于CPU的

字长，信息传送是双向的。

■地址总线（AB）：

e用于传送存储单元或DO接口的地址信息，它的条数决定了计算机内

存的大小。（16条地址总线内存大小为216）。

■控制总线（CB）：

卬传送控制器的各种控制信息，它的条数由CPU的字长决定，信息传送

是单向的，只由CPU发出。

8按照总线所连部件的不同，可分为：

■内部总线：

8用于同一部件的内部连接，如CPU与内部连接各寄存器和运算器部件

的总线。

■系统总线：

m是指主板上连接计算机各个部件的总线，如CPU与内存、I/O通道之

间的互相连接。

■扩展总线外部总线）：

8负责主机与外部设备之间的通信（微机作为一种设备，通过该总线与

其他设备进行信息与数据的交换）。例如IDE接口

42

8不同总线的数据通道宽度、传输速度等差别非常

大。

■ISAQhdustzyStandardArchitecture,工业标准体现

结构总线）：工作频率8MHz,数据传输宽度16位，数

据传输速率达8Mb痂。主要用来匹配速度较慢的接口

卡。

■PCIp㊀这h㊀ralCompon㊀ntJhterconn㊀ct?外设部件

互连总线）：工作频率33MHz,数据传输宽度32/64位，

数据传输速率高达133Mb痂。是目前的主流，连接高

速硬盘、高性能彩色图形显示器、高速计算机网卡等。

■AGPQcc㊀JeratedGraphicsPort）:加速图形端口，

用于提高图形处理能力

43

44

8外部总线:主机与外设的接口

■IDEQhtegratedD㊀vic㊀Efectroniss)

GsCompaq开发，WesternDigital公司生产的控制接口

■SCSI(gmaUComputerSystem加terfec㊀)

■USB通用串行总线)

z安装简单，支持即插即用、热插拔、多设备并联，同时连接设

备可达127个，可提供较大的带宽，同时耗电量较低，已成为

个人计算机的标准配置。

■IEEE1394

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■输入/输出(DO)接口(Interface)

侬为的主要功能就是为微处理器搜集数据，将结

果送到显示器、打印机或存储设备。

8接口是cPU与外部设备间的桥梁。

CPUL______J二二二二外设

接口

8接口要解决的问题：

■速度匹配(Buffer)

■信号的驱动能力(电平转换器、驱动器)

■信号形式和电平的匹配Q/0、DA)

■时序匹配定时关系)

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Serial

DB-9

Parallel

DB-25M

USB

SCSI

C-50F

IEEE1394

VGA

DB-15

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■基本输入/输出设备

e键盘keyboard)

e鼠标Mouse)

8扫描仪(Scanner)

8显不器©dsp2ay)

e打印机(Prenter)

e绘图仪(PJotter)

GS........

48

侬键盘

退出数字-字母区功能键区/HELP区

EscapeAlphanumeric/BackspaceNumeric

Key\KeysFunctionKeysKeyPrintScreenKeyPad

向

ReturniecondrControl

回华光标\

CTRU甫键\ALT辅键换行移动左删右।删日入

大写/小写换档SHIFT辅键

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8鼠标：通过串行通讯接口与主机相连，有机械式

和光电式两种

无

线

光

电

鼠

标

器

50

8扫描仪：是一种光机电一体化的输入设备，它可

以将图文形象转换成可由计算机处理的数字数

据。

51

3显示器：能及时显示计算机的提示信息和程序的

运行缜果，是向用户提供信息您重要设备。主要

由显示监视器Son±or）和显示适配器（adapter）

两部分组成。

■CRTCathocl㊀RayTub㊀，阴极射线管）

■LCD（LijuilCrystalDisp]ay5平板液晶）

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■显示器的主要技术指标

g屏幕尺寸：例如：14英寸、15英寸、17英寸等。

点距：屏幕上荧光点间的距离。现有的规格0.20,0.25,

0.26,0.28,0.31,0.39（毫米）等。

e显示分辨率：是指屏幕上可以容纳的像素的个数，通常写

成QK平点数）X（垂直点数）的形式，目前1024X768较普及。

而刷新频率：每分钟屏幕画面更新的次数，一般是75Hz〜

200Hzo

■显示卡

e从显存中读像素信息，发送到显示器；显示器和显卡共同完

成计算机的输出功能

网显卡主要技术指标：

■图形加速

■帧存储器（显存）：256K,512K,1024K等，其大小影

响速度、颜色及分辨率

■显示的颜色数：16色（4位）、256色（8位）、64K色

（16位）、16M色（24位、真彩色）

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"显卡规格:

■CGA(ColorGraphicsAdapter)

■EGA(EnhancedGraphicsAdapter)

■VGA(VideoGraphicsArray):字符点阵8x16图形:

640x480x2色，320x200x256色

■SVGA(640x480)

■XGA(ExtendedGraphicArray):1024x768x256

色，1280x1024x256色

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侬打印机

■打印速度：CPS（字符双）表示；

■打印分辨率：DP工（点度寸）表示;

■最大打印尺寸：A4或A3。

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侬其它外部设备

■绘图仪

■手写板圈形输入板徽字化板

■摄像头徽码照相机徽码摄像机

■麦克厝箱

■游戏操纵杆/柄(JoyStick)

■数据手套(datagJov㊀)

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1.4软件系统的组成

8计算机软件：是指示计算机完成任务的、以电子

格式存储的指令序列和相关数据。、'在计算机中

被直接用来产生一个确定结果的一组语句和指

令〃。

8软件可包括多个计算机程序。软件包括数据，但

单独的数据不是软件。

3计算机程序：指示计算机如何解决问题或完成任

务的一组逐步执行的指令

57

六已知三角形三边长a,b,c,求三角形面积

#jnclide<mathh>

#jnclide〈stdjoh>

voidmail(^oid)

(

doublea,b,c,s,area;

printf("mputa,b,c,三角形三边长n);

scanf(n%