最新信息学计算机基础知识

《最新信息学计算机基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新信息学计算机基础知识（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,信息学基础,计算机基础知识,学习目标 当今时代，计算机的应用已渗透到社会生活的各个方面。功能如此强大的计算机是怎么发展起来的？它的基本工作原理是什么？本章用以下内容回答了这一问题。 了解计算机的发展、分类及应用 掌握计算机系统的组成与工作原理，学习计算机软硬件基 本知识 对计算机硬件的各部分有较深入的了解 掌握数制转化及运算，了解数据在计算机中的表示 掌握系统软件和应用软件的概念,本章索引1.1 计算机的发展、分类及应用 1.2 计算机系统的组成与工作原理 1.3 计算机硬件 1.4 进位计数制及其转换 1.5 数据在计算机中的表示 1.6 计算机软件 1.7 问与答 习题,计算机也是人类不

2、断追求计算速度的产物。早的计算工具是中国唐代发明的算盘，这是迄今还在使用的世界 上第一种手动计数器。1622年英国数学家设计了计算尺，1642年法国人发明了世界上第一个加法器，1673年，德国发明了计算器， 这些都是手动的或机械式的计算工具。,1.1 计算机的发展、分类及应用,5,查尔斯.巴贝奇艾兰.图灵 冯诺依曼,1.1.1计算机的发展,电子计算机的直系祖先，他设计了差分机和分析机。分析机的结构、设计思想蕴涵着现代计算机的结构和设计思想，是现代计算机的雏型，被公认为计算机之父。,计算机科学奠基人，建立图灵机模型并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。图灵机的概念是现代可

3、计算性理论的基础美国计算学会设立的“图灵奖”,号称计算机界的诺贝尔奖,确立了现代计算机体系结构，提出了“存储程序”和“程序控制”的计算机工作原理 。,第一台计算机 ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Calculator）,ENIAC即电子数字积分计算机。该机于1946年2月诞生于美国宾夕法尼 亚大学。它体重30吨，运算速度5000 次加法/秒，占地170M2，共计18800只 电子管和1500个继电器，耗电150KW 价值40万美元,从第一台计算机的诞生到现在的60年里计算机得到了飞速的发展，一般根据计算机采用的物理器件，将计算机划分为四代。

4、,1. 第一代计算机(1946年-1958年) 2第二代计算机(58年64年)3第三代计算机(64年70年)4第四代计算机(71年现在),1.第一代计算机(1946年-1958年),第一代计算机采用的物理器件 是电子管。内存采用延迟线或 磁芯，外存为纸带、卡片或磁 带，工作速度几千几万次 秒，软件采用机器语言或汇编 语言编写，主要应用于科学计 算。代表机型ENIAC。,2.第二代计算机(58年64年),第二代计算机采用的物理器 件是晶体管，内存为磁芯， 外存是磁带或磁盘，工作速 度几十万次秒，软件用高 级语言编写，应用于科学计 算及工业控制，代表机型 IBM700系列。,3.第三代计算机(64

5、年70年),第三代计算机采用的物理器 件是中小规模集成电路，内 存为磁芯和半导体存储器， 外存是磁带或磁盘，工作速 度几十万几千万次秒， 软件用高级语言编写，应用 于计算、管理及控制，代表 机型IBM System/360,4.第四代计算机(71年现在),第四代计算机采用的物理器件 为大规模或超大规模集成电路 ，内存为半导体存储器，外存 为磁盘或光盘，工作速度几百 万上亿次秒，出现了操作 系统，软件分为系统软件和应 用软件。随着计算机的不断发 展，计算机在网络、多媒体技 术中得到广泛应用。,计算机在我国的发展,我国自1956年开始研制计算机 1958年研制出第一台电子管计算机 1964年研制出

6、第一台晶体管计算机 1971年研制出集成电路计算机 1985年研制出第一台IBM PC兼容微型机 2001年研制出我国第一款通用CPU“龙芯”芯片 2002年推出了完全自主知识产权的“龙腾”服务器 我国是世界上少数几个能设计、制造计算机的国 家之一。,1.1.2 计算机的分类,按照计算机原理可分为： 数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计 算机， 按照计算机的用途分：通用计算机和专用计算机。 常用的分类法是根据计算机的字长、运算速度、存储容量等 综合性能指标将计算机分为： 高性能计算机 中型机、小型机 微型计算机、工作站、服务器、 嵌入式计算机。,1.1.3未来新型计算机,1光子计算

7、机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。2生物计算机使用蛋白分子作为主要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨大而且以波的形式来传播信息。3神经网络计算机用数据单元模拟人脑的神经元，并利用神经元结点的分布式存储和相互关联来模拟人脑活动。4量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,1.1.4计算机在信息社会中的应用,计算机已广泛应用于社会的各个领域，改变着我们的学 习、工作和生活方式，不管你做什么工作，都会用到计 算机。如:工商、医药、教育、政府等。,计算机的应用主要有： 数值计算、数据处理、电子商务、过程控制、CAD/CAM/CIMS、虚拟实现、人工智

8、能。,1.2 计算机系统的组成与工作原理,1.2.1计算机系统计算机是一台能存 储程序和数据，并 能自动执行程序的 机器。计算机系统由硬件 系统和软件系统组 成 。,1.2.2计算机工作原理,目前的计算机都采用冯诺依曼（John von Neuman） 对计算机结构的设计思想，即： 1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五个基本部分组成,2.程序和数据在计算机中用二进制数表示3.计算机的工作过程是由存储程序控制的，即存储程序工作原理。,1.3计算机硬件,1.3.1 CPU CPU由控制器和运算器组成，是计算机的核心部件。 1.控制器：依次从存储器中取指令、分析指令、向其他部件发

9、出控制信号，指挥各部件协同工作。 控制器主要由以下部分组成： 程序计数器（PC）： 用来对程序中的指令进行计数。 指令计数器（IP）： 用来存放取出的指令 。 指令译码器(ID)： 用来分析指令的操作要求 。 时序控制电路以： 用来生成时序信号。 微操作控制电路等,2.运算器,运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）算术运算是指加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算是指逻辑判断、关系比较，如与(AND)、或(OR)、非(NOT)等这些运算都只是基本二进制运算。如下表：,3.CPU 的主要性能指标及产品领域,控制器和运算器做

10、在一个芯片中，称为CPU （Central Processing Unit），即中央处理器。,CPU是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，我们所说的486，586其实就是指计算机中CPU的等级。从CPU的性能指标中基本可以反映出计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。 CPU主要的性能指标有：,CPU的字长,位宽,X位CPU,主频,外频,生产工艺,倍频,超频,目前CPU的主流产品有Pentium（奔腾）、Cecleron（赛扬）、Itanium(安腾)、Xeon(至强)和Banias(迅驰)，著名的CPU生产公司有IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等。有关C

11、PU的更多资料可访问http:/,2006年，Apple公司生产了4核的处理器，最大支持4块硬盘，最大存储量达到3TB，图像的处理能力以及浮点运算能力都有了显著的提高 右图为： Mac Pro tower,1.3.2存储系统,存储器是计算机系统中的记忆部件， 分为内存储器和外存储器,1.内存储器 当前计算机运行时所需要的程序和数据都必须存放到内存中，早期的内存采用磁芯，目前多采用半导体存储器，与外存相比，其优点是速度快，但容量小、价格较贵。内存的容量是衡量计算机性能的主要指标之一。,内存通常分为只读存储器（Read Only Memory,ROM）随机存储器（Random Access Mem

12、ory,RAM）和高速缓冲存储器（Cache）3类。,（1）只读存储器（ROM） 只读存储器是指只能从存储器中读数据，而不能往里写数据。ROM中的信息一般是由设计者和制造商事先写好固化在里面的，用户无法修改。即使断电或死机，ROM中的信息也不会丢失。因此，ROM一般用来检查计算机系统的配置情况并提供基本的输入输出系统程序（Basic Input-Output System ,BIOS）。,（2）随机存储器（RAM） 通常所说的计算机内存容量均指RAM 存储器容量，即计算机的主存。CPU可对随机存储器进行读、写操作,RAM有两个主要特点1. RAM中的数据可以多次使用（多次读出），向存储器写入新

13、数据时，存储器中原有的内容被覆盖（更新）；2. 关机或断电后，RAM中的信息将全部消失，所以RAM是计算机处理数据的临时存储区，要想长期保存数据，必须将数据保存到外存中。,微型计算机中的内存基本上以内存条的形式进行组织， 用户可根据需要随时增加内存，方便扩展。常见的内存 条有64MB、128MB、256MB、512MB、1GB等多种 类型。 下图为一512M的内存条。,（3）高速缓冲存储器（Cache）,Cache是指在CPU与内存之间设置一级或两级高速小容量存 储器称为高速缓冲存储器， Cache的基本工作原理是基于 程序访问的局部性，即把正在执行的指令地址附近的一部分 指令或数据从主存调入

14、Cache,当CPU进行存储器存取时首 先检查所需的数据是否在Cache中，如在（称为命中）则直 接存取Cache中的数据而不必访问主存；信息不在Cache中 时，则需存取主存储器。,2主存储器的技术指标,(4)存储器带宽,(2)存取时间,(3)存取周期,(1)存储容量,(5)存储器的可靠性,(6)性能价格比,存取时间、存储周期、存储器带宽反映了主存的速度指标，存储器的可靠性反映了存储器的性能稳定性指标；而性价比则反映了存储器的综合性能。,3外存储器,外存储器也称辅存，其主要作用是长期存放计算机工作 所需要的系统文件、应用程序、文档和数据等。常用的 外存储器有：（1）磁介质存储器 （2）光介质

15、存储器 （3）移动存储器,(1) 磁介质存储器,磁表面存储器主要包括硬盘、软盘和磁带等。,软盘：软盘用柔软的聚酯材料制成圆形底片，在表面涂上磁性材料，封装在一个方形的护套内，构成一个整体，软盘要放在软盘驱动器中才能读写。,左图为容量为3.5英寸软盘,磁盘的容量为面数(side)、磁道数/面、扇区数/磁道、字节数/扇区的乘积，如3.5英寸软盘的容量:2(面)* 80(道)*18(扇区)* 512（字节） 1474560(Bytes) 1440(KB) 1.44(MB),硬盘：硬盘存储器由电动机和硬盘组成，一般放在主机箱内。硬盘是由若干涂有磁性材料的铝合金盘片构成 。,硬盘是立体的软盘，所以用立体

16、的磁道(柱面数)来代替软盘中的平面磁道。每一扇区的容量也是512B,硬盘的容量=512*磁头数*柱面数*每道扇区数。,硬盘性能指标一般有存储容量、速度、访问时间及平均无故障时间等。使用硬盘前必须做3件事，即硬盘的低级格式化、硬盘分区和高级格式化。,硬盘的低级格式化 即硬盘的初始化，其主要目的是对一个新硬盘划分磁道和扇区，并在每 个扇区的地址域上记录地址信息。 硬盘分区 硬盘初始化后，还不能使用，还必须对硬盘进行分区，对硬盘分区的主 要目的是建立系统使用的硬盘区域。 硬盘的高级格式化硬盘高级格式化的主要作用有两点：其一是写入操作系统，使硬盘具有 系统启动盘的作用，其二是对指定的硬盘分区进行初始化。,（2）光介质存储器,光盘的存储（Optical disk）是利用激光束在被记录的 圆盘表面存储信息，并根据激光束的反射读出信息。主要由光盘、光驱动器（即CD-ROM驱动器）组成，光 盘的最大优点是存储容量大、价格低、寿命长、可靠性 高，特别适合存储大量信息。主要有三种类型的光盘存储器： 只读光盘 CD-ROM 写一次光盘 WORM 可擦写光盘 EOD,