大学计算机基础（第2版） 课件 第1章 计算机概述

计算机概述第1章1.1认识计算机1.2计算机的特点和应用1.3计算机系统组成目录ONTENTS

计算机（电子数字计算机），是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。1.1.1计算机的定义二十世纪人类最伟大的发明之一。算筹--春秋战国时期，最早的人造计算工具计算机是人类对计算工具不懈追求的最好的回报。1.1.2早期的计算工具算筹算盘算盘--13世纪，我国唐朝开始使用算盘计算尺---17世纪，英国计算尺加法器机械式加法器---1642年法国数学家-帕斯卡创造了第

一台能自动完成加法运算的机械计算机。1673年------德国的来布尼兹改进了Pascal的设计，

增加了乘除运算。1642BlaisePascal1.1.2早期的计算工具差分机和分析机（19世纪，英国数学家，巴贝奇）查尔斯•巴贝奇（CharlesBabbage1791-1871）1822差分机1833分析机第一位程序员----阿达阿达·奥古斯塔（AdaLovelace）1815-1852阿达·奥古斯塔，19世纪英国诗人拜伦的女儿，数学家。被称为“第一个给计算机写程序的人”。为纪念这位“世界上第一位软件工程师”。1980年，美国国防部把花费10年的时间研制出来的一种计算机语言命名为ADA语言。马克一号1936年美国哈拂大学教授霍华德.阿肯得到IBM公司100万美元的经费支持，开始设计“马克1号”，于1944年交付使用。

马克1号采用全继电器，长51英尺、高8英尺，有750000个零部件，所有的导线加起来有500英尺，像一节列车，做一次乘法运算最多要6秒。MARKI占地170M2体重30吨18800只电子管1500个继电器耗电150KW5000次加法/每秒第一台通用电子计算机——ENIAC从ENIAC到现代通用计算机1945年6月，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼，发表了一篇长达101页的洋洋万言的报告，即计算机史上著名的“101页报告”。这份报告奠定了现代计算机体系的结构坚实根基，直到今天，仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。JohnvonNeumann冯

诺依曼现代通用计算机在报告中，冯·诺依曼提出了计算机的设计思想：冯·诺依曼和他研制的计算EDVAC——所有电脑的真正原型和范本计算机中的数据以二进制形式表示计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制（自动地执行程序）。计算机应该由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五部分组成。阿兰图灵阿兰图灵AlanMathisonTuring，1912年6月23日--1954年6月7日阿兰图灵——英国数学家、逻辑学家，

对计算机的贡献极大，被称为计算机科学之父，人工智能之父。“图灵机模型”，为后来的计算机奠定

了理论基础。著名的“图灵测试”，被公认为人工智能的起点。图灵奖——1966年设立，被称为计算机界的“诺贝尔奖”。

主要贡献1.1.4现代计算机发展史

第一代计算机——电子管时代

第二代计算机——晶体管时代

第三代计算机——中小规模集成电路时代

第四代计算机——大规模和超大规模集成电路时代

电子管晶体管集成电路大规模集成电路第一代计算机——电子管时代(1946年～1958年)1.1.4现代计算机发展史第二代计算机——晶体管时代(1958年～1964年)1.1.4现代计算机发展史第三代计算机——中小规模集成电路时代(1964年～1970年)1.1.4现代计算机发展史第四代计算机——大规模和超大规模集成电路时代(1971年～至今)1.1.4现代计算机发展史1.1.5计算机的发展方向当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。戈登·摩尔摩尔定律这一定律直观揭示了信息技术、尤其是电脑芯片技术发展进步的速度之快。未来计算机的发展趋势超导计算机未来计算机的发展趋势量子计算机未来计算机的发展趋势光子计算机未来计算机的发展趋势生物计算机未来计算机的发展趋势神经网络计算机1.1.5计算机的发展方向未来计算机技术将向超高速、超小型、并行处理、智能化的方向发展。1.1.6计算机在中国的发展计算机在中国的发展我国从1956年就开始研制第1代计算机。1958年研制成功第1台电子管小型计算机103计算机。1959年研制成功运行速度为每秒1万次的104计算机，这是我国研制的第1台大型通用电子数字计算机，其主要技术指标均超过了当时日本的计算机，与英国同期已开发的运算速度最快的计算机相比，也毫不逊色。我国最快的超级计算机目前，我国最快的超级计算机--神威太湖之光，拥有1千多万个CPU，其运算峰值达到12.54亿亿次/秒，2018年以前曾是世界上最快的计算机，直到目前还是名列前茅。1.2.1计算机的特点一、运算速度快运算速度是指每秒钟所能执行的指令条数，运算速度快是计算机的一个突出特点。二、运算精度高，数据准确度高一般的计算工具只能达到几位有效数字，而计算机对数据结果的精度要求可达十几位、几十位有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，根据需要甚至可以达到任意的精度，这是其他任何计算工具所望尘莫及的。1.2.1计算机的特点三、存储容量大，存取速度快计算机的存储器具有存储大量信息的功能。这些信息，不仅包括各类数据信息，还包括加工这些数据的程序。在今天，计算机所能存储的信息也由早期的文字、数据、程序发展到如今的图形、图像、声音、动画、视频等数据。1.2.1计算机的特点四、逻辑判断能力强计算机的运算器不仅能够进行精确的算术计算，而且还具有逻辑运算功能，能够对信息进行比较和判断。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提，使计算机能够完成诸如资料分类、情报检索等具有逻辑加工性质的工作。1.2.1计算机的特点五、可靠性高计算机系统的可靠性也是这样定义的：在给定的时间内，计算机系统能实施应有功能的能力。由于计算机系统由硬件和软件组成，它们对整个系统的可靠性影响呈现完全不同的特性：硬件和一般人工产品的机件一样，时间一长就要出毛病。软件则相反，时间越长越可靠。1.2.1计算机的特点五、可靠性高计算机系统的可靠性也是这样定义的：在给定的时间内，计算机系统能实施应有功能的能力。所以，计算机的可靠性是指分别研究硬件的可靠性和软件的可靠性。1.2.1计算机的特点六、自动化程度高，通用性强正因为计算机具有存储和逻辑判断的能力，因此只要把特定功能的处理程序输入计算机，计算机就会在程序的控制下自动完成指定的工作。当然，必要时也可以对计算机的工作进行干预，计算机能及时进行响应，实现与人的交互。1.2.1计算机的特点1.2.2计算机的应用一、数值计算数值计算：是指计算机用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题的计算。计算机作为一种计算工具，数值计算是它最早的应用领域。在数学、物理、化学、天文等众多学科的科学研究中，在水坝建造、桥梁设计、飞机制造等大量工程技术应用中，经常会遇到许多数值计算问题。二、信息处理信息处理：是指计算机对信息及时记录、整理、统计、加工成需要的形式。及时搜集、分析、加工、处理大量信息，是信息社会的特征之一，计算也成为了信息处理的有力工具，被广泛应用于各种信息处理领域。目前，信息处理已成为计算机应用的一个主要方面，约占全部应用的80％。1.2.2计算机的应用三、计算机辅助设计计算机辅助设计：是利用计算机的计算、逻辑判断等功能，帮助人们进行产品设计和工程技术设计，它能使设计过程逐步趋向自动化，大大缩短设计周期，节省人力、物力，降低成本，提高设计质量。目前，采用计算机辅助设计的范围很广。1.2.2计算机的应用四、人工智能人工智能（ArtificialIntelligence，AI）：是指利用计算机模拟人类的智能活动来进行判断、理解、学习、图像识别、问题求解等。已取得不少成果和应用。1.2.2计算机的应用五、办公自动化办公自动化系统，它是以支持办公自动化为目的的一个信息系统。如：日程管理、电子邮政、电子会议、文档管理、统计报表等，并能辅助管理和决策。1.2.2计算机的应用六、通信与网络随着信息化社会的发展，通信业也发展迅速，由于计算机网络的迅速发展，计算机在通信领域的作用越来越大。1.2.2计算机的应用七、电子商务宏观上讲，电子商务是旨在通过电子手段建立一种新的经济秩序，它不仅涉及电子技术和商业交易本身，而且涉及诸如金融、税务、教育等社会其他层面。从微观角度说，电子商务是指各种具有商业活动能力的实体利用网络和先进的数字化传媒技术进行的各项商业贸易活动。1.2.2计算机的应用八、计算机进入家庭如今，随着计算机越来越普及和价格的不断下降，计算机进入千家万户，使家庭生活发生了很大的变化。1.2.2计算机的应用九、虚拟现实虚拟现实（VirtualReality，VR）是指利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。1.2.2计算机的应用1.2.3大数据、云计算和物联网云计算人工智能（ArtificialIntelligence，AI）、大数据（BigData）和云计算（CloudComputing）是当前最受关注的技术，常常取这三个技术英文名的首字母将其合称为ABC。大数据人工智能大数据（bigdata），又称巨量数据、海量数据；是由数量巨大、结构复杂、类型众多数据构成的数据集合，是基于云计算的数据处理与应用模式，通过数据的集成共享，交叉复用形成的智力资源和知识服务能力。简言之，从各种各样类型的数据中，快速获得有价值信息的能力，就是大数据技术。大数据1.2.3大数据、云计算和物联网大数据有四个特点：大数据Volume（大量）01Velocity（高速）02Variety（多样）03Veracity（真实）041.2.3大数据、云计算和物联网云计算（cloudcomputing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统，进行处理和分析这些小程序，得到结果并返回给用户。是对基于网络的、可配置的共享计算资源池，能够方便地、随需访问的一种模式。云计算1.2.3大数据、云计算和物联网云计算有5个特点：云计算按需自助服务网络访问划分独立资源池快速弹性服务可计量1.2.3大数据、云计算和物联网1.2.4新媒体技术与应用人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能这个词最早是在1956年的达特茅斯会议上正式提出的。新媒体是与传统媒体相比而提出的一个新名词，新媒体是建立在数字技术和网络技术之上而产生的媒介形态。计算机信息处理技术是新媒体的基础平台，互联网、卫星网络，移动通信等作为新媒体的运作平台，通过有线或无线的方式进行信息的传播。新媒体技术常见的新媒体平台有：1.2.4新媒体技术与应用一、微博平台微博平台是指一种基于用户关系信息分享、传播以及获取的通过关注机制分享简短实时信息的广播式的社交媒体、网络平台。其主要特点有原创性、便捷性、传播性。微博使每个人既可以作为观众，也可以作为信息的发布者。1.2.4新媒体技术与应用二、微信微信是腾讯公司推出的一个为智能终端提供即时通信服务的免费应用程序。微信的基本功能是聊天功能，支持发送语音短信、视频、图片（包括表情）和文字，支持多人群聊。1.2.4新媒体技术与应用三、抖音平台抖音，是由今日头条孵化的一款音乐创意短视频社交软件，是一个面向全年龄的音乐短视频社区平台。用户可以通过这款软件选择歌曲，拍摄音乐短视频，再加上视频编辑、特效等技术让视频更具创造性从而形成自己的作品。1.2.4新媒体技术与应用计算机系统硬件系统软件系统系统软件主机应用软件外设中央处理器(CPU)运算器内存储器控制器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)输入设备(键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等）输出设备(显示器、打印机、绘图仪)外存储器(硬盘、U盘、光盘、软盘)操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序办公软件图形处理软件辅助设计软件裸机1.3计算机系统组成1.3.1硬件系统计算机内部采用二进制冯·诺依曼机存储程序自动工作硬件由五大部件组成JohnvonNeumann冯

诺依曼（1903-1957）冯诺依曼计算机体系结构冯诺依曼计算机体系结构①运算器硬件③存储器②控制器④输入设备⑤输出设备1.3.1硬件系统运算器控制器主存储器输出设备输入设备主机CPU控制器：指挥中心和神经枢纽。运算器：进行算术运算和逻辑运算。存储器：存放程序和数据。输入设备：将程序和数据送入内存。输出设备：将内存中的处理结果转变为用户需要的形式并输出。数据流指令流计算机硬件系统组成1.3.1硬件系统计算机的基本工作原理1.3.1硬件系统主存储器类型和特点ROM(ReadOnlyMemory)◆ROM（掩膜ROM）ROM生产时写入，用户不可更改。◆PROM（ProgrammableROM，熔丝PROM）生产时空白，用户可写入，但写入后不可更改。◆EPROM（ErasablePROM，紫外线EPROM）可擦除重写，但必须使用专用设备。◆EEPROM(ElectricallyEPROM，电可擦写可编程只读存储器)可在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。◆FlashEPROM（快速可擦除编程只读存储器）是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器。特点：非易失性存储器，断电后信息依然可以保存。1.3.1硬件系统RAM(RandomAccessMemory)◆DRAM(DynamicRAM)可随机存取，但必须周期性的刷新以保持存储内容。◆SRAM(StaticRAM)可随机存取，且不需要周期性刷新的存储器。存储器类型和特点特点：易失性存储器，断电信息丢失。

1.3.1硬件系统内存、硬盘、U盘、光盘等存储器容量单位是相同的，基本存储单位都是字节(Byte)：1024B

=

1KB(千字节)=

1024字节

=

210字节1024KB

=

1MB(兆字节)=

1048576字节

=

220字节1024MB

=

1GB(吉字节)=

1073741824字节

=

230字节1024GB

=

1TB(太字节)=

1099511627776字节

=

240字节1024TB

=

1PB(拍字节)=

1125899906842624字节

=

250字节1024PB

=

1EB(艾字节)=

1152921504606846976字节

=

260字节1024EB

=

1ZB(泽字节)=

1180591620717411303424字节

=

270字节1024ZB

=

1YB(尧字节)=

1208925819614629174706176字节

=

280字节1024YB

=

1BB(千亿亿亿字节)=

1208925819614629174706176字节

=

290字节存储容量1.3.1硬件系统为什么采用多级存储体系？为了缓解主存储器读写速度慢，与CPU读写速度不匹配的问题。为了解决主存储器容量小，存不下更多的程序和数据的难题。为了解决计算机断电后，数据程序的存储问题。为了解决存储价格问题。计算机的多级存储体系1.3.1硬件系统05030201U盘、光盘、软盘硬盘内存(RAM)高速缓存Cache(在CPU中)内存储器外存储器04寄存器(在CPU中)计算机的多级存储体系1.3.1硬件系统主板微处理器输入/输出设备外存储器内存储器1.3.2微型计算机硬件主板，又叫主机板(mainboard)、它是微型计算机最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，其上有组成微型计算机的主要电路系统，包括芯片组、扩展插槽、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、电源接口等。主板介绍1.3.2微型计算机硬件4个PCI-EX12个PCI插槽6×SATAII接口2个DDR3内存插槽主板电源接口CPU插槽CPU电源接口南桥芯片PCI-EX16插槽技嘉GA-F2A55-DS3主板介绍1.3.2微型计算机硬件北桥芯片是系统控制芯片，主要负责CPU、内存、显卡三者之间的数据交换。随着PC架构的不断发展，如今北桥的功能逐渐被CPU所包含。CPUCPU高速内存显卡低速CPU南桥硬盘CPU南桥网卡CPU南桥PS/2键鼠CPU南桥USB设备主板芯片组南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（如PS/2鼠标控制，USB控制，PCI、PCIE扩展槽等），以及主板上的其他芯片（如声卡、显卡、网卡等），都归南桥芯片控制。1.3.2微型计算机硬件BIOS芯片主板芯片组BIOS是BasicInputOutputSystem的缩写，意思是基本输入输出系统。BIOS是一个ROM芯片，其中固化着一段程序。

用于计算机开机过程中各种硬件设备的初始化和检测，其容量一般是1M、2M甚至8M。1.3.2微型计算机硬件内存扩展槽：用来插内存条。内存扩展槽插槽、扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件PCI-E扩展槽：是一种通用型扩展槽，不限定扩展用途，比如：显卡，声卡，网卡等。PCI-EX4扩展槽PCI-EX16扩展槽PCI-EX1扩展槽PCI-EX16扩展槽扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件SATA接口：sata负责连接固态硬盘、光盘驱动器。SATA接口扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件M.2接口：用来连接固态硬盘、傲腾内存。M.2接口扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件针脚：主板底部的针脚通过跳线连接到机箱前面板，包括开机键、重启键、I/O接口指示灯。其他位置还有一些针脚，负责连接RGB，aRGB灯光控制器，CPU风扇，电源风扇等。针脚扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件电源：主板电源接口分主供电接口和辅助供电接口。ATX24针主供电接口8针CPU供电接口4针CPU供电接口扩展槽和内部接口1.3.2微型计算机硬件音频输入接口音频输出接口麦克风接口USB3.0接口E-SATA接口DisplayPort接口HDMI接口USB接口PS/2键鼠接口DVI接口VGA接口主板常用外部接口1.3.2微型计算机硬件CPU介绍CPU及其插槽中央处理器〔CentralProcessingUnit〕的缩写，即CPU，CPU是电脑中的核心配件，是计算机的运算核心和控制核心。目前主要有Intel与AMD两大品牌。CPU的详细参数包括内核构造，主频，外频，倍频，接口，缓存，多媒体指令集，制造工艺，电压，封装形式，整数单元和浮点单元等。主板测试及日常应用中CPU-Z软件常用来查看主板及CPU信息。1.3.2微型计算机硬件插槽：电脑上任何物件的接口，都有两种方式，一种是可插拔的，俗称公口母口，一种是