計算機文化基礎(chǔ)課件

計算機文化基礎(chǔ)第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機文化基礎(chǔ)第一章計算機的基礎(chǔ)知識目錄計算機發(fā)展簡史計算機的組成及工作原理信息的表示與存儲計算機的類型與分工計算機軟件系統(tǒng)10/7/20232計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識目錄計算機發(fā)展簡史8/3/20232計算機文化基礎(chǔ)-第一計算機發(fā)展簡史二進制和存儲程序控制計算機的產(chǎn)生第一臺電子數(shù)字計算機—ENIAC馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機計算機發(fā)展的幾個階段電子管時代晶體管時代中小規(guī)模集成電路時代大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路時代10/7/20233計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展簡史二進制和存儲程序控制計算機的產(chǎn)生8/3/202第一臺電子計算機—ENIAC電子數(shù)字積分與計算機，ENIAC(1943～1946)ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator10/7/20234計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識第一臺電子計算機—ENIAC電子數(shù)字積分與計算機，ENIAC第一臺電子計算機—ENIAC5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KWENIAC(1943～1946)10/7/20235計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識第一臺電子計算機—ENIAC5000次加法/秒ENIAC(馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機存儲程序控制原理五個基本部件運算器控制器存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備馮·諾依曼JohnvonNeumann10/7/20236計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機存儲程序控制原理馮·諾依曼8/3/202第一臺存儲程序控制計算機電子延遲存儲自動計算機，EDSAC(1949)ElectronicDelayStorageAutomaticComputer10/7/20237計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識第一臺存儲程序控制計算機電子延遲存儲自動計算機，EDSAC計算機發(fā)展的幾個階段第一代第二代1946~19551956~1963電子管晶體管幾千條指令/秒幾兆條指令/秒第三代第四代1964~19711972~Now中小規(guī)模集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬指令/秒幾億條指令/秒10/7/20238計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機發(fā)展的幾個階段第一代第二代1946~19551956~計算機的組成與工作原理指令、指令系統(tǒng)和程序存儲程序控制原理計算機的基本組成CPU的工作原理10/7/20239計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機的組成與工作原理指令、指令系統(tǒng)和程序8/3/20239指令和指令系統(tǒng)指令計算機所能識別并執(zhí)行的一條操作命令每條指令都規(guī)定了計算機所要執(zhí)行的一種基本操作指令是對計算機進行程序控制的最小單位指令系統(tǒng)一臺計算機所有指令的集合不同種類的計算機，其指令系統(tǒng)也不盡相同10/7/202310計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識指令和指令系統(tǒng)指令8/3/202310計算機文化基礎(chǔ)-第程序(Program)程序完成某項既定任務(wù)而編寫的一組指令序列計算機按照程序規(guī)定的流程依次執(zhí)行指令，才能完成相應(yīng)的計算任務(wù)計算機的兩個基本能力能夠存儲程序能夠自動執(zhí)行程序10/7/202311計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識程序(Program)程序8/3/202311計算機文化基指令的格式與類型指令格式指令類型傳送指令數(shù)據(jù)存取、數(shù)據(jù)傳送算術(shù)邏輯運算指令基本的算術(shù)邏輯運算輸入/輸出指令從外部設(shè)備讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)程序控制指令實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)移功能，如跳轉(zhuǎn)10/7/202312計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識指令的格式與類型指令格式8/3/202312計算機文化基礎(chǔ)存儲程序控制原理存儲程序控制原理計算機用存儲器按地址存放所要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，用CPU按地址從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析，執(zhí)行指令規(guī)定的操作存儲程序控制原理是計算機內(nèi)在的基本工作原理存儲程序控制原理決定了人們使用計算機的主要方式—編寫并運行程序10/7/202313計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識存儲程序控制原理存儲程序控制原理8/3/202313計算機文計算機的基本組成計算機結(jié)構(gòu)示意圖10/7/202314計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機的基本組成計算機結(jié)構(gòu)示意圖8/3/202314計算機文中央處理器(CPU)運算器對數(shù)據(jù)進行程序中指令所規(guī)定的運算操作控制器對其他四個部件發(fā)出控制信號，以控制全機完成指令規(guī)定的處理任務(wù)中央處理器運算器和控制器通常在一個機柜或一個集成電路芯片中，統(tǒng)稱為中央處理器(CPU)中央處理器是計算機執(zhí)行指令和程序的中心10/7/202315計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識中央處理器(CPU)運算器8/3/202315計算機文化基存儲器(Memory)存儲器存放程序和數(shù)據(jù)，包括運算的中間結(jié)果和最終結(jié)果存儲器又稱為“內(nèi)存”或“主存”在存儲器中，程序和數(shù)據(jù)的存放是沒有任何區(qū)別的10/7/202316計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識存儲器(Memory)存儲器8/3/202316計算機文化外部設(shè)備外部設(shè)備輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為“外部設(shè)備”或“I/O設(shè)備”常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機等外部存儲器(簡稱“外存”)是一種特殊的外部設(shè)備，包括磁帶、軟盤、硬盤、光盤等10/7/202317計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識外部設(shè)備外部設(shè)備8/3/202317計算機文化基礎(chǔ)-第一總線(Bus)總線在計算機基本部件之間傳送信息的通路根據(jù)所連接部件的不同輸入輸出總線、存儲器總線、CPU總線根據(jù)所傳送信息的類別地址總線(AB,AddressBus)控制總線(CB,ControlBus)數(shù)據(jù)總線(DB,DataBus)10/7/202318計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識總線(Bus)總線8/3/202318計算機文化基礎(chǔ)-CPU的工作原理CPU原理框圖10/7/202319計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識CPU的工作原理CPU原理框圖8/3/202319計算機文化信息的表示與存儲二進制字長與信息存儲單位數(shù)值信息的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換二、八、十六及十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換法—除基取余法小數(shù)轉(zhuǎn)換法—乘基取整法非數(shù)值信息的表示中西文字符的表示10/7/202320計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識信息的表示與存儲二進制8/3/202320計算機文化基礎(chǔ)-二進制(Binary)二進制二進制可以方便的用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理量表示，如電壓的高低、電流的有無等二進制的四則運算規(guī)則簡單二進制便于表示邏輯量和邏輯運算計算機用二進制方式存儲各種信息計算機與人交互時，把二進制信息轉(zhuǎn)換為人們熟悉的形式，如十進制數(shù)、文字、圖象等10/7/202321計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識二進制(Binary)二進制8/3/202321計算機文化字長字長字長指參加運算的寄存器所含有的二進制數(shù)的位數(shù)字長代表了機器的精度機器的功能設(shè)計決定了機器的字長大型機需要字長為32位、64位等微型機一般字長為16位、32位等10/7/202322計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識字長字長8/3/202322計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算信息存儲單位信息存儲單位位(b,bit)一位二進制信息，度量數(shù)據(jù)的最小單位字節(jié)(B,byte)八位二進制信息，信息存儲中最常用的基本單位數(shù)量級前綴1K=1024=210 1M=1024K=2201G=1024M=230 1T=1024G=24010/7/202323計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識信息存儲單位信息存儲單位8/3/202323計算機文化基礎(chǔ)數(shù)值信息的表示r進位值制r進制 逢r進一位值制 每位的權(quán)值與位置有關(guān)，即當(dāng)r=2時，即為二進制，有10/7/202324計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識數(shù)值信息的表示r進位值制8/3/202324計算機文化基礎(chǔ)幾種常用進制進制r基本符號后綴二進制(Binary)20,1B八進制(Octal)80,1,2,3,4,5,6,7Q十進制(Decimal)100,1,2,3,4,5,6,7,8,9D十六進制(Hexadecimal)160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FH10/7/202325計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識幾種常用進制進制r基本符號后綴二進制(Binary)20,數(shù)制轉(zhuǎn)換二、八、十六進制轉(zhuǎn)換為十進制按照r進位值制的定義進行轉(zhuǎn)換二、八、十六進制之間的轉(zhuǎn)換根據(jù)二、八、十六之間的關(guān)系進行轉(zhuǎn)換8=23，16=24十進制轉(zhuǎn)換為二、八、十六進制整數(shù)部分：除基取余法小數(shù)部分：乘基取整法10/7/202326計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識數(shù)制轉(zhuǎn)換二、八、十六進制轉(zhuǎn)換為十進制8/3/202326計算2、8、16進制轉(zhuǎn)換為10進制1100.0101B= 1×23+1×22+0×21+0×20+0×2-1 +1×2-2+0×2-3+1×2-4= 12.3125D31A.7H= 3×162+1×161+10×160+7×16-1= 794.4375D10/7/202327計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識2、8、16進制轉(zhuǎn)換為10進制1100.0101B8/3/22、8、16進制之間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進制之間的對應(yīng)關(guān)系8=23，16=24一位八進制數(shù)相當(dāng)于三位二進制數(shù)一位十六進制數(shù)相當(dāng)于四位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法二進制數(shù)各位以小數(shù)點為中心向兩邊劃分，每3(4)位為一組，轉(zhuǎn)換為一個8(16)進制數(shù)兩邊不夠時，應(yīng)補0湊足分組位數(shù)(3或4)10/7/202328計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識2、8、16進制之間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進制之間的對應(yīng)關(guān)系8/2、8、16進制之間的轉(zhuǎn)換1011011.1B轉(zhuǎn)換為八進制和十六進制10/7/202329計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識2、8、16進制之間的轉(zhuǎn)換1011011.1B轉(zhuǎn)換為八進制和10進制轉(zhuǎn)換為2、8、16進制整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換整數(shù)部分采用“除基取余法”小數(shù)部分采用“乘基取整法”十進制小數(shù)不一定能轉(zhuǎn)換為二進制有限不循環(huán)小數(shù)可以先把十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制，然后再轉(zhuǎn)換為八進制或十六進制10/7/202330計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識10進制轉(zhuǎn)換為2、8、16進制整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換整數(shù)轉(zhuǎn)換法—除基取余法10/7/202331計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識整數(shù)轉(zhuǎn)換法—除基取余法8/3/202331計算機文化基礎(chǔ)-小數(shù)轉(zhuǎn)換法—乘基取整法10/7/202332計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識小數(shù)轉(zhuǎn)換法—乘基取整法8/3/202332計算機文化基礎(chǔ)-數(shù)值數(shù)據(jù)的表示定點表示方法定點整數(shù)定點小數(shù)浮點表示方法數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼原碼反碼補碼10/7/202333計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識數(shù)值數(shù)據(jù)的表示定點表示方法8/3/202333計算機文化基礎(chǔ)非數(shù)值信息的表示西文字符編碼方案ASCII中文字符編碼方案GB2312-80/GBKUnicode其他非數(shù)值信息多媒體數(shù)據(jù)：圖形、圖像、音頻、視頻其他數(shù)據(jù)：各種軟件自定義的數(shù)據(jù)10/7/202334計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識非數(shù)值信息的表示西文字符編碼方案8/3/202334計算機文西文字符編碼方案—ASCIIASCII碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼占1個字節(jié)，最高位為0，用剩余7位編碼，可以表示27=128個字符，包括數(shù)字、英文字母、標(biāo)點符號、控制字符等擴展ASCII碼擴展了最高位為1的部分，共28=256個字符，除標(biāo)準(zhǔn)ASCII外，還包括了其他西文字母形式、制表符、數(shù)學(xué)符號等10/7/202335計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識西文字符編碼方案—ASCIIASCII碼8/3/202335中文字符編碼方案GB2312-80標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo)碼)每個漢字用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)的最高位為1，剩余7位用于編碼共收錄一級漢字3755個，二級漢字3008個，其他語言字符和圖符682個GBK(漢字內(nèi)碼擴展規(guī)范)在GB2312的基礎(chǔ)上，增加了生僻的人名、地名、古籍用字、繁體字、日韓用漢字、其他非漢字符號等，共兩萬多個10/7/202336計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識中文字符編碼方案GB2312-80標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo)碼)8/3/2Unicode采用16bit進行編碼收錄世界各種古今語言的文字、字母、文字變化形式、標(biāo)點符號、各學(xué)科使用的科學(xué)技術(shù)符號、盲文、裝飾圖形等10/7/202337計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識Unicode采用16bit進行編碼8/3/202337計算計算機的類型與分工按照用途分通用機能適應(yīng)多種用途的需要專用機功能單一，配有解決特定問題的軟硬件，并能高速、可靠的解決特定問題按照綜合性能指標(biāo)分巨型機軍事、航天、地質(zhì)、天氣預(yù)報等大型機政府、社會管理部門、企業(yè)、銀行等小型機要求較低的企業(yè)級應(yīng)用微型機辦公、個人計算機、一般應(yīng)用場合等10/7/202338計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機的類型與分工按照用途分8/3/202338計算機文化基巨型機—地球模擬器地球模擬器35.6萬億次運算/秒占地3250m210/7/202339計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識巨型機—地球模擬器地球模擬器35.6萬億次運算/秒8/3/2巨型機—曙光4000L曙光天潮4000L超級服務(wù)器峰值浮點運算速度3萬億次/秒40個機柜644個CPU644GB內(nèi)存100TB磁盤容量……10/7/202340計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識巨型機—曙光4000L曙光天潮4000L超級服務(wù)器8/3/2計算機軟件系統(tǒng)軟件和硬件操作系統(tǒng)簡介計算機算法基本概念計算機程序設(shè)計語言10/7/202341計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機軟件系統(tǒng)軟件和硬件8/3/202341計算機文化基礎(chǔ)軟件和硬件計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成硬件組成計算機的物理實體包括CPU、存儲器、外部設(shè)備等軟件程序、文檔、使用說明書等軟件一般分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類10/7/202342計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識軟件和硬件計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成8/3/20234系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件計算機系統(tǒng)開發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序所必需的軟件集合，為用戶提供一個友好的操作界面包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、實用程序、常用工具軟件等應(yīng)用軟件專業(yè)人員或用戶為各種應(yīng)用而編制的程序如辦公自動化軟件、科學(xué)計算軟件等10/7/202343計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件8/3/202343計算機文化基礎(chǔ)計算機的軟硬件層次裸機操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件一般用戶10/7/202344計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機的軟硬件層次裸機操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件一般用戶8操作系統(tǒng)簡介操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)的功能對計算機系統(tǒng)中的軟件和硬件資源進行有效的管理，合理組織計算機有效的工作，為用戶提供一個使用計算機的支持環(huán)境常用的操作系統(tǒng)DOSWindows95/98/ME、WindowsNT/2K/XPUnix、Linux…10/7/202345計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識操作系統(tǒng)簡介操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件8/3/202345計計算機算法基本概念算法解決某個問題的精確而完整的描述程序是利用計算機語言實現(xiàn)的算法算法是抽象的解題方法程序是這種解題方法的具體實現(xiàn)算法的主要特征包括確定性、有限性、能行性、輸入和輸出編程中應(yīng)注意選擇有效的算法10/7/202346計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機算法基本概念算法8/3/202346計算機文化基礎(chǔ)-計算機程序設(shè)計語言匯編語言機器語言高級語言低級高級C語言10/7/202347計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計算機程序設(shè)計語言匯編語言機器語言高級語言低級高級C語言8/計算機程序設(shè)計語言機器語言計算機硬件能理解的語言表現(xiàn)為一組二進制編碼形式不同的CPU有不同的機器語言匯編語言用助記符表示每一條機器指令與機器的相關(guān)性仍然很強匯編程序需要匯編成機器語言程序才能執(zhí)行10/7/202348計算機文化基礎(chǔ)-第一章計算機的基礎(chǔ)知識計