一章计算机基础知识.ppt

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1、,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机发展简史,1.4 微型计算机系统概述,1.3 计算机中信息的表示,1.2 计算机组成与工作原理,1.5 多媒体技术,1.1.1 计算机发展的几个阶段 1.1.2 现代计算机的分类 1.1.3 计算机主要应用领域 1.1.4 信息社会与计算机文化,1.1 计算机发展简史,世界上第1台电子计算机,世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分计算机(The Electronic Numberical Intergrator and Computer)的缩写。,返回,1.1.

2、1 计算机的发展阶段,ENIAC 档案,世界上的一台电子计算机 ENIAC,该机重约30吨 耗电量140-150千瓦 含18000个电子管 仅能保存80个字节,返回,ENICA是什么样子？,返回,ENICA是什么样子？,返回,ENICA是什么样子？,返回,1、电子计算机发展的四个阶段,器件,时间,特点,第一代,数据处理方式,电子管数字计算机,20世纪40年代50年代中期,体积大、耗电多 速度低、价格高,机器语言 汇编语言,第二代,晶体管数字计算机,20世纪50年代后期60年代中期,体积缩小耗电降低性、能提高有限兼容,Fortran Cobol等高级语言,第三代,集成电路数字计算机,20世纪60

3、年代中期70年代中期,体积功耗价格功能等前进一大步软件逐步完善,结构化模块化程序设计实时处理,第四代,大规模集成电路数字计算机,20世纪70年代至今,体积更小功耗更低可靠性提高软件技术更趋完善,分时实时处理计算机网络,代表计算机,ENIAC,IBM7090,IBM360,运算速度,5千4万次/秒,数十万几百万次/秒,数百万几千万次/秒,上亿条指令/秒,返回,第一代 （19461957） 电子管 5千4万（次/秒）,第二代 （19581964） 晶体管 几十万百万（次/秒）,第三代 （19651970） 小规模集成电路 百万几百万（次/秒）,第四、五代 （1971年至今） 超大规模集成电路 几百

4、万几亿（次/秒）,返回,2.计算机的发展方向 数据统计计算机、智能计算机统称为 非冯诺依曼型计算机，也称为第五代计算机，是以人工智能理论为基础的一种“智能”计算机，其核心思想是将程序设计的过程改变为逻辑设计的过程，在物理结构上采用非冯诺依曼结构。（目前的计算机体系结构都是“冯诺依曼式” ：采用存储程序方式进行工作。） 、创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯诺依曼语言”； 、从计算机元件方面，提出了发明与人脑神经网络类似的新型超大规模集成电路的设想，即分子芯片。,返回,1.1.2 现代计算机分类,1、通用机 ：,适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程

5、控制等多种用途中都能适应。,2、专用机 ：,用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。,一、按用途划分,返回,二.按规模划分,1、巨型机：,其运算速度达到每秒每秒几十万亿次 。,2、小巨型机：,具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。,4、小型机：,规模较小、结构简单、运行环境要求较低，运算速度在几百万次左右。,3、大型机：,其性能与巨型机接近，但体积大大减小，费用仅为巨型机的1/10.,返回,7、工作站：,以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机 。,5、微型计算机 ：,又称PC机，中央处理

6、器（CPU）采用微处理器芯片，具有体积小，功耗低、可靠性高、价格低，对使用环境要求不高等特点。,8、服务器：,在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备 。,返回,6、单片机：,把一个计算机系统集成到一个芯片上,三.按处理对象划分,1、数字计算机 ：,计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。其运算是按数字位进行。,2、模拟计算机 ：,3、数字模拟混合计算机 ：,输入输出既可是数字也可是模拟数据,处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。其运算过程是连续的。,返回,1.1.3 计算机的主要应用领域,科学计算 信息处理 过程控制 计算机辅助系统 多媒体技术 计算机通信 人工智能,返回,其

7、中计算机辅助系统包含： 计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助制造（CAM） 计算机辅助测试（CAT） 计算机辅助教学（CAI） 计算机集成制造（CIMS） 计算机模拟（CS）等系统,返回,1.2 计算机组成与工作原理,1.2.1 计算机硬件系统 1.2.2 存储程序工作原理 1.2.3 计算机软件系统,1.2.1 计算机的硬件系统,1. 运算器,运算器又称算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。,2. 控制器,控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定的任务的部件。,3 . 存储器,存储器具有记忆功能

8、，用来保存信息，如数据、指令和运算结果等,存储器的分类,1、内存（主存）： （指CPU可以直接存取信息的存储器）,随机存储（RAM）：,开机后，用户可以向其中写入、取出信息，关机后其中的信息消失，再次通电也不能恢复。,可擦除的只读存储（EPROM）：,3、外存 （辅助存储器）：,指CPU需要经过输入/输出通道进行交换信息的存储器。 例如 硬盘、软盘、磁带、光盘等,2、高速缓冲存储器：（Cache):,用来存储主存中马上就要执行的指令和数据或经常被CPU访问的那部分执行程序。速度是DRAM的10倍左右,只读存储器（ROM）：,是用户只能读出不能写入的存储器，所存的信息能永久保存。,高速高性能的动

9、态存储器,存储器,存储器的功能：,主要功能是存放程序和数据。主存储器的核心是存储体，它由许多存储器单元组成，每个单元可以存放一个数据。给存储器单元按一定的顺序编号，该编号就是相应存储器的地址，CPU根据其地址对存储单元存取信息。,4 输入/输出设备,输入设备：是用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制数存放到内存中。 键盘一般称标准输入设备 输出设备：用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式 显示器一般称标准输出设备。,一、以二进制为运算基础,采用二进制的优点为： 1.二进制码在物理上最容易实现。 2.二进制码用来表示的二进制数及其编码、计数、加减

10、运算规则简单。 3.二进制码的两个符号“1”和0”正好与逻辑命题的两个值“是”和“否”相对应。 4.与电子部件的二态性相对应。,返回,1.2.2 存储程序工作原理,基本工作原理：“冯.诺依曼”思想,二、计算机采用“存储程序“方式工作，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。,返回,计算机的软件系统,1、系统软件：是管理、监护和维护计算机资源的软件,2、应用软件：是为解决用户实际问题而设计的软件,各种程序设计语言及其解释程序和编译程序语言翻译系统,操作系统,数据库管理系统,服务程序：机器的监控管理程序、调试程序、故障检测和诊断程序、,科学

11、计算,工程设计,数据处理,过程控制,1.2.3 计算机的软件系统,1.3 计算机中信息表示,1.3.1 进位计数制 1.3.2 机器中数的表示 1.3.3 字符的表示 1.3.4多媒体信息的表示,1.3 .1 数制基础,1 数制的概念,数制是用一组固定的数字符号和一套统一的规则来表示数目的方法。,如果用R个基本符号来表示数目，则称其为R进制，R称为该数制的基数。,返回,进位制 二进制 八进制 十进制 十六进制,规则 逢二进一 逢八进一 逢十进一 逢十六进一 基数 r = 2 r = 8 r = 10 r = 16 数符 0，1 0,1,7 0,1,9 0,1,9,A,B,C,D,E,F 位权

12、2i 8i 10i 16i 下标 B Q D H,表： 计算机中常用进制数的表示,返回,2 各种数制的转化,进位计数制的三个相关概念：,数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为“数码”。如在R进制中，数码为0，1，2，R1共R个。 基数：数制所使用的数码个数称为“基数”。如在R进制中，基数为R,返回,位权：某种数制的每一位所具有的固定系数称为“位权”。如在R进制中，第n位数的位权为Rn-1,例：(824)10 = 8102 + 2 101 + 4 100 (110)2 = 122 + 1 21 + 0 20,返回,常用进位计数制的特点,十进制数（Decimai）,一个十进制

13、数具有以下三个特征： 有十个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7、8、9； 基数为10,计数规律为“逢十进位,借一当十”； 位权关系为10i（其中:i=n-1，n-21，0.-1，-2-m）。,返回,二进制数（Binary）,一个二进制数具有以下三个特征： 有两个不同的数码，即0和1； 基数为2,计数规律为“逢二进位,借一当二”； 位权关系为2i（其中:i=n-1，n-21，0.-1，-2-m）。,返回,八进制数（Octal）,一个八进制数具有以下三个特征： 有八个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7； 基数为8,计数规律为“逢八进位,借一当八”； 位权关系为8i（其中:i=n-1，n

14、-21，0.-1，-2-m）。,返回,十六进制（Hexadecimal）,一个十六进制数具有以下三个特征： 有十六个不同的数码，即0、1、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F； 基数为16,计数规律为“逢十六进位,借一当十六”； 位权关系为16i（其中:i=n-1，n-21，0.-1，-2-m）。,返回,其它数制（R数制）转换为十进制：,按权展开相加 即只要把二进制中出现1的位数权相加即可。 【例】：将(110101.101)2转换为十进制。 (110101.101)2=12512402312202112012-102-212-3=321604010.50.125=(53.625

15、)10,返回,各进制之间的转换,例如：(156)10( )2 余数 2| 156 0 (最低位) 2| 78 0 2| 39 1 2| 19 1 2| 9 1 2| 4 0 2| 2 0 2| 1 1 (最高位) 0 结论：(156)10( 10011100 )2,十进制 R进制,1）整数部分的转换 方法一： 除以r取余,从末位取起 即：除以R 取余数，直到商 为0，得到的余数即为二进数各位的数码，余数从下到上排列。,返回,方法二：降幂法 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 (

16、356)10=256+64+32+4=28+26+25+22 =(101100100)2,返回,十进制转换成二进制的几个特例：,256D 255D 127D 等等,= 28 =100000000B,= 28 1=11111111B,= 27 1=1111111B,返回,例如：(0.625)D=( )B 乘2取整： 整数部分 0.625 2 1 .250 1 2 0 .500 0 2 1 .000 1 结论：(0.625 )D = ( 0.101 )B,2）小数部分转换,乘以r取整，按顺序取数 即：乘以R 取整数，得到的整数即为二进数各位的数码，整数从上到下排列。,循环数根据要求取数。,返回,混

17、小数的转换,对于既有整数部分又有小数部分的十进制数的转换，可以将两部分的转换分开进行，最后再将结果合并在一起即可。 【例】：十进数156.625转换成二进制数为 10011100.101B,返回,二进制 八进制 二进制 十六进制 二进制 十六进制,000 0 0000 0 1000 8 001 1 0001 1 1001 9 010 2 0010 2 1010 A 011 3 0011 3 1011 B 100 4 0100 4 1100 C 101 5 0101 5 1101 D 110 6 0110 6 1110 E 111 7 0111 7 1111 F,表 ：二进制、八进制和十六进制之

18、间的关系,返回,二进制、十六进制的相互转换,1） 二进制数转换成十六进制数的方法是：“四位合一位”法： 以小数点为界，整数向左，小数向右，四位一格，不足补零，格内变为十进制 【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。 0111 0101 1100 7 5 . C 转换结果为1110101.11B = 75.CH,返回,2） 十六进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成十六进制数的方法相逆，即“一位扩展四位”法：一位变四位，不足前补零，最后截去首尾空零。将每位十六进制数化成4位二进制数书写，便可得到转换结果。 【例】：将3A6.C5H转换成二进制数。 3 A 6 . C 5 001

19、1 1010 0110 . 1100 0101 转换结果为3A6.C5H = 1110100110.11000101B。,返回,二进制、八进制的相互转换,1） 二进制数转换成八进制数的方法是：“三位合一位”法:以小数点为界，整数向左，小数向右，三位一格，不足补零，格内变为十进制。 【例】：将1110101.11B转换成十六进制数。 001 110 101 110 1 6 5 . 6 转换结果为1110101.01B = 165.6O。,返回,2） 八进制数转换成二进制数方法，正好与二进制数转换成八进制数的方法相逆，即“一位扩展三位”法：一位变三位，不足前补零，最后截去首尾空零。每位八进制数化成

20、3位二进制数书写，便可得到转换结果 【例】：将145.6Q转换成二进制数。 1 4 5 . 6 001 100 101 . 110 转换结果为145.6Q = 1100 101.11B。,返回,3、 二进制的运算规则,二进制的算术运算规则 加法进位规则：逢二进一。 加法运算法则： 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0（向高位进位） 例：二进制数11011010？ 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1,返回,减法运算法则 ： 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1（向高位借位） 例：二进制数11101-1010？ 1 1 0 1 - 1 0 1 0 1 0 0 1 1,返

21、回,乘法运算法则： 0 00 0 10 1 00 1 11 除法运算法则： 0 0（无意义） 0 10 1 0（无意义） 1 11,返回,二进制的逻辑运算 逻辑变量之间的运算称为逻辑运算 对二进制数的1和0赋予逻辑含义，它们可以表示“真”与“假”、“是”与“否”、“有”与“无” 逻辑运算的基本运算： 逻辑加法(“或”运算 )： 00=0 01= 10=11=1 逻辑乘法(“与”运算 )： 00=01=10=0 11=1 逻辑否定(“非”运算 )： 0=1 1=0 异或： 00=11=0 01=10=1,返回,计算机中的信息单位,1、位（bit)：,位是计算机中最小的信息单位，一个位表示一位二进

22、制数，单位符号为b。它能表示两种状态,2、字节（byte)：,字节是基本信息单位，单位符号为B，它表示8位二进制数的长度，它能表示256种状态。,千字节（KB）,兆字节（MB）和吉字节（GB）,1MB1024KB220次方 1GB1024MB230次方,3、字长：,它是计算机作为一个整体进行数据存储、传输和处理的单位。如8位、16位、32位等。,返回,1、正负数的表示方法 平时我们用“”表示正，“”表示负，在计算机中数的符号通常用二进制数的最高位的一位数来表示符号：“0”表示正数，“1”表示负数。,例：十进制数37在字长为八位计算机中表示为：,0 0 1 0 0 1 0 1,符号位,数值部分,

23、1.3.2 计算机中数的表示方法,返回,例：十进制数37在字长为八位计算机中表示为：, 0 1 0 0 1 0 1,符号位,数值部分,这种符号位用0、1表示的二进制数，称为机器数。而实际数值（如37，37）称为机器数的真值。,返回,2、定点数与浮点数的表示方法 3、原码、反码与补码：,返回,浮点数在机器内表示时，尾数用原码，阶码用补码表示。 原码：用最高位表示数值的符号，其他各位表示该数的绝对值 反码：正数反码与原码相同；负数为原码除符号位外各位“按位求反” 补码：正数补码与原码相同；负数为原码除符号位外各位“按位求反”，在最低位加1。,1.3.4 字符的表示,ASCII码是美国信息交换标准代

24、码。 (American Standard Code for Information Interchange) 包括09十个数字，大小写英文字母 及33个标点符号和33个控制 。,Computer,01000011 01101111 01101101 01110000 01110101 01110100 01100101 01110010,返回,基本ASCII码表的排列规则如下：先是32为控制码，后为09十个数字，再为AZ 26 个大写字母，其后为az 26个小写字母；其中相同类型的字母顺序排放，如：大写字母C的ASCII码：对应于字符C的位置，找出其横坐标D6D5D4和纵坐标D3D2D1D0

25、，依D6D5D4D3D2D1D0的顺序排列出来，再在最高位补以0，即得C的ASCII码为01000011。根据C字母的ASCII码，可推出E字母的ASCII码为01000101，A字母的ASCII码为01000001。,返回,汉字的编码,是我国于1980年制定的国家标准，代号为GB231280。它规定汉字在机器内的编码。 在国标码的字符集中，包括了一级汉字3755个，二级3008个，一个汉字对应一个区位码，由四位数字组成，前两位数字为区码（094），后两位数字为位码（094）,（1）信息交换用汉字编码字符集.基本集,是指汉字在计算机内部中进行存取操作所使用的编码。汉字的机内码占两个字节，分别称

26、为高位字节与低位字节,（2）汉字的机内码,返回,是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。,汉字输入编码方法分为三类： 数字编码 数字编码就是用数字串代表一个汉字的输入，常用的有国际区位码。如：“中”5448 、 “”0113 拼音码 拼音码是以汉语读音为基础的输入方法。常用的有智能全拼、微软拼音、紫光拼音、智能狂拼等。 字形编码 字形编码是以汉字的形状确定的编码。常用的有五笔字形、表形码等。,（3）汉字的输入码,返回,字形存储码是指供计算机输出汉字（显示或打印）用的二进制信息，也称字模,例：1616点阵的汉字，每个字有16行，每行有16个点，每个汉字共256个点，一个点占一个二进制位，则存

27、储时要用256个字节。,（4）汉字的字形码,返回,1.4.1 主机 1.4.2 辅助存储器 1.4.3输入/输出设备 1.4.4微机系统性能指标,1.4 微型计算机系统概述,1.4.1 主机,1、主板：主板（Mother Board，Main Board，System Board）是一台PC的主体所在，主板要完成电脑系统的管理和协调，支持各种CPU、功能卡和各总线接口的正常运行，它是PC机的“总司令部”.,1）BIOS （基本输入输出系统）芯片,2) 总线：,数据总线：用来传输数据信息 地址总线：用来传送CPU发出的地址信息 控制总线：用来传送控制信号、时序信号和状态信号,3).扩展槽：,是外

28、围输入/输出设备的连接端口，上面常插一些外设控制电路板（如显卡、声卡）实现对PC机系统性能的扩充,4).南北桥芯片：,决定主板支持哪种CPU、内存，控制了所有总线与CPU之间的沟通。,微型计算机的中央处理器(CPU)，是微型计算机的核心，又称为微处理器（MPU)。它主要由运算器和控制器组成。,主机,运算器,控制器,存储器,输出设备,输入设备,主机,又称算术逻辑单元ALU，是能完成各自、各种算术运算和逻辑运算的装置,2. 微处理器,运算器：它主要对二进制数码进行算术运算和逻辑运算 控制器：主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成，用来控制计算机各部件协调工作,1、内存（主存）： （

29、指CPU可以直接存取信息的存储器）,随机存储（RAM）：,开机后，用户可以向其中写入、取出信息，关机后其中的信息消失，再次通电也不能恢复。,可擦除的只读存储（EPROM）：,2、高速缓冲存储器：（Cache):,用来存储主存中马上就要执行的指令和数据或经常被CPU访问的那部分执行程序。速度是DRAM的10倍左右,只读存储器（ROM）：,是用户只能读出不能写入的存储器，所存的信息能永久保存。,高速高性能的动态存储器,3、内部存储器,4、总线,数据总线：用来传输数据信息 地址总线：用来传送CPU发出的地址信息 控制总线：用来传送控制信号、时序信号和状态信号,5、时钟电路与电源,并口 串口 IDE接

30、口 SCSI接口 USB接口,6、输入/输出接口（I/O口）,1.4.2 辅助存储器,磁盘 光盘 移动硬盘 Flash存储设备（U盘）,软盘：软磁盘是一种涂有磁性物质的圆盘。 硬磁盘：硬盘是由涂有磁性材料的合金圆盘组成，是微机系统的主要外存储器。 磁带：磁带也称顺序存取存储器 光盘：是一种小型光盘只读存储器。它的特点是只能写一次。一张光盘的容量为650MB左右。 优盘：是一种新型的移动存储交换产品。可用于存储任何的数据文件和在微型计算机间方便地交换文件。目前优盘一般采用闪存存储介质和能用串行总（USB）接口。,1.4.3 输入/输出设备,键盘 鼠标 显示器 打印机,鍵盘：键盘是向电脑提供指令和

31、信息的必备工具之一，是微机系统的一个标准的输入设备，用一条电缆线连接到主机机箱。常用键盘有101键、104键。 鼠标：是当代计算机不可缺少的一种重要输入设备 。 话筒、扫描仪等,1、输入设备,2、输出设备 显示器：显示器又叫监视器（Monitor）。显示器是计算机最主要的输出设备之一，人与计算机交流的主要渠道 目前微机上使用CRT显示器；便携机上使用LCD显示器。显示器必须配置正确的适配器（显示卡）才能构成完整的显示系统。 显示器的主要技术指标 ：点距、分辨率 、刷新频率等,打印机是常用的输出设备，一般有三种：针式（点阵）打印机、喷墨打印机、激光打印机,打印机：,打印机的主要技术指标：分辨率

32、、速度 、字库 、噪音 等。,音箱：音箱是多媒体系统的重要组成部分，有有源音箱和无源音箱两种。 绘图仪,字长,运算速度,内存容量,时钟频率（主频）,1.4.4、微型计算机的主要性能指标,计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有：,1、计算机的特点,处理速度快：每秒几百亿次几千亿次 计算精度高：可使用足够多的二进制位数来获得所要求 的数据精度 记忆能力强 ：能存储大量的数据和计算机的程序 可靠的逻辑判断能力：区别于其它任何机器的一个特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因 可靠性高，通用性强。,返回,2、 主要性能指标,（1）字长 字长是计算机CPU一次直接处理二进制数据的位数，一般

33、与运算器的位数一致。就一般而言，字长越长，运算精度越高。一般计算机的字长有8位、16位、32位和64位等。,返回,(2) 运算速度 运算速度是指计算机每秒执行基本指令的条数。它反映了计算机运算和对数据信息处理的速度。表示计算机运算速度的单位有次/秒、百万次/秒、亿次/秒等。 (3) 主频 主频是指计算机的主时钟频率，它在很大程度上反映了计算机的运算速度，因此人们也常以主频来衡量计算机的速度。主频的单位是赫兹（Hz），实际使用时常以MHz、GHz表示，比如Pentium/866、PentiumIV/1.5分别表示主频频率为866 MHz和1.5GHz。,返回,(4) 内存储器容量 内存储器以字节为单位，其容量表示存储二进制数据的能力，因此也是计算机的一项重要的技术指标。常用千字节（KB）、兆字节（MB）、千兆字节（KMB）或吉字节（GB）表示。 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB,返回,1.5 多媒体技术,1.5.1 多媒体的概念 1.5.2 多媒体信息的概念 1.5.3 多媒体计算机,