《新编计算机导论 教学课件 ppt 作者 张丽娜 周苏 王文 金海溶 第01章 计算机与数据》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新编计算机导论 教学课件 ppt 作者 张丽娜 周苏 王文 金海溶 第01章 计算机与数据（138页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,新编计算机导论,周苏 教授, QQ: 81505050 手机：13805784515 / 694515 博客: http:/ 计算机与数据,第1章,第1章 计算机与数据,第1章,第1章 计算机与数据,计算机曾被称为“智力工具”，因为它可以完成通常是由脑力劳动来执行的任务。计算机擅长诸如快速计算、大量数据的处理，以及在大型信息库中搜索等工作。与人工完成这些工作相比，计算机要快得多，也准确得多。使用计算机是对人类智力的一大补充。,第1章 计算机与数据,1.1 冯诺依曼的定义 1.2 计算机系统基础 1.3 用户界面 1.4 数据和数的表示,1.1 冯诺依曼的定义,在1940年以前出版的字典中，“
2、Computer”被定义为“执行计算任务的人”。当时虽然一些机器也能执行计算任务，但它们被称为计算器，而不叫计算机。1940年，应第二次世界大战中军事需要而开发的第一台电子计算装置问世之后，人们才开始使用“计算机”这一术语。,1.1 冯诺依曼的定义,英国的一台名叫“巨人”(Colossus) 的计算机早在1943年就投入了运行，用于破译德国的密码，但由于英国政府在1970年之前一直对它保密，人们并不了解。因此，一般认为，美国宾夕法尼亚大学于1946年2月14日研制成功的ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分器和计
3、算器) 是世界上第一台多功能电子数字计算机（又称通用电子数字计算机），如图1-1所示。,图1-1 世界上第一台多功能电子数字计算机ENIAC,1.1 冯诺依曼的定义,以John W. Mauchly和J. Presper Eckert为首的小组于1943年开始研发ENIAC，这在当时来说是一台巨大的多用途电子计算机，主要用来为美国陆军计算弹道表，但是直到第二次世界大战结束后3个月，即1945年11月才完成。,1.1 冯诺依曼的定义,ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，有30个操作台，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17 468 个真空管，7 200个
4、水晶二极管，70 000个电阻器，10 000个电容器，1 500个继电器，6 000多个开关，每秒执行5 000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1 000倍、手工计算的20万倍。需要手工连接电缆并设置了6 000个开关进行编程这个过程一般需要两天的时间来完成。,1.1 冯诺依曼的定义,与此同时，同样类型的被称为EDSAC的计算机由英国剑桥大学的Maurice Wilkes制造产生。 ENIAC1946年2月15日被正式捐献给了宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院，之后立即投入到原子能和新型导弹弹道技术的计算中。ENIAC此后进行过几次升级，一直使用到1955年。,1.1 冯诺依曼的定义,19
5、45年，一组工程师开始为美国军方的一个秘密项目工作，他们要研制“电子离散变量自动计算机”(Electronic Discrete Variable Automatic computer，EDVAC) 。当时，杰出的数学家约翰冯诺依曼以“关于EDVAC的报告草案”为题，起草了长达101页的总结报告，在报告中对EDVAC计划进行描述，广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。,1.1 冯诺依曼的定义,这个报告被视为“计算机科学的历史上最具影响力的论文”，是最早对计算机部件明确给出定义并描述了它们功能的文献之一，是计算机发展史上一个划时代的文献。第一台基于冯诺依曼思想的计算机于1950年在
6、美国宾夕法尼亚大学诞生，即EDVAC（图1-2）。,图1-2 EDVAC（电子离散变量自动计算机）,1.1 冯诺依曼的定义,基于冯诺依曼提出的概念，我们可以把计算机定义为一个能接受输入、处理数据、存储数据，并产生输出的设备，如图1-3所示。,图1-3 冯诺依曼模型,1.1 冯诺依曼的定义,1) 接受输入。所谓“输入”是指送入计算机系统的任何东西，也指把信息送进计算机的过程。输入可能是由人、环境或其他计算机所提供的。计算机可以处理多种类型的输入，例如，文档里的单词和符号，用于计算的数字、图形、温度计的温度、麦克风的音频信号，以及完成某个处理过程的指令，等等。输入设备收集输入信息，并把它们转化为计
7、算机可以处理的形式。通常把键盘作为主要的输入设备。,1.1 冯诺依曼的定义,2) 处理数据。数据泛指那些代表某些事实和思想的符号。计算机可以用很多方法操作数据，而我们将这种操作称为“处理”。例如，计算机处理数据的方式包括：执行计算，对词汇或数字的列表进行排序，按用户指令修改文档或图片，以及绘图。在计算机术语里，我们把处理定义为计算机操作数据时采取的一系列系统性活动。计算机在一个称为中央处理器 (CPU) 的设备中处理数据。,1.1 冯诺依曼的定义,3) 存储数据。计算机必须能存储数据，以便处理数据。依照数据被使用的方式不同，计算机通常在不只一个地方储存数据。对于正等待被处理的数据，计算机把它们
8、放到一个地方 (内存) ；当数据不需要立即处理时，计算机又把它们放到另一个长期保存数据的地方 (外存) 。,1.1 冯诺依曼的定义,4) 产生输出。“输出”是指计算机生成的结果，也指产生输出结果的过程。报表、文档、音乐、图形、图片都是计算机输出的形式。输出设备用来显示、打印或传输计算机的处理结果。 冯诺依曼对计算机所做的定义仍然适用于今天的几乎所有的计算机。,1.2 计算机系统基础,计算机系统一般包括硬件和软件。硬件是指计算机本身和被称为外围设备的部件，即操作数据的电子和机械设备。外围设备扩展了计算机的输入、输出和存储能力。,1.2 计算机系统基础,计算机硬件本身并不提供所谓的有用“智力工具”
9、。为使计算机具有使用价值，还需要使用计算机软件。软件中的程序是一些指令的集合，它告诉计算机如何执行某个特定的任务。在与其他计算机连接后，人们可以共享信息，计算机的效用也就更大了。,1.2.1 软件,软件用来指挥计算机执行某些特定的任务，告诉计算机如何与用户交互，如何处理用户数据等。没有软件的计算机，只是一个带有电源开关的“摆设”，就像没有唱片的唱机、没有CD盘片的CD播放机。如今软件得到迅速发展，对于成千上万形形色色的任务，你都能找到解决它们的软件。,1.2.2 计算机分类,按照传统分类方法，依据计算机的处理能力，计算机被从低到高依次分成四类，即微型计算机、小型计算机、大型计算机和巨型计算机。
10、一台计算机被划归哪一类，主要由它的技术、功能、物理尺寸、性能和成本等因素来决定。随着技术的发展，分类标准也在发生变化，类别之间的界限并不十分清晰。当功能更强大的计算机出现后，分类界限也会随之上移。,1.2.2 计算机分类,微型计算机（图1-4）一般用在家庭、办公场合和小型机构里。衡量微型计算机能力的一个指标是它的处理器速度。可以以单机方式使用微型计算机，也可以连接到其他计算机 (网络) ，与别的用户共享数据和程序。但是，即使连接到其他计算机，它也主要是处理自己的任务。,图1-4 微型计算机,1.2.2 计算机分类,小型计算机比微型计算机处理能力更强，它可以同时执行多个人的处理任务，这些人都通过
11、终端与小型计算机相连。所谓终端实际上就是个由键盘和屏幕组成的输入/输出设备，没有处理数据的能力。当在终端发出一个处理请求时，该请求被传送到小型计算机主机，主机按要求处理数据，然后把结果送回终端。,1.2.2 计算机分类,大型机是高速、昂贵的计算机，通常用在大型机构中，为大量数据提供集中化的存储、操作和管理。大型机可以为许多用户同时提供处理服务，用户只需在自己的终端输入处理请求。与小型计算机相比，大型机能为更多的用户服务。为了处理大量数据，当可靠性、安全性和集中控制等因素非常重要时，就要考虑使用大型机。,1.2.2 计算机分类,巨型计算机 (又称超级计算机) 实际上是一个巨大的计算机系统（图1-
12、5），一般每秒可执行百万亿条指令，主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报，整理卫星照片，原子核物的探索，研究洲际导弹、宇宙飞船等，制定国民经济的发展计划。这些任务因其项目繁多，时间性强，要综合考虑各种各样的因素，依靠巨型计算机能较顺利地完成。,图1-5 巨型计算机及其内部,1.2.2 计算机分类,我国是世界上少数几个能够研制和生产超级计算机的国家之一。由国防科技大学研制的“银河”、“天河”系列计算机（图1-6）不仅使我国成为世界上少数几个能发布中期数值天气预报的国家，而且对重大自然灾害的预报能力也明显提高。,图1-6 我国首台千万亿
13、次超级计算机 “天河一号”（左）和银河巨型机I（右）,1.2.2 计算机分类,本课程主要讨论微型计算机，因为人们最有可能使用这种类型的计算机，然而，其概念大多同样适用于小型机、大型机和巨型计算机系统。,1.2.3 微型计算机的兼容性,全世界有许许多多公司都在生产微型计算机，但这些微型计算机都基于有限的几种计算机平台，当前主要的微型计算机平台是PC和Mac。,1.2.3 微型计算机的兼容性,美国苹果（Apple）公司首创了个人计算机，在现代计算机的发展中树立起了众多的里程碑，无论是在硬件界面设计，还是在软件界面设计，都起了关键性的作用。,1.2.3 微型计算机的兼容性,苹果公司不但在世界上最先推
14、出了塑料机壳的一体化个人计算机，倡导图形用户界面和运用鼠标，而且采用连贯的工业设计语言不断推出令人耳目一新的计算机，如著名的苹果II型机（图1-7）、Mac系列机、牛顿掌上计算机、Powerbook笔记本计算机等，1998年苹果公司推出了全新的iMac计算机。,图1-7 苹果II计算机,1.2.3 微型计算机的兼容性,这些努力彻底改变了人们对计算机的看法和使用方式，使日常工作变得更加友善和人性化。由于苹果公司一开始就密切关注每个产品的细节，并在后来的一系列产品中始终如一地关注设计，从而成了有史以来最有创意的设计组织。,1.2.3 微型计算机的兼容性,PC（个人计算机）是基于IBM公司生产的第一
15、台微型计算机 (IBM PC) 的体系结构，它使用标准的可购买部件。现在，包括惠普、Dell、联想等许多公司都在生产PC。为PC设计的软件常被称为Windows软件，因此，也把PC平台称为Windows平台。 2005年5月1日，联想公司正式宣布完成收购IBM全球PC业务，合并后的新联想以130亿美元的年销售额一跃成为全球第三大PC制造商。,1.2.3 微型计算机的兼容性,所谓兼容机，是指它们的运行方式在本质上相同。如果两个计算机平台可以使用相同的软件，连接相同的外设，就称它们是兼容的。但并不是所有的微型计算机都彼此兼容。,1.2.3 微型计算机的兼容性,PC和Mac机被视为不兼容的平台，因为
16、它们不能使用相同的硬件设备，不能运行相同的软件，除非添加必要的硬件或软件来进行转换。过去，在不同平台间共享数据非常困难，甚至是不可能的。在当前广泛应用的微型计算机中，有90是PC，因此，本书主要讨论PC平台。,1.2.4 外围设备,所谓“外围设备”是指那些可以附加到计算机系统中用来加强计算机功能的设备，例如，打印机是常用的外围设备。虽然键盘、监视器、鼠标和光盘驱动器等设备一般都包含在计算机的基本系统中，但有时也被归为外围设备。,1.2.4 外围设备,外围设备能扩充或改变基本的计算机系统。例如，买计算机时般配备鼠标，但用户可能更喜欢使用跟踪球；可能需要增加扫描仪输入图像来扩充计算机的功能；配置调制解调器可以将计算机连接到电话系统中，从而可以访问存储在其他计算机中的信息等。,1.2.4 外围设备,当购买一个外围设备时，通常附有专门设计的软件 (设备驱动程序) ，Windows操作系统提供了“即插即用”功能以实现外围设备驱动程序的自动安装。
