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1、计算机发展简史,第六讲,计算机分类及应用及发展趋势,信息技术概述,计算机中信息的表示与存储,计算机的硬件系统及工作过程,计算机的软件系统,计算机系统,信息技术概述,信息,站在客观事物的立场 信息是事物运动的状态及其状态变化的方式 站在认识主体的角度 认识主体所感知的或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用,信息的保存、表现与传播需要载体,信息依附于物质运动 信息的载体多种多样：数值、文字、语音、图形、图像等,信息的特征,信息本身不具有益缺标准,信息无好坏之分,信息可多次使用，不会损耗和消失，可以无限增长,信息可以脱离它所反映的事物而被保存、转播,信息技术概述,信息技术,人类开发和利用信
2、息资源的所有技术的总和。包括以下几方面： 信息的收集,感知、测量、获取、输入等,信息的加工,分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等,信息的存储,信息的传递,信息的使用,控制、显示等,信息技术的核心,信息技术扩展了人类信息器官的功能、协助人们更有效地处理信息,扩展感觉器官收集信息功能,扩展神经系统传递信息的功能,传感技术,通信技术,扩展人对信息的控制和使用能力,扩展思维器官处理信息和决策的功能,微电子技术,计算机技术,书写、摄影、录音、录像等,邮寄、出版、电报、电话、广播、网络等,信息技术概述,信息技术的特点,数字化 信息按二进制编码的形式加以处理和传输 高速化 计算机的运算速度越来越快，同
3、时海量信息可以被压 缩，并以光速进行传输 网络化 以网络化的方式传输信息 个人化 信息技术将实现以个人为目标的通信方式 智能化 计算机模拟人的智能。比如，机器人等,信息的表示与存储,信息,信息,控制信息 数据信息,指令,数值信息 非数值信息,文字、语音、图形和图像,信息用二进制表示,1,1,1,1,1,0,0,0,信息复制的精确性 运算规则简单,用二进制表示信息，利于传送、存储和处理,信息的分类,信息的表示,电子线路制造计算机成为可能,信息的表示与存储,数值信息,日常使用,二进制,名称,基本数码,用途,十进制,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,0 1,计算机使用,八进制,简化书写,0 1
4、 2 3 4 5 6 7,十六进制,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F,D,B,O,H,数制,逢R进一,R,10,2,8,16,R为基本数码的个数，简称基数,信息的表示与存储,数值信息,不同进制数之间的转换,1. R进制数转换为十进制,按权展开,例1 1011B,例2 (1F)16,2. 十进制转换为R进制数,除R取余,= 120+ 121 + 022 + 123,= 11D,=15160+ 1161,=(31)10,23,2,11,1,2,5,1,2,2,1,2,1,2,0,0,1,高,低,例3 23D,=10111B,Rn,权:位值.,十进制：,1 1 1 1,
5、100,101,102,103,二进制：,1 1 1 1,20,21,22,23,信息的表示与存储,数值信息,不同进制数之间的转换,3. 二进制转换为八进制数,从低位开始三位一组，每组用一位八进制数表示,例4 1111101010,1 , 111 , 101 , 010,(1111101010) 2=,(1752) 8,4. 二进制转换为十六进制数,从低位开始四位一组，每组用一位十六进制数表示,例5 1010001010,10 , 1000 , 1010,(1010001010) 2,= (28A) 16,5. 八进制数转换为二进制,一位八进制数用三位二进制码表示,例6 (7432)8,2,0
6、10,3,011,4,100,7,111,=(111100011010)2,6.十六进制数转换为二进制,一位十六进制数用四位二进码数表示,例7 (1EF)16,F,1111,E,1110,1,0001,=(111101111)2,信息的表示与存储,非数值信息,用二进制编码来表示,（ASCII码）,西文信息,ASCII码是美国信息交换标准代码。 (American Standard Code for Information Interchange) 包括： 09十个数字字符 52个大小写英文字母 34个专用符号 32个控制符号,因为：27=128,128个元素,所以：ASCII码是7位码,6 5
7、 4 3 2 1 0,Computer,1000011,1101111,1101101,1110000,1110101,1110100,1100101,1110010,0,0,0,0,0,0,0,0,高位补0，凑足8位,信息的表示与存储,汉字信息处理系统模型,非数值信息,输入码,国标码,汉字输入,汉字输出,输入码,音码（全拼、双拼）形码（五笔字形）等,国标码,国家标准信息交换用汉字编码 每个汉字的编码为两个字节，最高位为0,“啊”的国标码,0 0110000,第一字节,0 0100001,第二字节,0,0,汉字机内码,由国标码变换而来 将国标码的两个字节的最高位都变为1（和ASCII区分）,“
8、啊”的机内码,1 0110000,第一字节,1 0100001,第二字节,1,1,各种汉字编码,机内码,字形码,信息的表示与存储,非数值信息,各种汉字编码,每个点用一位二进制码表示 占用字节数（以1616）为例： 16*16bit/832B,汉字字型码,用于汉字在输出设备上输出,例如：1616“大”字字型点阵代码,汉字点阵类型,点阵,占用字节数,简易型,1616,32,普及型,2424,72,提高型,3232,128,精密型,4848,288,汉字字型码所占字节数计算,0000,0011,0000,0000,0000,0011,0000,0100,1616点阵字型码,1616： 16点/行，共
9、16行 每个点用一位二进制码表示,信息的表示与存储,基本存储单位,位（bit） 度量数据的最小单位 一个二进制位称为1bit，简称1b,字节（Byte） 最常用的基本单位,1Byte=8bit,简写：1B=8b,重要的换算单位,1B=8b,K字节,1KB = 1024 B,M字节,1MB = 1024 KB,G字节,1GB = 1024 MB,T字节,1TB= 1024GB,信息的存储单位,计算机的发展简史,计算工具的发展,Charles Babbage,差分机,1834 分析机,MARK I（机电式分析机）,ENIAC,1812设计,1822制造,1944 霍华德艾肯,1946 莫克利,计算
10、机的发展简史,伟人的足迹,艾伦.图灵,建立了图灵机模型，奠定了可计算理论的基础 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 美国计算机学会（ACM）1966年设立图灵奖,计算机科学的奠基人,冯.诺依曼,计算机之父,研制了EDVAC（第二台计算机） 提出“存储程序”的概念 冯诺依曼机 奠定了现代计算机体系结构和工作原理,5000次加减/秒 18800个电子管 功率150千瓦 重达30吨 占地 170m2,第一台数字电子计算机ENIAC (1946),Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,计算机的发展简史,电子恐龙的缩骨法晶体管,
11、电子管的缺点： 体积大； 耗能高、散热量大。,晶体管的优点： 体积只有电子管的十分之一到百分之一 ； 寿命一般比电子管长100到1000倍 耗能低； 性能稳定。,计算机的发展简史,电子恐龙的缩骨法集成电路,计算机的发展简史,集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块半导体晶片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。,将电脑浓缩在一颗芯片上,4004,酷睿i7,0.23,晶体管数（万）,1971年,2010年,117000,英特尔名誉董事长戈登摩尔经过长期观察发现:,计算机第一定律摩尔定
12、律,计算机的发展简史,集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍,第一代 19461955 电子管 5千4万（次/秒） 科学计算,第二代 19561963 晶体管 几十万百万（次/秒） 数据处理工业控制,第三代 19641971 中小规模集成电路 百万几百万（次/秒） 文字处理图形处理,第四代 1972至今 大（超大）规模集成电路 几百万万亿（次/秒） 社会的各个领域,计算机发展的几个阶段,计算机的发展简史,以逻辑器件的更新作为划分时代的标志,计算机分类及应用,计算机的分类,21,按综合性能指标分类,高性能计算机（巨型机或大型机）,工作站：介于PC与小型机之间高
13、档微机系统 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强,微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助理(PDA),服务器：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统,按用途分类,通用机,专用机,速度最快、处理能力最强,2011最快：日本 K Computer 8162万亿次/秒 中国：天河一号（国防科技大学研制） 2600万亿次/秒，全球排名第2 TOP500中国占62台,计算机分类及应用,计算机的应用,科学计算 数据处理 过程控制、 计算机辅助工程 CAD：计算机辅助设计 CAM：计算机辅助制造 CAI：计算机辅助教学 等等 人工智能和虚拟现实 等,计算机是能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器,冯
14、 .诺依曼原理,计算机的硬件系统及工作过程,（存储程序原理）,采用二进制编码形式表示数据和指令 要执行的指令和要处理的数据预先放入内存 运行程序时，计算机能够自动地从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令规定，对数据进行处理，直到程序执行完毕,计算机系统,硬件系统,软件系统,计算机系统,：五大模块,获取信息,输入设备,存储器,处理信息,运算器,输出信息,输出设备,外存,内存,控制器,计算机的硬件系统及工作过程,接受用户输入的原始数据和程序，并将其转换成计算机可以识别的二进制码存放在内存中,存放程序和数据,存放正在执行的程序和数据，是计算机中的信息交流中心,长期存放暂时不用的程序和数据,进
15、行算术运算和逻辑运算,将内存中计算机处理的结果转变成人们能接受的形式输出,神经中枢和指挥中心 按照程序控制计算机各部件协调工作,计算机硬件系统,五大部件,存储器,计算机硬件系统,输入设备,外存储器,输出设备,运算器,控制信息,数据信息,计算机的硬件系统及工作过程,内存储器,内存储器要与计算机的各个部件打交道，进行数据交换,控制器是计算机的神经中枢和指挥中心，只有在它的控制下，整个计算机才能有条不紊地工作，自动执行程序,控制器,计算机的基本结构,程序和数据,结果,计算机的硬件系统及工作过程,计算机硬件系统,计算机系统,硬件系统,软件系统,控制器,运算器,内存,外存,存储器,输入设备,输出设备,CPU,主机,外设,程序的执行过程是控制器取指令、分析指令并且指挥协调各部件执行指令的过程,计算机的硬件系统及工作过程,程 序,从存储器取一条指令,分析指令,执行指令,结 束,(1)将程序输入到内存中,(2)控制器从内存中取出第一条指令,(3)控制器分析指令,(4) 控制器发出命令,协调各部件进行操作,(5)继续取指令分析指令、执行指令，直到所有指令执行完毕,计算机的工作过程,程序的执行过程,非结束指令,计算机的软件系统,指令及指令系统,指令系统,例如：某CPU的加法指令：10100001,
