計算機基礎(chǔ)知識概述

計算機基礎(chǔ)知識概述計算機基礎(chǔ)知識概述

計算機基礎(chǔ)知識概述1.

計算機基礎(chǔ)知識概述1.計算機基礎(chǔ)知識概述學習目標了解計算機的發(fā)展與應用掌握計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成掌握計算機的工作原理掌握衡量計算機性能的主要指標掌握計算機的工作理計算機基礎(chǔ)知識概述主要內(nèi)容計算機的發(fā)展與應用

計算機系統(tǒng)的基本組成衡量計算機性能的主要指標計算機基礎(chǔ)知識概述1.第一臺計算機的誕生世界上第一臺數(shù)字式電子計算機是由美國賓夕法尼亞大學的物理學家約翰·莫克利（JohnMauchly）和工程師普雷斯伯·?？颂兀↗-PresperEckert）領(lǐng)導的科研小組于1943年開始研制并于1946年完成，取名為ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）。計算機基礎(chǔ)知識概述5000次加法/秒體重30噸占地170m217468只電子管6000個繼電器功率174KW第一臺電子計算機（ENIAC）計算機基礎(chǔ)知識概述世界上第一臺程序存儲式計算EDSAC由英國劍橋大學的莫利斯·威爾克于1949年研制成功，它標志著計算機時代的真正開始。第一臺程序存儲式計算機馮.諾伊曼（VonNeumann）第一臺程序存儲計算機

EDSAC1949計算機基礎(chǔ)知識概述2.計算機的分代第一代（1946-1959）電子管5千-4萬（次/秒）第二代（1960-1963）晶體管幾十萬-百萬（次/秒）第三代（1964-1970）集成電路百萬-幾百萬（次/秒）第四代（1971-至今）(超）大規(guī)模集成電路幾百萬-幾億（次/秒）計算機基礎(chǔ)知識概述1.1計算機的發(fā)展與應用1.1.1計算機的發(fā)展計算機基礎(chǔ)知識概述第一代（1946~1959）電子管5千~4萬（次/秒）第一代計算機的特點：采用電子管作為基本物理器件。體積大、能耗高、速度慢、容量小，應用也僅限于科學計算和軍事目的。計算機基礎(chǔ)知識概述20世紀50年代，IBM704型采用電子管的第一代電子計算機。

計算機基礎(chǔ)知識概述第二代（1960~1963）晶體管幾十萬~百萬（次/秒）第二代計算機的特點：采用晶體管作為基本物理器件。體積小、能耗低、穩(wěn)定性強，這一時期適用于事務處理的FORTRAN語言得到廣泛的應用，因此，應用范圍從單純的科學計算和軍事目的擴展到事務處理、工程設(shè)計、數(shù)據(jù)處理等方面。計算機基礎(chǔ)知識概述IBM公司于1959年生產(chǎn)的IBM7090型采用晶體管的第二代電子計算機。它的體積減小了，運算速度卻更快。計算機基礎(chǔ)知識概述第三代（1964~1970）集成電路百萬~幾百萬（次/秒）第三代計算機的特點：采用中小規(guī)模集成電路作為基本物理器件。它具有通用化、系列化、標準化的特點。計算機基礎(chǔ)知識概述1964年4月IBM360系統(tǒng)問世。它成為使用集成電路的第三代電子計算機的著名代表計算機基礎(chǔ)知識概述第四代（1971~至今）（超）大規(guī)模集成電路幾百萬~幾億（次/秒）第四代計算機的特點：采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路作為基本物理器件。這一時期的計算機計算速度可達幾百萬甚至上億次每秒。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面發(fā)展了并行處理技術(shù)分布式計算機系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)等；軟件方面發(fā)展了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)、高效可靠的高級語言以及軟件工程標準化等。計算機基礎(chǔ)知識概述英國國家航空管理局的控制中心，空中交通管制用IBM計算機進行控制計算機基礎(chǔ)知識概述ENIAC劃時代的實驗裝置晶體管實質(zhì)上是按顯微比例的真空管建造的。電子管的缺點：體積大；耗能高、散熱量大。晶體管的優(yōu)點：體積??；耗能低；性能穩(wěn)定。電子恐龍的縮骨法——晶體管計算機基礎(chǔ)知識概述1.1計算機的發(fā)展與應用計算機的特點2341運算速度快計算機精度記憶能力強邏輯判斷能力強1.1.2計算機的特點及分類計算機基礎(chǔ)知識概述1.1計算機的發(fā)展與應用1.1.2計算機的特點及分類計算機的分類按工作原理劃分按功能劃分模擬式電子計算機數(shù)字式電子計算機按規(guī)模劃分按工作模式劃分專用計算機通用計算機巨型機大型機小型機微型機工作站服務器計算機基礎(chǔ)知識概述1．按用途劃分（1）通用機：適用解決多種一般問題，該類計算機使用領(lǐng)域廣泛、通用性較強，在科學計算、數(shù)據(jù)處理和過程控制等多種用途中都能適應。（2）專用機：用于解決某個特定方面的問題，配有為解決某問題的軟件和硬件，如在生產(chǎn)過程自動化控制、工業(yè)智能儀表等專門應用。計算機分類計算機基礎(chǔ)知識概述2．按規(guī)模劃分（1）巨型計算機：應用于國防尖端技術(shù)和現(xiàn)代科學計算中。巨型機的運算速度可達每秒百萬億次，研制巨型機是衡量一個國家經(jīng)濟實力和科學水平的重要標志。（2）大/中型計算機：具有較高的運算速度，每秒可以執(zhí)行幾千萬條指令，而且有較大的存儲空間。往往用于科學計算、數(shù)據(jù)處理或作為網(wǎng)絡(luò)服務器使用。（3）小型計算機：規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、運行環(huán)境要求較低，一般應用于工業(yè)自動控制、測量儀器、醫(yī)療設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集等方面。小型機在用作巨型計算機系統(tǒng)的輔助機方面也起了重要作用。計算機基礎(chǔ)知識概述（4）微型計算機：中央處理器（CPU）采用微處理器芯片，體積小巧輕便，廣泛用于商業(yè)、服務業(yè)、工廠的自動控制、辦公自動化以及大眾化的信息處理。（5）工作站：工作站是一種以個人計算機和分布式網(wǎng)絡(luò)計算為基礎(chǔ)，主要面向?qū)I(yè)應用領(lǐng)域，具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力，為滿足工程設(shè)計、動畫制作、科學研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計開發(fā)的高性能計算機。（6）服務器：在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個用戶提供服務的共享設(shè)備，一般分為文件服務器、打印服務器、計算服務器和通信服務器等。計算機基礎(chǔ)知識概述3．按處理對象劃分（1）數(shù)字計算機：計算機處理時輸入和輸出的數(shù)值都是數(shù)字量。（2）模擬計算機：處理的數(shù)據(jù)對象直接為連續(xù)的電壓、溫度、速度等模擬數(shù)據(jù)。（3）數(shù)字模擬混合計算機：輸入輸出既可是數(shù)字也可是模擬數(shù)據(jù)。計算機基礎(chǔ)知識概述計算機是一種高度自動化的信息處理設(shè)備。主要特點有：運算速度快；自動連續(xù)的高度計算；計算精度高；記憶能力強，存儲容量大；可靠的邏輯判斷能力；可靠性高，通用性強。計算機的特點計算機基礎(chǔ)知識概述1.1計算機的發(fā)展與應用1.1.3計算機的應用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢計算機的應用領(lǐng)域信息處理2計算機輔助教學與計算機管理教學4科學計算31計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造33多媒體應用6自動控制35計算機基礎(chǔ)知識概述計算機的應用領(lǐng)域

1.科學計算：指計算機應用于完成科學研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學問題（數(shù)值計算）。一般要求計算機速度快、精度高，存儲容量相對大?？茖W計算是計算機最早的應用方面。

2．信息處理：信息處理主要是指非數(shù)值形式的數(shù)據(jù)處理，包括對數(shù)據(jù)資料的收集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作。

3．過程控制：把計算機用于科學技術(shù)、軍事領(lǐng)域、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域的過程控制。計算機基礎(chǔ)知識概述

4．計算機輔助系統(tǒng)：有計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）、計算機集成制造（CIMS）等系統(tǒng)。

5．多媒體技術(shù)：把數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多種媒體有機組合起來，利用計算機、通信和廣播電視技術(shù)，使它們建立起邏輯聯(lián)系，并能進行加工處理的技術(shù)。目前多媒體計算機技術(shù)的應用領(lǐng)域正在不斷拓寬，除了知識學習、電子圖書、商業(yè)及家庭應用外，在遠程醫(yī)療、視頻會議中都得到了極大的推廣。計算機基礎(chǔ)知識概述

6．計算機通信：是計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將處在不同地域的計算機用通訊線路連接起來，配以相應的軟件，達到資源共享的目的。

7．人工智能：研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學科。其主要任務是建立智能信息處理理論，進而設(shè)計可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計算系統(tǒng)。人工智能學科包括：知識工程、機器學習、模式識別、自然語言處理、智能機器人和神經(jīng)計算等多方面的研究計算機基礎(chǔ)知識概述1.1計算機的發(fā)展與應用1.1.3計算機的應用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢25341巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化多媒體化計算機基礎(chǔ)知識概述1.2計算機系統(tǒng)的基本組成1.2.1計算機硬件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述1.2.1計算機硬件系統(tǒng)控制器是計算機的指揮中心，負責從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼；根據(jù)指令的要求，按先后順序，負責向其他各部件發(fā)出控制信號；保證各部件協(xié)調(diào)一致地工作。控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計數(shù)器和操作控制器等組成?？刂破饔嬎銠C基礎(chǔ)知識概述運算器是計算機的核心部件，它負責對信息的加工處理。它在控制器的控制下，與內(nèi)存交換信息，并進行各種算術(shù)運算和邏輯運算。運算器還具有暫存運算結(jié)果的功能，它由加法器、寄存器、累加器等邏輯電路組成?？刂破骱瓦\算器之間在結(jié)構(gòu)關(guān)系非常密切。到了第四代計算機，運算器和控制器集成在一個芯片上，形成中央處理器CPU。運算器1.2.1計算機硬件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述存儲器主存儲器輔助存儲器隨機存儲器只讀存儲器存儲器靜態(tài)RAM動態(tài)RAM硬盤光盤U盤……1.2.1計算機硬件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述用于接受用戶輸入的原始程序和數(shù)據(jù)是重要的人機接口負責將輸入的程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機能識別的二進制代碼，并放入內(nèi)存中常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀等。輸入設(shè)備1.2.1計算機硬件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述將計算機運算處理的結(jié)果以用戶熟悉的信息形式反饋給用戶通常輸出形式有數(shù)字、字符、圖形、視頻、聲音等類型常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等輸出設(shè)備1.2.1計算機硬件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述相對于計算機硬件而言，軟件是計算機的無形部分，是計算機的靈魂。軟件可以對硬件進行管理、控制和維護。根據(jù)軟件的用途可將其分為：系統(tǒng)軟件應用軟件計算機硬件操作系統(tǒng)高級語言程序各種應用軟件用戶1.2計算機系統(tǒng)的基本組成1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述1.2.2計算機軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是最基本最重要的系統(tǒng)軟件，用來管理和控制計算機系統(tǒng)中硬件和軟件資源的大型程序，是其他軟件運行的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)負責對計算機系統(tǒng)的全部軟、硬件和數(shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一控制、調(diào)度和管理。主要作用就是提高系統(tǒng)的資源利用率、提供友好的用戶界面，從而使用戶能夠靈活、方便地使用計算機。系統(tǒng)軟件計算機基礎(chǔ)知識概述語言處理程序人與人交流需要語言，人與計算機之間交流同樣需要語言。人與計算機之間交流信息使用的語言叫做程序設(shè)計語言。按照其對硬件的依賴程度通常把程序設(shè)計語言分為三類：◆?機器語言◆?匯編語言◆?高級語言

系統(tǒng)軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述◆

機器語言機器語言是一種用二進制代碼“1”和“0”組成的一組代碼指令，是唯一可以被計算機硬件識別和執(zhí)行的面向機器的語言。優(yōu)點：占用內(nèi)存小、執(zhí)行速度快缺點：編寫程序工作量大、程序閱讀性差、調(diào)試困難

系統(tǒng)軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述◆

匯編語言匯編語言是使用一些能反映指令功能的助記符來代替機器指令的符號語言。匯編語言的指令與機器語言的指令基本上是一一對應的。這些助記符一般是人們?nèi)菀子洃浐屠斫獾挠⑽目s寫，優(yōu)點：匯編語言在編寫、閱讀和調(diào)試方面有很大進步，運行速度快。缺點：是面向機器的語言，編程復雜，可移植性差。

系統(tǒng)軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述◆?高級語言高級語言是一種獨立于機器的算法語言。高級語言的表達方式接近于人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖匀徽Z言和數(shù)學表達式，并且有一定的語法規(guī)則。缺點：編寫的程序運行要慢一些優(yōu)點：編程簡單易學、可移植性好、可讀性強、調(diào)試容易系統(tǒng)軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要面向解決數(shù)據(jù)處理的非數(shù)值計算問題，對計算機中存放的大量數(shù)據(jù)進行組織、管理、查詢。目前，常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有SQLServer、Oracle、Mysql和VisualFoxPro等。

系統(tǒng)軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述應用軟件1.2.2計算機軟件系統(tǒng)計算機基礎(chǔ)知識概述硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機外設(shè)系統(tǒng)軟件應用軟件隨機存儲器只讀存儲器高速緩沖存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備操作系統(tǒng)語言處理程序網(wǎng)絡(luò)通信管理程序數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用戶程序應用軟件包控制器運算器外存儲器內(nèi)存儲器中央處理器軟盤硬盤光盤顯示器、投影儀打印機繪圖儀鍵盤鼠標掃描儀計算機系統(tǒng)組成1.2.3微型計算機系統(tǒng)的基本組成計算機基礎(chǔ)知識概述微型計算機的核心是微處理器（Microprocessor）從外觀上看，微型計算機的基本硬件包括：主機包括主板、硬盤、光存儲器、電源和插在主板I/O總線擴展槽上的各種功能擴展卡。顯示器鍵盤鼠標還包含其他一些外部設(shè)備：打印機、掃描儀等。1.計算機硬件系統(tǒng)1.2.3微型計算機系統(tǒng)的基本組成計算機基礎(chǔ)知識概述主板計算機基礎(chǔ)知識概述CPU計算機基礎(chǔ)知識概述按相對于CPU或其他芯片的位置可分為片內(nèi)總線和片外總線按總線的功能可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線按照總線的傳送方式可分為并行總線和串行總線總線計算機基礎(chǔ)知識概述硬盤計算機基礎(chǔ)知識概述光盤計算機基礎(chǔ)知識概述移動存儲器計算機基礎(chǔ)知識概述鍵盤計算機基礎(chǔ)知識概述掃描儀計算機基礎(chǔ)知識概述打印機計算機基礎(chǔ)知識概述微型計算機的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件Windows操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)漢字操作系統(tǒng)計算機程序設(shè)計語言:C、Pascal、Basic財務報表軟件文字處理軟件媒體播放軟件圖形圖像處理軟件游戲軟件2.計算機軟件系統(tǒng)1.2.3微型計算機系統(tǒng)的基本組成計算機基礎(chǔ)知識概述1.3衡量計算機性能的主要指標1.運算速度2.存儲器的指標3.I/O的速度計算機的運算速度是指計算機每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)。影響運算速度的主要因素有：①?CPU的主頻。②?字長。③?指令系統(tǒng)。計算機基礎(chǔ)知識概述1.3衡量計算機性能的主要指標3.I/O的速度①?存取速度：內(nèi)存完成一次讀（?。┗?qū)懀ù妫┎僮魉璧臅r間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。②?存儲容量：內(nèi)存容量反映了主存儲器能夠容納的數(shù)據(jù)總量。2.存儲器的指標1.運算速度計算機基礎(chǔ)知識概述1.3衡量計算機性能的主要指標I/O速度是指CPU與外部設(shè)備數(shù)據(jù)交換的速度。主機I/O的速度取決于I/O總線的設(shè)計。I/O速度的提高對于慢速設(shè)備（例如鍵盤、打印機）關(guān)系不大，但對于高速設(shè)備則效果十分明顯。1.運算速度3.I/O的速度2.存儲器的指標計算機基礎(chǔ)知識概述1.4基本運算計算機共有三種基本運算：算術(shù)運算：+，-，*，/關(guān)系運算:<,>,<=,>=,=,<>(不等于)邏輯運算:.AND.(與),.OR.(或),.NOT.(非)計算機基礎(chǔ)知識概述1.5數(shù)制2.1數(shù)制的概念

數(shù)制又稱計數(shù)法，是用一組規(guī)定的符號和規(guī)則來表示數(shù)的方法。

進制特點數(shù)碼基數(shù)n

位權(quán)十進制D

逢十進一0—91010k

數(shù)碼的個數(shù)“逢n進一，借一當n”Eg.1234.5=1x103+2x102+3x101+4x100+5x10-1二進制B

逢二進一0、122k八進制O

逢八進一0—788k十六進制H

逢十六進一0-9,A-F1616k計算機基礎(chǔ)知識概述

二進制——計算機的語言

計算機中采用二進制逢二進一，借一當二運算規(guī)則：0+0=00+1=11+1=100×0=00×1=01×1=1128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦11111000數(shù)制(11101010)2=1x27+

1x26+1x25+

0x24+

1x23+

0x22+

1x21+

0x20=(234)10計算機基礎(chǔ)知識概述舉例：二進制數(shù)的算術(shù)運算數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述

八進制逢八進一，借一當八二—八進制之間的對應關(guān)系八01234567二000001010011100101110111數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述

十六進制逢16進一，借一當16二——十六進制之間的對應關(guān)系十六01234567二00000001001000110100010101100111十六89ABCDEF二10001001101010111100110111101111數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述不同進制數(shù)的對應關(guān)系：計算機基礎(chǔ)知識概述

十進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換

十進制與八進制之間的轉(zhuǎn)換

二進制與八進制之間的轉(zhuǎn)換

二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換2.2不同數(shù)制的轉(zhuǎn)換數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述二進制與十進制的轉(zhuǎn)換二進制十進制

eg.(101111.101)2

=(47.625)10

按“權(quán)”展開相加

(101111.101)2=1×25+0×24+1×23+1×22+1×21+1×20

+1×2-1+0×2-2+1×2-3=32+0+8+4+2+1+0.5+0+0.125=(47.625)10數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述

十進制二進制(47.625)10=(101111.101)2整數(shù)：除2取余小數(shù)：乘2取整247商余數(shù)23-------1211-------15-------122-------11-------00-------1讀出方向0.625×21.25-----10.25取小數(shù)部分×20.5-----0×21.0-----1讀出方向數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述練習(11001)2(101.101)2(36)10(14.25)10=

(25)10=(5.625)10=

(100100)2=(1110.01)2數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述十進制與八進制的轉(zhuǎn)換八進制十進制

eg.(57.5)8=(47.625)10

按“權(quán)”展開相加

(57.5)8=5×81+7×80+5×8-1

=40+7+0.625=(47.625)10數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述

十進制八進制

eg.

(47.625)10=(57.5)8整數(shù)：除8取余小數(shù)：乘8取整847商

余數(shù)85-------70-------5讀出方向0.625×85.000-----5

數(shù)制讀出方向計算機基礎(chǔ)知識概述總結(jié)二、八、十六進制十進制

按“權(quán)”展開相加十進制二、八、十六進制

整數(shù)部分/基數(shù)，取余數(shù)小數(shù)部分x基數(shù)，取整數(shù)

2816

注意：讀出方向數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述二進制和八進制之間的轉(zhuǎn)換每一位8進制數(shù)可以用三位2進制數(shù)表示

11

101

010

001.001

11

二進制

3521.16

八進制

567.734八進制

101110111.111011100二進制數(shù)制00計算機基礎(chǔ)知識概述二進制和十六進制之間的轉(zhuǎn)換每一位16進制數(shù)可以用四位2進制數(shù)表示

0111

0101

0001.0011

1000二進制

751.3816進制

56D.7C16進制010101101101.01111100

二進制數(shù)制計算機基礎(chǔ)知識概述練習二進制十六、八進制1.(1000101.0101)2=()8=()162.(101111010.1011)2=()8=()16十六、八進制二進制1.(17C.F)16

=()2

2.(36.2)8=()2數(shù)制105.2445.5572.54