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1、第1章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展 1.2 计算机的特点及应用领域 1.3 数据在计算机中的表示 1.4 数据与编码 1.5 计算机系统的组成 1.6 软件系统与计算机语言 1.7 计算机硬件 1.8 计算机病毒及其防治,返回,1.1 计算机的发展,1.1.1 电子计算机的生产和发展 1946年2月14日，世界上第一台计算机ENIAC（electronic Numerical Integrator andCalculator)在美国宾夕法尼亚大学诞生。 在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家玛诺依曼参与进来，并总结归纳了三点: （1）采用二进制。计算机是用数字电路组成的，数字电路
2、中只有1和0两种状态。 （2）采用存储程序控制。程序和数据存放在存储器中。计算机执行程序的过程是自动、连续进行的。 （3） 采用运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五个基本部件的结构。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,今天的计算机基本结构仍然采用这一原理和思想。因此，人们称符合这种设计的计算机是玛诺依曼机，称玛诺依曼为计算机之父。 一般根据构成计算机的主要逻辑元件的不同将其发展分成四个阶段（见表1-1）,上一页,返回,下一页,1.1 计算机的发展,1.1.2微型机的发展 微型计算机是第四代电子计算机的典型代表，微型机的核心是微处理器，因此，微处理器的发展过程即展现了微型机的发
3、展历程。表1-2列出了不同时期几种微处理器。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,1.1.3 中国计算机的发展 我国从1956年开始研制计算机，1958年研制成功第一台电子管计算机103机，运行速度每秒1 500次。1960年，中国第一台大型通用电子计算机一一107型通用电子数字计算机研制成功。 经过几代人多年的努力，中国在巨型计算机的研发方面做出举世瞩目的成就，1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。它填补了国内巨型计算机的空白，标志着中国进入了世界研制巨型 计算机的行列。1993年，中国第一台10亿次巨型
4、银河计算机II型通过鉴定。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,2010年，国防科学技术大学新的“天河一号”系统，其实测运算能力从上一代的每秒563.1万亿次倍增至2 507万亿次，刷新了世界上计算机运算速度最快的纪录。 在微型计算机的发展上，中国的芯片也有了长足的进步。2001年，中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU“龙芯”芯片，龙芯一号于2002年研发完成，是一颗32位的处理器，主频是266 MHz。 龙芯一号于2003年正式完成并发布，是64位处理器，主频为300-500 MHz。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,1.1.4计算机的发展趋势 当前计算机正朝着巨型化
5、、微型化、智能化、网络化等方向发展，计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛，从而使计算机成为工作、学习和生活中必不可少的工具。 1. 巨型化 巨型化是指计算机速度更快、存储容量更大、功能更强、可靠性更高。 2. 微型化 微型化是指计算机体积更小、功能更强、可靠性更高、使用方便、价格更便宜、适用范围更广。 3. 智能化 智能化是指让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,4. 网络化 网络化是计算机发展的又一个重要趋势。所谓计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网
6、络结构。网络化的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。,上一页,下一页,返回,1.1 计算机的发展,1.1.5 计算机的分类 1. 巨型机 巨型机有极高的速度、极大的容量，主要用于国防尖端技术、空间技术、大范围长期性天气预报、石油勘探等方面。日前这类机器的运算速度变可达每秒百亿次。这类计算机在技术上朝两个方向发展:一是开发高性能器件。二是采用多处理器结构。 2. 大型机 这类计算机具有极强的综合处理能力和极大的性能覆盖面。 3. 小型机 小型机的机器规模小、结构简单、设计研制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。,上一页,下一页,返回,1.1 计
7、算机的发展,4. 微型机 微型机技术在近10年内发展速度迅猛，平均每23个月就有新产品出现，12年产品就更新换代一次，目前还有加快的趋势。 5. 工作站 工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础。它属于一种高档的电脑，一般拥有较大屏慕显示器和大容量的内存和硬盘，也拥有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。 6. 服务器 服务器专指某些高性能计算机，能通过网络对外提供服务。其高性能主要表现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。,上一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,1.2.1 计算机的特点 1. 运算速度快 计算机采用了调整电子器
8、件和线路，并利用先进的计算技术，因此具有很高的运算速度。 2. 计算精确度高 由于计算机是通过程序自动连续地运行，所以可以避免人工计算因疲劳、粗心而产生的错误。 3. 具有记忆和逻辑判断能力 计算机不仅能进行计算，而目能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，以供用户随时调用。同时，还可以对各种信息，通过编码技术进行算术运算和逻辑运算，甚至进行推理和证明。,下一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,4. 有自动控制能力 计算机内部操作是根据人们事先编好的程序自动控制进行的。 5.存储功能强 计算机中拥有容量很大的设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序
9、，并保存大量的文字、图像、声音等信息资料。,上一页,下一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,1.2.2 计算机的应用领域 1. 科学计算 科学计算也称数值计算。随着现代科学技术的进一步发展，数值计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域中，显得尤为重要。 2.信息处理 信息处理就是对数据进行收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表等操作。计算机的信息处理应用已非常普遍，如人事管理、库存管理、则务管理、图书资料管理、商业数据交流、情报检索、经济管理等。信息处理已成为当代计算机的主要任务，是现代化管理的基础。,上一页,下一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,3. 自动控制 自动
10、控制是指通过计算机对某一过程进行自动操作，它不需人工干预，能按预定的目标和预定的状态进行过程控制。使用计算机进行自动控制可大大提高控制的实时性和准确性，提高劳动效率、产品质量，降低成本，缩短生产周期。它是国防和航空航天领域的神经中枢。 4. 计算机辅助系统 包括计算机辅助设计(ComputerAided Design, CAD)、计算机辅助制造(Computer AidedManufacturing, CAM）、计算机辅助测试(Computer Aided Test, CAT)、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）、计算机辅助教学(Computer
11、Aided Instruction, CAI ) 。,上一页,下一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,5. 人工智能 人工智能(Artificial Intelligence AI)是指计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。人工智能是计算机应用的一个新的领域，这方面的研究和应用正处于发展阶段，在医疗诊断、定理证明、语言翻译、机器人等方面，己有了显著的成效。 机器人是计算机人工智能的典型例子。 6. 多媒体应用 随着电子技术特别是通信和计算机技术的发展，人们己经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起来，构成一种全新的概念“多媒体”（Multimedia) 。在医
12、疗、教育、商业、银行、保险、行政和出版等领域中，多媒体的应用发展很快。,上一页,下一页,返回,1.2 计算机的特点及应用领域,7. 计算机网络 计算机网络是由一些独立的和具备信息交换能力的计算机互联构成，以实现资源共享的系统。计算机在网络方面的应用使人类之间的交流跨越了时间和空间障碍。计算机网络己成为人类建立信息社会的物质基础，它给我们的工作带来极大的方便。,上一页,返回,1.3 数据在计算中的表示,1.3.1 数据 数制即表示数的方法，按进位的原则进行计数的数制称为进位数制，简称“进制”。对于任何进位数制，都有以下特点: 数码:每一进制都有固定数目的记数符号(数码)。 基数:在进制中允许选用
13、基本数码的个数称为基数。 位权表示法: 一个进制数可按位权展开成一个多项式，例如: 为了区分各进制数，规定在十进制数后面加D，一进制数后面加B，八进制数后面加O,十六进制数后面加H, 且十进制数的D可以省略。 1. 二进制(Binary) 数码:只有两个数字符号，即0和2。,下一页,返回,1.3 数据在计算中的表示,基数:基数是2。 位权表小法:例， 2. 八进制(Octal) 数码:它有8个数字符号，即0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7。 基数:基数是8。 位权表小法:例， 3. 十六进制(Hexadecilmal ) 数码:它有16个数字符号0, 1, 2, 3, 4, 5, 6
14、, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F。 基数:基数是16。 位权表小法:例，,上一页,下一页,返回,1.3 数据在计算中的表示,1.3.2 各进制数之间的转换 1. 其他进制转换成十进制 采用位权展开法，求和时，以十进制累加。 2.十进制转换成二进制数 十进制到一进制的转换，通常要区分数的整数部分和小数部分，并分别按除2取余数部分和乘2取整数部分两种不同的方法来完成。 （1）十进制数整数部分转换为一进制数的方法与步骤。 对整数部分，要用除2取余数办法完成十进制到一进制转换，其规则是: 用2除十进制数的整数部分，取其余数为转换后的一进制数整数部分的低位数字;,上一页,下一页,返
15、回,1.3 数据在计算中的表示,再用2去除所得的商，取其余数为转换后的一进制数高一位的数字; 重复执行第一步的操作，直到商为0或1，结束转换过程。 （2）十进制小数部分转换一进制数方法与步骤。 对小数部分，要用乘2取整数办法完成十进制到一进制的进制转换，其规则是: 用2乘十进制数的小数部分，取乘积的整数部分为转换后的一进制数的最高位数字; 再用2乘上一步乘积的小数部分，取新乘积的整数部分为转换后一进制小数低一位数字; 重复第一步操作，直至乘积部分为0，或己得到的小数位数满足要求，结束转换过程。,上一页,下一页,返回,1.3 数据在计算中的表示,3. 二进制与八进制转换 由图1-1可以得出每3个
16、一进制位对应1个八进制位，因此得出以下规律: 整数部分:由低位向高位每3位一组，高位不足3位用0补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。 小数部分:由高位向低位每3位一组，低位不足3位用0补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。,上一页,下一页,返回,1.3 数据在计算中的表示,4.二进制与十六进制数的转换 由图1-1可以得出每4个一进制位对应1个十六进制位，因此得出以下规律: 整数部分:由低位向高位每4位一组，高位不足4位用0补足4位，然后每组分别按权展开，求和即可。 小数部分:由高位向低位每4位一组，低位不足4位用0补足4位，然后每组分别按权展开求和即可。 5.八进制与十六进制数的转换 以二进制作为转换的中间工具进行转换。,上一页,返回,1.4 数据与编码,1.4.1 计算机中的信息单位 1. 位(bit) 位是度量数据的最小单位，在数字电路和计算机技术中采用一进制，代码只有0和1，每个0和1都是一位(bit) 。 2.字节(Byte ) 字节是计算机中用来表示存储空间大小的基本容量单位，1个字节由8个一进制数位组成。例如，计算机内存的存储容量，磁盘的存储
