計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)概述

第1章計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)概述第2講計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)概述<二>教學(xué)目標(biāo)與基本要求：1、掌握計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的構(gòu)成,軟件的概念、特點(diǎn)與分類(lèi)2、了解指令、語(yǔ)言、程序的概念.3、掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理.教學(xué)重點(diǎn)：軟件的概念、特點(diǎn),存儲(chǔ)程序原理.教學(xué)難點(diǎn)：存儲(chǔ)程序原理.教學(xué)內(nèi)容：1、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件2、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)的指令、計(jì)算機(jī)的程序3、計(jì)算機(jī)的工作原理、計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程教學(xué)時(shí)間：1學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：1.3.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的構(gòu)成軟件：在硬件設(shè)備上運(yùn)行的各種程序以與有關(guān)資料,主要由程序和文檔兩部分組成.1．系統(tǒng)軟件指管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源〔包括硬件和軟件〕的軟件.它是為整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的、不依賴(lài)于特定應(yīng)用領(lǐng)域的通用性軟件.它擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的功能,提高了計(jì)算機(jī)的工作效率.系統(tǒng)軟件是不可少,一般由生產(chǎn)廠(chǎng)家或?qū)ｉT(mén)的軟件開(kāi)發(fā)公司研發(fā),其他程序都在它的支持下編寫(xiě)和運(yùn)行.系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)和實(shí)用系統(tǒng)軟件.〔1〕操作系統(tǒng)?概念：操作系統(tǒng)〔OperatingSystem,OS〕是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件,是系統(tǒng)軟件的核心,其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行.它控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬件資源,合理有效地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作.?DOS、Unix、Windows〔95、98,2000、xp等〕〔2〕實(shí)用系統(tǒng)軟件1語(yǔ)言處理程序?概念：將非機(jī)器語(yǔ)言的程序通過(guò)解釋或翻譯成與其相對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令后,使其被計(jì)算機(jī)執(zhí)行.?要點(diǎn)：●計(jì)算機(jī)只能直接識(shí)別和執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言程序.非機(jī)器語(yǔ)言的程序必須通過(guò)解釋或翻譯成與其相對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令后,才能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行●一般將用高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)為源程序,而將已翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序稱(chēng)為目標(biāo)程序,不同高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序必須通過(guò)相應(yīng)的語(yǔ)言處理程序進(jìn)行翻譯.●計(jì)算機(jī)將源程序翻譯成機(jī)器指令時(shí),通常有兩種翻譯方式：編譯方式和解釋方式,具體如圖1-7所示.高級(jí)語(yǔ)言源程序編譯程序目標(biāo)程序程序執(zhí)行〔編譯〕高級(jí)語(yǔ)言源程序解釋程序執(zhí)行〔解釋〕圖1-7計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理程序的翻譯過(guò)程●經(jīng)編譯方式編譯的程序執(zhí)行速度快、效率高.●語(yǔ)言處理程序主要有：匯編程序、解釋程序和編譯程序.匯編程序用來(lái)處理匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序,它把匯編語(yǔ)言源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序.解釋程序和編譯程序用來(lái)處理高級(jí)語(yǔ)言程序.現(xiàn)在大多數(shù)的高級(jí)語(yǔ)言都是編譯型的,例如C++、Pascal等.②數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)〔DBMS〕完成數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)于數(shù)據(jù)的管理.當(dāng)前流行的關(guān)系型DBMS有FoxPro、Access、Oracle、Sybase等.③各種實(shí)用工具程序?qū)嵱霉ぞ叱绦蚰芘浜细黝?lèi)其他系統(tǒng)軟件為用戶(hù)的應(yīng)用提供方便和幫助.如磁盤(pán)與文件管理軟件、瑞星、金山毒霸與##等.在Windows的附件中也包含了系統(tǒng)工具,包括磁盤(pán)碎片整理程序、磁盤(pán)清理等實(shí)用工具程序.2．應(yīng)用軟件?概念：應(yīng)用軟件是指為解決用戶(hù)某個(gè)實(shí)際問(wèn)題而編寫(xiě)的程序和有關(guān)資料應(yīng)用軟件可分為通用軟件和專(zhuān)用軟件,前者往往具有一定的通用性,為各行各業(yè)的人所使用,如MicrosoftWord、AdobePhotoshop等；后者沒(méi)有通用性,只完成某一特定專(zhuān)業(yè)的任務(wù),往往是針對(duì)某行業(yè)、某用戶(hù)的特定需求而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的,如某個(gè)公司的ERP系統(tǒng).?常用的應(yīng)用軟件有如下幾種：〔1〕辦公軟件包辦公軟件包包括文字處理、桌面排版、電子表格處理、商務(wù)圖表、演示軟件等.如MicrosoftOffice中的word,excel,access等.常用的辦公軟件包的結(jié)構(gòu)功能與應(yīng)用將在第3章中詳細(xì)介紹.〔2〕多媒體制作軟件多媒體制作軟件是用于錄制、播放、編輯聲音和圖像等多媒體信息的一組應(yīng)用程序.包括處理聲音的WaveStudio、SoundO’LD、Mixer等軟件和處理圖像的VFW〔VideoForWindows〕以與Photoshop、AutoCAD、3DS、PowerPoint、Authorware、FrontPage、Flash等.〔3〕其他應(yīng)用軟件如輔助財(cái)務(wù)管理、大型工程設(shè)計(jì)、建筑裝潢設(shè)計(jì)、服裝裁剪、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具以與各種各樣的管理信息系統(tǒng)等應(yīng)用軟件.3．嵌入式系統(tǒng)?概念：嵌入式系統(tǒng)是把計(jì)算機(jī)的硬件與軟件嵌入到各種應(yīng)用產(chǎn)品中的系統(tǒng),包括構(gòu)成軟件基本運(yùn)行環(huán)境的硬件和操作系統(tǒng)兩部分.?嵌入式處理器可以分為3類(lèi)：●嵌入式微處理器●嵌入式微控制器●嵌入式DSP〔DigitalSignalProcessor〕.4．程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言〔1〕程序設(shè)計(jì)的基本概念程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)①算法算法可以看作是由有限個(gè)步驟組成的、用來(lái)解決問(wèn)題的具體過(guò)程.[例1.1]歐幾里德算法〔求p、q的最大公約數(shù)〕.a.如果p＞q,則交換p和q.b.令r為p/q的余數(shù).c.如果r=0,則令g=q并終止；否則令p=q,q=r并轉(zhuǎn)向步驟b.計(jì)算機(jī)的算法有以下幾個(gè)性質(zhì)：●有窮性：算法必須在有限次執(zhí)行后完成.也就是說(shuō),解題過(guò)程必須是可以終止的.●確定性：每一步驟必須明確定義.計(jì)算機(jī)和自然語(yǔ)言不同,一切操作都要在程序中予以安排,不能有語(yǔ)義不明確的地方.●輸入/輸出：程序是以加工信息為其任務(wù),因此,在算法中需要涉與到信息的輸入/輸出.●可行性：每個(gè)算法都可以實(shí)施,并能達(dá)到預(yù)期目的.②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)涉與到一些諸如圖、表的復(fù)雜信息結(jié)構(gòu),或者涉與到大量數(shù)據(jù)的處理時(shí),就必須考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題.例如,圖書(shū)館的圖書(shū)管理包括的圖書(shū)信息很多,如果不采取一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〔如圖書(shū)的編目、按書(shū)名或作者編排統(tǒng)一有序的檢索號(hào)等〕,系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就會(huì)很困難.〔2〕程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的分類(lèi)①第一代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是由CPU可以識(shí)別的一組由0、1序列構(gòu)成的指令碼,是計(jì)算機(jī)硬件所能"理解〞的唯一語(yǔ)言.②第二代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——匯編語(yǔ)言用助記符來(lái)表示每一條機(jī)器指令.③第三代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——高級(jí)語(yǔ)言、算法語(yǔ)言[例1.2]：命令計(jì)算機(jī)硬件完成如下動(dòng)作：清除累加器,然后把內(nèi)存地址為117的單元內(nèi)容與累加器的內(nèi)容相加.機(jī)器語(yǔ)言：01101100000000000000000l110101匯編語(yǔ)言：CLA00117[例1.3]：求A+B=？匯編語(yǔ)言：CLAAADDBSTDM高級(jí)語(yǔ)言：M=A+B④第四代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——非過(guò)程化語(yǔ)言關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言SQL即屬于第四代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言.⑤第五代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——智能性語(yǔ)言PROLOG語(yǔ)言〔ProgramminginLogic〕是第五代語(yǔ)言的代表.1.3.4計(jì)算機(jī)的基本工作原理按照馮?諾依曼機(jī)"存儲(chǔ)程序〞的概念,計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程.要了解計(jì)算機(jī)是如何工作的,首先要知道計(jì)算機(jī)指令和程序的概念.1．計(jì)算機(jī)的指令?指令就是由二進(jìn)制代碼表示的,要求計(jì)算機(jī)完成各種操作的命令.一條指令對(duì)應(yīng)一種操作.指令系統(tǒng)是指某一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的所有指令.?對(duì)于不同的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)來(lái)說(shuō),一般具有以下的幾類(lèi)指令：〔l〕算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令；〔2〕數(shù)據(jù)傳送指令；〔3〕程序控制指令；〔4〕狀態(tài)管理和控制指令；〔5〕輸人輸出指令.2．計(jì)算機(jī)的程序程序就是完成既定任務(wù)的一組指令序列,計(jì)算機(jī)按照程序規(guī)定的流程依次執(zhí)行一條條的指令,最終完成程序所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo).3．計(jì)算機(jī)的工作原理〔1〕存儲(chǔ)程序原理計(jì)算機(jī)利用"存儲(chǔ)器〞〔內(nèi)存〕來(lái)存放所要執(zhí)行的程序,再通過(guò)CPU依次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令,并加以分析和執(zhí)行,直到完成全部指令任務(wù)為止.這就是計(jì)算機(jī)的"存儲(chǔ)程序〞工作原理.存儲(chǔ)程序原理是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼于1946年提出的,他和同事們依據(jù)此原理設(shè)計(jì)出了一個(gè)完整的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)雛形,并確定了存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的五大組成部分和基本工作方法.馮?諾依曼的這一設(shè)計(jì)思想被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑,標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開(kāi)始.〔2〕程序的自動(dòng)執(zhí)行原理啟動(dòng)地址→PC取指PC→地址與寄存器指令→IR？形成轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移指令程序結(jié)束完成本條指令操作停機(jī)指令非轉(zhuǎn)移指令指令譯碼PC+1→PC啟動(dòng)一個(gè)程序的執(zhí)行只需將程序的第一條指令的地址置入程序計(jì)數(shù)器〔PC〕中即可.計(jì)算機(jī)程序的自動(dòng)工作流程如圖1-8所示.圖1-8計(jì)算機(jī)程序的自動(dòng)執(zhí)行流程4．計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程實(shí)際上是快速地執(zhí)行指令的過(guò)程.用戶(hù)首先必須根據(jù)某任務(wù)要求編寫(xiě)相應(yīng)的程序,通過(guò)輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)起來(lái)；程序運(yùn)行后,計(jì)算機(jī)從存儲(chǔ)器依次取出指令,送往控制器進(jìn)行分析,并根據(jù)指令的功能向各有關(guān)部件發(fā)出各種操作控制信號(hào)；最終的運(yùn)算結(jié)果要送到輸出設(shè)備輸出.〔1〕指令的串行執(zhí)行?一條指令的執(zhí)行過(guò)程分3個(gè)步驟：①取指令②分析指令③執(zhí)行指令.?一般把計(jì)算機(jī)完成一條指令所花費(fèi)的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)指令周期,指令周期越短,指令執(zhí)行越快.通常人們所說(shuō)的CPU主頻或工作頻率,就反映了指令執(zhí)行周期的長(zhǎng)短.〔2〕指令的并行執(zhí)行?指令的串行執(zhí)行是當(dāng)執(zhí)行指令的3個(gè)部件依次執(zhí)行完成后,才開(kāi)始下一條指令的執(zhí)行.在此過(guò)程中,當(dāng)某一部件正在工作時(shí),其他兩個(gè)部件是不工作的.?指令的并行執(zhí)行就是使這3個(gè)部件并行工作,從而提高計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度,現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)一般采用流水線(xiàn)技術(shù).小結(jié)：通常把軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件,而系統(tǒng)軟件又分為操作系統(tǒng)和實(shí)用系統(tǒng)軟件.系統(tǒng)軟件是用來(lái)管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)的軟件.系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)和實(shí)用系統(tǒng)軟件.操作系統(tǒng)是最基本、必不可少的系統(tǒng)軟件,它控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬件資源,合理有效地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作.實(shí)用系統(tǒng)軟件包括語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以與各種實(shí)用