第1章 計算機基礎知識

1、 1) 計算機的誕生計算機的誕生 1946年第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC由美國賓夕法尼亞大學研制成功。(它是一個龐然大物，共有18 000個電子管、1500個繼電器，耗電150kW,重量30t，占地約170平方，運算速度為每秒5000次加法或400次乘法)。用于軍事領域的科學計算。1944 倫敦“科洛薩斯”計算機（2500個電子管，耗電4.5kW ，重約4噸，每秒可運算5000次。用于二戰(zhàn)期間破譯德軍密碼，戰(zhàn)爭結束后，被秘密銷毀）。阿蘭阿蘭.圖靈圖靈：計算機和人工智能之父；計算機邏輯的奠基者；曾協(xié)助英軍破解德密碼，幫助盟軍取得二戰(zhàn)勝利。為紀念其在計算機領域的卓越貢獻，由美國計算機協(xié)會于196

2、6年設立“圖靈圖靈獎獎”，計算機領域的諾貝爾獎。2000年華人學者姚姚期智期智(現(xiàn)清華大學教授)。2016年蒂姆伯納斯-李(萬維網之父)1.計算機的發(fā)展1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 第一代計算機（19461957年）使用電子管作為主要電子元件，體積大、耗電多、性能低（5000次）。 第二代計算機（19581964年）使用晶體管，每秒幾十萬次，出現(xiàn)高級語言、系統(tǒng)軟件（監(jiān)控程序）。 第三代計算機（19651970年）使用小規(guī)模集成電路SSIC和中規(guī)模集成電路MSIC ，完善的操作系統(tǒng)、運算速度達每秒100萬次。 第四代計算機（1971年至今）采用大規(guī)模集成電路LSIC和超大規(guī)模集成

3、電路VLSIC ，每秒千萬次；成熟的操作系統(tǒng)、各類應用軟件發(fā)展、網絡應用普及經歷四個階段1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 微型計算機是第四代計算機的典型代表。 1971年Intel公司使用LSIC率先推出微處理器4004，成為計算機發(fā)展史上一個新的里 程碑，宣布第四代計算機問世。 微型計算機的字長從4位、8位、16位、32位至64位迅速增長，速度越來越快，容量越來越大。 當前計算機技術正朝著巨型化（每秒萬億次）、微型化、網絡化、智能化、多功能和多媒體化的多個 不同的方向發(fā)展。微型計算機的發(fā)展1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 按計算機處理數(shù)據的方式分類：電子數(shù)字計算機、電

4、子模擬計算機和數(shù)?；旌嫌嬎銠C三種。 按計算機使用范圍分類：通用計算機和專用計算機兩種。 按計算機的規(guī)模和處理能力分類：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機、工作站等。超級計算機超級計算機：08年無；10年星云；11年天河1號；13-15年天河2號，每秒33.86千萬億次浮點運算；16年“神威太湖之光”以三倍天河2號的速度奪得第一。超級計算機技術是一個國家科技實力的象征，最重要的是它有兩個軍事用途：模擬核爆和解密。2.計算機的分類1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 自動控制能力：計算機由程序控制其操作過程 高速運算的能力：每秒千萬億次運算 很強的記憶能力：大容量存儲裝置 很髙的計算精

5、度：由機器字長決定，千分之一或更高 邏輯判斷能力：軟件編制時預定的 通用性強：可編程性決定，安裝不同軟件，連接到不同設備上，完成不同的任務。3.計算機的主要特點1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 科學計算（數(shù)值計算）:計算機最早應用的領域。 數(shù)據處理（信息處理）:收集、傳輸、分析、存儲等 自動控制：工業(yè)生產、危險環(huán)境作業(yè)（無人機） 計算機輔助系統(tǒng)：輔助設計CAD、輔助教學CAI等 人工智能： 智能機器人，AlphaGo 計算機網絡：計算機技術計算機技術+通信技術通信技術，通信和共享資源、分布式信息處理 多媒體計算機系統(tǒng)：計算機技術計算機技術+人機交互技術人機交互技術，電子出版、教學、

6、休閑領域4.計算機的主要用途1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念 信息是由客觀事物得到的、使人們能夠認知客觀事物的各種消息、情報、數(shù)字、信號、各種消息、情報、數(shù)字、信號、 圖形、圖像、圖形、圖像、語音等所語音等所包含的包含的內容內容。 數(shù)據是客觀事物屬性是客觀事物屬性的表示，可以是數(shù)值數(shù)據和各種非數(shù)值數(shù)據。對計算機而言，數(shù)據是信息的載體數(shù)據是信息的載體，有數(shù)值、文字、語言、圖形和圖像等多種形式。即數(shù)據是指能夠為計算機處理的數(shù)字化信息數(shù)據是指能夠為計算機處理的數(shù)字化信息。5.信息的基本概念1.2.1 計算機的基本概念計算機的基本概念馮諾依曼結構運算器 運算器是計算機中進行算術運算和邏輯運

7、算的主要部件，是計算機的主體?？刂破?控制器是計算機的指揮控制中心。存儲器 存儲器是用來保存程序、數(shù)據、運算的中間結果及最后結果的記憶裝置。輸入設備 常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、磁盤驅動器和觸摸屏等輸出設備 常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀和磁盤驅動器等。位（bit) : 二進制數(shù)的最小單位。字節(jié)（Byte) : 以8位二進制數(shù)組成1個字節(jié)。字（Word）:由若干個字節(jié)組成1個字。通常我們把計算機一次所能處理數(shù)據的最大位數(shù)稱為該機器的字長。字長越長，一次所處理數(shù)據的有效位數(shù)就越多，計算精度就越髙。存儲容量: 衡量計算機存儲能力的重要指標，用字節(jié)(B)來計算和表示。除B外，還常用K

8、B、MB、GB、TB作為存儲容量的單位。其換算關系如下：lB = 8b1KB = 210B=1024B 1MB=210KB= 1024KB 1GB= 210MB=1024MB 1TB = 210GB=1024GB1PB = 210TB=1024TB指令 指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，由操作碼和地址碼組成。程序 為解決某一問題而設計的一系列有序的指令或語句的集合。程序設計語言 機器語言：二進制代碼，不通用，計算機直接執(zhí)行。 匯編語言：助記符，源程序需匯編成機器語言程序。 高級語言：接近人類表達方式，源程序需使用編譯程序翻譯成目標程序。軟件的定義 軟件是能夠指揮計算機工作的程序和程序運行時所需要

9、的數(shù)據，以及相關資料的集合。軟件的分類 系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類 系統(tǒng)軟件：管理監(jiān)控維護計算機資源、開發(fā)應用軟件； 操作系統(tǒng)(是用戶與計算機之間的橋梁和接口，也是最貼近硬件的系統(tǒng)軟件)、各種計算機語言及其處理程序、系統(tǒng)支持和服務程序、數(shù)據庫管理系統(tǒng)。 應用軟件：為解決計算機各類應用問題而編制的軟件系統(tǒng)，它具有很強的實用性。（辦公軟件、Photoshop、Flash、WinRAR、Dreamweaver、QQ、360等）1.數(shù)據在計算機中的表示形式O十進制數(shù) D1.有 10 個數(shù)碼：0，1，2，3，4，5,，6，7， 8，9。2.“逢十進一”。O二進制數(shù) B: 計算機內部采用1.有2個數(shù)碼：0和

10、1。2.“逢二進一”O(jiān)八進制數(shù) O 1.有8個數(shù)碼： 0，1，2，3，4，5,，6，7 。2.“逢八進一”O(jiān)十六進制數(shù) H1.有16個數(shù)碼： 0，1，7， 8，9 ，A，B，C，D，E，F(xiàn)。2.“逢十六進一”15 (1)(1)二、八、十六二、八、十六 十進制十進制 169D=1102+6101+91001101B=123+122+021+120=13D765O=782+681+580=501DA6CH=10162+6161+12160=2668D數(shù)制之間的轉換(2)十進制 二、八、十六進制除底取余，倒序讀數(shù)25=25=？B B396=396=？H H252=12 1 39616=2412 C1

11、22=6 0 2416=1862=3 0 116=0132=1 112=0 1 25=1100125=11001B B396=18C396=18CH H1617(3)二進制 十六進制 四位對應一位，前不足補0 0110,1010,1011,1001,0011B 6 A B 9 3 H使用使用“計算器計算器”工具，可更工具，可更方便地進行數(shù)制轉換方便地進行數(shù)制轉換常用整數(shù)各數(shù)制間的對應關系十進制十進制 二進制二進制 十六進制十六進制 十進制十進制 二進制二進制 十六進制十六進制0 0000008100081 1000119100192 200102101010A3 300113111011B4

12、401004121100 C5 501015131101D6 601106141110 E7 70111 7151111 F2.字符編碼O編碼是指對輸入到計算機中的某種非數(shù)值型數(shù)據用二進制數(shù)來表示的轉換規(guī)則。不同 的機器、不同類型的數(shù)據其編碼方式是不同的。由于這些編碼涉及世界范圍內的有關信息表示、交換、存儲的基本問題，因此制定了有關國家標準或國際標準。有字符編碼（ASCII碼）和漢字編碼。201)字符編碼OASCII編碼：美國標準信息交換代碼O使用一個字節(jié)O只用低7位二進制進行編碼,最高位為0O共編碼128個字符O數(shù)字0-9的ASCII碼: 48-57O大寫字母A-Z的ASCII碼: 65-9

13、0O小寫字母a-z的ASCII碼: 97-12221字符字符“A A” 的的ASCIIASCII碼為碼為 01000001B 01000001B 或或 41H 41H 65D65D22O漢字的國標碼:1981年 GB2312O15000多個，常見7200多個O2字節(jié)編碼，可表達：256*256=65536個O每個字節(jié)最高位為1,從而與ASCII碼區(qū)分O漢字輸入碼/外碼：五筆字型、自然碼、微軟拼音O漢字機內碼：以國標碼為基礎變化得到O漢字字型碼：點陣字形碼、矢量字形碼2) 漢字編碼23漢字各種代碼之間的轉換關系字形碼字形碼輸入碼輸入碼/ /外碼外碼機內碼機內碼打印打印顯示顯示微型計算機的結構 微

14、型計算機有多種系列、檔次和型號等。這些計算機的共同特點是體積小，適合放在辦公桌上使用，而且每個時刻只能一人使用，因此又稱為個人計算機（PC)。主板 主板是計算機各種部件相互連接的紐帶和橋梁。其中主要組件有CMOS、基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS)、高速緩沖存儲器（cache)、內存插槽、CPU插槽、鍵盤接口、軟/硬盤驅動器接口、總線擴展插槽（提供ISA、PCI等擴展槽)、串行接口（C0M1、COM2)、并行接口（打印機接口 LPT1)、USB接口等。中央處理器 中央處理器(CPU)是計算機的核心，包括運算器、控制器和寄存器等。計算機的運轉是在CPU的指揮控制下實現(xiàn)的，所有的算術運算和邏輯運算都是由

15、它完成的。內存儲器 存儲器分為內存儲器和外存儲器，簡稱為內存和外存。 內存有兩種：只讀存儲器ROM和隨機存取存儲器RAM接口 接口作為計算機主機與外部設備之間的橋梁，實現(xiàn)計算機與外部設備之間交換信息的重要工作。接口的類型決定數(shù)據傳輸方式，主要有并行接口和串行接口兩種。系統(tǒng)總線 總線（bus）是計算機系統(tǒng)各部件之間相互連接、傳送信息的公共通道，由一組物理導線組成。在總線中，一次傳輸信息的位數(shù)稱為總線的寬度。按照傳送的信息類型可以分為數(shù)據總線、地址總線和控制總線。微處理器 微處理器是微機的核心部分，是由片或幾片大規(guī)模集成電路組成的，具有運算器和控制器功能的中央處理器（CPU)。微型計算機 微型計算機是以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制成的存儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所組成的計算機，簡稱微型計算機。計算機硬件系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng) 微型計算機系統(tǒng)是以微型計算機為中心，