第1章 计算机基础ppt课件

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1、第1章 计算机基础,2020年10月25日,目录,1.1.1 计算机的发展,1946年2月，世界上第一台现代电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学研制成功，开创了计算机科学的新纪元。同一时期，美籍匈牙利数学家冯诺依曼和他的同事研制了电子离散变量自动计算机，其主要设计思想是采用二进制编码和存储程序方式。该体系结构一直延续至今，故人们将计算机称为冯诺依曼结构计算机，称冯诺依曼为“现代电子计算机之父”。,1.1.1 计算机的发展,1.1.2 计算机的特点、分类及应用,1计算机的特点 （1）运行速度快，计算能力强 运算速度是衡量计算机性能的重要指标。通常所说的运算速度是指计算机每秒能执行的指令条

2、数，一般用MIPS（百万条指令/秒）来描述。 （2）计算精度高，数据准确度高 计算机的计算精度在理论上不受限制，一般的计算机可以有十几位甚至几十位（二进制）有效数字，通过一定的技术手段，可以实现任何精度要求。 （3）具有超强的记忆和逻辑判断能力 借助于逻辑运算，计算机可以进行逻辑判断，分析命题是否成立。 （4）自动化程度高 计算机具有内部存储能力，人们可以将指令预先输入并存储其中。当计算机开始工作后，从存储单元中依次取指令以控制操作流程，从而实现操作的自动化。,1.1.2 计算机的特点、分类及应用,2计算机的常见分类 （1）按性能指标划分 超级计算机：由数百、数千甚至更多的处理器组成，能承担普

3、通微型机、服务器不能完成的大型复杂课题。 大型机：具有极强的综合处理能力和极大的性能覆盖面，主要应用于政府部门、银行、大公司等。 小型机：是指采用832颗处理器，性能和价格介于微型机服务器和大型主机之间的一种高性能 64 位计算机。 微型机：简称微机，是应用最普及、产量最大的机型，其体积小、功耗低、成本少、灵活性大、性能价格比明显优于其他类型的计算机。 （2）按用途划分 专用计算机：为适应某种特殊应用而设计的计算机，其运行的程序不变、效率和精度较高、速度较快。 通用计算机：适用于一般科学计算、工程设计和数据处理等的计算机。,1.1.2 计算机的特点、分类及应用,3计算机的应用领域 （1）信息处

4、理 信息处理又称数据处理，是对数据进行收集、存储、整理、分类、加工、利用和传播等活动的总称。 （2）科学计算 科学计算也称数值计算，是指利用计算机完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的过程。 （3）过程控制 过程控制又称实时控制，是指利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对受控对象进行自动调节或控制。 （4）计算机辅助系统 计算机辅助系统是指利用计算机自动或半自动地完成一些相关的工作，包括CAD、CAM、CAI和CAE等。,1.1.2 计算机的特点、分类及应用,3计算机的应用领域 （5）人工智能 人工智能由英国著名科学家图灵提出，被认为是21世纪的三大尖端技术之一。人们为纪念图灵在计算机

5、领域的卓越贡献而专门设立了“图灵奖”。 （6）网络应用 计算机技术与现代通信的结合造就了计算机网络，它使人际交流跨越了时间和空间的障碍，已成为建立信息社会的物质基础。 （7）多媒体技术 多媒体技术是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。 （8）虚拟现实 虚拟现实是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，同时包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境。,1.1.3 计算机的发展趋势,1量子计算机 量子计算机是利用原子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机，其运算速度可能比目前的奔腾4芯片快10

6、亿倍。 2光子计算机 光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的新型计算机。 3分子计算机 分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大，其运算过程是蛋白质分子与周围介质相互作用的过程。 4纳米计算机 纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机，它几乎不耗费任何能源，性能要比今天的计算机强大许多倍。,1.2 计算机系统组成,1.2.1 计算机工作原理,1“程序存储”设计思想 1945年，冯诺依曼提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想，其内容可概括为以下三点。 （1）计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备等五大基本部件。 （2）计算机内部应采用二进制来表示指令

7、和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中，操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。 （3）将编写好的程序和原始数据送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机应在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行任务。,1.2.1 计算机工作原理,2计算机的工作过程 根据冯诺依曼的设计，计算机应该能够自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下基本操作。 （1）取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。 （2）分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。 （3）执行指令：根据指令译

8、码，向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的各种操作。 （4）最后，计算机为执行下一条指令做好准备，即取出下一条指令地址。,1.2.2 计算机硬件系统,1计算机基本结构 计算机硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备等五大功能部件组成，它们之间的关系如图1-2所示。,1.2.2 计算机硬件系统,1计算机基本结构 （1）控制器 控制器是计算机的指挥中心，其职责是从存储器中取出指令并译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，向其他部件发出控制信号；保证相关部件协调一致地工作。 （2）运算器 运算器的主要功能是在控制器的控制下，与内存储器交换信息，并进行算术和逻辑运算。 运算器和控制器构

9、成了中央处理器（CPU），又叫微处理器或CPU芯片，它直接影响计算机的整体性能。,1.2.2 计算机硬件系统,1计算机基本结构 （3）存储器 存储器是计算机的记忆装置，主要用于保存数据和程序，分为内存储器和外存储器两种。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据、经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。 存储器中能够存放的最大信息数量称为存储器容量，其基本单位是字节（Byte，简写B）。 （4）输入/输出设备 输入设备用于接受用户输入的命令、程序、图像和视频等信息，负责将现实中的信息转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存中。 输出设备可以将计算机处理后的二进制结果转换

10、为人们能识别的形式，并表现出来。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 从外观上看，微机的基本硬件包括主机、显示器、键盘和鼠标。其中，主机包括微处理器、主板、硬盘、内存储器、电源以及插在主板I/O总线扩展槽上的各种功能扩展卡。 （1）微处理器 微处理器是利用超大规模集成电路技术，把计算机的CPU部件集成在一小块芯片上，形成的独立的部件。 （2）主板 主板又叫主机板或系统板，是一块提供了各种插槽和系统总线及扩展总线的电路板。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 （3）总线 总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，通过它实现计算机各部件之间的数据、地址和控

11、制信息的传送。总线与微机各部件之间的关系如图1-5所示。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 （4）外存储器 外存储器简称外存或辅存，属于外部设备，是对内存的扩充。外存具有存储容量大、可以长期保存暂时不用的程序和数据、信息存储性价比高等特点。微机的外存储器主要有软盘存储器、硬盘存储器、移动存储器和光盘存储器。 软盘存储器：软盘存储器由软盘驱动器和软磁盘组成。 硬盘存储器：硬盘最主要的参数有存储容量、转速、平均访问时间、传输速率和缓存。 移动存储器：常用的移动存储器有移动硬盘和闪存 光盘存储器：光盘存储器由光盘驱动器（简称光驱）和光盘组成。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算

12、机的硬件系统 （5）输入设备 键盘 键盘的常用键位及功能见表1-2。 键盘的正确指法和操作方法，并进行指法练习。 按Ctrl+Space Bar组合键，可以启动或关闭中文输入法；按Ctrl+Shift组合键，能够在输入法间切换。 单击中文输入法指示器中的全角/半角切换按钮（或按Shift +Space Bar组合键），可以实现半角和全角切换。 要实现中、英文标点符号切换，请单击中英文标点切换按钮（或按Ctrl +.（圆点）组合键）。 软键盘的使用方法。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 （5）输入设备 鼠标 按接口类型不同，鼠标可分为串行鼠标、PS/2鼠标、USB鼠标、无线鼠

13、标四种；按工作原理可分为机械鼠标和光电鼠标。 鼠标的常见操作包括指向、单击、右击、双击、拖动。 扫描仪 扫描仪是利用光电技术和数字处理技术，以扫描方式将图形或图像信息转换为数字信号的装置。人们通常使用扫描仪将各种形式的图像或文稿输入计算机中，然后对这些信息进行处理、使用、管理、存储和输出。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 （6）输出设备 显示器 根据工作原理不同，显示器分为阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）两类。 显示器的主要性能指标有可视面积、可视角度、点距、色彩度、亮度和对比度、响应时间。 显示器必须配置正确的显示适配卡（俗称显卡）才能构成完整的显示系统。

14、显卡分为独立显卡和集成显卡两类，接口有PCI、AGP和PCI-E等三种。 打印机 打印机按打印类型可分为击打式和非击打式两类。按打印工作方式不同，打印机可分为串行打印机和行式打印机。,1.2.2 计算机硬件系统,2微型计算机的硬件系统 （7）微型计算机的主要性能指标 字长：计算机一次能直接处理的二进制位数。其他指标相同时，字长越大，计算机处理数据的速度就越快。 主频：CPU的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，其单位为GHz（1GHz=1000MHz）。 运算速度：用基准程序测试到的计算机每秒钟执行的指令条数，一般用MIPS或MFPOPS（百万条浮点指令/秒）来描述。 存储容量：包

15、括主存容量和辅存容量，主要指内存储器的容量。 存取周期：内存完成一次读或写操作所需的时间称为存储器的存取时间或访问时间，而连续两次读（或写）所需的最短时间称为存储周期。存容量，主要指内存储器的容量。,1.2.3 计算机软件系统,1系统软件 （1）操作系统 操作系统是最重要的系统软件，用于控制其他程序的运行，管理系统资源并为用户提供操作界面。 功能 操作系统的主要作用是通过CPU管理、存储管理、设备管理和文件管理，对各种资源进行合理的分配，改善资源的共享和利用程度，最大限度地提高计算机系统的处理能力。 分类 根据应用领域划分：桌面操作系统、服务器操作系统、主机操作系统、嵌入式操作系统。 根据工作

16、方式划分：单用户单任务操作系统（例如MS-DOS等）、单用户多任务操作系统（例如Windows 98等）、多用户多任务分时操作系统（例如Unix、Linux、Windows XP、Windows 7等）。,1.2.3 计算机软件系统,1系统软件 （2）语言处理程序 语言处理程序是为用户设计的编程服务软件，用于将高级语言源程序翻译成计算机能识别的目标程序，从而让计算机解决实际问题。按照语言处理程序对硬件的依赖程度，通常分为机器语言、汇编语言和高级语言。 使用编译程序或解释程序可以将源程序翻译成目标程序。 （3）数据库管理系统 数据库是指长期存储在计算机内、具有组织性和可共享性的数据集合。 数据库管理系统（DBMS）是位于用户和操作系统之间的数据管理软件，能够科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户等组成。,1.2.4 硬件和软件的关系,硬件和软件是计算机系统中互相依存的两大部分，它们的关系主要体现在以下方面。 首先，硬件和软件互相依存。硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正