第1章計算機基礎知識課件

計算機基礎知識

第1章1.2計算機中數(shù)據(jù)的表示及運算1.3微型計算機系統(tǒng)的組成和原理

1.1概述

作業(yè)12/5/20231江西理工大學南昌校區(qū)計算機是一種能快速、準確、自動地對各種數(shù)字化信息進行存儲和處理的電子設備，通常也稱為電子計算機。自1946年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機的發(fā)展日新月異，使計算機已成為當今社會各個行業(yè)不可或缺的辦公設備，人與計算機的關系變得越來越密切。掌握計算機的使用已經(jīng)成為人們工作和生活中一門必不可少的技能。

1.1概述12/5/20232江西理工大學南昌校區(qū)1.1.3計算機的應用

1.1.2計算機的分類

1.1.1計算機的發(fā)展簡史

1.1概述12/5/20233江西理工大學南昌校區(qū)1.1.1計算機的發(fā)展簡史

1．第一臺電子計算機1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生。ENIAC（electronicnumericalintegratorandcalculator，電子數(shù)字積分器與計算器），目的是用來計算炮彈彈道。特征：工作中的ENIAC12/5/20234江西理工大學南昌校區(qū)2．計算機發(fā)展的4個階段計算機采用的物理器件把計算機的發(fā)展分成4個階段：1.1.1計算機的發(fā)展簡史

計算機發(fā)展總的趨勢是朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡化和智能化方向發(fā)展。

12/5/20235江西理工大學南昌校區(qū)1.1.1計算機的發(fā)展簡史

3．計算機史上的杰出人物介紹（1）艾倫·圖靈（1912—1954）。

英國人，堪稱20世紀最著名的數(shù)學家之一，如圖1-2所示。他在很小的時候就表現(xiàn)出了對科學的濃厚興趣。他1931年進入劍橋大學，開始研究量子力學、概率論和邏輯學。在大學及后來的日子里，他一直對智能與機器之間的關系進行著不懈的探索?！皥D靈獎”（2）馮·諾依曼被譽為“電子計算機之父”。 他提出存儲程序的思想，程序和該程序處理的數(shù)據(jù)用同樣的方式存儲。馮·諾依曼和同事們依據(jù)此原理設計出了一個完整的現(xiàn)代計算機雛形，并確定了存儲程序計算機的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼的這一設計思想被譽為計算機發(fā)展史上的里程碑，標志著計算機時代的真正開始。

艾倫圖靈12/5/20236江西理工大學南昌校區(qū)4。我國計算機的發(fā)展簡史1958年，中科院計算所研制成功了我國第一臺小型電子管通用計算機103機，標志著我國第一臺電子計算機的誕生。1965年，中科院計算所研制成功了第一臺大型晶體管計算機109乙，之后推出109丙計算機，該機在兩彈試驗中發(fā)揮了重要作用。 1974年，清華大學等單位聯(lián)合設計、研制成功采用集成電路的DJS-130小型計算機，運算速度可達100萬次/秒。1983年，國防科技大學研制成功運算速度上億次/秒的銀河－Ⅰ巨型計算機，這是我國高速計算機研制的一個重要里程碑。2019年，國防科技大學研制成功了銀河－Ⅲ百億次/秒的并行巨型計算機系統(tǒng)，浮點運算峰值性能為130億次/s。2019年，國家并行計算機工程技術研究中心研制的神威Ⅰ計算機通過了國家級驗收，峰值運算速度達3840億次/秒。2019年，中科院計算所研制成功了我國第一款通用CPU——“龍芯”芯片。2019年，百萬億次數(shù)據(jù)處理超級服務器曙光4000L通過國家驗收，再一次刷新國產(chǎn)超級服務器的歷史紀錄，使得國產(chǎn)高性能產(chǎn)業(yè)再上新臺階。12/5/20237江西理工大學南昌校區(qū)1.1.2計算機的特點計算機之所以能成為現(xiàn)代化信息處理的重要工具，主要是因為它有如下一些特點。（1）運算速度快。（2）計算精度高，可靠性好。（3）自動化程度高。（4）具有超強的記憶和存儲功能。（5）具有邏輯判斷功能。（6）通用性強。

12/5/20238江西理工大學南昌校區(qū)

1.1.3計算機的應用

1、科學計算2、數(shù)據(jù)處理3、電子商務4、自動控制5、計算機輔助系統(tǒng)。6、虛擬現(xiàn)實和人工智能。7、計算機網(wǎng)絡。12/5/20239江西理工大學南昌校區(qū)巨型機、大型機、小型機和微型機

。根據(jù)其技術、功能、體積大小、價格、性能可分為4類

。依據(jù)類型1.1.4計算機的分類

12/5/202310江西理工大學南昌校區(qū)1.1.5多媒體微型計算機系統(tǒng)1．什么是多媒體（Multimedia）所謂媒體（Medium），就是信息的載體。廣義地來說，它包括一切能攜帶信息的物體，狹義地來說，它就是文字、聲音、圖形圖像、動畫和視頻等這些能在計算機中使用的信息載體，以及對它們進行記錄、加工、顯示、存儲和傳輸?shù)脑O備。同時具有“多樣性”和“交互性”的綜合媒體信息系統(tǒng)才是多媒體，這也是多媒體的兩個根本屬性。

12/5/202311江西理工大學南昌校區(qū)1.2.1數(shù)制的概念1.2.2數(shù)制和數(shù)制轉換1.2.3字符編碼

1.2計算機中的數(shù)制與存儲單位

12/5/202312江西理工大學南昌校區(qū)1.2.1數(shù)制的概念1、計算機都采用二進制編碼（1）物理上容易實現(xiàn)，可靠性強電子元器件大都具有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)：電壓的高和低；晶體管的導通和截止；電容的充電和放電等。這兩種狀態(tài)正好用來表示二進制數(shù)的兩個數(shù)碼0和1。兩種狀態(tài)分明，工作可靠，抗干擾能力強。（2）運算簡單，通用性強如二進制數(shù)乘法運算規(guī)則有3種：1×0=0×1=0；0×0=0；1×1=1。若用十進制的運算法則，則有55種。二進制運算簡單，同樣也便于邏輯運算。二進制形式，適用于對各種類型數(shù)據(jù)的編碼，圖、聲、文、數(shù)字合為一體，使得數(shù)字化社會成為可能。

12/5/202313江西理工大學南昌校區(qū)二進制八進制十進制十六進制

2、數(shù)制和數(shù)制轉換1．進位計數(shù)制

12/5/202314江西理工大學南昌校區(qū)

理解數(shù)制的含義12/5/202315江西理工大學南昌校區(qū)

1.2.2各數(shù)制間的轉換1、任意進制數(shù)轉換成十進制數(shù)只要將各位數(shù)碼乘以各自的權值累加即可。例如將二進制數(shù)110011.101轉換成十進制數(shù)：12/5/202316江西理工大學南昌校區(qū)2、十進制數(shù)轉換成二、八、十六進制數(shù)①將十進制數(shù)轉換成r進制數(shù)時，可將此數(shù)分成整數(shù)與小數(shù)兩部分分別轉換，然后再拼接起來就可

12/5/202317江西理工大學南昌校區(qū)12/5/202318江西理工大學南昌校區(qū)（3）二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉換由于二進制、八進制和十六進制之間存在特殊關系：8=23、16=24，即一位八進制數(shù)相當于三位二進制數(shù)；一位十六進制數(shù)相當于四位二進制數(shù)。

12/5/202319江西理工大學南昌校區(qū)（3）二進制、八進制、十六進制數(shù)間的相互轉換由于二進制、八進制和十六進制之間存在特殊關系：8=23、16=24，即一位八進制數(shù)相當于三位二進制數(shù)；一位十六進制數(shù)相當于四位二進制數(shù)。

12/5/202320江西理工大學南昌校區(qū)1.2.3二進制的算術運算和邏輯運算1．二進制的算術運算（1）二進制加法規(guī)則0＋0＝0 0＋1＝11＋0＝1 1＋1＝0（向高位進1）（2）二進制減法規(guī)則0－0＝0 1－1＝01－0＝1 0－1＝1（向高位借1）（3）二進制乘法規(guī)則0×0＝1×0＝0×1＝0 1×1＝112/5/202321江西理工大學南昌校區(qū)1.2.3二進制的算術運算和邏輯運算（1）“與”運算（AND）“與”運算又稱為邏輯乘法運算，可以用符號“·”或“∧”表示。A、B兩個邏輯變量的“與”運算規(guī)則是只有兩個變量同時為“1”時，“與”運算的結果才為“1”；否則，“與”運算的結果就為“0”。（2）“或”運算（OR）“或”運算又稱為邏輯加法運算，可以用符號“＋”或“∨”表示。A、B兩個邏輯變量的“或”運算規(guī)則是只有兩個變量同時為“0”時，“或”運算的結果才為“0”；否則，“或”運算的結果就為“1”。（3）“非”運算（NOT）變量A的“非”運算就是取其相反的結果。

12/5/202322江西理工大學南昌校區(qū)一道邏輯思維題：有位理發(fā)師，規(guī)定只給那些不給自己刮胡子的人刮胡子，請問他給自己刮胡子嗎?12/5/202323江西理工大學南昌校區(qū)1.2.4字符編碼1．ASCII碼在計算機中普遍使用的字符編碼為ASCII碼（AmericanStandardCodeForInformationInterchange），原是美國國家標準，1967年被定為國際標準。ASCII碼給94個字符、34個控制符規(guī)定了編碼，94個字符中包括了10個數(shù)字、26個大寫英文字母和26個小寫英文字母、標點符號以及其他常用符號等。大致情況是：0～9的ASCII碼是48～57，A～Z的ASCII碼為65～90，a～z的ASCII碼為97～122。在進行字符排序時，均是按相應字符的ASCII碼值來比較大小。12/5/202324江西理工大學南昌校區(qū)1.2.4字符編碼2．漢字國標碼 漢字國際碼全稱是GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》，簡稱GB碼。把最常用的6763個漢字分成兩級：一級漢字有3755個，按漢語拼音排列；二級漢字有3008個，按偏旁部首排列。為了編碼，將漢字分成若干個區(qū)，每個區(qū)中94個漢字。由區(qū)號和位號（區(qū)中的位置）構成了區(qū)位碼。 例如，“中”位于第54區(qū)48位，區(qū)位碼為5448。區(qū)號和位號各加32就構成了國標碼，這是為了與ASCII碼兼容，每個字節(jié)值大于32（0～32為非圖形字符碼值），所以“中”的國標碼為8680。12/5/202325江西理工大學南昌校區(qū)1.2.5數(shù)據(jù)的存儲單位計算機可以存儲大量的數(shù)據(jù)，并且對其進行運算。以下介紹一些常用的數(shù)據(jù)存儲單位。（1）比特位（bit）：它是二進制數(shù)存儲的最小單位，存放1位二進制數(shù)（0或1）。（2）字節(jié)（Byte）：由8位二進制數(shù)組成一個字節(jié)，通常用B表示，是計算機存儲容量的基本單位。（3）字（Word）：由若干個字節(jié)組成一個字，一個字可以存儲一條指令或一個數(shù)據(jù)，字的長度稱為字長。字長是指CPU能夠直接處理的二進制數(shù)據(jù)位數(shù)，字長越長，占的位數(shù)越多，處理的信息量就越多，計算的精度和速度也越高，它是計算機性能的一個重要指標。常見的計算機字長有32位和64位。12/5/202326江西理工大學南昌校區(qū)1.2.5數(shù)據(jù)的存儲單位（4）存儲器的存儲單位通常用B，KB，MB，GB，TB表示，它們的轉換關系如下。1B＝8bit1KB＝210B＝1024B1MB＝210KB＝1024KB1GB＝210MB＝1024MB1TB＝210GB＝1024GB

12/5/202327江西理工大學南昌校區(qū)

1.3微型計算機系統(tǒng)的組成和原理1.3.1計算機系統(tǒng)組成和工作原理1.3.2微型計算機硬件的配置12/5/202328江西理工大學南昌校區(qū)1.3.1計算機系統(tǒng)組成和工作原理

計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的。

硬件系統(tǒng)是組成計算機系統(tǒng)的各種物理設備的總稱，是計算機系統(tǒng)的物質基礎，如CPU、存儲器、輸入設備、輸出設備等。

軟件系統(tǒng)是為運行、管理和維護計算機而編制的各種程序、數(shù)據(jù)和文檔的總稱。

1．計算機硬件系統(tǒng)馮·諾依曼體系結構12/5/202329江西理工大學南昌校區(qū)（1）運算器運算器的主要功能是算術運算和邏輯運算，運算器又稱算術邏輯單元（ArithmeticAndLogicUnit簡稱ALU）。（2）控制器控制器是計算機的神經(jīng)中樞，只有在它的控制之下整個計算機才能有條不紊地工作，自動執(zhí)行程序?？刂破骱瓦\算器一起組成中央處理單元，即CPU（CentralProcessingUnit），它是計算機的核心。12/5/202330江西理工大學南昌校區(qū)（3）存儲器存儲器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器通常分為內存儲器和外存儲器。存儲器的有關術語簡述如下：①位（Bit）：存放一位二進制數(shù)，即0或1。②字節(jié)（Byte）：8個二進制位為一個字節(jié)。它是計算機中數(shù)據(jù)存儲的最基本單位(簡寫為B）。容量一般用KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）、TB（太字節(jié)）來表示，它們之間的換算關系是1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB，其中1024=210。③地址：整個內存被分成若干個存儲單元，每個存儲單元一般可存放8位二進制（字節(jié)編址）。12/5/202331江西理工大學南昌校區(qū)（4）輸入設備輸入設備用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉變?yōu)橛嬎銠C可以識別的形式（二進制）存放到內存中。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀、麥克風等。（5）輸出設備輸出設備用于將存放在內存中由計算機處理的結果轉變?yōu)槿藗兯芙邮艿男问?。常用的輸出設備有：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等。12/5/202332江西理工大學南昌校區(qū)軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需要的文檔的集合。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件

系統(tǒng)軟件通常包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和各種實用程序。應用軟件是一組具有特定應用目的的程序。如管理軟件、計算機輔助設計軟件、游戲和教學軟件等

2．計算機軟件系統(tǒng)

12/5/202333江西理工大學南昌校區(qū)計算機系統(tǒng)組成12/5/202334江西理工大學南昌校區(qū)3．計算機的基本工作原理計算機開機后，CPU首先執(zhí)行固化在只讀存儲器（ROM）中一個小的系統(tǒng)程序，這部分程序稱為基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS），并由它來啟動操作系統(tǒng)的裝載過程。

BIOS先把操作系統(tǒng)的一部分程序從磁盤中讀入內存，然后再由這部分程序裝載其他的操作系統(tǒng)程序。 操作系統(tǒng)被裝載到內存后，計算機才能接收用戶的命令，執(zhí)行其他的程序，一直到用戶關機為止。12/5/202335江西理工大學南昌校區(qū)

1.3.2微型計算機硬件的配置

微機的基本結構都是由顯示器、鍵盤和主機構成。主機安裝在主機箱內，主機箱有臥式和立式兩種形式。在主機箱內有系統(tǒng)主板（又稱主機板或母板）、硬盤驅動器、CD-ROM驅動器、軟盤驅動器、電源、顯示器適配器（顯卡）等。

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