第1章(1)計算機基礎知識

1、1第一章第一章 計算機基礎知識計算機基礎知識 1.1 計算機的基計算機的基本概念本概念 1.2 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成 1.3 信息編碼信息編碼1.4 微型計算機的硬件組成微型計算機的硬件組成21.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 1.1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 1.1.2 計算機的分類計算機的分類 1.1.3 計算機的主要特點計算機的主要特點1.1.4 計算機的新技術計算機的新技術1.1.5 未來新型計算機未來新型計算機1.1.6 信息技術基礎知識信息技術基礎知識1.1.7 計算機在信息社會中的應用計算機在信息社會中的應用3 1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 n 算算 盤

2、盤 中國唐代中國唐代 第一種手動式計數(shù)器第一種手動式計數(shù)器n 計算尺計算尺 1622年，英國年，英國William Oughtred手動式，加、減、乘、除、指數(shù)和三角函數(shù)運手動式，加、減、乘、除、指數(shù)和三角函數(shù)運算算n 加法器加法器 16451645年，法國年，法國BlaiseBlaise Pascal Pascal 機械式，自動進位加法器，只能做加法。機械式，自動進位加法器，只能做加法。n 計算器計算器 16731673年，德國年，德國Gottfried LeibnizGottfried Leibniz 機械式，加、減、乘、除和開方機械式，加、減、乘、除和開方現(xiàn)代計算機的真正起源現(xiàn)代計算機的

3、真正起源n 差分機差分機 18121812年，英國年，英國Charles BabbageCharles Babbagen 分析機分析機 18341834年，英國年，英國Charles BabbageCharles Babbage4 查爾斯查爾斯. .巴貝奇巴貝奇 1812年差分機年差分機 1834年分析機年分析機 三部分組成：三部分組成：(1)(1)由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲庫；由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲庫；(2)(2)運算裝置；運算裝置；(3)(3)能對操作順序進行控制，并選擇所需處理的數(shù)能對操作順序進行控制，并選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結果的裝置。據(jù)以及輸出結果的裝置。史料：史料：

4、查爾斯查爾斯.巴貝奇巴貝奇1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展51.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 世界上第一臺電子計算機稱為世界上第一臺電子計算機稱為”ENIAC”，它于，它于1946年誕生于美國。它的誕生宣告了計算機時代的到來。年誕生于美國。它的誕生宣告了計算機時代的到來。 重達重達30噸噸占地占地250m2啟動工耗啟動工耗150000瓦瓦18000個電子管個電子管Electronic Numerical Integrator And Calculator電子數(shù)字積分計算機電子數(shù)字積分計算機:每秒每秒5千次加減運算千次加減運算:沒有存儲器沒有存儲器:采用十進制采用十進制61.1 計算機的發(fā)展計算

5、機的發(fā)展時代時代年份年份器件器件軟件軟件應用應用一一 46-57電子管電子管機器語言匯編語言機器語言匯編語言 科學計算科學計算二二58-64晶體管晶體管高級語言高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制 三三65-71集成電路集成電路操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理圖形處理文字處理圖形處理四四71年迄今年迄今大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等社會的各個領域社會的各個領域電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路史料：史料： IBMIBM的發(fā)展史的發(fā)展史 硅谷人才搖籃仙童半導體公司硅谷人才搖籃仙童半導體公司 HPHP的發(fā)展史的發(fā)展史 比爾比爾. .蓋茨蓋茨7

6、史料：史料： 阿蘭阿蘭.圖靈圖靈 馮馮諾依曼諾依曼計算機科學奠基人計算機科學奠基人英國科學家英國科學家 阿蘭阿蘭. .圖靈圖靈主要貢獻：主要貢獻： 建立圖靈機模型，奠定了可計算理論的建立圖靈機模型，奠定了可計算理論的基礎基礎 提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念 電子計算機之父：電子計算機之父：美籍匈牙利數(shù)學家美籍匈牙利數(shù)學家 馮馮. .諾依曼諾依曼代表人物：阿蘭代表人物：阿蘭.圖靈和馮圖靈和馮.諾依曼諾依曼美國計算機學會美國計算機學會(ACM)1966(ACM)1966年設立圖靈獎年設立圖靈獎主要貢獻：主要貢獻： 與同事研制人類第二臺計算機與同事研制人類第二臺

7、計算機EDVAC “存儲程序存儲程序”概念概念 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機 奠定了現(xiàn)代計算機體系結構和工作原理奠定了現(xiàn)代計算機體系結構和工作原理81.2 計算機的分類計算機的分類 按處理數(shù)據(jù)按處理數(shù)據(jù)方式分類方式分類電子數(shù)字計算機電子數(shù)字計算機電子模擬計算機電子模擬計算機按用途分類按用途分類通用機通用機專用機專用機數(shù)?；旌嫌嬎銠C數(shù)?；旌嫌嬎銠C91.2 計算機的分類計算機的分類 按綜合性能按綜合性能指標分類指標分類高性能計算機（高性能計算機（巨型機或大型機巨型機或大型機）：）： 速度最快、處理能力最強、速度最快、處理能力最強、 最快：最快：NEC Earth Simulator NEC Ear

8、th Simulator 每秒每秒3535萬億次浮點運算，峰值萬億次浮點運算，峰值4040萬億次萬億次 中國：中國：曙光曙光4000A 25604000A 2560顆顆6464位位AMD OpteronAMD Opteron處理器處理器 每秒每秒8萬億次浮點運算，全球排名第萬億次浮點運算，全球排名第10工作站工作站：介于介于PCPC與小型機之間高檔微機系統(tǒng)與小型機之間高檔微機系統(tǒng) 高分辨率、大容量內外存，圖形功能較強高分辨率、大容量內外存，圖形功能較強微型計算機微型計算機： 臺式機、筆記本和個人數(shù)字助量臺式機、筆記本和個人數(shù)字助量(PDA)(PDA)服務器服務器：網(wǎng)絡環(huán)境中為多個用戶提供服務的

9、：網(wǎng)絡環(huán)境中為多個用戶提供服務的 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)101.3 計算機的主要特點1.自動控制能力自動控制能力 常用于電力、冶金、石油化工、機械等工業(yè)。常用于電力、冶金、石油化工、機械等工業(yè)。2.運算速度快、精度高運算速度快、精度高 如導彈的發(fā)射，宇宙飛船的飛行軌跡計算等。如導彈的發(fā)射，宇宙飛船的飛行軌跡計算等。3.記憶能力強記憶能力強4.具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力5.通用性強通用性強 計算機可運用于各個領域計算機可運用于各個領域111.4 計算機的新技術計算機的新技術1嵌入式技術嵌入式技術 將計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)之中的一將計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)

10、之中的一種技術。種技術。系統(tǒng)和功能軟件固化起來，類似系統(tǒng)和功能軟件固化起來，類似BIOS的工作方式。的工作方式。 應用：各種家電、數(shù)碼相機等應用：各種家電、數(shù)碼相機等2網(wǎng)格計算網(wǎng)格計算 利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的虛擬的超級計算機超級計算機”，其中每一臺的計算機就是一個，其中每一臺的計算機就是一個“節(jié)點節(jié)點”，而整個計算，而整個計算是由成千上萬個是由成千上萬個“節(jié)點節(jié)點”組成的組成的“一張網(wǎng)格一張網(wǎng)格”。 優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理能力超強；充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理能力超強；充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。 示例：示例：

11、123中間件技術中間件技術 中間件是介于應用軟件和操作系統(tǒng)之間的系統(tǒng)軟件中間件是介于應用軟件和操作系統(tǒng)之間的系統(tǒng)軟件 131.5 未來新型計算機未來新型計算機1光計算機光計算機 利用光子取代電子進行利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。 不同波長表示不同數(shù)據(jù)不同波長表示不同數(shù)據(jù) 優(yōu)點：超高速優(yōu)點：超高速 缺點：體積龐大缺點：體積龐大2生物計算機（分子計算機）生物計算機（分子計算機） 2020世紀世紀8080年代中期開始研制年代中期開始研制 采用了生物芯片采用了生物芯片3量子計算機量子計算機 利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機，利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計

12、算機， 這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學的標志。這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學的標志。 141.6信息技術基礎知識信息技術基礎知識 1. 1. 信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù) 病歷卡上記載病人的體溫病歷卡上記載病人的體溫39oC是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)39oC本身本身是沒有意義的。當數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其是沒有意義的。當數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時，才能成為信息。某個病人的體溫是它數(shù)據(jù)比較時，才能成為信息。某個病人的體溫是39oC，這才是信息，信息是有意義的。這才是信息，信息是有意義的。 信息信息 各種事物的變化和特征的反映各種事物的變化和特征的反映 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 信息的載體。信息的載體。 例如

13、：數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等。例如：數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等。 152. 2. 信息技術信息技術(Information Technology，IT)聯(lián)合國教科文組織的定義聯(lián)合國教科文組織的定義 應用在信息加工和處理中的科學、技術與工程的訓應用在信息加工和處理中的科學、技術與工程的訓練方法和管理技巧；上述方面的技巧和應用；計算機及練方法和管理技巧；上述方面的技巧和應用；計算機及其與人、機的相互作用；與之相應的社會、經(jīng)濟和文化其與人、機的相互作用；與之相應的社會、經(jīng)濟和文化等諸種事物。等諸種事物。 161）信息基礎技術信息基礎技術 微電子技術微電子技術 當今世界新技術革命的基石當今世界

14、新技術革命的基石 光電子技術光電子技術 采用光子作為信息的載體采用光子作為信息的載體 2） 信息系統(tǒng)技術信息系統(tǒng)技術 信息獲取技術信息獲取技術 傳感技術、遙測技術和遙感技術傳感技術、遙測技術和遙感技術 信息處理技術信息處理技術 計算機技術成為現(xiàn)代信息技術的核心計算機技術成為現(xiàn)代信息技術的核心 信息傳輸技術信息傳輸技術 光纖通信技術、衛(wèi)星通信技術等光纖通信技術、衛(wèi)星通信技術等 信息控制技術信息控制技術 利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn)利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn) 信息存貯技術信息存貯技術 縮微品、磁盤、光盤縮微品、磁盤、光盤 通信技術通信技術( (Communication) )、計算機技術、計算機技術(

15、(Computer) )和控和控制技術制技術( (Control) )合稱為合稱為3C3C。3） 信息應用技術信息應用技術如信息管理、信息控制、信息決策如信息管理、信息控制、信息決策 173. 現(xiàn)代信息技術的特點現(xiàn)代信息技術的特點 數(shù)字化數(shù)字化 大量信息可以被壓縮，并以光速進行傳輸。大量信息可以被壓縮，并以光速進行傳輸。 多媒體化多媒體化 文字、聲音、圖形、圖像、視頻等信息媒體與計算機集成在文字、聲音、圖形、圖像、視頻等信息媒體與計算機集成在一起，以接近于人類的工作方式和思考方式來設計與操作。一起，以接近于人類的工作方式和思考方式來設計與操作。 高速度、網(wǎng)絡化、寬頻帶高速度、網(wǎng)絡化、寬頻帶 下

16、一代的下一代的InternetInternet技術。技術。 智能化智能化 在超媒體的世界里，軟件代理收集任何可能想要在網(wǎng)絡上取在超媒體的世界里，軟件代理收集任何可能想要在網(wǎng)絡上取得的信息。得的信息。181.7 計算機在信息社會中的應用計算機在信息社會中的應用 計算機的應用類型計算機的應用類型1. 科學計算科學計算2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理3. 電子商務電子商務4. 過程控制過程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒體技術多媒體技術 7. .虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實8. 人工智能人工智能 計算機的主要應用領域計算機的主要應用領域1. 工商：工商：電子商務、電子商務、CAD/CAM2. 教育：教育：多媒

17、體教育、遠程教育多媒體教育、遠程教育3. 醫(yī)藥：醫(yī)藥：CAT、MRI、遠程醫(yī)療、遠程醫(yī)療4. 政府：政府：電子政府電子政府5. 娛樂：娛樂：虛擬現(xiàn)實、電影特技虛擬現(xiàn)實、電影特技 6. 科研：科研：數(shù)據(jù)采集、計算分析數(shù)據(jù)采集、計算分析7. 家庭：家庭：家庭信息化家庭信息化 19CADCAMCAICAD(計算機輔助設計計算機輔助設計): 常用于飛機、輪船、建筑工程等復雜設計工程中。利用計算機進行設計可以提高設計質量，縮短設計周期，提高設計的自動化水平CAM(計算機輔助制造計算機輔助制造): 由計算機輔助設計派生出來的，常用來進行生產(chǎn)設備的管理、控制、操作等的過程，例如操縱機器的運行，控制材料的流動

18、，處理產(chǎn)品制造過程中的所需數(shù)據(jù)，以及對產(chǎn)品進行測試和檢測等。CAI(計算機輔助教學計算機輔助教學):是利用計算機幫助對學生的教學。通常包括用形象的動態(tài)圖示來表達一些用語言和文字不易表達清楚的概念，還包括學生與計算機之間的對話，并能夠指出學習過程中的錯誤，以及學生學習課程的成績等。20AI(人工智能人工智能):目前已開發(fā)的典型人工智能應用系統(tǒng)有：(a)計算機專家系統(tǒng)，它實際上是具有專門知識的程序系統(tǒng)。目前用的較多的領域有軍事、化學、氣象學、地質學以及醫(yī)療診斷等。（b)機器人系統(tǒng)，它由專門的計算機程序配以相應的運動部件組成。目前還只能做一些較簡單的動作，但也很有用了，比如大量繁重的勞動，精度要求高

19、而又不斷重復的勞動，在有危險、有放射線、有毒等的環(huán)境下的勞動，連續(xù)長時間的勞動等等。另外，人工智能作為新一代電子計算機基礎.211.2 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成1.2.1 計算機系統(tǒng)的基計算機系統(tǒng)的基本組成本組成 1.2.2 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 1.2.3 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)221.2.1 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)硬硬 件件軟軟 件件231.2.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成 輸入設備：輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀等鍵盤、鼠標、掃描儀等 輸出設備：輸出設備：顯示器、打印機、音響等顯示器、打印

20、機、音響等 外外 存：軟盤、硬盤、光盤、存：軟盤、硬盤、光盤、U U盤等盤等 計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件外部設備外部設備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件硬件硬件運算器運算器控制器控制器主機主機內存內存CPU隨機存儲器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器(Cache)操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux語言處理程序：語言處理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 實用程序：診斷程序、排錯程序等實用程序：診斷程序、排錯程序等 辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系

21、統(tǒng) 241.2.2 計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng) 計算機硬件包括主機和外設計算機硬件包括主機和外設主機主機外設外設輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備外存設備外存設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備25計算機的五大部件計算機的五大部件馮馮.諾依曼思想諾依曼思想： 二進制二進制程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內存程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內存五大模塊五大模塊存儲器數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器26處理器處理器處處理理器器控制器控制器運算運算器器控制整個計算機控制整個計算機所有部件的工作所有部件的工作執(zhí)行算術運算執(zhí)行算術運算和邏輯運算和邏輯運算27存儲器存儲器存儲器存儲器是計算機存儲是計算機存儲數(shù)

22、據(jù)和程序數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，的記憶單元集合，每個記憶單元由每個記憶單元由8 8位二進制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。位二進制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。存儲器存儲器存儲器通常分為內存儲器和外存儲器存儲器通常分為內存儲器和外存儲器存放大量信息存放大量信息的外存儲器的外存儲器信息交流中心信息交流中心內存儲器內存儲器28存儲器存儲器每個記憶單元由每個記憶單元由8 8位二進制位組成。位二進制位組成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字節(jié)字節(jié)BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit

23、29輸入設備輸入設備常用輸入設備：常用輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。301.2.3 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng) 軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需要的文檔的集合。用和維護這些程序所需要的文檔的集合。 操操統(tǒng)統(tǒng)作作系系語言處理語言處理程序程序實用程序實用程序應用軟件應用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用戶用戶31系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 1.操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 目的目的: 計算機與人交互的接口計算機與人交互的接口,不必了解計算機內部結構不必了解計算機內部結構 合理地使用系統(tǒng)內包含的各種軟、硬件資源，提高整合理地使用系統(tǒng)內包含的各種軟、硬件資源，