《计算机基础教案》

第一章计算机基础知识重点与难点：（1）计算机工作原理和构成原理（2）微型机的硬件、软件组成及性能指标（3）数制转换、信息编码计算机的发展、特点、分类、应用领域、工作原理；微机系统组成；多媒体技术；信息表示;中文信息处理等1.1 计算机概述一、计算机的发展艾 兰图 灵（A la n Ma t h i s on Tu r i ng,英国）：图灵机的理论模型。数字计算机的结构、可实现性、局限性冯诺 依 曼（J oh n Von Ne u ma nn,美国）：存储程序，程序控制1 9 4 6年，世界上第一台数字电子计算机E NI A C在美国宾夕法尼亚大学诞生，主要用于解决第二次世界大战时军事上导弹问题的高速计算。虽然速度慢，存储量小，体积庞大。但它宣告了电子计算机时代的到来，为计算机的高速发展迈出了第一步。E I e c t r oni c Nu me r i c a I I nt e g r a t or A nd Ca lc u la t or：5 0 0 0次加法/S,1次乘法/3 ms,8 0 0 0多只电子管，1 5 0 0多只继电器，1 6 0 m2占地，3 0吨根据主要电子零部件的发展更新，计算机经历了四个阶段：电 子 管 一 晶 体 管 一 集 成 电 路 一（超）大规模集成电路图例：原理一 1第一代：电 子 管 计 算 机1 9 4 6-1 9 5 9电子管作为基本逻辑电路元件，延迟线和磁鼓内存，纸带和磁带外存，几千至几万次/s,机器语言和汇编语言，科学计算。速度慢、功耗高、可靠性差。第二代：晶 体 管 计 算 机1 9 5 9 1 9 6 5贝尔实验室发明晶体管（4 7年），体积小、耗电小、重量轻、寿命长、转换速度快等优点。晶体管作为基本逻辑电路元件，磁芯内存，磁盘外存，几十万次/s,高级程序设计语言，多道程序设计、并行处理，数据信息处理和工业控制第三代：集 成 电 路 计 算 机1 9 6 5 1 9 71采用中小规模半导体集成电路IC,半导体内存，几百万次/s操作系统，计算机通讯和网络IB M 3 5 0系统第四代：大规模集成电路和超大规模集成电路计算机1 9 71至今采用C PU的高度集成的方式，使得计算机的性能得到很大的提高。微型计算机将来的发展：巨型超级化，微型专用化，多媒体智能化，网络化，非诺依曼机（生物、光子）二、计算机应用与分类计算机的特点：处理速度快，精度高，大容量记忆存储，逻辑判断，编程自动运行，人机交互0计算机主要应用于 科学计算：数值计算，数据处理：统计，财务，办公自动化，情报检索，电子商务等 过程控制,计算机辅助系统：C o m p u t e r A i d e d D e s i g n,C o m p u t e r A i d e d M a n u f a c t u r i n g,C o m p u t e r-B a s e d Ed u c a t i o n,C o m p u t e r A s s i s t e d In s t r u c t i o nC o m p u t e r M a n a g e m e n t In s t r u c t i o n 人工智能：模拟人脑进行演绎推理和决策。计算机中存储一些定理和推理原则医学专家系统计算机的分类：巨 型 机 小 巨 型 机 大 型 机 小 型 机 工作站 个人计算机1.2 计算机的工作原理冯诺依曼原理一、存储程序控制工作原理指令：计算机能够识别并能执行的基本命令。计算机的机器指令，执行一种基本操作，加法、存数、取数等。二进制代码，包含操作码和地址码（操作数的内存或寄存器地址）两部分内容。指令系统：计算机基本指令的总和不同种类的计算机有不同的指令系统，其功能有五大类：数据传递、算术运算与逻辑运算、程序控制、输入输出、控制管理机器程序：指令的有序集合存储程序控制原理：二进制表示数据和指令指令和数据存放在存储器中五大基本硬件部分二、计算机的构成原理1）存储器 是存放数据和程序的记忆设备、处理场所。存放程序与数据，其中包括原始数据、中间结果、最终结果等数据。水银延迟线、静电存储器、磁鼓、磁芯、半导体。按地址方式存储数据，存储单元。存储器分为两大类：内存和外存。外存存放的数据只有通过调入内存才能与CPU交换2）运算器 执行算术运算和逻辑运算的部件在指令的控制下对取自存储器中的数据在内存中进行处理，并把结果送至寄存 器（中间过程）或存储器（最后结果）。算术逻辑单元（ALU,Arithmetic Logic Unit）：算术、逻辑运算，移位、求补等累加器：暂时存放操作数和运算结果状态寄存器：标志寄存器，存放算术逻辑单元产生的状态信息通用寄存器：一组，暂存操作数和地址3）控制器 计算机的神经中枢和指挥中心执行程序时，控制器先从内存中按顺序逐条取出指令，并对指令进行分析，然后根据指令向各个部件发出控制信号，并保证各部件协调一致工作。控制器与运算器组成计算机的核心，称为中央处理器CPU控制器一般包括：指令寄存器、译码器、时序节拍发生器、指令计数器。4）输入设备它的任务是输入操作者提供的原始信息，并将它变成机器能识别的二进制数。最常见的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机、扫描仪、数码相机。5）输出设备用于将计算机处理的二进制数据结果转换成人们常见的信息形式显示器、打印机、绘图设备以及自动控制装置中的数/模（D/A）转换装置。1.3 个人计算机系统的组成1 9 8 1 年,I B M P C图例：原理一2一、微机的硬件系统微处理器：I n t e r 8 0 8 8 4.7 7 M H z -P I V 2.2 G H z0操作系统：P C D O S 1.0 -W i n d o w s 9 5、9 8、2 0 0 0、X P 等1）主板主板包括C P U、内存条和插槽、I/O 接口、连接其它部件的总线、中断控制器、D M A 控制器。2）C P U微处理器，硬件的核心，主要包括运算器和控制器。集成在半导体芯片上。主要性能指标字长：作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码，称为字。C P U 能同时处理数据的位数。计算机的“字长”越长，性能越强。8位、1 6位（I n t e l公司的80 88、80 2 86）发展到3 2 位（80 3 86和80 4 86）64 位（如I n t e l 公司的P e n t iu m 和D E C 公司的A lp h a）。主频：C P U 能适应的时钟频率。P 4 有2.2 G H z系统时钟，机内的一个特殊器件。以一定的频率发出脉冲电信号，控制各个器件同步工作。3）总线连接C P U、存储器和外部设备的公共信息通道，完成各部件之间信息的流通。图例：原理一4 b数据总线D B：C P U 与内存、输入输出接口之间传递数据。数据总线位数的多少反映了C P U 一次可接收数据的能力，如8位的C P U 芯片，数据总线也是8位。地址总线A B：用来传递内存存储单元、输入输出接口的地址信息，其位数限制计算机系统的最大内存容量，不同的C P U 芯片，地址总线的位数是不同的，例如8位芯片，地址总线一般为1 6位，可寻址2%6553 6个地址，即内存容量最大不可能超过64 K B。控制总线C B ：用来传递各种控制与应答信号。4)存储器内存：又称为主存储器(M a in M e m o r y),用来存放程序和数据。随机存取存储器R A M：静态随机存取存储器S R A M (S t a t ic R a n d o m A c c e s sM e m o r y),动态随机存取存储器D R A M (D y n a m i c R a n d o mA c c e s s M e m o r y)P 4 芯片的接口动态R A M (R a m b u s D R A M)只读存储器R O M：R e a d O n ly M e m o r y 装在主板，装有I/O 系统(B lO S)E r a s a b I e P r o g r a m m a b le R O M 用紫外线照射可擦除E E P R O M 用电可擦除高速缓存C a c h e：双极型S R A M,访问速度高于D R A M。在C P U 与内存之间。内存的重要指标：容量。内存越大，“记忆”能力越强，程序运行的速度也越快。特r R O M 只能读不能写，断电后其存储的内容仍然存在。点一 R A M 可读可写，断电以后，R A M 中的内容全部丢失。C P U 直接处理的数据和程序都存放在R A M 中。辅助存储器：又称为外存，有软磁盘、硬磁盘、磁带和光盘等。软盘：信息在软盘上是按磁道和扇区来存放的，每一张盘片的每一面划分为若干个形如同心圆的磁道，这些磁道就是磁头读写数据的路径，磁盘的最外道称为第0 道，最内层为第N 道。现在普遍使用的是容量为1.4 4 M 的双面高密度3.5 英寸的磁盘。共有8 0 个 磁 道(0 7 9 道)。8 0 磁道 X 1 8 个扇区 X 2 面 X 5 1 2 B y t e=1.4 4 M B方便携带，容量小。硬盘：涂有磁性材料的铝合金圆盘组成，每个硬盘由若干张磁性的盘片组成。硬盘有两个主要的性能指标：r平均寻道时间.内部传输率都取决与盘片转动速率，目前的转速主要为5 4 0 0 r/m i n 与7 2 0 0 r/m i n 以及1 0 0 0 0 r/m i n特点：与软盘比较，硬盘的容量更大，速度更快光盘：利用光学方式读写信息的圆盘，写入与读出都是使用激光实现的。光盘类型：C D-R O M,C D-R、C D-R W、D C D-R O MC D-R O M 的数据传输速度称为倍速，一倍速即1 5 0 K bi t/s目前4 8 倍、5 2 倍速的光驱比较普遍4 8 倍速的光盘读取数据的传输速度为4 8 x 1 5 0 k B/s=7.2 M bi t/s o5)I/O 总线和扩展槽I S A：工业标准体系结构E I S A：扩展的工业标准体系结构P C I：外围设备互连总线6)通用串行总线U S BI/O 接口也称适配器，是在微处理器与外部设备之间实现信息交换的电路。通过总线与C P U 相连。U S B 是由I n t e l 提出的一种新型I/O 接口，为解决现行P C 与周边设备的通用连接而设计的，其目的是使所有的低速设备，比如键盘、鼠标、扫描仪、数字音箱、数码相机以及M o d e m 等，都可以接到统一的U S B 接口上。7)输入设备键盘：1 0 1/1 0 2 键，或 1 0 4/1 0 5 键按下某一键，产生相应的扫描码，由键盘中的单片机送入主机，由主机转换成A S C I I 码。键盘接口有A T 接口、P S/2 接口、U S B 接口。鼠标：扫描仪：声卡、麦克风、视频采集卡等。8)输出设备显示器：阴极射线管式C R T,C at h o d e R ay T u be显像管分辨率，1 0 2 4 X 7 6 8扫描频率，7 5 H z,一秒钟刷新7 5 次可以稳定画面液晶显示器，L i qu i d C ry s t a I D i s play液晶的通电有序和不通电无序、有序光线可通过的物理特性，通电与不通电的组合显示出图像。等离子体显示D D P显示卡，与显示器构成计算机的显示系统显示卡的分辨率，显示卡的信号要达到显示器的分辨率。显示卡的存储容量，显示缓存，(3 2 0 x 2 0 0)像素 X 4 b i t /像素+8 B y t e=3 2 K B打印机：打击式 I mpact P ri nt er,非打击式 N o-i mpact P r i nt er点阵式打印机：打印头，2 4 个打印针激光打印机：激光扫描系统、电子照相系统、控制系统喷墨打印机：墨水，喷头二、计算机的软件系统系统软件：管理、控制和维护软硬件资源。给用户提供操作界面。操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、系统实用程序、工具软件等。应用软件：解决实际