计算机基础知识教案

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1、第 1 页 共 15 页第一部分第一部分 计算机基础知识计算机基础知识 第一节第一节 计算机的起源计算机的起源 计算工具的发展： 远在古代，人们为了记数和计算发明了算筹、算盘，并不断地追求更好的计算工具。 一、计算机产生的基础一、计算机产生的基础 （1 1）技术基础）技术基础 1621年，英国人威廉奥特瑞发明了计算尺。 法国数学家布莱斯帕斯卡于 1642 年发明了机械计算器。 机械计算器用纯粹机械代替了人的思考和记录，标志着人类已开始向自动计算工具领域迈进。 1822年英国人查尔斯设计了差分机和分析机。设计的理论非常的超前，类似于百年后的电子计算机。 机械计算机在程序自动控制、系统结构、输入输

2、出和存贮等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。 制造电子计算机的关键性技术是采用电子元件代替机电式计算机中的继电元件和机械设备。 进入20世纪，电子技术有了飞速的进展，1906年，美国人弗斯特发明了电子管。电子三极管控制电流的开关速度，比电磁继电器快万倍，而且可靠性高得多。可以用电子管取代继电器制作计算机。后来，把一对三极管用电路连接起来，制成电子触发器，为电子计算机的产生作了进一步的技术准备。 （2 2）理论基础）理论基础 现代科学的发展，特别是数学的发展，为电子计算机的产生提供了理论基础。 1854年，英国逻辑学家、数学家乔治布尔就设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本概念，并规定了运算法

3、则，把形式逻辑归结成一种代数运算，从而建立了逻辑代数。 第 2 页 共 15 页应用逻辑代数可以从理论上具体解决具有两种电状态 的电子管作为计算机的逻辑元件问题。提前差不多一个世纪为现代二进制计算机铺平了道路。 1936年，英国数学家图林发表了论文理想计算机，给出了现代电子数字计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。 1938年，现代信息论的著名创始人香侬(美国)在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。 二、第一台真正意义上的数字电子计算机（二、第一台真正意义上的数字电子计算机（ENIACENIAC） 1946年2月14

4、日交付使用，运算速度：5000次加法/秒，体重28吨，占地170m2，使用了18800只电子管和1500个继电器，功率150KW。 三、计算机发展的几个阶段三、计算机发展的几个阶段 第一代：（1946 1956）电子管，5千 4万（次/秒）。 电子管的缺点：体积大；耗能高、散热量大。 第二代：（1957 1964）晶体管，几十万 百万（次/秒）。 晶体管的优点：体积小；耗能低；性能稳定。 第三代：（1965 1970）集成电路，百万 几百万（次/秒）。 将电脑浓缩在一颗芯片上。 第四代：（1971 至今）大规模、超大规模集成电路，几百万 几亿（次/秒）。 摩尔定律：每18个月芯片能力增长一倍（

5、计算机第一定律）。 四、计算机的商用化四、计算机的商用化 Lyons公司参与部分投资，威尔克斯参考冯诺依曼理论研制EDSAC，第一台程序存储式计算机于1949年交付使用，进入社会用于商业管理，开启办公自动化理念。第二节第二节 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 一、进位计数制一、进位计数制 数制是人们为了处理数字所做的一种进位规定。 第 3 页 共 15 页人们日常习惯使用十进制数，实际上也经常使用其它进制 数。如60秒为分，60分为小时；两只鞋为一双；中国 旧制秤16两为斤等。 计算机中应用的逻辑电子器件具有通、断两种稳定状态， 与二进制数的、对应。因而在计算机中利用一系列的 0、1来

6、表示数字、图形、符号、语音等信息，这种二进制 组合称为二进制编码。计算机识别处理代表信息的二进制 编码，相对来说就很容易了。 计算机中常用进位计数制的数码 数 制 数 码 二进制 0 1 八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 基数：数码的个数 进位计数制：“逢基数进位”的计数制，称为进位计数制。 二、不同进制数的转换二、不同进制数的转换 助记符：助记符：B B 代表二进制数 O O 代表八进制数 D D 代表十进制数 H H 代表十六进制数 1、r 进制转化成十进制 方法

7、：按位权展开，计算多项式之和。 2、十进制转化成 r 进制 整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从下到上排列。 小数部分：乘以 r取整数，直到纯小数部分为0或达到一定精度，整数从上到下排列。 说明：十进制小数转化成 r 进制小数时，多数数无法使纯小数部分为零，只能根据要求某一精度。 3、二进制数与八进制数的转换 第 4 页 共 15 页三位二进制数，最小值为0，最大值为7，即： 000 0 001 1 100 4 010 2 101 5 110 6 011 3 111 7 由此可见：每3位二进制数可代表1位8进制数。 3位二进制数：最高位的1相当于4，次高位的1相当于2，最低位的1相当于

8、1，4、2、1 的关系可以很方便地实现2进制数与8进制数的转换。 以小数点为分界，整数部分：自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：自左向右，位数不够，在最右侧补0。 注意：转换计算中，小数部分最右侧一定要补0 。 4、二进制数与16进制数的转换 四位二进制数，最小值为0，最大值为15，即： 0000 0 0100 4 1000 8 1100 C 0001 1 0101 5 1001 9 1101 D 0010 2 0110 6 1010 A 1110 E 0011 3 0111 7 1011 B 1111 F 由此可见：每4位二进制数可代表1位16进制数。 4位二进制数：最高位的1相当于

9、8， 次高位的1相当于4，第三位的1相当于2， 最低位的1相当于1。8、4、2、1 的关系可以很方便地实现2进制数与16进制数的转换。 以小数点为分界，整数部分：自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：自左向右，位数不够，在最右侧补0 。 注意：转换计算中，小数部分最右侧一定要补0 。 三、计算机编码三、计算机编码 计算机编码：由若干位组成的二进制数代表一个符号，符号集内的每一个符号与一个唯一的二进制数对应。 1、ASCII码 第 5 页 共 15 页ASCII码是美国标准信息交换代码的简称，用于给字符编码。由七位二进制数组合而成，可以表示128种字符，目前在国际上广泛流行。 2、汉字编码

10、 计算机在处理汉字时，必须先对汉字进行编码。 （1）国标区位码：一种数字编码，即用数字串代表汉字。 （2）机内码：汉字机内码是汉字在设备或信息处理系统内部最基本的形式。 一般用两个字节存放汉字的机内码。每个字节的最高位置为“1”。 （3）机外码：又称为输入码，用以将汉字输入到计算机内。常用的机外码有拼音码、五笔字型等。 四、信息的存储单位四、信息的存储单位 位（Bit）：度量数据的最小单位（一个二进制数位）。 字节（Byte）：最常用的基本单位（8位二进制数）。 K 字节： 1K = 1024 byte M（兆）字节：1M = 1024 K G（吉）字节： 1G = 1024 M T（太）字节

11、：1T = 1024 G第一部分第一部分 计算机基础知识计算机基础知识 第三节第三节 计算机系统及其工作原理计算机系统及其工作原理 一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。 （计算机系统示意构图，见教学课件。） 一、计算机硬件基本组成一、计算机硬件基本组成 1、存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。 计算机利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。 存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯诺依曼于1946年提出的，把程序本身当作数据

12、来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。冯诺依曼和同事第 6 页 共 15 页们依据此原理设计出了一个完整的现代计算机雏形，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。冯诺依曼的这一设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑，标志着计算机时代的真正开始。 虽然计算机技术发展很快，但“存储程序原理”至今仍然是计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式编写程序和运行程序。科学家们一直致力于提高程序设计的自动化水平，改进用户的操作界面，提供各种开发工具、环境与平台，其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程来使用计算机，因

13、为计算机编程毕竟是一项复杂的脑力劳动。但不管用户的开发与使用界面如何演变，“存储程序原理”没有变，它仍然是我们理解计算机系统功能与特征的基础。EDSAC于1949年5月建成，它是世界上第一台真正实现内部存储程序的电子计算机，其中凝集着冯诺依曼等人设想，也是后来所有电脑的真正原型和范本。 2、程序和指令 指令是对计算机进行程序控制的最小单位。 所有的指令的集合称为计算机的指令系统。 程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令，最终完成程序所要实现的目标。 3、计算机硬件系统 计算机硬件表现为各种物理部件按一定结构组成的实体，包括由总线连结

14、起来的中央处理器、内存储器以及若干外部设备（如硬盘、软盘、键盘、显示器、打印机等）。 硬件是计算机进行工作的物质基础。 （1）运算器 也称为算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit），其功能是进行算术运算和逻辑运算。 第 7 页 共 15 页（2）控制器 用于是控制计算机各个部件有条不紊地协同工作，基本功能就是从内存取指令和执行指令。 运算器与控制器合在一起称为中央处理单元，即CPU（Central Processing Unit）。 CPU是计算机的核心部件。 （3）存储器 存储器是计算机存储数据和程序的地方。存储器分为内存储器（内存）与外存储器（外存）。 内存：由半导

15、体器件构成，计算机可以直接从中存取信息。内存分为ROM（只读存储器）和 RAM（ 随机存储器）两种形式。 ROM：只能从中读取信息，不能写入信息（固化指令）； RAM：既可以从中读取信息，也能写入信息。 通常所说的内存主要是指RAM。如果断电，RAM中的信息会自动消失，不会重现。 在计算机系统组成中，存储器特指内存，CPU和内存构成主机。 外存储器（外存、辅助存储器）:用来长期存放程序和数据；外存上的信息主要由操作系统来管理；外存一般只和内存进行信息交换。 计算机处理完成的结果可以存放到外存，计算机也可以通过内存将数据、指令信息从外存调入主机。因而，外存既是输出设备，也是输入设备。 常见的外部

16、存储器: 软盘(Floppy Disk)、硬盘(hard disk)、磁带（tape）、光盘（compact disc）、闪存盘（flash memory ） (4) 输入设备 输入设备用于接受用户输入的数据和程序，并将它们转换成计算机能接受的形式（二进制数）存放到内存中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。 第 8 页 共 15 页(5) 输出设备 输出设备用于将存放在内存中的计算机处理结果输出给用户。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。 4、计算机软件系统 计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料，包括系统软件和应用软件。 计算机之所以能够完成各