電子信息科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論-第2版課件第3章-計算機科學(xué)基礎(chǔ)

電子信息科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論第3章計算機科學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容計算機科學(xué)概述3.1計算機中信息的表示3.2計算機的硬件系統(tǒng)3.3計算機技術(shù)的新進展3.5計算機的軟件系統(tǒng)3.43.1計算機科學(xué)概述發(fā)展歷史研究領(lǐng)域計算機？組成結(jié)構(gòu)功能分類特點初步認識功能1、計算2、模擬、思維、自適應(yīng)反饋處理等對各種數(shù)字化信息進行高速運算和處理數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、自動控制、輔助工程、輔助教學(xué)、人工智能、計算機通信、娛樂活動用途通用機專用機組成結(jié)構(gòu)分類特點巨型機：國防、科學(xué)計算大/中：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器小型：工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集微型：商業(yè)、服務(wù)業(yè)、辦公自動化、信息處理單片機：控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、性能、價格、依次遞減軟件硬件軟件：程序和有關(guān)文檔的總稱巨型機微機處理速度快計算精度高記憶能力強可靠的邏輯判斷能力可靠性高，通用性強……算籌祖沖之（429-500）算籌算盤7

計算尺威廉·奧特雷德(WilliamOughtred)及其發(fā)明的圓形計算尺風(fēng)靡18－19世紀的計算尺8施卡德計算機威海姆·施卡德，德國圖賓根大學(xué)教授，于1623年制造了第一臺機械式計算機。施卡德計算機復(fù)制品1960年，施卡德家鄉(xiāng)人根據(jù)示意圖重新制作。帕斯卡加法器Pascal和他的齒輪式加減法器萊布尼茨的乘法器Leibniz和他的乘法計算機巴貝奇和他的差分機及分析機Babbage和他的差分機及分析機穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理霍列瑞斯和第一臺制表機邏輯代數(shù)奠基人——布爾1847年英國數(shù)學(xué)家布爾(Boole)創(chuàng)立了布爾代數(shù)，奠定了計算機進行邏輯運算的基礎(chǔ)。布爾代數(shù)和集電器開關(guān)的連接—香農(nóng)克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon，1916年4月30日—2001年2月24日）是美國數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人。第一臺電磁式的計算機斯蒂比茲（G.Stibitz）朱斯（K.Zuse）圖靈及圖靈機、圖靈測試計算機與人工智能之父

——阿蘭·圖靈

圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家：24歲，提出圖靈機理論；31歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時英國破解德國通信密碼的計算機）的研制；33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；35歲，提出自動程序設(shè)計概念；38歲，設(shè)計了“圖靈測試”；

在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科——非線性力學(xué)；……。

最后一臺“史前”計算機MARKI艾肯等人制造的這一批機電計算機是計算機發(fā)展史上短暫的一頁。有人認為這批計算機在它們開始運行時，差不多就已經(jīng)過時了。這些機器的典型部件是普通電話繼電器。繼電器的開關(guān)速度大約是百分之一秒，這使計算機的運算速度受到了極大的限制。從另一方面來看，由于在本世紀30年代已經(jīng)具備了制造電子計算機的技術(shù)能力，繼電器式計算機從一開始就注定要被電子計算機所取代。第一代電子計算機1946~1957年，電子管計算機，軟件使用機器語言。其特點為體積龐大，速度低，可靠性差，造價高；應(yīng)用：科學(xué)計算；代表機型：ENIAC、EDVAC、IBM650。第一臺電子計算機ENIAC1946年2月，在美國陸軍部的主持下，美國賓夕法尼亞大學(xué)的艾克特(Eckert)和莫奇里(Mauchly)成功地設(shè)計了世界上第一臺電子計算機，簡稱為ENIAC它占地170平方米，重28噸，耗電140kW，使用了18000個電子管，5000個繼電器，運算速度為5000次/秒。20EDVAC,1950與UNIVAC,1951EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)

是第一臺存儲程序的計算機，基于馮?諾依曼思想，誕生于1950年。UNIVAC(UniversalAutomaticComputer),

第一臺商業(yè)計算機，1951年由莫奇利與?？颂卦O(shè)計制造。21馮?諾依曼與IAS,1952馮?諾依曼的IAS

計算機誕生于1952。第二代晶體管計算機1958~1964年，晶體管計算機，它比第一代的電子管計算機耗電省、壽命長、可靠性高、體積小。在軟件方面，高級程序設(shè)計語言出現(xiàn)，如FORTRAN、ALGOL、COBOL，操作系統(tǒng)雛形開始形成；應(yīng)用：主要是數(shù)據(jù)處理；代表機型：IBM7094、CDC6600。第二代計算機代表機型IBM7094第三代集成電路計算機1965~1971年，集成電路計算機，軟件逐步形成了操作系統(tǒng)，編譯系統(tǒng)和應(yīng)用程序三個獨立的分支體系；應(yīng)用：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制；代表機型：IBM360、370、PDP-11等。第三代計算機代表機型IBM360第四代大規(guī)模計算機1972年至今，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機，軟件有分布式系統(tǒng)、軟件工程標準化、專家系統(tǒng)、Java語言等。體積小、速度快、存儲容量大以及應(yīng)用廣泛是第四代電子計算機的特點。應(yīng)用：各個領(lǐng)域；代表機型：IBM4300、3080，9000系列；在該階段，出現(xiàn)了微型計算機。第四代計算機代表機型IBM4300研究領(lǐng)域(1)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究(2)程序設(shè)計科學(xué)與方法論的研究(3)軟件工程基礎(chǔ)理論的研究

(4)人工智能與知識處理的研究

(5)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫及各種計算機輔助技術(shù)的研究

(6)理論計算機科學(xué)的研究

3.2計算機中信息的表示運算1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001“0”“1”數(shù)據(jù)編碼邏輯運算算術(shù)運算數(shù)制功能字符數(shù)值有值無值信息的表示算術(shù)運算數(shù)值碼制定點浮點表示小數(shù)點表示＋－號“0”“1”運算真值八進制十進制…編碼數(shù)制轉(zhuǎn)換(71)10BCD碼十～二進制轉(zhuǎn)換(01000111)2(01110001)BCD機器碼小數(shù)點、正負號算術(shù)運算的表示數(shù)制二進制數(shù)據(jù)表示計算機中的數(shù)據(jù)及編碼數(shù)制是用一組固定的數(shù)字和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。數(shù)制每一種進制都允許使用固定個數(shù)的數(shù)碼（基數(shù)）逢R進一采用位權(quán)表示法進位計數(shù)制N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr進制數(shù)N可表示為：R進制數(shù)用

r個基本符號（例如0，1，2，…，r-1）表示數(shù)值基數(shù)位權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2每個數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個與數(shù)碼所在位置相關(guān)的常數(shù)，即位權(quán)。位權(quán)的大小是以基數(shù)為底，數(shù)碼所在位置的序號為指數(shù)的整數(shù)次冪。例如：（286）10中，2的位權(quán)是102；8的位權(quán)是101，6的位權(quán)是100再如：（247）8中，2的位權(quán)是82；4的位權(quán)是81，7的位權(quán)是80數(shù)制中的位權(quán)所謂二進制就是以二元邏輯為基礎(chǔ)，用0和1二進制碼組成各種信息進行運算，它確立了現(xiàn)代計算機的邏輯結(jié)構(gòu)。二進制數(shù)據(jù)表示計算機為什么使用二進制不同數(shù)制數(shù)的表示不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進制數(shù)的運算進位計數(shù)制及不同進制數(shù)的轉(zhuǎn)換可靠性可行性簡易性邏輯性計算機為什么使用二進制用一排燈表示一個二進制數(shù)，明為數(shù)碼“1”，暗為數(shù)碼“0”01011010=十進制的“10”=十進制的“5”數(shù)的二進制表示二進制加法運算的簡單示例求C=A+B=5+7A：B：進位標志：運算規(guī)則：C:0+0=01+0=10+1=11+1=10

A的當前位+B的當前位+進位標志=新進位標志和C的當前位按4次PageDown演示各位的計算在數(shù)字后加字母B表示二進制數(shù)，加字母O表示八進制數(shù)，加字母D表示十進制數(shù)，加字母H表示十六進制數(shù)。例：

1011B為二進制數(shù)1011，也記為（1011）2

1357O為八進制數(shù)1357，也記為（1357）8

2049D為十進制數(shù)2049，也記為（2049）103FB9H為十六進制數(shù)3FB9，也記為（3FB9）16不同數(shù)制數(shù)的表示各進制之間數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系任意進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為任意進制數(shù)二進制、八進制、十六進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換任意進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)只要寫出該進制數(shù)的按權(quán)展開式，進行乘法和加法運算，得出結(jié)果即可。不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換將十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為任意進制數(shù)需對整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)化。整數(shù)部分采用“除基數(shù)取余法”，即用基數(shù)多次除被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，直到商為0，每次相除所得的余數(shù)，按逆序排列便是對應(yīng)的進制數(shù)小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用“乘基數(shù)取整法”，即用基數(shù)多次乘被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)的小數(shù)部分，每次相乘后，所得乘積的整數(shù)部分按正序排列就是對應(yīng)的進制數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（185）10=（?）2（185）10=（10111001）2246………0223………0211………125………122………121………020………1185292………1余數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（0.8125）10=(?)20.8125

21.6250…10.6250

21.2500…10.2500

20.5000…00.5000

21.0000…1（0.8125）10=(0.1101)2整數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（185）10=（？）8（185）10=（271）882………780………2185823………1余數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（3981）10=(?)16（3981）10=（F8D）161615…….…8160……...15(F)

398116

248………13(D)余數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為八進制數(shù)八進制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進制數(shù)十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)，概括為“三位合一”、即：以小數(shù)點為基準，整數(shù)部分從右至左，小數(shù)部分從左至右，每三位一組，不足三位時，整數(shù)部分在高端補齊，小數(shù)部分在低端補齊。然后，把每一組二進制數(shù)用一位相應(yīng)的八進制數(shù)表示，小數(shù)點位置不變，即得到八進制數(shù)。不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（1011010101110）213256為八進制的13256（11011111.011100）233734為八進制的337.34.八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，概括為“一位拆三位”，即把一位八進制數(shù)寫成對應(yīng)的三位二進制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(54270)8101100010111000(163.64)8001110011.110100不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)，概括為“四位合一”、即：以小數(shù)點為基準，整數(shù)部分從右至左，小數(shù)部分從左至右，每四位一組，不足四位時，整數(shù)部分在高端補齊，小數(shù)部分在低端補齊。然后，把每一組二進制數(shù)用一位相應(yīng)的十六進制數(shù)表示，小數(shù)點位置不變，即得到十六進制數(shù)。不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換（1011010101110）216A

E為十六進制的16AE（11010011111.01111000）269F78為十六進制的69F.78.十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，概括為“一位拆四位”，即把一位十六進制數(shù)寫成對應(yīng)的四位二進制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：（B4F7）161011010011110111（C2.A8）1611000010.10101000不同數(shù)制間數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進制數(shù)的算術(shù)運算

二進制數(shù)的加法運算二進制數(shù)的減法運算加法運算法則0+0=00+1=1+0=11+1=0

1101+111011011減法運算法則0-0=1-1=01-0=10-1=1

11011-11101101二進制數(shù)的乘法運算

二進制數(shù)的除法運算乘法運算法則0×0=00×1=1×0=01×1=1除法運算法則0÷0=00÷1=01÷1=1

1101×1010000011010000+110110000010

1011011111011101111111011100二進制數(shù)的算術(shù)運算

二進制數(shù)的邏輯運算

邏輯非運算邏輯非的真值表AF=A0110邏輯與運算邏輯與的真值表ABF=A×B000010100111邏輯或運算邏輯或的真值表ABF=A+B000011101111

二進制數(shù)的邏輯運算

邏輯異或運算邏輯異或的真值表ABF=A⊕B000011101110

二進制數(shù)的邏輯運算

計算機中的數(shù)據(jù)存儲單位常用的數(shù)據(jù)編碼符號位的表示原碼、反碼和補碼定點數(shù)與浮點數(shù)計算機中的數(shù)據(jù)及編碼位（bit）：度量數(shù)據(jù)的最小單位。字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位。K字節(jié) 1KB=1024ByteM（兆）字節(jié) 1MB=1024KBG（吉）字節(jié) 1GB=1024MB

T（太）字節(jié) 1TB=1024GB10010101=27+24+22+20=149計算機中的數(shù)據(jù)存儲單位b7b6b5b4b3b2b1b0字(Word):字是位的組合,并作為一個獨立的信息單位處理。1Word=nB(n為整數(shù))字長：指參加運算的寄存器所含有的二進制數(shù)的位數(shù),它代表了機器的精度。常用的數(shù)據(jù)編碼

ACSII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128個常用字符，用7位二進制編碼，從0到127

控制字符：0～32，127（34個）；普通字符：94個。例如：“a”字符的編碼為1100001，對應(yīng)的十進制數(shù)是97；換行0AH10

回車0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’ 61H～7AH 97～122BCD碼由于人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖鞘M制，而機器內(nèi)使用的是二進制，所以，需要將十進制表示成二進制碼。

BCD碼用十個不同的碼:

0000，0001，0010，0011，0100，

0101，0110，0111，1000，1001，表示0~~9的十進制碼，但它的每位是用二進制編碼來表示的，因此稱為二進制編碼的十進制（BinaryCodedDecimal）。常用的數(shù)據(jù)編碼

漢字編碼常用的數(shù)據(jù)編碼

漢字編碼處理信息過程漢字輸入碼為方便人工通過鍵盤輸入漢字而設(shè)計的代碼稱為漢字輸入碼，又稱漢字外碼，簡稱外碼。

漢字輸入編碼方案：音碼類全拼、雙拼、微軟拼音和智能ABC等形碼類五筆字型法、鄭碼輸入法等

音形類自然碼輸入法流水碼電信業(yè)中通用的電報碼漢字編碼(2)漢字國標碼(GB2312－80)

每個漢字編碼占兩個字節(jié)，該編碼就是國標碼。 一級漢字：3755個；二級漢字：3008個。 在基本集中，漢字按規(guī)則排成94行，94列，行號稱為區(qū)號，列號稱為位號，區(qū)號+位號=區(qū)位碼。例：“中”，區(qū)號為54，位號為48，區(qū)位碼為5448“國”，區(qū)號為25，位號為90，區(qū)位碼為2590

國標碼是將漢字的區(qū)碼和位碼分別用十六進制表示，再加上2020H。例：“中”的區(qū)位碼為5448，轉(zhuǎn)換成十六進制為3630H，轉(zhuǎn)換成國標碼為5650H“國”的區(qū)位碼為2590，轉(zhuǎn)換成十六進制為195AH，轉(zhuǎn)換成國標碼為397AH漢字編碼(3)漢字內(nèi)碼漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達形式，簡稱機內(nèi)碼。

機內(nèi)碼=國標碼+8080H例：漢字國標碼漢字內(nèi)碼中 5650H D6D0H

國397AHB9FAH漢字編碼(4)漢字字形碼（漢字輸出碼或字模）點陣：漢字字形點陣的代碼

有16×16、24×24、32×32、48×48等編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出，放大后產(chǎn)生的效果差。矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征，矢量方式特點正好與點陣相反。漢字編碼

Unicode碼

另一國際標準：采用雙字節(jié)編碼統(tǒng)一地表示世界上的主要文字。

GBK碼

GBK新的中文編碼擴展國家標準，2字節(jié)表示一個漢字第一字節(jié)從81H~FEH，最高位為1；第二字節(jié)從40H~FEH，第二字節(jié)的最高位不一定是1。

BIG5編碼臺灣、香港地區(qū)普遍使用的一種繁體漢字的編碼標準，包括440個符號，一級漢字5401個、二級漢字7652個，共計13060個漢字。其他漢字編碼在計算機中數(shù)據(jù)都是采用二進制表示，對于數(shù)的符號，也用“0”或“1”表示，“0”表示正，“1”表示負；數(shù)的最高位為符號位。在機器內(nèi)存放的正負號符號化的數(shù)稱為機器數(shù)，把機器外存放的由正負號表示的數(shù)稱作真值。真值機器數(shù)+0+000000000000000

-0-000000010000000+5+000010100000101-5-000010110000101真值機器數(shù)符號位的表示機器數(shù)在運算時必須考慮符號位的處理。在機器中有三種表示數(shù)的方法：原碼：原碼的最高位為符號位，數(shù)值部分為原數(shù)的絕對值。反碼：正數(shù)的反碼和原碼相同，負數(shù)的反碼是對其原碼除符號位外的部分求反。補碼：正數(shù)的補碼和原碼相同，負數(shù)的補碼是在其反碼的最后一位上加1。原碼、反碼和補碼

(3)補碼0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111 -0：10000000[X]原=+7：00000111+0：000000000X1|X|0<=XX<=00X1|X|+10<=XX<=0

+7：00000111+0：00000000

-7：11111000-0：11111111-7：11111001-0：00000000(2)反碼[X]反=[X]反=原碼、反碼和補碼假定一個數(shù)在機器中占用8位。(1)原碼73-73=（01001001）補+（10110111）補=（00000000）補例1：73-127=（01001001）補+（10000001）補=（11001010）補=（10110101）反=（10110110）原=-（25+24+22+21）10=-54例2：原碼、反碼和補碼定點表示法與定點數(shù)約定小數(shù)點隱含地固定在某一位置不變，這種表示方法稱為定點表示法，用定點表示法表示的數(shù)叫定點數(shù)。小數(shù)點的位置一般在程序中約定。定點數(shù)根據(jù)其字長的不同來確定所表示數(shù)的范圍，如32位字長的數(shù)所能表示的數(shù)的范圍為-231—231-1定點數(shù)與浮點數(shù)符號位bmbm-1bm-2b1………...隱含小數(shù)點整數(shù)的定點表示：符號位b-1b-2b-3b-m………...隱含小數(shù)點小數(shù)的定點表示：定點數(shù)與浮點數(shù)浮點表示法與浮點數(shù)小數(shù)點的位置可以改變的數(shù)的表示法稱作浮點表示法。用浮點表示法所表示的數(shù)稱為浮點數(shù)。它類似于科學(xué)計數(shù)法，如1234.56可以表示為1040.123456;0.0004567可以表示為10-30.4567。浮點表示法的一般形式為：N=2E

M其中E和M都是帶符號的數(shù)，E為階碼，M為尾數(shù)。浮點數(shù)根據(jù)階碼所占位數(shù)確定所表示數(shù)的范圍，根據(jù)尾數(shù)所占位數(shù)確定被表示數(shù)的精度。定點數(shù)與浮點數(shù)例：110.011(B)=1.10011×2+10=0.110011×2+11階碼尾符階符尾數(shù)1100110011N=尾符

尾數(shù)

2階符

階碼尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍

規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于等于0.1并且小于1，從而唯一地規(guī)定了小數(shù)點的位置。

定點整數(shù)定點小數(shù)定點數(shù)與浮點數(shù)3.3計算機的硬件系統(tǒng)（二）性能指標（三）工作原理（一）體系結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)馮·諾依曼微機結(jié)構(gòu)進一步認識通過78現(xiàn)代計算機都是基于馮.諾依曼模型4個子系統(tǒng)程序存儲指令順序執(zhí)行1、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)1.運算器2.控制器3.存儲器4.輸入設(shè)備5.輸出設(shè)備

計算機硬件的基本組成計算機的工作流程圖外存儲器主機CPU內(nèi)存儲器運算器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備微型計算機的硬件組成微型計算機外觀微型計算機又稱個人計算機（PersonalComputer,簡稱PC），通常微機的硬件由主機和外設(shè)組成。

系統(tǒng)主板

系統(tǒng)主板（Mainboard）又稱母板，是一塊多層集成電路板。主板的基本結(jié)構(gòu)如圖：

CPU

CPU即中央處理器，是計算機系統(tǒng)的核心，負責(zé)計算機中全部運算和控制。主要性能指標有：主頻、倍頻和外頻內(nèi)存總線速度地址總線寬度L1高速緩存（一級高速緩存）存儲器

1.內(nèi)部存儲器(1)隨機存儲器（RAM）(2)只讀存儲器（ROM）(3)高速緩沖存儲器（Cache）外部存儲器

外部存儲器又稱輔助存儲器，主要用于長期存儲大量數(shù)據(jù)。常用的外存有磁盤（分為軟盤和硬盤）、磁帶、光盤和USB閃速存儲器。它們通過驅(qū)動器和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。

1.硬盤

外部存儲器1.光驅(qū)與光盤

光驅(qū)

刻錄機光盤外部存儲器

閃速存儲器(flashmemory):常用的有U盤，CF（CompactFlash）卡、SM（SmartMedia）卡、MMC（MultiMediaCard）卡等等。優(yōu)盤輸入設(shè)備輸入設(shè)備將數(shù)字、字符、圖形圖像等信息轉(zhuǎn)換成計算機能識別的信號。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數(shù)碼相機等。鼠標鍵盤輸入設(shè)備掃描儀數(shù)碼相機

輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們能夠識別的符號、圖形圖像、聲音和視頻等形式顯示出來。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機等。1.顯示器

CRT純平顯示器液晶顯示器

輸出設(shè)備2.打印機針式打印機噴墨打印機激光打印機

各種插卡1.聲卡聲卡是多媒體電腦的主要部件之一，它包含記錄和播放聲音所需的硬件。各種插卡2.顯卡顯卡又稱顯示適配器，作用是控制顯示器的顯示方式。

主頻字長內(nèi)存容量存取周期運算速度性能指標運算器能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。決定計算機的精度內(nèi)存中能存貯信息的總字節(jié)數(shù)。8個二進制位稱為一個字節(jié)。存貯器連續(xù)兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間。單位是納秒綜合性指標。單位為MIPS（百萬條指令/秒）CPU在單位時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)。很大程度上決定了計算機的運行速度。單位是MHz

基本概念指令：計算機執(zhí)行的一個基本操作。程序：完成特定功能的指令的序列。指令系統(tǒng)：計算機所能識別的一組不同指令的集合。工作過程把程序和數(shù)據(jù)送到計算機內(nèi)存儲器中，CPU循環(huán)執(zhí)行當前程序指針寄存器所對應(yīng)的指令，并將計算的結(jié)果放入其指定的存儲器地址中，直至程序結(jié)束。

計算機的基本工作原理3.4計算機的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)算法程序設(shè)計操作系統(tǒng)較深入認識!@#%*&^%tR:”*&%!@”:&%$#&:!@#%*&^%tR:”&%!@”:&程序基本知識（一）計算機軟件的基本知識

為各種應(yīng)用領(lǐng)域解決某些具體問題而編制的軟件。如文字處理軟件Word、財務(wù)管理軟件、輔助教學(xué)軟件等。程序方法規(guī)則文檔數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、各種程序語言的翻譯系統(tǒng)、診斷程序和故障處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言（二）程序設(shè)計基礎(chǔ)

機器語言、匯編語言、高級語言程序設(shè)計語言即計算機語言，用來產(chǎn)生由計算機處理和執(zhí)行的指令。機器語言：用“0”、“1”代碼組成，計算機能直接識別的低級語言。

匯編語言：用能幫助記憶的英文縮寫符號表示，計算機不能直接識別。高級語言：類似于人類語言，其源程序也不能直接被識別。程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言（二）程序設(shè)計基礎(chǔ)

機器語言、匯編語言、高級語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計即模塊化設(shè)計，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)分為若干相互獨立的模塊，這樣使完成每一個模塊的工作變的單純而明確，為設(shè)計一些較大的軟件打下了良好的基礎(chǔ)。順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言（二）程序設(shè)計基礎(chǔ)

機器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)計就是用計算機語言編寫程序的過程。一般有以下幾個步驟：(1)問題定義(2)劃分模塊(3)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(4)確定算法(5)畫出框圖或流程圖(6)完成設(shè)計計劃文檔(7)編寫代碼(8)語法檢查(9)運行調(diào)試(10)反復(fù)修改調(diào)試(11)系統(tǒng)測試(12)完成其它文檔程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言（二）程序設(shè)計基礎(chǔ)

機器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)計風(fēng)格是指一個人編制程序時所表現(xiàn)出來的特點，習(xí)慣，邏輯思路等。源程序文檔化：標識符應(yīng)按意取名；程序應(yīng)加注釋。數(shù)據(jù)說明：順序應(yīng)規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找。語句構(gòu)造的原則是：簡單直接。輸入和輸出效率

（三）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，即數(shù)據(jù)的組織形式。

研究即數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系即數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計算機存儲器內(nèi)的表示即對數(shù)據(jù)施加的操作數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)運算幾種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(c)棧的示意圖（d）隊列的示意圖（e）圖的示意圖（f）樹的示意圖（四）數(shù)據(jù)算法數(shù)據(jù)算法指完成一個任務(wù)所需要的具體步驟和方法。算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序有零或多個輸入有一或多個輸出描述必須無歧義以保結(jié)果的確定有限的步驟操作的有效性自然語言偽代碼等圖形工具傳統(tǒng)流程圖N-S流程圖討論比較邏輯判斷重復(fù)程序就是用計算機語言描述的算法。遞歸枚舉法查找算法時間復(fù)雜度空間復(fù)雜度是否易理解和易維護算法的特性算法的描述常用算法算法評價開始輸出m真結(jié)束假輸入m,n輸入m,n輸出m直到為真為止N-S流程圖傳統(tǒng)流程圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系算法實現(xiàn)算法設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)（五）操作系統(tǒng)

裸機操作系統(tǒng)BIOS應(yīng)用程序用戶硬件的組合不能獨立工作basicinput/outputsystem是一個基本軟件系統(tǒng)

提供最基本的計算機操作功能，如接收鍵盤字符的輸入等＋操作系統(tǒng)是基于BIOS之上，用于運行應(yīng)用軟件的一套軟件。負責(zé)管理計算機的各種資源，提供操作計算機所需的工作界面。分類特點功能網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)型態(tài)多樣化：簡單操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)智能操作系統(tǒng)Windows類NetWare類Unix

Linux

資源管理程序控制人機交互等操作系統(tǒng)均具有：并發(fā)性、共享性、虛擬性、不確定性四個基本特征。3.5計算機技術(shù)的新進展趨勢難題云計算量子計算機較全面認識我國計算機的發(fā)展狀況技術(shù)未來計算機科學(xué)發(fā)展的（一）我國計算機的發(fā)展狀況歷史的印跡從1956195819591965197319741977198319921995……2010將永遠延續(xù)開始研制第一代計算機完成巨型“銀河”計算機研制“天河一號A”成為當時世界上最快的超級計算機完成集成電路的大型計算機研制1.計算機整機天河—2號計算機國防科技術(shù)大學(xué)在“天河一號A”的基礎(chǔ)上對加速節(jié)點進行了擴充與升級，新的“天河二號”以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級計算機。在2014年6月23日公布的全球超級計算機500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第三次獲得冠軍！2.微處理器3.軟件產(chǎn)業(yè)軟件包括：基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件、嵌入式軟件、網(wǎng)絡(luò)游戲軟件、互聯(lián)網(wǎng)軟件等等。軟件產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和社會信息化的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

軟件作為一種無污染、微能耗、高效益的產(chǎn)品，不但能大幅度提高經(jīng)濟運行效率，而且自身能形成龐大經(jīng)濟規(guī)模，創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益。全國各地建立了一批軟件產(chǎn)業(yè)園，極大地推動了我國軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國軟件從業(yè)人員已達數(shù)百萬人，收入過十億元的企業(yè)上百家。2005年我國首款64位通用高性能微處理器龍芯2號正式面世，最高頻率為500MHz，實際性能與1GHz的奔騰4性能相當，預(yù)計2011年底國產(chǎn)超級計算機將全面采用國產(chǎn)CPU芯片。2002年中科院計算所和北京神州龍芯公司聯(lián)合宣布：具有自主知識產(chǎn)權(quán)的我國首款32位通用高性能微處理器—“龍芯1號”研制成功。從此，中國信息產(chǎn)業(yè)“無芯”時代宣告結(jié)束。（二）未來計算機科學(xué)發(fā)展的趨勢與難題3、深2、廣1、高性能越來越高，速度越來越快無處不在，滲透各領(lǐng)域提高計算機的性能有兩個途徑：一是提高器件速度，二是并行處理。器件速度通過發(fā)明新器件（如量子器件等），采用納米工藝、片上系統(tǒng)等技術(shù)還可以提高幾個數(shù)量級。主要表現(xiàn)在計算機的主頻越來越高。未來計算機可能像紙張一樣便宜，可以一次性使用，計算機將成為不被人注意的最常用的日用品。信息的智能化發(fā)展模擬人類思維，計算機越來越聰明，不僅能做一些復(fù)雜的事情，而且能做一些需“智慧”才能做的事，比如推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想等。（二）未來計算機科學(xué)發(fā)展的趨勢與難題3、智能化

2、功耗

1、復(fù)雜性

系統(tǒng)動態(tài)的復(fù)雜芯片的功耗一個芯片的晶體管有上億甚至幾十億個，這個數(shù)目已和大腦里的神經(jīng)元的數(shù)目一樣多，如何保證一個復(fù)雜的系統(tǒng)能夠正常的工作而不出現(xiàn)錯誤，這已不是一般的測量能夠解決的問題。大約每隔一年半，芯片的性能翻一翻,且可能會造成功耗也翻一翻。功耗越大,放熱越多?，F(xiàn)在一個芯片放熱一兩百瓦,還可以用風(fēng)扇來散熱,但若再翻一翻，散熱就十分困難了。信息變成你所需要的知識這里不是說簡單的搜索到與我輸入的關(guān)鍵字相匹配的內(nèi)容，而是要計算機將收集到的知識系統(tǒng)化。比如,你詢問計算機什么是云計算？未來的計算機就能在千千萬萬的網(wǎng)頁中找到與此相關(guān)的內(nèi)容,并組織好一篇文章來告訴你

楚國人坐船渡河，不慎將劍掉入河中。他在舟上刻下記號，說：“云標記”。當船停駛時，他跳入河中輕松將劍撈了起來。旁人都很詫異，楚國人淡定地說：“云搜索?！保ㄈ┰朴嬎阏教岢鲈朴嬎愕母拍?005年云計算已經(jīng)成為IT的發(fā)展趨勢云計算–一種新的突破式創(chuàng)新云計算的推動力商業(yè)的需求：降低IT成本、簡化IT管理和快速響應(yīng)市場變化運營的需求：規(guī)范流程、降低成本、節(jié)約能源計算的需求：更大的數(shù)據(jù)量、更多的用戶技術(shù)的進步：虛擬化、多核、自動化、Web技術(shù)網(wǎng)格計算?用并行計算解決大的計算問題效用計算把計算資源作為一種可計量的服務(wù)提供出來軟件即是服務(wù)基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用訂購隨需應(yīng)變的計算整合的端到端業(yè)務(wù)，能夠快速響應(yīng)任何客戶需求、市場機會或者外部威脅云計算?在任何時間、任何地點訪問動態(tài)提供的IT資源

是分布式處理(DistributedComputing)、并行處理(ParallelComputing)和網(wǎng)格計算(GridComputing)的發(fā)展，或者說是這些計算機科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn)。什么是云計算？（云計算是一種通過Internet以服務(wù)的方式提供動態(tài)可伸縮的虛擬化的資源的計算模式.云計算是：像用電、水一樣使用IT發(fā)電廠企業(yè)自己部署發(fā)電設(shè)施企業(yè)使用公共電力服務(wù)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)企業(yè)B企業(yè)A企業(yè)C企業(yè)A企業(yè)B企業(yè)C互聯(lián)網(wǎng)云平臺服務(wù)商

數(shù)據(jù)在云端：不怕丟失,不必備份，任意點恢復(fù)；

軟件在云端：不必下載自動升級；

無所不在的計算：在任何時間，任意地點，任何設(shè)備登錄后就可以進行計算服務(wù)；

無限強大的計算：具有無限空間的，無限速度。PCC/S云計算硬件為中心軟件為中心服務(wù)為中心一般IT基礎(chǔ)架構(gòu)的挑戰(zhàn)問題

四個關(guān)鍵問題：應(yīng)用運維整合應(yīng)用軟件集成軟件平臺整合硬件系統(tǒng)整合傳統(tǒng)企業(yè)信息化服務(wù)的模型122開發(fā)商A應(yīng)用A維護開發(fā)商B應(yīng)用B維護開發(fā)商C應(yīng)用C維護開發(fā)商X應(yīng)用X維護操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、套件軟件、工具軟件等系統(tǒng)軟件維護服務(wù)器、存儲、備份、網(wǎng)絡(luò)、通訊、安全、桌面等系統(tǒng)運行維護服務(wù)器、存儲、備份、網(wǎng)絡(luò)、通訊、安全、桌面等系統(tǒng)產(chǎn)品維保供電、通風(fēng)、監(jiān)控、消防、門禁、接地、避雷、機架等機房產(chǎn)品維保企業(yè)IT運行部門系統(tǒng)維保服務(wù)商系統(tǒng)軟件服務(wù)商系統(tǒng)運維服務(wù)商機房維保服務(wù)商煙囪式的建設(shè)分布式的開發(fā)分離式的運維云計算將改變模式單一、重復(fù)建設(shè)、各自為陣的狀態(tài)云計算理念：一切皆服務(wù)

開發(fā)商A應(yīng)用A維護操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、套件軟件、工具軟件等系統(tǒng)軟件維護服務(wù)器、存儲、備份、網(wǎng)絡(luò)、通訊、安全、桌面等系統(tǒng)運行維護服務(wù)器、存儲、備份、網(wǎng)絡(luò)、通訊、安全、桌面等系統(tǒng)產(chǎn)品維保供電、通風(fēng)、監(jiān)控、消防、門禁、接地、避雷、機架等機房產(chǎn)品維保開發(fā)商B應(yīng)用B維護開發(fā)商C應(yīng)用C維護開發(fā)商X應(yīng)用X維護軟件開發(fā)服務(wù)（SDaaS）：云開發(fā)服務(wù)平臺服務(wù)（PaaS）：云平臺服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（IaaS）：云架構(gòu)服務(wù)運維服務(wù)（OaaS）：云運營服務(wù)軟件服務(wù)（SaaS）：云軟件服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（DCaaS）：云數(shù)據(jù)中心服信息融合服務(wù)

云計算的優(yōu)勢

降低總體擁有成本(TCO)通過計算資源共享及動態(tài)分配，提高資產(chǎn)利用率減少能耗，節(jié)能減排減少管理成本共享架構(gòu)標準化提升業(yè)務(wù)連續(xù)性奠定SOA的基礎(chǔ)可利用通用IT工具提高靈活性系統(tǒng)資源池化對應(yīng)用屏蔽底層資源的復(fù)雜度平臺開放，擴展靈活，選擇性強MailTrust為全球超過10萬個商業(yè)伙伴保存郵件賬號信息，使用AmazonAWS作為備份解決方案，節(jié)約了超過75%的成本。Animoto是一個在線視頻生成程序，使用EC2快速地擴展了處理能力度過峰值，曾經(jīng)使用3500個同時運行的虛擬實例。Google的服務(wù)器利用率可以達到一般企業(yè)中的利用率的280%利用GoogleAppEngine或微軟Azure提供的各種API和服務(wù)組件，可以快速開發(fā)應(yīng)用并提供服務(wù)。云計算即將走上穩(wěn)定的生產(chǎn)期云計算已過了最高期望點、炒作高峰期！技術(shù)觸發(fā)期被夸大的預(yù)期峰值幻滅的低谷啟蒙斜坡穩(wěn)定的生產(chǎn)期

云計算處于快速發(fā)展階段況

云計算處于快速發(fā)展階段況

十年一浪潮云服務(wù)提供面向云服務(wù)消費者，提供統(tǒng)一登錄界面和訪問根據(jù)云服務(wù)資源狀況和消費者需求，包裝云服務(wù)資源對云服務(wù)的消費設(shè)立服務(wù)等級，按需計費管理云消費者狀態(tài)和請求簡化和標準化云服務(wù)管理運行維護云計算架構(gòu)系統(tǒng)，保障云架構(gòu)的穩(wěn)定和可靠云計算整體邏輯結(jié)構(gòu)

私有云公有云混合云操作系統(tǒng)+應(yīng)用服務(wù)引擎應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施(IaaS)應(yīng)用平臺(PaaS)應(yīng)用軟件(SaaS)Infrastructureasa

Service以服務(wù)的形式提供虛擬硬件資源，如虛擬主機/存儲/網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)庫管理等資源。用于無需購買服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備，只需通過互聯(lián)網(wǎng)租賃即可搭建自己的應(yīng)用系統(tǒng)典型應(yīng)用：AmazonWeb

Service(AWS)Platformasa

Service提供應(yīng)用服務(wù)引擎，如互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用編程接口/運行平臺等。用戶基于該應(yīng)用服務(wù)引擎，可以構(gòu)建該類應(yīng)用。典型應(yīng)用：GoogleAppEngine,F,MicrosoftAzure服務(wù)平臺Softwareasa

Service用戶通過Internet(如瀏覽器)來使用軟件。用戶不必購買軟件，只需按需租用軟件典型應(yīng)用：GoogleDoc,S,OracleCRMOnDemand,OfficeLiveWorkspace面向外部用戶需求，通過開放網(wǎng)絡(luò)提供云計算服務(wù)IDC，GoogleApp，Saleforce在線CRM大型企業(yè)按照云計算的架構(gòu)搭建平臺，面向企業(yè)內(nèi)部需求提供云計算服務(wù)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心等兼顧以上兩種情況的云計算服務(wù)AmazonWebServer等既為企業(yè)內(nèi)部又為外部用戶提供云計算服務(wù)按照部署模式分類按照交付模式分類云計算的類型和服務(wù)層次

部署層次的類型平臺即服務(wù)PlatformasaServiceHighVolumeTransactionsSoftwareasaService服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)存儲Metering監(jiān)控計費服務(wù)云開發(fā)云企業(yè)云多租賃安全中間件協(xié)作業(yè)務(wù)服務(wù)CRM/ERP/HR定制服務(wù)數(shù)據(jù)中心虛擬化，動態(tài)供應(yīng)服務(wù)管理J2EEOn-ramps服務(wù)封裝Ajax開發(fā)On-ramps開發(fā)工具與其他云的互操作軟件即服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)部署層次的類型云計算的類型和服務(wù)層次云計算技術(shù)框架云管理平臺虛擬化分布式文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲大規(guī)模并行技術(shù)云計算技術(shù)框架分布式文件系統(tǒng)大規(guī)模并行計算結(jié)構(gòu)化分布式數(shù)據(jù)存儲虛擬化云計算云管理平臺：實現(xiàn)對于云計算平臺資源的管理、硬件及應(yīng)用系統(tǒng)的性能和故障監(jiān)控分布式文件系統(tǒng)：可擴展的支持海量數(shù)據(jù)的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對大量數(shù)據(jù)進行訪問的應(yīng)用。它運行于廉價的普通硬件上，提供容錯功能（通常保留數(shù)據(jù)的3份拷貝），典型技術(shù)為GFS/HDFS/KFS以及中國移動提出的HyperDFS大規(guī)模并行計算：在分布式并行環(huán)境中將一個任務(wù)分解成更多份細粒度的子任務(wù)，這些子任務(wù)在空閑的處理節(jié)點之間被調(diào)度和快速處理之后，最終通過特定的規(guī)則進行合并生成最終的結(jié)果。典型技術(shù)為MapReduce結(jié)構(gòu)化分布式數(shù)據(jù)存儲：類似文件系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫來存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，云計算也需要采用特殊技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，典型技術(shù)為BigTable/Dynamo以及中國移動提出的HugeTable虛擬化：即資源的抽象化，實現(xiàn)單一物理資源的多個邏輯表示，或者多個物理資源的單一邏輯表示云管理平臺虛擬化：作為實現(xiàn)資源共享和彈性基礎(chǔ)架構(gòu)的手段，將IT資源和新技術(shù)有效整合服務(wù)管理：以服務(wù)為核心，將資源模塊化、服務(wù)化，提供給最終用戶自動化：實現(xiàn)自動快速的任務(wù)分發(fā)、資源部署和服務(wù)響應(yīng)，提高運維管理效率云計算的本質(zhì)核心：以虛擬化的硬件體系為基礎(chǔ)，以高效服務(wù)管理為核心，提供自動化的，具有高度可伸縮性、虛擬化的硬、軟件資源服務(wù)云計算Web2.0網(wǎng)絡(luò)虛擬化服務(wù)管理自優(yōu)化監(jiān)控和計量自動化存儲虛擬化小型機虛擬化x86虛擬化游戲市場AmazonGoogleSalesforceMicrosoft中國移動Giwell