第1章计算机系统的基础知识剖析

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1、计算机导论实验,实验一 WindowsXP(WIN7) 实验二 WORD 实验三 EXCEL 实验四 PPT 实验五 DOS 实验六 电子邮件的使用,计算机导论教材及主要参考书,教材： 计算机导论（第3版），王玉龙等，电子工业出版社，2009.7 参考书： 计算机科学导论（第2版），【美国】Firouz Mosharraf 著，刘艺译，机械工业出版社，2009.1 计算机科学概论（第9版），【美】J.Glenn Brookshear 著，刘艺等译，人民邮电出版社，2009.1 计算机科学导论-思想与方法，董荣胜，高等教育出版 社，2007.9,学习计算机导论有用吗？,至少可以拿学分 有利于以后

2、的学习 计算机思想让学生“享用一辈子”,疑问预习：我会怎么设计？找出难点 认真听课：笔记（PPT打印）、快速思考、课后搞懂PPT 独立完成实验：每个实验都要做 阅读大量的参考书、百度和GOOGLE是最好的老师,如何学好计算机导论？,学习计算机知识两种方法：一种是从原理和理论入手，注重理论和概念，侧重知识学习；另一种是从实际应用入手，注重计算机的应用方法和使用技能，把计算机看做是一种工具，侧重于熟练掌握和应用它（兴趣爱好） 本课程理念：检查计算机学习好坏的主要标准，不是“知道不知道”，而是“会用不会用” 本课程核心内容：不要讲述“计算机有哪些功能，可以做些什么”，而是着重介绍“如何利用计算机来高

3、效、高质量地完成特定的工作任务”,关于这门课的说明,本课程以“必需、够用”为原则，掌握计算机最常用最关键的部分，其它需要学生自学 本课程培养学生实用技能，强调实际技能的培养和实用方法的学习，重点突出学习中的动手实际环节 本课程采用案例式教学法，以应用和实践为主，使所学的知识可以快速地投入实际的应用中即学即用,关于这门课的说明,开设计算机导论目的,使计算机专业的学生刚进入大学就能全面了解计算机领域的专业知识、最新发展及应用。通过本课程的学习，使学生对今后要学习的主要知识、专业方向有一个基本了解，为后续课程构建一个基本知识框架，为以后学习和掌握专业知识，进行科学研究奠定基础。,计算机导论知识结构,

4、计算机历史,硬件,网络,操作系统,语言,数据,数据库,算法,软件工程,知识体系,计算机职业,安全,计算机导论,道德规范,软件,第1章 计算机系统的基础知识,计算机导论 ( 第3版),主讲：刘建元 63271233,本章要点与学习要求： 计算机产生、发展和应用 （了解） 计算机的基本组成 （掌握） 进位制数及其相互转换 （熟悉） 二进制数定点及浮点表示 （掌握） 二进制数原码反码及补码 （掌握） 计算机常用编码 （熟悉） 补码加减运算 （掌握） 常用逻辑运算 （掌握） 逻辑代数的初步知识 （掌握） 基本逻辑电路和逻辑元件 （了解）,教学目的： 了解计算机的产生、发展和应用 教学重点： 计算机的发

5、展,1.1 计算机发展概述,教学 引入,现在，计算机在我们的日常生活中无处不在，你了解计算机的发展史吗？,返 回,1.1.1 计算机的产生,计算机的定义 计算机是一种可以自动进行信息处理的工具 计算机是一种能快速而高效地自动完成信息处理的电子设备 计算机是一种能够高速运算，具有内部存储能力，由程序控制其操作的电子设备 计算机是一种能按预先存储的程序，对以数字形式出现的信息进行处理的电子装置。 （电子）计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。,1.1 计算机发展概述 P1,上一页,返 回,下一页,1.1.1 计算机的产生,计算机与一般计算工具的差别

6、 存储器的大小 运算能力,1.1 计算机发展概述 P1,上一页,返 回,下一页,结绳计数是计算机的“远古史” 筹算是计算机的“古代史” 中国算盘,与计算机诞生有关技术的发展,1. 从筹算到算盘,上一页,返 回,下一页,1614年，耐普尔利用对数原理制造一台乘法机。奥托里把对数刻在木板上，后发展为现在的计算尺。 1642年，法国数学家布莱斯帕斯卡发明简易机械计算机。 1671年，德国数学家莱布尼茨把帕斯卡机器加以改进, 使它既可以做加减法，又可以做乘除法运算。,圆柱型对数计算尺,帕斯卡,帕斯卡加法器,2. 机械计算器,上一页,返 回,下一页,1820年，英格兰的查尔斯巴贝奇设计了“差分机” (计

7、算机之父） 英国数学家乔治布尔1854年提出符号逻辑 （布尔代数） 20世纪30年代末期，英国数学家艾伦图灵描述了假想机器（图灵机） 20世纪30年代后期，艾肯和IBM公司的工程师小组完成了“ Mark I”,布 尔,巴贝奇,Mark,第一台差分机,2. 机械计算器（续）,上一页,返 回,下一页,ENIAC是世界公认的第一台通用电子数字计算机 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，直译名为 “电子数值积分和计算器” 1946年2月由美国宾州大学的莫克莱和埃克特研制 18000多个电子管、1500多个继电器、占地170平方米、

8、重量30吨、计算速度5千次/秒；每次至多只能存储20个十进制数；每小时耗电达30万度 弱点：存储容量小，尚未采用“程序存储”方式；电子管太多,第一台数字电子计算机 P1,上一页,返 回,下一页,1944年8月至1945年6月，冯诺依曼(Von Neuman)与莫尔学院的科研组合作，提出一个全新的存储程序的通用电子数字计算机方案EDVAC (Electronic Discret Variable Automatic Computer)，意即“离散变量自动电子计算机”，这就是人们通常所说的冯诺依曼型计算机。这种计算机采用“二进制”代码表示数据和指令，并提出了“程序存储”原理，即程序由指令组成，并和

9、数据一起存放在存储器中，机器一旦运行，就能按照逻辑顺序把指令从存储器中读出来，逐条执行，自动完成程序所描述的处理工作。这是计算机发展史上的一个里程碑，也是计算机与一切其它计算工具的根本区别。第一台实现程序存储的计算机EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)在英国剑桥大学研制成功。,冯诺依曼型计算机 P1,上一页,返 回,下一页,图灵对现代计算机贡献：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。 冯诺依曼贡献：建立现代计算机基本结构，即冯诺依曼结构。 整个系统是由五大基本部件组成，即由运算器、控制器、存

10、储器、输入设备、输出设备组成； 采用二进制，使用机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作； 采用存储程序的思想，对计算进行集中的顺序控制。,冯.诺依曼,图 灵,现代计算机发展的杰出人物 P1,上一页,返 回,下一页,所谓现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。 以构成计算机硬件的逻辑元件为标志，大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模超大规模集电路计算机等四个发展阶段。,1.1.2 计算机的发展 P2,上一页,返 回,下一页,课堂交互,现代计算机与微型机划分的标准有什么不同？,现代计算机：电子器件不同 微型机：微处理器的位数,上一页,返 回,下一页,特点

11、 采用电子管作为逻辑开关元件； 存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等； 外部设备采用纸带、卡片、磁带等； 使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但没有操作系统 体积庞大 、笨重 、耗电多、 可靠性差、 速度慢、 维护困难 典型机器 ENIAC、EDVAC、UNIVAC、 IBM 701、 IBM 650 应用 科学计算,1. 第一代电子计算机,上一页,返 回,下一页,特点 使用半导体晶体管作为逻辑开关元件； 使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带； 输入输出方式有了很大改进； 开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。 体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增强 ;

12、 典型机器 IBM 的7090、7094、7040、7044 应用 数据处理、工业控制、科学计算,2. 第二代电子计算机,上一页,返 回,下一页,特点 使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件； 开始使用半导体存储器。辅存仍以磁盘,磁带为主； 外部设备种类和品种增加； 开始走向系列化、通用化和标准化； 操作系统进一步完善，高级语言数量增多。 计算机的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高 典型机器 IBM 370系列、 IBM 360系列、富士通F230系列等。 应用 系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。,3. 第三代电子计算机,上一页,返 回,下一页,特点 使用大规模、

13、超大规模集成电路作为逻辑开关元件； 主存采用半导体存储器，辅存采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘； 外部设备有了很大发展，开始采用光字符阅读器（OCR）,扫描仪、激光打印机和各种绘图仪； 操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展。 计算机的体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、存储容量、可靠性等大幅度提高。 典型机器 IBM的4300系列、3080系列、3090系列，以及IBM 9000系列 应用 事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面,4. 第四代电子计算机,上一页,返 回,下一页,人工智能（AI）：是研究如何用人工的方法和技术来模仿、延伸和扩展人的智能，以实现某些“机器思维

14、”或脑力劳动自动化的一门学科。 第五代计算机系统（FGCS:): 就是智能计算机系统，智能计算机由以下几个部分组成： 知识库（KB:Knowledge Bank） 知识库计算机(KBM:Knowledge Bank Machine） 知识库管理系统(KBMS) 问题求解和推理机 智能接口系统 应用系统,5. 人工智能和第五代电子计算机,上一页,返 回,下一页,上一页,返 回,下一页,运算速度快、精度高 每秒几千亿次 字长越长，精度越高 天气预报等 具有逻辑判断和记忆能力 通用计算机的计算能力、逻辑判断能力和记忆能力三者的结合，使之可以模仿人的某些智能活动。因此，计算机已经远远不只是计算的工具，

15、而是人类的脑力延伸。 高度的自动化和灵活性,计 算 机 的特点,上一页,返 回,下一页,工作原理 数字计算机（Digital Computer） 模拟计算机 (Analog Computer) 混合计算机 (Hybrid computer) 按应用 通用计算机 (General Purpose Computer) 专用计算机 (Special Purpose Computer) 综合性能指标 巨型机 （Super Computer） 大型机 （Main Frame Computer） 小型机（MiniComputer） 微型机（MicroComputer） 工作站（Workstation） 服

16、务器（Server） 网络计算机 （Net Computer）,计 算 机 分 类,上一页,返 回,下一页,巨型机(Super computer)又称超级计算机，它的价格昂贵、功能强大，多用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。社会模拟等。 它从技术上朝两个方向发展： 开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能 采用多处理器结构，提高机器性能，用于尖端领域，代表国家的计算机科学水平。 典型巨型计算机： 如美国的ILLIAC-IV型计算机（每秒1.5亿次）、CRAY-1型计算机（每秒1亿次）。 “银河”系列计算机和“曙光一号”并行计算机等，标志着我国是世界上少数几个能独立研制出巨型机的国家之一。,巨 型 机,上一页,返 回,下一页,运算速度可达5000亿次的“神威”计算机,上一页,返 回,下一页,微型计算机的发展 P23,微型计算机的分代是以微处理器的位数(字长)为依据的，共分五代。 第一代微型计算机 第二代微型计算机 第三代微型计算机 第四