《计算机系统概述与社会信息化课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机系统概述与社会信息化课件（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、授课对象：,09级本科生,理论学时：,56 学时，14周,实验学时：,计划16 学时 + 课外30学时,学 分：,4,考试形式：,平时10+实验10+无纸化考试80,考试时间：,预计第16周,授课教师：,李锐,E-Mail：,,计算机的发展历程、分类及应用；,信息技术概述；,计算机硬件组成及各主要部件的功能；,计算机系统组成；,计算机软件分类；,计算机工作原理及主要技术指标；,数制及其转换；,文字信息编码。,本章主要内容,数值型数据的存储；,计算机的算术与逻辑运算；,一种可以接受输入、处理数据、存储数据、可编程并能产生输出的一种电子装置。,计,计算机主要特点：计算精度高、处理速度快、存储容量大
2、、自动化程度高、适用范围广和通用性强。,算,机,计算机的发展,1936年英国科学家图灵，首次提出逻辑机模型图灵机,并建立算法理论,被誉为计算机之父。,计算机理论奠基人：,图灵的主要贡献：建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础；提出图灵测试，阐述机器智能概念 。,图灵奖,创于1966,每年由美国计算机学会(ACM)颁发。,计算机最高奖项：,19世纪50年代，英国数学家乔治布尔创立逻辑代数，奠定电子计算机的数学理论基础 。,1946年2月诞生于美国宾州大学，电子数值积分计算机，ENIACElectronic Numerical Integrator And Calculator）。,第一台计算机的诞
3、生,5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,ENIAC存在明显缺点： 是存储容量很小； 是采用外接线路连接的方法设计计算程序。,存储程序控制：存储程序实现自动计算,采用二进制数：便于硬件实现，又有简单的运算规则。,1948年8月，著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出EDVAC (electronic Discrete Variable Automatic Computer,离散变量自动电子计算机)计算机方案。,冯诺依曼计算机方案：,计算机基本结构：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备,冯诺依曼计算机体系结构,计算机发展的4个阶段,一代
4、： 电子管计算机,二代： 晶体管计算机,三代：中小规模集成电路计算机,四代：大规模、超大规模集成电路计算机,19461958 体积大; 运算速度慢(1万次/秒)； 电子管存储容量(2KB)小； 程序设计为机器语言。,19581964 晶体管、磁芯存储器，内存储器容量可以达到32KB； 运算速度为300万次/秒； 程序设计有汇编语言、FORTRAN 等。,19641970 小规模集成电路、半导体存储器、磁盘，内存储器容量8MB256MB； 运算速度110亿次/秒； 软件有操作系统、结构化程序设计语言、数据库等 。,1971年至今 用大规模、超大规模集成电路、半导体存储器、磁盘、磁带、光盘和微处理
5、器，内存储器容量可达256MB4096MB； 运算速度已经达到10亿次以上/秒； 软件增加专家系统、面向对象开发工具和支撑环境等。, 计算机网络技术更加完善,计算机的发展趋势,一些简单的自动装置（如机械手）将得到广泛应用。它们用微电脑内核，带有“眼睛”(摄像机)，甚至用自然语言与人类进行交流，完成特定的使命。, 人工智能进一步发展,计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体；世界范围内的高速宽带网即将建成。,将由磁、光或DNA来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生物计算机和量子计算机。, 未来新型计算机,采用磁场来控制晶体管,能使每平方厘米所容纳的晶体管数量增加近千倍。预计其性能将比目前微处
6、理器性能提高4万倍。,磁计算机,利用光的高速和无干扰性，使用光学元件(光触发器)构成处理器。,光子计算机,以生物工程技术产生的蛋白分子为主要原料，具有巨大的存储能力；信息以波的形式传输。,生物计算机,是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。,量子计算机,计算机分类,按计算机运算速度、字长、存储容量、软件配置及用途等多项性能指标划分为：高性能计算机、微型计算机、工作站、服务器和嵌入式计算机等。, 高性能计算机,是指运算速度最快、处理能力最强的计算机，传统称之为巨型机或大型计算机。目前，高性能计算机的运算速度可达到35万亿次/秒，峰值运算速度可达到40万亿次/秒。,计算机分类及应用,介于微机与
7、小型机之间的高档微机系统，配有高速运算处理部件；有很大虚拟存储空间；人机交互图形接口和网络通信接口,有功能齐全的软件；可达20个CPU。, 工作站,计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备。软件固化到计算机内部，用户不可修改。, 嵌入式计算机, 微型计算机,发展速度较快，性能价格比高，应用广泛。也称个人计算机（PCPersonal Computer）。,高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员的信息请求等。分为文件服务器、应用程序服务器和数据库服务器等。, 服务器,服 务 器 机,目前计算机技术正朝着高性能和微型化两个方向发展。,计
8、算机的主要应用,指信息收集、转换、分类、统计、存储和输出等，从中筛选出有价值数据。也称非数值计算，虽然数据量大，但计算方法简单。,主要解决科学研究和工程中数值计算问题。, 科学计算, 数据处理,又称实时控制，是指利用计算机的高速度和善判断特点，将计算机用于实时采集和分析处理数据，根据控制模型进行计算和判断，直接干预生产过程，校正偏差，对所控制的对象进行调整，实现对生产过程的自动控制。, 过程控制,包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助教学（CAI）等。, 计算机辅助系统,CAD是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。,C
9、AI是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是一类教学软件。,CAM用计算机代替人控制和操作设备（如车床）进行生产或加工产品（如零件），它的输入可能是产品工艺图或控制开关信号，输出是对相关设备的控制信号。,将人脑演绎推理的思维过程、规则、策略和技巧等编成计算机程序；在计算机中存储一些公理和推理规则，使计算机自动解决问题和推导结论。, 人工智能,机器人 ：是一种自动化机器，具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。,专家系统：是模拟专家智能的一类软件。将专家的丰富知识和经验总结出来预先存入计算机，配上相应软件。,模式识别：重点研究图形（含符号和图像）识别和语言识别，给
10、机器人装备视觉器官和听觉器官。如：指纹识别。,又称假想现实，是指“用计算机及相关设备合成的人工世界”。通过多种传感设备使应用者“投入”到该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。,信息高速公路（Information Super-Highway）的概念源于美国， 1991年美国参议员戈尔提出：将美国所有信息库及信息网络连成一个全国性大网，使各种形态的信息在计算机网络中高速传输。 。, 信息高速公路, 虚拟现实,多媒体计算机集声音、图像和文字于一体，集电视、录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，将计算机应用引入无所不能的广阔领域。, 多媒体技术,信息技术概述,信息技术以计算机技术、通信技
11、术和控制技术为核心,客观存在事物及其运动状态的表征。, 信息,信息的载体，是信息的具体表示形式。, 数据,时效性,信息的基本特征,普遍性,寄载性,共享性,可识别性,可加工性,只要有事物存在或变化，就存在信息。,信息寄载于事物上，不能独立于事物之外。,信息是一种资源，可以为人类所共享。,信息价值因时间或地点不同而发生变化。,直接(通过眼、耳和鼻等)和间接识别。,从中提炼出有价值的信息。, 数据,数据是信息的载体。数据包括各种数值数据、字符数据（如英文字母、汉字、标点符号和运算符等）、图形、图像数据和声音数据等。在计算机内，任何形式的数据都用二进制数表示。,数据处理通常是指对各种数据进行采集、存储
12、、传送、转换、分类、排序、计算和输出等操作。,信息数字化,信息数字化是将事物的信息进一步抽象、提取和规范化，使之成为计算机能够处理的数据。,高速度、网络化,多媒体化,多学科结合,智能化,信息化水平是衡量一个国家或地区国际竞争力、现代化程度、综合国力和经济成长能力的重要标志。,现代信息技术,信息技术是利用信息科学原理和方法，研究产生、获取、变换、传输、存储、处理和利用信息的技术，又称信息工程。信息技术由计算机、通信和控制技术构成。,信息技术的发展趋势,信息化社会,信息化社会是以信息活动为社会发展的基本活动。,硬件系统,软件系统,外存储器,运算器,控制器,应用软件,内存储器,输出设备,主机,外设,
13、中央处理器(cpu),ROM,RAM,系统软件,输入设备,硬磁盘,软磁盘,光盘,键盘,鼠标,显示器,打印机,绘图仪,计算机系统组成,操作系统,语言处理程序,编辑程序,连接程序,调试程序、故障检查程序,监控程序、诊断程序,各种软件包,数据库应用程序,汇编程序,编译程序,解释程序,扫描仪,计算机硬件系统组成,计算机硬件（Hardware）：是指计算机系统中看得见、摸得着的物理实体。硬件系统的基本功能是执行计算机指令系统中的各种指令。,内存储器和中央处理器构成主机。 在计算机硬件系统中不属于主机的设备都是外部设备，简称外设。 主机和外设合在一起构成计算机硬件系统。 通常将一个仅由硬件组成的计算机称为
14、裸机。,计算机硬件组织结构由控制器、运算器、存储器、输入和输出设备5大部件组成。,输入数据或程序,1,2,3,1,执行运算指令,2,3,4,5,6,1,输出设备,2,3,4,6,5,4,各部件运行状态,控制流,数据流,中央处理器, 运算器,中央处理器是计算机硬件系统的核心，计算机的主要性能取决于CPU。,计算机用来进行算术、逻辑运算的部件。,算术逻辑运算单元ALU,寄存器组,内部总线,运算器,算术逻辑运算单元ALU：执行算术和逻辑运算的装置，其核心是加法器。,内部总线：中央处理器内部信息传送的公共通道。,寄存器组：用于暂存参加运算的操作数和中间结果。,是整个计算机的神经中枢，负责从存储器中取出
15、指令、翻译指令、分析指令，向其他部件发出控制信号（指令），控制、协调计算机各组件自动、连续地执行指令，控制整个计算机有条不紊地工作。,控制器的功能：, 控制器,程序计数器(PC),指令译码器(ID),指令寄存器(IR),控制器,时序控制电路,微操作 控制电路,取指令：控制器生成指令地址，发出取指令信号，从存储器中取出指令暂存在指令寄存器中。,分析指令：由指令译码器分析指令的操作要求，将指令分解成一系列微操作。,执行指令：执行一系列微操作命令，使各部件完成相应的动作。,中断处理：用于处理非预期事件。,存储器是用于存储程序和数据的部件。,存储器基本操作：,读操作,写操作,存储器,读操作：从存储器中
16、取出指定内容，存储器中原有内容不变。,写操作：将指定的内容存入存储器中。,在计算机内部，程序中的指令和数据都以二进制代码形式存储。存储器的基本功能就是存储二进制形式的各种信息。,字节（Byte）：在计算机中以字节为单位存储信息,一个字节由8位二进制数组成，简写成大写B。,存储容量单位：,存储器,比特(bit)：1位二进制数为1个比特，简写成小写b。,字长：CPU一次能处理的二进制数的位数。,位(bit),字长,字节Byte (8位),KB(千字节) MB(兆字节) GB(千兆字节)。,其它常用单位：,1B8b,1GB1024MB,1MB1024KB,1KB1024B,换算关系：,=210B,=220 B,=230 B,外部长久存储区域。辅助存储器有磁盘、光盘以及U盘等。,半导体材料 访问速度快 暂时性 价高,光、磁材料 访问速度慢 永久性 价低, 主存储器（内存）,
