1、第1章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展1.2 计算机的特点及应用1.3 计算机与信息技术1.4 计算机组成与工作原理,英国科学家艾兰.图灵,建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。,1.1 计算机的发展,1.第一台电子计算机 ENIAC,1946年2月，美国物理学家约翰莫克利和工程师普雷斯伯埃克特领导研制出了世界上第一台电子计算机埃尼阿克 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）电子数值积分计算机,ENIAC是什么样子？,40年代的程序员如何编程？,第一台
2、电子计算机ENIAC,5000次加减法/秒重30吨占地170m218800只电子管70000只电阻1500个继电器功率150KW/小时,指令没有全部存放在存储器中，稳定性差。,冯诺依曼计算机方案：,John von Neumann冯诺依曼,采用二进制数的形式表示数据和指令将指令和数据存放在存储器中 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成计算机,现代计算机体系结构冯诺依曼机：“存储程序”的概念六十多年来，计算机系统基本结构没有变。,1949 EDSAC第一台投入运行的“存储程序”计算机,EDVAC 第一台按“存储程序”原理设计的计算机,2.计算机的发展,第一代（19461958）
3、电子管几千（次/秒）,第二代（19581964）晶体管几十万百万（次/秒）,第三代（19641970）中、小规模集成电路百万几百万（次/秒）,第四代（1971）大规模或超大规模集成电路百万亿（次/秒）,2.计算机的发展,分类,按用途分类,通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题,专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题,按综合性能指标分类,巨型机：速度最快、处理能力最强 已达千万亿次浮点运算,大型机：大型、通用、较快、较强,小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单,工作站：介于PC与小型机之间 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强,微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价
4、格便宜,3.计算机发展趋势,微型化巨型化网络化智能化,计算机发展趋势微型化,体积小价格低使用方便技术先进具有友好的人机界面,计算机发展趋势巨型化,小型机工业控制、测量、医疗设备大型机通用型“企业级”计算机巨型机天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。,巨型机,CRAY-,1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”、“Cray-”、“Cray-”,中国超级计算机：国家职能计算机中心推出的“曙光5000”,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。,计算机发展趋势网络
5、化,计算机发展趋势智能化,第一代机器人机械手（1962年出现）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”,把用计算机模拟人脑脑力劳动的过程称为人工智能。,智能计算机,（1）运算速度快（2）计算精度高（3）具有记忆和逻辑判断功能（4）能够自动运行且支持人机交互,1.计算机的特点,1.2 计算机的特点及应用,（1）科学计算（2）信息处理（3）过程控制（4）计算机辅助系统 如：CAD、CAI、CAM、CAT、CAE（5）人工智能（6）网络应用（7）电子商务,2.计算机的应用领域,1、进位计数制,进位计数制是以表示数值所用的数码的个数来命名，并按一定进位规则进行计数的
6、方法。每一种数制所使用的数码的个数称为基数 采用“逢基数进位”的原则 使用位权表示法，即处于不同位置的数码所代表的值不同，与它所在位置的权值有关。权是基数的n-1次幂。,1.3 计算机与信息技术,计算机科学中经常使用十进制、二进制、八进制和十六进制。但在计算机内部，不管什么样的数都使用二进制编码形式来表示。,十进制：十进制的基数为“10”，有十个数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，各位权是以10为底的幂，进位规则为：逢十进一，例如：十进制：1 9 9 8.2 1 5 各位权：数值为：(1998.215)10=,计算机中常用的几种数制,进制表示符号：B 二进制 O八进制 D十进制 H
7、十六进制,常用数制的表示方法,2、进制的转换,210：按权相加法,(1100101.101)2,=,126+125+024+023+122+021+120+12-1+02-2+12-3,=,64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.25+0.125,=,(101.875)10,【举一反三】八进制数和十六进制数如何转换成十进制数？,10 2：整数部分和小数部分分别转换,整数部分：除2取余法。,小数部分：乘2取整法。,(234.52)8,=,282+381+480+58-1+28-2,=,(156.65625)10,(1C2D.9)16,=,1163+12162+2161+13160+916-1
8、,=,(7213.5625)10,(1100101.101)2,=,126+125+024+023+122+021+120+12-1+02-2+12-3,(101.875)10,=,整数部分,66,33,16,小数部分,0.625*2=1.250,0.25*2=0.50,0.5*2=1.0,(0.625)10=(0.101)2,Note：十进制小数不一定都能转换成完全等值的二进制小数，所以有时要取近似值。,(66)10=(1000010)2,(66.625)10,=(1000010.101)2,【举一反三】十进制数如何转换成八进制数或十六进制数？,【提示】方法同十进制数转换成二进制数,二进制与
9、其它进制数的转换,28：三位并一位,(1010111011.0010111)2,=(1273.134)8,1 010 111 011.001 011 1,以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高位不足三位时补0；小数部分从左至右，每三位一组，不足三位时补0。然后，将各组的三位二进制数按权展开，即得到一位八进制数。,82：一位拆三位,二进制与其它进制数的转换,216：四位并一位,以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每四位一组，不足四位补0。将各组二进制数按权展开，即得到一位对应的十六进制数。,(1011010101.011101)2,=(2D5.74)16,10 110
10、1 0101.0111 01,2,D,5.7 4,162：一位拆四位,3.信息的表示和存储,字符编码 ASCII码：American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换代码。使用7位二进制数，可以表示128个字符。ASCII码在机内存储占8位（1字节Byte）,存放时在最高位补0,汉字编码,输入码（外码）由键盘输入汉字而编制的编码。分为数字、字音、字形和音形四类。常用的有区位码、五笔字型码、拼音码、自然码等。交换码（国标码）是汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时所使用的编码。由两个7位二进制编码。存储时，每个汉字占两个字
11、节。目前共收录7445个字符。,机内码（内码）是机器内部存储、处理、传输汉字而使用的编码。由两个字节（16位）组成，每个字节的最高位为1。字形码（输出码）用于显示或打印汉字时产生字形，通过点阵形式产生。点阵越大，输出的字形越清晰。,输入“啊”的外码00110000 00100001（交换码）10110000 10100001（机内码）字形码 输出“啊”,例如：啊,1.4 计算机组成与工作原理,系统软件应用软件,计算机系统分为：硬件+软件,硬 件,软 件,计算机系统,硬件系统,软件系统,主机,外部设备,内存储器,CPU,运算器,随机存储器(RAM),只读存储器(ROM),外存储器,输入/输出设备
12、（I/O设备）,系统软件(操作系统、语言处理程序等),应用软件(字处理、计算机辅助设计等),控制器,存储器,一、计算机硬件系统,计算机硬件基本组成,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入设备,输出设备,运算器,二、计算机软件系统,DOS,操作系统是最基本的系统软件，其他的所有软件都是建立在操作系统的基础上。硬件第一级扩充；软件系统中最基础、最核心的部分；控制、管理全部资源；支持应用软件的开发和运行。,计算机软件分类,计算机软件系统,语言处理系统：包括汇编、编译和解释程序。计算机语言机器语言是一种二进制语言，每条语句都是二进制数码表示的指令。优点：计算机能直接识别，运行速
13、度快。缺点：难懂、难写、难记，难以修改和维护。汇编语言是一种和机器语言一一对应的符号化的语言，由机器语言符号化而来，用助记符和符号地址来表示指令。如：ADD表示加法，MOVE表示传送。优点：较直观、易懂、易用、执行速度快，占用内存空间少。缺点：各种机器不通用。,高级语言是一种与硬件结构及指令系统无关，表达方式较接近自然语言的程序设计语言。如FORTRAN、PASCAL、C、BASIC等优点：描述问题能力强，通用性、可读性、可维护性都较好。缺点：执行速度较慢，编制访问硬件资源的系统软件较难。,三、微型计算机硬件系统,微机硬件系统,微机硬件组成与结构组成主机：微处理器、主存储器、I/O电路。外设：
14、辅助存储器、I/O设备。结构三总线：地址总线(AB)、数据总线(DB)、控制总线(CB)。,1.中央处理器(CPU)CPU是微机硬件系统的核心，主要包括运算器和控制器，以及某些通用寄存器。,CPU的主要性能指标：字与字长：计算机内部作为一个整体参与运算、处理和传输的一串二进制数，称为一个“字”。字是计算机内CPU处理的基本单位。计算机数据总线所包含的二进制数称为字长。字长反映计算机处理数据的能力。主频：CPU内部时钟频率，单位是MHZ，主频越高，CPU运算速度越快,CPU一般由高速电子线路组成。由于CPU在微机中的关键作用，人们往往将CPU的型号作为衡量和购买计算机的标准。,赛扬-CPU,K6
15、III-CPU,PIII-CPU,P4-CPU,2.存储器,内存储器：存放当前参与运行的程序和数据RAM：可读写，容量小，速度快，断电丢失信息ROM：只读，断电不丢信息 高速缓冲存储器Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。外存储器：存放当前暂不参与运行的程序和数据；与内存交换信息，容量大，速度慢软盘硬盘光盘,插在主板扩展槽中的RAM内存条,主板上的ROM BIOS芯片,信息存储单位：位(bit):存放一位二进制数0或1，用b表示字节(byte)：由8个二进制位组成，是存储信息的基本单位。用B表示（1B=8bit),1 TB=210 GB=2
16、20 MB=230 KB=240 B,太字节 吉字节 兆字节 千字节 字节,相邻单位之间是210倍关系，即：1 KB1024 B 1 MB 1024 KB 1 GB 1024 MB 1 TB 1024 GB,各种外存设备,外存储器又称辅助存储器，用来长期保存数据、信息。1.软盘存储器：由盘片、盘套、读写窗口和写保护口组成。,1.软盘,用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB新型磁盘具有100MB250MB容量,2.光盘,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/秒常用：只读型光盘CD-ROM一次性可写入光盘CD-R，需要
17、光盘刻录机完成数据的写入后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/秒,3.5寸磁盘外形及内部结构示意图,硬盘的磁道、扇区、柱面,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定,硬盘,光盘存储器：包括光盘、驱动器和接口光盘分类：CD-ROM(只读型)、CD-WO(一次写入型)、CD-RW(可重写型)、DVD(数字视频)几种外存的比较,移动存储产品,磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合,Flash存储设备 闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上,3.主板,主板是将CPU、内存及外部设
18、备连成一体的桥梁,系统总线总线：连接各部件的公共通道分类内部总线、系统总线、外部总线常用总线标准ISA：时频8MHz；位宽16bit；带宽16MB/sEISA：时频8.33MHz；位宽32bit；带宽33MB/sVESA：时频33MHz；位宽3264bit；带宽132PCI：位宽3264bit；带宽132264MB/s,4.接口电路,微机硬件组成,5.输入输出设备 简称I/O设备，实现外部世界与主机之间的信息交换，提供了人机交互的硬件环境。由于通常设置在主机之外，故称之为外部设备。,输出设备：负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，供用户查看。常用的输出设备包括显示器、打印机、绘图仪等。,输
19、入设备：负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。,输入设备,鼠标分类：机械式、光电式、无线遥控式,键盘,主键盘区,数字小键盘,功能键,编辑键,显示器,打印机,输出设备,显示器分类：单/彩色；CRT/LCD/LED；字符/图形主要性能指标尺寸：对角线长度。有：15、17、19、21分辨率：表示为“水平点数垂直点数”，如：800600、1024768 灰度或颜色深度：像素点的亮度等级或颜色数。有：8、16、24、32位色刷新频率：每秒屏幕画面刷新次数。通常75200Hz扫描方式：分隔行扫描和逐行扫描。常用后者,显示卡组成：显示控制芯片、显存RAM、DAC芯片、BIOS分类：单色/彩色/2D/3D；ISA/VESA/PCI/AGP；伪彩/高彩/真彩打印机分类按输出方式：逐行、逐字按打印颜色：单色和彩色按工作方式：击打式和非击打式（激光和喷墨）主要性能参数打印分辨率（DPI）、打印速度（CPS）、纸张大小,击打式打印机：利用机械原理由打印头通过色带把字体或图形打印在打印纸上。点阵针式打印机(例如EPSON LQ-1600K)非击打式印字机：利用光、电、磁、喷墨等物理和化学的方法把字印出来。主要有激光打印机和喷墨打印机。喷墨打印机激光打印机：激光打印机是激光扫描技术和电子照相技术相结合的产物。它具有很好的印刷质量和打印速度。,
