電子教案-第1章 計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)本課程內(nèi)容2

大學(xué)計(jì)算機(jī)內(nèi)容體系基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)文化信息技術(shù)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)信息安全與職業(yè)道德計(jì)算機(jī)新技術(shù)基本技能操作系統(tǒng)文字處理演示文稿電子表格應(yīng)用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫命令Flash軟件Python初步計(jì)算機(jī)思維計(jì)算機(jī)思維概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)課程目標(biāo)拓寬計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)的基本原理、技術(shù)和方法引入計(jì)算機(jī)新技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢掌握基本技能常用系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的使用提高應(yīng)用能力

重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維意識了解計(jì)算機(jī)思維、程序和算法等概念3課程的安排第1章計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)思維

2學(xué)時(shí)第2章信息技術(shù)基礎(chǔ)2學(xué)時(shí)第3章操作系統(tǒng)

2學(xué)時(shí)第4章word2010

2學(xué)時(shí)第5章Excel2010

4學(xué)時(shí)第6章PowerPoint2010

2學(xué)時(shí)第7章多媒體技術(shù)及應(yīng)用2學(xué)時(shí)第8章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)2學(xué)時(shí)第9章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與Internet應(yīng)用基礎(chǔ)2學(xué)時(shí)第11章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4學(xué)時(shí)課程特點(diǎn)內(nèi)容多:每一章是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門主干課程，各章

之間緊密度不高。為提高實(shí)效，講課的次序以

實(shí)踐為主線，與教材次序不一致。實(shí)踐性強(qiáng):聽到的會忘掉，看到的能記住，做過的才

真正明白，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)正確的標(biāo)準(zhǔn)，安排

了豐富的實(shí)驗(yàn)。程度不一:共同的愿望對學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)興趣、提高信息

素養(yǎng)和計(jì)算機(jī)綜合能力.5考核方法6平時(shí)成績(40%)1.考勤(10分)課堂考勤50%實(shí)驗(yàn)課考勤(50%)

2.實(shí)驗(yàn)作業(yè)(40分)3.學(xué)習(xí)平臺學(xué)習(xí)(10分)視頻

(知識點(diǎn)學(xué)習(xí)數(shù)>=總數(shù)*70%)

(視頻總學(xué)習(xí)時(shí)間>=總時(shí)長*70%)

在線時(shí)長和登錄次數(shù)

在線時(shí)長>=總視頻長度

登錄次數(shù)>=124.期中測試(40分)WindowsOffice操作7機(jī)房入口：33http://32校園網(wǎng)入口：25

http://28賬號和密碼均為:學(xué)號機(jī)房上機(jī)時(shí)的登錄名為學(xué)號,

密碼為123456微課堂教學(xué)平臺使用第1章計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維第1章計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維【知識要點(diǎn)】計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的組成及各部分的功能常見的計(jì)算模式計(jì)算思維的概念及應(yīng)用第1章計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和基本構(gòu)成1.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式1.3計(jì)算思維概述引言11

人類為什么要發(fā)明計(jì)算機(jī)？1人的計(jì)算速度很低

(1)祖沖之計(jì)算π至小數(shù)點(diǎn)后7位數(shù)用了15年

(2)計(jì)算30×30的行列式需要許多個(gè)人年

(3)中國第一棵原子彈研制時(shí)，數(shù)百位科學(xué)家在大禮堂打算盤的壯觀場景2早期的計(jì)算工具

(1)算籌：春秋戰(zhàn)國時(shí)期 世界上最早的計(jì)算工具

(2)算盤：中國唐代第一種手動式計(jì)數(shù)器沿有至今

(3)計(jì)算尺：1622年英國奧特瑞德可進(jìn)行加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)

(4)加法器：1642年法國帕斯卡機(jī)械式，只能做加法 12

(5)計(jì)算器1673年 德國萊布尼茨，機(jī)械式可進(jìn)行加、減、乘、除和開方

1834年分析機(jī)

分析機(jī)：體現(xiàn)了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思想。被稱為現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的雛形引言(6)差分機(jī)和分析機(jī)查爾斯.巴貝奇1812年差分機(jī)1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述13計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

圖靈機(jī)、ENIAC和馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)在理論上、工作原理、體系結(jié)構(gòu)上奠定現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)圖靈機(jī)(Turingmachine，TM)

阿蘭·圖靈(AlanMathisonTuring，1912—1954)

解決問題；什么是計(jì)算？什么是可計(jì)算性？

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述14邱奇、圖靈和哥德爾斷言：

一切直覺上能行可計(jì)算的函數(shù)都可用圖靈機(jī)計(jì)算，反之亦然著名的邱奇－圖靈論題世界上的問題可計(jì)算的：圖靈機(jī)可計(jì)算的就是可計(jì)算的不可計(jì)算的圖靈的貢獻(xiàn)圖靈機(jī)模型：解決了可計(jì)算問題計(jì)算機(jī)的理論問題圖靈測試：回答了什么樣的機(jī)器具有智能人工智能的理論基礎(chǔ)美國計(jì)算機(jī)學(xué)會ACM于1966年創(chuàng)立了“圖靈獎”計(jì)算機(jī)科學(xué)之父人工智能之父

ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī))

1946.2~1955.10賓州大學(xué)15每秒5千次加減運(yùn)算沒有存儲器采用十進(jìn)制表明電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來，具有劃時(shí)代意義1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述(1)計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生ENIAC計(jì)算機(jī)(1)計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

人類第二臺計(jì)算機(jī)；EDVAC(離散變量自動電子計(jì)算機(jī))

1945年馮·諾依曼參與研制并且發(fā)表：關(guān)于“EDVAC的報(bào)告草案”17采用二進(jìn)制存儲程序：程序和數(shù)據(jù)一起存儲在內(nèi)存中五個(gè)部分：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和工作原理迄今為止的計(jì)算機(jī)都采用這種思想，稱為馮·諾依曼計(jì)算機(jī)

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述小結(jié)時(shí)代年份器件運(yùn)算速度軟件應(yīng)用一46-59電子管每秒幾千次機(jī)器語言匯編語言科學(xué)計(jì)算軍事領(lǐng)域二60-64晶體管每秒幾十萬次高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三65-69集成電路每秒幾百萬次操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四70年迄今大規(guī)模集成電路達(dá)到每秒億億次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等各個(gè)領(lǐng)域(2)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述(3)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

微型計(jì)算機(jī)指的是個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer,PC)，簡稱微機(jī)。其主要特點(diǎn)是采用微處理器(MicroProcessingUnit,MPU)作為計(jì)算機(jī)的核心部件，并由大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路構(gòu)成。微型計(jì)算機(jī)的升級換代主要有兩個(gè)標(biāo)志，微處理器的更新和系統(tǒng)組成的變革。微處理器從誕生的那一天起發(fā)展方向就是：更高的頻率，更小的制造工藝，更大的高速緩存。隨著微處理器的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致可分為以下幾代:

第一代(1971年—1973年)是4位和低檔8位微處理器時(shí)代。典型微處理器產(chǎn)品有Intel4004、8008。集成度為2

000晶體管/片，時(shí)鐘頻率為1MHz。第一個(gè)微處理器Intel40041.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述(3)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第二代(1974年—1977年)是8位微處理器時(shí)代。典型微處理器產(chǎn)品有Intel公司的Intel8080、Motorola公司的MC6800、Zilog公司的Z80等。集成度為5

000晶體管/片，時(shí)鐘頻率為2MHz。同時(shí)指令系統(tǒng)得到完善，形成典型的體系結(jié)構(gòu)，具備中斷、DMA等控制功能。第三代(1978年—1984年)是16位微處理器時(shí)代。典型微處理器產(chǎn)品是Intel公司的Intel8086/8088/80286、Motorola公司的MC68

000、Zilog公司的Z8

000等。集成度為25

000晶體管/片，時(shí)鐘頻率為5MHz。微機(jī)的各種性能指標(biāo)達(dá)到或超過中、低檔小型機(jī)的水平。第四代(1985年—1992年)是32位微處理器時(shí)代。集成度已達(dá)到100萬晶體管/片，時(shí)鐘頻率達(dá)到60MHz以上。典型32位CPU產(chǎn)品有Intel公司的Intel80386/80486、Motorola公司的MC68020/68040、IBM公司和Apple公司的PowerPC等。1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述(3)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

第五代(1993年至今)是64位奔騰(Pentium)系列微處理器的時(shí)代，典型產(chǎn)品是Intel公司的奔騰系列芯片及與之兼容的AMD的K6系列微處理器芯片。它們內(nèi)部采用了超標(biāo)量指令流水線結(jié)構(gòu)，并具有相互獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)高速緩存。隨著MMX(MultiMediaeXtension)微處理器的出現(xiàn)，使微機(jī)的發(fā)展在網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的臺階。目前已向雙核和多核處理器發(fā)展。(4)

發(fā)展趨勢：微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化22未來新型計(jì)算機(jī)：(1)光計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和不同波長的表示不同的數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：超高速缺點(diǎn)：體積龐大(2)生物計(jì)算機(jī)(分子計(jì)算機(jī))

20世紀(jì)80年代中期開始研制,采用了生物芯片，運(yùn)算速度比最新計(jì)算機(jī)快10萬倍，耗電為現(xiàn)在普通計(jì)算機(jī)十億分之一。(3)量子計(jì)算機(jī)利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)下的原子進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算機(jī),這種多現(xiàn)實(shí)態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志。1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述(4)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

神威超級計(jì)算機(jī)和申威微處理器2023/11/26形形色色的計(jì)算機(jī)1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展，對人類社會產(chǎn)生了深刻的影響，它的應(yīng)用范圍包括科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)、社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，概括起來可分為如下幾個(gè)方面。(1)科學(xué)計(jì)算：即數(shù)值計(jì)算，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)的發(fā)明和發(fā)展首先是為了高速完成科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。(2)信息處理：信息是各類數(shù)據(jù)的總稱。信息處理一般泛指非數(shù)值方面的計(jì)算，如各類資料的管理、查詢、統(tǒng)計(jì)等。(3)實(shí)時(shí)過程控制：實(shí)時(shí)控制在國防建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)中都有著廣泛的應(yīng)用。例如由雷達(dá)和導(dǎo)彈發(fā)射器組成的防空控制系統(tǒng)、地鐵指揮控制系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線等，都需要在計(jì)算機(jī)控制下運(yùn)行。1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域概述計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域(4)計(jì)算機(jī)輔助工程：計(jì)算機(jī)輔助工程是近幾年來迅速發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域，它包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)等多個(gè)方面。(5)辦公自動化(OA)：指用計(jì)算機(jī)幫助辦公室人員處理日常工作。(6)數(shù)據(jù)通信：“信息高速公路”主要是利用通信衛(wèi)星群和光導(dǎo)纖維構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息雙向交流，同時(shí)利用多媒體技術(shù)擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。利用計(jì)算機(jī)把整個(gè)地球網(wǎng)絡(luò)起來，使“地球村”成為現(xiàn)實(shí)。(7)智能應(yīng)用：即人工智能，既不同于單純的科學(xué)計(jì)算，又不同于一般的數(shù)據(jù)處理，它不但要求具備高的運(yùn)算速度，還要求具備對已有的數(shù)據(jù)(經(jīng)驗(yàn)、原則等)進(jìn)行邏輯推理和總結(jié)的功能(即對知識的學(xué)習(xí)和積累功能)，并能利用已有的經(jīng)驗(yàn)和邏輯規(guī)則對當(dāng)前事件進(jìn)行邏輯推理和判斷。1.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成操作系統(tǒng)：DOX、Windows、MacOS、UNIX、linun等

硬件系統(tǒng)

主機(jī)

運(yùn)算器(ALU)

控制器(CU)輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、麥克風(fēng)等

中央處理器(CPU)

內(nèi)存

軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件

通用應(yīng)用軟件：辦公軟件包、數(shù)所謂管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只讀存儲器(ROM)

隨機(jī)存取存儲器(RAM)

高速緩沖存儲器(Cache)

外設(shè)

輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音響等

外存：硬盤、光盤、U盤、移動硬盤等

實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等

語言處理程序：C、C++、Java等專用應(yīng)用軟件：各企業(yè)的管理信息系統(tǒng)等

應(yīng)用軟件

1.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成CPU28馮.諾依曼思想：五大模塊程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式存放在存儲器控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列(程序)進(jìn)行工作存儲器數(shù)據(jù)流控制流運(yùn)算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器2.馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的組成特點(diǎn)：程序存儲，按程序順序執(zhí)行1.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成29程序控制方式編寫程序可執(zhí)行程序指令操作碼地址碼指令譯碼器操作控制線路程序計(jì)數(shù)器控制信號3.硬件系統(tǒng)功能：指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作。組成包括：指令寄存器IR、程序計(jì)數(shù)器PC、指令譯碼器ID。如何利用計(jì)算機(jī)解決問題？控制器(CU)運(yùn)算器30控制信號功能：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。包括：算術(shù)邏輯部件ALU、累加器、通用寄存器、狀態(tài)寄存器。數(shù)據(jù)內(nèi)存累加器狀態(tài)寄存器通用寄存器控制器的控制線路算術(shù)邏輯部件ALU狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器用來記錄算術(shù)、邏輯運(yùn)算或測試操作的結(jié)果狀態(tài)3.硬件系統(tǒng)31存儲體地址譯碼器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線讀寫電路地址總線存儲器功能：用來存儲數(shù)據(jù)和程序，能按照指定位置讀寫二進(jìn)制信息。包括：內(nèi)存儲器、外存儲器(又稱內(nèi)存和外存)。外存儲器：長期存放大量信息。一般只與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換內(nèi)存儲器：信息交流中心。計(jì)算機(jī)直接從內(nèi)存中存取信息內(nèi)存RAM隨機(jī)存取存儲器ROM只讀存儲器3.硬件系統(tǒng)多級存儲器體系結(jié)構(gòu)32CPU寄存器組Cache主存外存主機(jī)存取速度快，但容量小價(jià)格貴容量大、價(jià)格低，但存取速度慢高速存取，但存儲容量小實(shí)現(xiàn)高速存取存放當(dāng)前使用最頻繁的指令和數(shù)據(jù)3.硬件系統(tǒng)存儲單元33每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成。常用：KB，MB，GB，TB等字節(jié)Byte76543210位bit位(bit)：二進(jìn)制的最小單位，代表一個(gè)0或1。字節(jié)(Byte)：8位二進(jìn)制，數(shù)據(jù)存儲基本單位。字(Word)：計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體被存取、傳送、處理的二進(jìn)制數(shù).存儲器中，通常每個(gè)單元存儲一個(gè)字。字長(WordLength)：每個(gè)字中二進(jìn)制位數(shù)3.硬件系統(tǒng)輸入、輸出設(shè)備34內(nèi)存輸入設(shè)備接受用戶輸入的原始信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識別的信息形式(二進(jìn)制)存放到內(nèi)存中輸出設(shè)備將內(nèi)存中的處理結(jié)果信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艨山邮艿男问捷敵龌虺蔀槠渌鼨C(jī)器所能接受的形式輸出3.硬件系統(tǒng)4.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)35軟件是指程序、程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需要的文檔的集合。裸機(jī)操作系統(tǒng)UnixLinuxWindows其他系統(tǒng)軟件語言處理程序診斷程序系統(tǒng)設(shè)置和優(yōu)化備份程序反病毒程序壓縮程序應(yīng)用軟件辦公軟件包多媒體軟件數(shù)據(jù)管理游戲軟件學(xué)習(xí)軟件互聯(lián)軟件系統(tǒng)軟件面向計(jì)算機(jī)管理支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行具有專門的應(yīng)用目的(1)系統(tǒng)軟件

36操作系統(tǒng)語言處理程序?qū)嵱贸绦蚴管浻布Y源協(xié)調(diào)一致有條不紊地工作，對軟硬件實(shí)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。管理計(jì)算機(jī)硬件資源控制其他程序運(yùn)行為用戶提供交互操作界面目前典型的操作系統(tǒng)有：Windows、UNIX、MacOSX、Linux等。(1)系統(tǒng)軟件37操作系統(tǒng)語言處理程序?qū)嵱贸绦蚍g工具作用：將源程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識別的機(jī)器語言程序。程序設(shè)計(jì)語言：機(jī)器語言匯編語言高級語言典型的程序設(shè)計(jì)語言有：FORTRAN、Pascal、C與C++、BASIC、Java、C#等。匯編程序編譯程序解釋程序(1)系統(tǒng)軟件38操作系統(tǒng)語言處理程序?qū)嵱贸绦蚍g工具作用：將源程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識別的機(jī)器語言程序。程序設(shè)計(jì)語言：機(jī)器語言匯編語言高級語言典型的程序設(shè)計(jì)語言有：FORTRAN、Pascal、C與C++、BASIC、Java、C#等。匯編程序編譯程序解釋程序?qū)嵱贸绦?9系統(tǒng)設(shè)置軟件：對系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)置、優(yōu)化和保護(hù) Windows優(yōu)化大師：系統(tǒng)檢測、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)清理、系統(tǒng)維護(hù)診斷程序：識別并且改正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在的問題“管理|設(shè)備管理器”：所有設(shè)備的詳細(xì)情況備份程序：把硬盤上的文件復(fù)制到其他存儲設(shè)備上“控制面板|系統(tǒng)和安全|備份和恢復(fù)”反病毒程序：消除或防御電腦病毒和惡意軟件 MicrosoftSecurityEssentials文件壓縮程序：壓縮較大的文件，產(chǎn)生另一較小容量的文件 WinRAR，7-Zip完成一些與管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源及文件有關(guān)的任務(wù)(2)應(yīng)用軟件為某一專門的應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件。1.辦公軟件包2.圖形和圖象處理軟件3.數(shù)據(jù)管理4.Ineternet服務(wù)軟件5.娛樂與學(xué)習(xí)軟件401.1.3微型計(jì)算機(jī)的主要部件411.微型計(jì)算機(jī)的誕生

1971年Intel的工程師馬西安·霍夫(M.E.Hoff)成功地在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了中央處理器：第一片4位微處理器—Intel4004，第一臺4位微型計(jì)算機(jī)—MCS-4，

2.摩爾定律

每18個(gè)月，集成度將翻一翻，

速度將提高一倍，

而其價(jià)格將降低一半AppleII第一個(gè)帶有彩色圖形的個(gè)人計(jì)算機(jī)

42筆記本電腦臺式計(jì)算機(jī)平板

3.微機(jī)種類1.1.3微型計(jì)算機(jī)的主要部件43主機(jī)的基本組成主板

CPU

存儲器：內(nèi)存、外存1.主板主板(MainBoard)也叫母板(MotherBoard)，是連接其它部件的載體44芯片：平臺控制芯片、BIOS芯片。插槽/接口：CPU插槽、內(nèi)存插槽、顯卡插槽、PCI插槽、硬盤/光驅(qū)接口等。外部接口:USB接口、視頻輸出接口(HDMI、DVI、VGA等)、音頻接口、網(wǎng)絡(luò)接口、鍵盤鼠標(biāo)接口等。(1)主板部件和架構(gòu)(1)主板部件和架構(gòu)常見架構(gòu)ATX:最常見的主板架構(gòu),擴(kuò)展插槽較多，數(shù)量在4-6個(gè)MicroATX:常說的“小板”，擴(kuò)展插槽較少UATX是準(zhǔn)系統(tǒng)主板，尺寸比MicroATX還要小,使用更小的機(jī)箱45ATX主板架構(gòu)對主板的尺寸大小、形狀、各元器件的布局、排列方式等制定出標(biāo)準(zhǔn)，所有主板廠商都必須遵循。主要解決散熱、噪聲等(2)芯片組芯片組是主板的核心，決定了主板的功能和檔次，由平臺控制器芯片組成，以前由北橋和南橋芯片組成，現(xiàn)在北橋功能集成到CPU里面?？刂破餍酒?PlatformControllerHub，PCH)負(fù)責(zé)控制外部I/O設(shè)備的連接通信，如PCI總線、USB、IDE、SATA等接口，以及負(fù)責(zé)管理音頻控制器、鍵盤控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、高級電源管理等462.CPUCPU是計(jì)算機(jī)的核心，它負(fù)責(zé)處理、運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)選用什么樣的CPU，決定了計(jì)算機(jī)的性能，甚至決定了能夠運(yùn)行什么樣的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，所以了解CPU的基礎(chǔ)知識是非常必要的。473.存儲器主存儲器(內(nèi)存儲器),速度快，容量小，價(jià)格較高，可由CPU直接訪問。輔助存儲器(外存儲器),速度慢，容量大，價(jià)格低，CPU不可以直接訪問。48主存(內(nèi)存)隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器(Cache)輔存(外存)磁介質(zhì),軟盤和硬盤光盤Flash存儲器CPURAM外存(1)主存儲器-ROM只讀存儲器(ROM),可讀，不可寫；掉電后數(shù)據(jù)不會丟失BIOS(BasicInputOutputSystem)即基本輸入輸出系統(tǒng)。是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:識別各種硬件(包括型號)引導(dǎo)操作系統(tǒng)進(jìn)行硬件最直接的操作，如讀文件等。引導(dǎo)操作系統(tǒng)過程自檢。檢查電腦硬件是否良好。初始化，讀取CMOS里設(shè)置的參數(shù),對硬件進(jìn)行設(shè)置。引導(dǎo)操作系統(tǒng)。49開機(jī)自檢執(zhí)行ROM中的啟動程序加載操作系統(tǒng)執(zhí)行操作系統(tǒng)(1)主存儲器－CMOSCMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)是一種RAM存儲器。它存儲了計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和硬件配置等信息。它靠系統(tǒng)電源供電，當(dāng)關(guān)機(jī)后就靠主板電池供電，因而它保存的信息不會丟失。CMOS設(shè)置：在電腦剛開機(jī)時(shí)(操作系統(tǒng)還沒開始啟動)，一般按Del鍵進(jìn)入(不同的主板會不一樣)50(1)主存儲器-Cache原因：CPU的速度很快而內(nèi)存速度較慢。Cache集成在CPU內(nèi)部，高速，小容量。CPU訪問Cache是以字節(jié)為單位的，而Cache與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換是以塊(頁)為單位的。CPU首先從Cache中查找，如果沒有找到，再從內(nèi)存中讀取，同時(shí)把這個(gè)數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中一級緩存L1Cache，容量小。二級緩存L2Cache，容量大。主要區(qū)別在于CPU查找數(shù)據(jù)的順序。一般由DRAM(靜態(tài)存儲器)構(gòu)成。51(2)輔助存儲器(外存)主存儲器，讀寫速度快，容量小，斷電不能保存數(shù)據(jù)。輔助存儲器，大容量、能長期保存數(shù)據(jù)的存儲器。分類：52磁盤:軟盤和硬盤光盤：CD,DVDFlash存儲器：U盤和各種Flash卡輔存(外存)(2)輔存－硬盤硬盤(HardDisk)是微機(jī)中最主要的輔存，特點(diǎn)是容量大。硬盤有數(shù)個(gè)盤片，每盤片有上下兩個(gè)面，每個(gè)面一個(gè)磁頭。同一盤片不同半徑的同心圓為磁道。磁道被劃分為多個(gè)扇區(qū)。不同盤片相同磁道構(gòu)成的圓柱面即柱面。存儲容量＝磁頭數(shù)×磁道(柱面)數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)。信息記錄可表示為：幾號磁道(柱面)，幾號磁頭，幾號扇區(qū)。53硬盤接口IDE接口，并行接口。也叫ATA接口或PATA。數(shù)據(jù)傳輸率主要有66MB/s、100MB/s和133MB/s。SATA(SerialATA)接口，串行接口。數(shù)據(jù)傳輸，SATA2.0300MB/s，SATA3.0600MB/s。SATA接口具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、數(shù)據(jù)傳輸率高、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)，并行接口。最高的數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)320MB/s54硬盤種類筆記本硬盤：直徑：2.5英寸和1.8英寸。特點(diǎn)：小巧輕便，重量尚不足百克。移動硬盤＝筆記本硬盤＋讀寫控制電路板＋外部接口外部接口：USB2.0和IEEE1394。微型硬盤：一般為1英寸以下的硬盤。主要用于數(shù)碼產(chǎn)品中，如數(shù)碼攝像機(jī)。固態(tài)硬盤(solid-statedisk，SSD)運(yùn)用Flash芯片發(fā)展出最新的硬盤。不怕摔，能適應(yīng)極端溫度或濕度，適合工業(yè)或軍事用途。價(jià)格非常高。55(2)輔存－光盤CD的容量一般為680M,DVD的容量為4.7G~50G，相當(dāng)于7~73張普通CD光盤。DVD采用更細(xì)的激光束，具有更高的磁道密度。56光驅(qū)：COMBO光驅(qū)：“康寶”是一種集合了CD、DVD的讀取和CD的刻錄。DVD刻錄光驅(qū)：包括了CD、DVD的讀取和CD、DVD的刻錄。光驅(qū)的數(shù)據(jù)讀取速率用倍速來表示，CD最高為64倍速DVD為20倍。CD光驅(qū)的1倍速是150KB/s,DVD光驅(qū)的1倍速是1350KB/s(2)輔存－Flash存儲器Flash存儲器(FlashMemory)，也叫閃速存儲器，它既有ROM的特點(diǎn)，斷電能長期保存信息，又可以通過一定的電壓進(jìn)行擦除重寫。U盤Flash卡：需要讀卡器與計(jì)算機(jī)連接。571.1.4總線與接口1.總線

總線是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類。計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。常見總線有：PCI和PCI-E58設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備總線高速公路天津北京濟(jì)南上海南京設(shè)備設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)的總線591.總線地址總線:傳輸?shù)刂沸畔?shù)據(jù)總線:傳輸數(shù)據(jù)信息控制總線:傳輸控制信息內(nèi)部總線：連接CPU的各個(gè)組成部件(芯片內(nèi)部)系統(tǒng)總線：連接計(jì)算機(jī)中各大部件外部總線：連接計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備連接對象傳輸對象并行總線:通信速度快、實(shí)時(shí)性好串行總線:簡易、方便、靈活數(shù)據(jù)傳輸方式計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件內(nèi)部，部件之間都采用總線連接。衡量總線的指標(biāo)就是總線帶寬總線帶寬=總線工作頻率×總線位寬×傳輸次數(shù)/8(1)PCIPCI是一種32位數(shù)據(jù)的并行總線(可擴(kuò)展為64位)，總線頻率為33MHz或66MHz，最大傳輸速率＝66M×64/8＝532MB/s。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、設(shè)計(jì)容易。缺點(diǎn)：總線帶寬有限(總線頻率有限)，同時(shí)多個(gè)設(shè)備是共享總帶寬。60(2)PCI-E是替代PCI的最新的總線，是一種串行總線。有多個(gè)通道(Lane)，各個(gè)通道相互獨(dú)立，即PCI-E的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32等。每個(gè)通道單向傳輸帶寬可達(dá)250MB/s，雙向?yàn)?00MB/s。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率高，而且總線帶寬是各個(gè)設(shè)備獨(dú)享的。PCI-Ex1取代傳統(tǒng)的PCI，而PCI-Ex16取代AGP。612.接口621.1.4輸入和輸出設(shè)備各種類型的信息通過輸入設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果由輸出設(shè)備輸出。輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、光筆、光學(xué)閱讀設(shè)備、IC卡讀卡器等。

631.基本輸入設(shè)備2.基本輸出設(shè)備主要有顯示器、打印機(jī)、投影儀等顯示器目前主要是液晶顯示器(LCD)等。顯示器的三個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是：分辨率、色深和刷新頻率。1200×1024和真彩32位，75Hz。打印機(jī)有針打式打印機(jī)，激光打印機(jī)和噴墨式打印機(jī)。641.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的分布方式稱為計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式。自世界上第一臺計(jì)算機(jī)誕生以來，計(jì)算機(jī)作為人類信息處理的工具已有半個(gè)多世紀(jì)，在這一發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模式發(fā)生了幾次變革，它們分別是：單主機(jī)計(jì)算模式、分布式客戶/服務(wù)器計(jì)算模式(Client／Server，C／S)和瀏覽器/服務(wù)器計(jì)算模式(Browser／Server，B／S)。隨著計(jì)算機(jī)和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，會產(chǎn)生新的計(jì)算模式。1.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式(1)單主機(jī)計(jì)算模式主機(jī)不需要通過網(wǎng)絡(luò)獲得服務(wù)，全部利用自己本機(jī)的軟、硬件資源(CPU，內(nèi)存等)完成計(jì)算任務(wù)。單主機(jī)計(jì)算模式又可細(xì)分為兩個(gè)階段：

①單主機(jī)計(jì)算模式,系統(tǒng)所用的操作系統(tǒng)為單用戶操作系統(tǒng),系統(tǒng)一般只有一個(gè)控制臺(單主機(jī))，計(jì)算資源獨(dú)占使用。

②分時(shí)多用戶操作系統(tǒng)的研制成功及計(jì)算機(jī)終端的普及，實(shí)現(xiàn)了單主機(jī)--多終端的計(jì)算模式。在單主機(jī)--多終端的計(jì)算模式中，用戶通過終端使用計(jì)算機(jī)，每個(gè)用戶都感覺好像是在獨(dú)自享用計(jì)算機(jī)的資源。1.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式(2)分布式客戶/服務(wù)器計(jì)算模式

20世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展和局域網(wǎng)技術(shù)逐漸趨于成熟，使用戶可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享計(jì)算機(jī)資源，計(jì)算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)可協(xié)同完成某些數(shù)據(jù)處理工作。在這種背景下分布式客戶機(jī)/服務(wù)器(C／S)的計(jì)算模式形成了。在客戶機(jī)/服務(wù)器模式中，網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)被分為兩大類：一是用于向其他計(jì)算機(jī)提供各種服務(wù)(主要有數(shù)據(jù)庫服務(wù)、打印服務(wù)等)的計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱為服務(wù)器；二是享受服務(wù)器所提供的服務(wù)的計(jì)算機(jī)，稱為客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)一般由微機(jī)承擔(dān)，運(yùn)行客戶應(yīng)用程序。應(yīng)用程序被分散地安裝在每臺客戶機(jī)上，這是C／S模式應(yīng)用系統(tǒng)的重要特征：部門級和企業(yè)級的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器運(yùn)行服務(wù)器系統(tǒng)軟件(如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)、文件服務(wù)器系統(tǒng)等)，向客戶機(jī)提供相應(yīng)的服務(wù)。1.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式(3)瀏覽器/服務(wù)器計(jì)算模式B/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零維護(hù)。系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易，只要能上網(wǎng)，有瀏覽器，就可以使用了。B/S模式采用三層架構(gòu)，適合群體開發(fā)，每人可以有不同的分工，協(xié)同工作使效率倍增。三層架構(gòu)屬于瘦客戶的模式，用戶端只需一個(gè)較小的硬盤、較小的內(nèi)存和較慢的CPU就可以獲得不錯(cuò)的性能。另外，三層架構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是安全性，用戶端只能通過邏輯層來訪問數(shù)據(jù)層，減少了入口點(diǎn)，把更多的危險(xiǎn)的系統(tǒng)功能都屏蔽了。很多網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的模式中，出現(xiàn)了B/S和C/S同時(shí)存在的混合計(jì)算模式。1.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算模式(4)新的計(jì)算模式普適計(jì)算：是無所不在的、隨時(shí)隨地可以進(jìn)行計(jì)算的一種方式——無論何時(shí)何地，只要需要，就可以通過某種設(shè)備訪問到所需的信息。網(wǎng)格計(jì)算：是通過互聯(lián)網(wǎng)來共享強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)儲存能力，它利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”。云計(jì)算：是一種按使用量付費(fèi)的模式，提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池(包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù))，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。701.3計(jì)算思維概述理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算思維是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大支柱。理論思維理論思維以推理和演繹為特征，以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表。公理系統(tǒng)三個(gè)條件：無矛盾。獨(dú)立性。完備性。

公理系統(tǒng)要盡可能簡單化。1.3計(jì)算思維概述【案例】歐幾里得幾何公理。任意兩個(gè)點(diǎn)可以通過一條直線連接。任意線段能無限延伸成一條直線。給定任意線段，可以以其一個(gè)端點(diǎn)作為圓心，該線段作為半徑作一個(gè)圓。所有直角都全等。1.3計(jì)算思維概述實(shí)驗(yàn)思維實(shí)驗(yàn)思維以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征，以物理學(xué)科為代表。實(shí)驗(yàn)思維步驟：(1)從現(xiàn)象獲得直觀認(rèn)識。(2)用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出數(shù)量關(guān)系。(3)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)數(shù)量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)思維最重要的是建立理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。1.3計(jì)算思維概述計(jì)算思維計(jì)算思維以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表。計(jì)算思維的根本問題是什么能被有效的自動進(jìn)行。為了機(jī)器的自動化，需要在抽象過程中進(jìn)行符號轉(zhuǎn)換和建立計(jì)算模型。計(jì)算思維需要考慮問題處理的邊界，以及可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。74示例1.1：計(jì)算f(x)是[a,b]上的積分?jǐn)?shù)學(xué)方法牛頓─萊布尼茲：f(x)F(x)

計(jì)算思維黎曼積分：對[a,b]進(jìn)行n等分計(jì)算小矩形面積累加

計(jì)算思維：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動1.3計(jì)算思維概述75

迭代法迭代過程：1!=12!=1!*23!=2!*3……n!=(n-1)!*n

程序：

s=1;

for(i=1;i<=n;i++)s=s*i;

經(jīng)典迭代：牛頓迭代法

J20研制過程就是迭代過程：原型機(jī)0原型機(jī)1原型機(jī)2原型機(jī)3示例1.2：計(jì)算n的階乘f(n)=n!

遞歸分解問題小問題n!(n-1)!問題分解小問題更小

問題┆最小

問題分解分解不能再分解n!(n-1)!(n-2)!1!intfac(intn){

if(n==1)

return(1); else

return(fac(n-1)*n);}voidmain(){inty;

y=fac(4)cout<<y;}1.3計(jì)算思維概述迭代法也稱輾轉(zhuǎn)法，是一種不斷用變量的舊值遞推新值的過程,從前有座山，山里有座廟，廟里有個(gè)老和尚給小和尚講故事，講什么呢？從前有座山，山里有座廟，……如果一個(gè)函數(shù)在定義時(shí)，直接或間接地調(diào)用了自己，這種算法在程序設(shè)計(jì)中統(tǒng)稱為遞歸法。76

示例1.3哥尼斯堡七橋問題18世紀(jì)經(jīng)典數(shù)學(xué)問題在哥尼斯堡的一個(gè)公園里，有七座橋?qū)⑵绽赘駹柡又袃蓚€(gè)島以及島與河岸連接起來。問是否可能從這四塊陸地中任一塊出發(fā)，恰好通過每座橋一次，再回到起點(diǎn)？1.計(jì)算思維的本質(zhì)：抽象和自動化

抽象：完全超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號來表示數(shù)學(xué)抽象是一種特例

哥尼斯堡七橋問題

哥尼斯堡七橋問題的抽象

自動化：機(jī)械地一步一步自動執(zhí)行，其基礎(chǔ)和前提是抽像1.3計(jì)算思維概述772.計(jì)算思維的特征

(1)是屬于人的思維方式，不是計(jì)算機(jī)的思維方式

(2)可以由人執(zhí)行，也可以由計(jì)算機(jī)執(zhí)行

(3)是思想，不是人造物