大学计算机基础幻灯片-计算机基础

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1、第一章计算机基础知识,第一章计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.1.1 计算机的产生和发展 1.1.2 计算机的分类 1.1.3 计算机的特点 1.1.4 计算机的应用 1.2 数据在计算机中的表示 1.2.1 数制 1.2.2 各进制数间的转换,第一章计算机基础知识,1.2.3 非数值数据的表示 1.2.4 计算机中的信息单位 1.3 计算机系统的组成 1.3.1 计算机系统的组成概述 1.3.2 计算机的硬件系统 1.3.3 计算机的主要性能指标 1.3.4 计算机的软件系统,1.1.1计算机的产生和发展,1.1.1计算机的产生和发展,1.计算机的产生 世界上第一台电子计算机ENIAC

2、,5000次加法/秒 重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW 价值40万美元,1.1.1计算机的产生和发展,2.计算机的发展 冯诺伊曼理论体系： (1) 计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备； (2) 采用二进制形式表示计算机的指令和数据； (3) 将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序这就是“存储程序”思想的基本定义。,1.1.1计算机的产生和发展,按硬件划分计算机年代(四代电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路),第一代 （19461958） 电子管 5千4万（次/秒

3、）,第二代 （19591964） 晶体管 几十万百万（次/秒）,第三代 （19651970） 集成电路 百万几百万（次/秒）,第四代 （1971至今） 集成电路 几百万几亿（次/秒）,1.1.1计算机的产生和发展,3.计算机的发展趋势 、巨型化：超级计算机,1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”,中国早期的超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。,1.1.1计算机的产生和

4、发展,2014年6月，比较全球超级计算机性能的专家机构“TOP500组织”发布计算速度的最新排行榜，中国国防科学技术大学研发的“天河2号”实现三连冠。,IBM蓝色基因,日本“京”计算机,1.1.1计算机的产生和发展,3.计算机的发展趋势 2、微型化 随着微电子技术的进一步发展，微型计算机将发展得更加迅速，其中笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。 智能手机就是计算机微型化的典型代表。,1.1.1计算机的产生和发展,3.计算机的发展趋势 3、多媒体化 多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联

5、网和信息资源共享，因此被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。,1.1.1计算机的产生和发展,3.计算机的发展趋势 4、智能化 计算机智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多， 其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险环境的劳动，运算速度为每秒约十亿次的“深蓝”计算机在1997年战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。,Deepblue,GarryKasparov,1.1.1计算机的产生和发展,3.计算机的发展趋势 5、网络化 网络化是指利用通

6、信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，按照一定的网络协议相互通信，以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。,1.1.2计算机的分类,按处理数据的方式分类 ：模拟计算机和数字计算机； 按应用范围分类：专用计算机和通用计算机； 按规模分类： 根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类： 1巨型计算机 2. 大型计算机 3. 中型计算机 4. 小型计算机,1.1.2计算机的分类,5工作站 工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。

7、 6微型计算机 微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。 随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。,1.1.3计算机的特点,1、运算速度快 2、计算精度高 3、记忆能力强 计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。 4、逻辑判断能力 计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能,5、自动控制能力 计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人

8、们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。,1.1.3计算机的特点,1.1.4计算机的应用,1、科学计算 科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。,2、数据处理 数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。,1.1.4

9、计算机的应用,3、过程控制 过程控制也称为实时控制，主要是指计算机在工业和军事方面的应用。计算机能及时采集检测数据并按最优方案实现自动控制，如炼钢过程的计算机控制、导弹自动瞄准系统、飞行控制调动等。 4、计算机辅助系统 计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD) 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM) 计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI) 计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE),1.1.4计算机的应用,机器人。主要分为“工业机器人”和“智能机器

10、人”两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业(如海底、井下、高空作业等)；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和回答问题。 专家系统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开出药方和假条。 模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器，识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。,5、人工智能,十进制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 R=2 ，可使用0,1 八进制 R=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,

11、7 十六进制 R=16 ，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一，借一当R”,1.2.1数制,表1.2 各进制之间数值的对应关系,十进制数转换成二进制数具体规则如下： 除2取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余数在高位。,1、十进制转换成二进制数,1.2.2 各进制数之间的转换,2、二进制数转换成十进制数,1.2.2 各进制数之间的转换,十进制数转换成八进制数和十六进制数与转换成二进制数相似，具体规则如下： 除以 8(或 16)取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余数在高位。,3、十进制数转换成八进制数和十六进制数,4、八进制数和十六进制数转换成十进制数,八进制数和十六进

12、制数转换成十进制数，只需以8(或16)为基数，按权展开求和即可。,1.2.2 各进制数之间的转换,二进制数转换成八进制数的方法是： 从低位向高位每3位一组，高位不足3位用0补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。 二进制数转换成十六进制数的方法是： 从低位向高位每四位一组，高位不足四位用0补足四位，然后每组分别按权展开求和即可。,5、二进制数转换成八进制数和十六进制数,1.2.2 各进制数之间的转换,6、八进制数和十六进制数转换成二进制数,1.2.2 各进制数之间的转换,八进制数和十六进制数转换成二进制数的方法是：将八进制数(或十六进制数)的每一位用相应的3位(或4位)二进制数代替即可,1.2

13、.3 非数值数据的表示,1、ASCII编码,1 输入码 输入码所解决的问题是如何使用西文标准键盘把汉字输入到计算机内。输入码主要可以分为三类：数字编码、拼音编码和字型编码。,2 国标码 国标码又称为汉字交换码，用两个字节来表示，每个汉字的国标码是唯一的。,1.2.3 非数值数据的表示,2、汉字编码体系,3 内码 汉字内码是在设备和信息处理系统内部存储、加工处理、传输统一使用的代码。无论使用何种输入码，进入计算机后就立即被转换为机内码。,4汉字字形码 汉字的内码代表的是汉字惟一性的交换码，即给出汉字一个名，而这个汉字的外形如何却不在内码之内。汉字笔画多、外形千差万别，这就需要为每个汉字给出一个外

14、形，一般用点阵表示，这就是汉字字模。,1.2.3 非数值数据的表示,如图所示是“啊”字的点阵外形。图1.2中有1616个方格，称1616点阵，每一个方格用一个二进制代码表示，用1表示黑点，用0表示白点。, 各种汉字编码的关系如图所示,1.2.4 计算机中的信息单位,计算机中常用的信息单位有：位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、KB、MB、GB、TB。 位：（bit） 计算机中表示信息的最小数据单位，1位即一个二进制基本元素(0或1)。如字母“A”在电脑中用二进制表示就是01000001，共有8个二进制位。 字节：（Byte） 字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。8

15、个二进制位称为一个字节。在计算机和通信领域，通常用B表示byte,用b表示bit。英文字母的ASCII码占用1个字节，汉字的机内码占用2个字节。,1.2.4 计算机中的信息单位,千字节：（KiloBytes，KB） 1KB等于1024字节。如在WINDOWS XP中，WINGDOWS目录下的notepad.exe大小为65KB。 兆字节：（Mega Bytes，MB） 1MB等于1024KB。如一条内存的容量为512MB，一个U盘的容量为1024MB。 GB：Giga Bytes 1GB等于1024MB。如一个硬盘容量为120GB。 TB：Tera Bytes 1TB等于1024GB目前，该数

16、量级的存储设备较为罕见。2007年，日立推出了全球首款1TB容量的硬盘。,1.3 计算机系统的组成,1.3.1 计算机系统组成概述,1.3.1 计算机系统组成概述,硬件就是泛指的实际的物理设备，主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分。只有硬件的计算机称为裸机，裸机是无法运行的。 计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。计算机是依靠硬件系统和软件系统的协同工作来执行给定任务的。,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入 设备,输出 设备,运算器,1.3.2 计算机的硬件系统,1、CPU 中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），计算机系统中必备的核心部件。CPU由运算器和控制器组成，分别由运算电路和控制电路实现。,1.3.2 计算机的硬件系统,2、存储器,存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类