大学计算机基础讲稿

郑州澍青医学高等专科学校讲稿课程：计算机第次课教师：日期：内容备注第一章计算机基础知识一、导入最近几年来，大家都能亲身体会到我们国家乃至全世界的电子产品都在发生着翻天覆地的变化。比如，前几年手机是奢侈品，计算机更是有钱人才有的装备，但是现在手机几乎人手一个，而且买一个家用电脑也不再是天方夜谭。电子产品为什么会发展这么迅速呢，其中一个主要的原因是用户的需求。近几年来，计算机的应用日益深入到社会的各个领域，而计算机的发明实际上就是对人脑智力的继承和延伸，而且越来越智能化，所以人们习惯性的就把计算机称为电脑。二、计算机的发展史1946年人类历史上第一台计算机ENIAC（电子数值积分和计算机）在费城问世，它代表了计算机发展史上的里程碑。这台计算机共有17486个电子管，重达30万吨，占地约170平方米，总体积约90立方米，耗电174千瓦，耗资45万美元，运算速度为每秒5000次加法。这就是第一代计算机。1、第一代电子管计算机它的特点是：电子管计算机的运算速度很低，存储容量很小，功耗很大，可靠性很低，功能受限。2、第二代晶体管计算机晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。它的特点就是体积小、重量轻、耗电量少。晶体管的使用使得计算机的体积变小了，速度变快了，功耗低了，性能更稳定了。3、第三代集成电路计算机它的特点是：计算机的体积更小，功耗更低，速度更快。同时在这一时期还开始使用操作系统来管理计算机，使计算机的使用效率大大提高。4、第四代大规模和超大规模集成电路计算机大规模集成电路可以在一个芯片上容纳几百个元件，超大规模集成电路的芯片上容纳了几十万个元件，这使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。而且计算机的价格不断降低，功能不断增强，体积不断缩小。三、计算机的特点1、具有自动控制能力2、计算精度高3、运算速度快4、具有记忆和逻辑判断能力小结：目前的计算机正朝着智能化的方向发展，也就是所谓的第五代计算机，它将信息采集、存储处理、通信和人工智能结合在一起具有形式推理、联想、学习和解释能力。它的系统结构将突破传统的冯.诺依曼机器的概念，实现高效的并行处理。大学计算机基础讲稿2内容备注四、计算机的应用计算机广泛应用于数值计算、信息处理、自动控制和人工智能等领域，另外用计算机可以辅助设计、辅助制造、辅助教学、辅助测试等，它能代替人的一部分脑力劳动，从而可以大大提高人们的工作效率。五、计算机中的信息表示1、数制的分类在日常生活中常用到的有十进制、二进制、八进制、十六进制等。所谓的进制就是“逢N进一，借1当N”。2、数制中常用的概念在计算机的数制中，有数码、基数和位权三个基本的概念：数码：一个数制中表示基本数值大小的不同数字符号。例如，十进制有10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。基数：一个数制中所使用的数码的个数。例如，二进制的基数为2，十进制的基数为10。位权：处在不同位置的数字所代表的值不同，而在固定位置上单位数字表示的值是确定的，这个固定位上的值称为权。例如，十进制数134，1的位权是102，3的位权是101，4的位权是100。常用计数制的基数和数字符号3、数制转换（1）十进制转换为非十进制数①十进制整数转换为非十进制整数将十进制整数转为非十进制整数采用了“除基数去余数”，即十进制数逐次除以需转换为数制的基数，直到商为0为止，然后将取得的余数有下而上排列即可。如十进制数75转换为二进制、八进制和十六进制的过程如下。十进制转换为二进制余数2|75……………………1低位2|37…………………..12|18……………..…02|9…………………12|4………………...02|2……………….02|1……………..1高位结果为：（75）10=（1001011）20十进制二进制八进制十六进制基数数码表示符号100—9D20,1B80—7O160--9,A,B,C,D,E,FH问题：数值型数据、文字、图片、音乐等信息是怎么转换成二进制而存储到计算机里呢？这就是信息的编码问题。其中数值型数据的编码用到数制的知识。所谓数制指的是数的表示方法和规则。问题：为什么计算机中用二进制数存储数据而不用其他进制？大学计算机基础讲稿3内容备注十进制转换为八进制余数8|75………………......3低位8|9…………………...18|1……………...…..1高位0结果为：（75）10=（113）8⑶十进制转换为十六进制余数16|75…………………..B低位16|4…………………4高位0结果为：（75）10=（4B）16②十进制小数转换为非十进制小数将十进制小数转换为非十进制小数采用的是“乘基数取整数”，即将十进制小数逐次乘以需装换为数制的基数，直到小数的当前值为0或满足所要求的精度为止，最后将所得到的乘积的整数部分从上到下排列即可。如将十进制小数0.625转换为二进制小数，对0.625乘2取整。0.625×2整数1.25………………..1高位×20.5………………..0×21.0………………..1低位结果是：（0.625）10=（0.101）2（2）非十进制转换为十进制非十进制数转换为十进制数采用了“位权法”，即把各非十进制数按权展开，然后求和，便可得到转换的结果。转换方式为（P）x=a1×xn-1+a2×xn-2+a3×xn-3+…+am-1×x1+am×x0+am+1×x-1+…其中，a1，a2，…，am-1，am，am+1，…为数据Ｐ中各个位置上的数码，x为基数，n为数据P中数码的位数。①将二进制数11011.11转换为十进制数（11011.11）2=1×24+1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=(27.75)10②将八进制107转换为十进制（107）8=1×82+0×81+7×80=（71）10③将十六进制A8F转换为十进制A8FH=10×162+8×161+15×160=2703D（3）二进制与其他二进制之间的转换①二进制与八进制之间的转换转换规则：以小数点位界，将整数部分自右向左，小数部分自左向右，分别按每3位位一组（不足三位用0补足），然后将各个3位二进制转换位对应的1位八进制数即可。反之，若把八进制数转换位二进制数，只有把每1位八进制转换位对应的3位二进制数即可。大学计算机基础讲稿4内容备注将二进制数（101101111.11）2转换为八进制数（101101111.11）2=（101101111.110）=（557.6）85576将八进制数（170.6）8转换为二进制数（170.6）8=（170.6）8=（1111000.11）2001111000.110②二进制数与十六进制数之间的转换转换规则：以小数点为界，将整数部分自右向左，小数部分自左向右，分别按每4位为一组（不足4位用0补足），然后将各个4为二进制转换为对应的1位十六进制数即可；反之，若把十六进制数转换为二进制数，只要把每1位十六进制转换为对应的4位二进制数即可。将二进制数（101101111.11）2转换为十六进制数（101101111.11）2=（101101111.1100）2=(16F.C)1616FC将十六进制数(F105.3)16转换为二进制数(F105.3)16=（F105.3）16=(1111000100000101.0011)24、小结在进行二进制与十六进制之间的转换时，往往利用二进制数作为中介，即先把原数转换为二进制数，再把得到二进制数转换为目标进制数。由于二进制数通常位数比较多，读写时容易出错，因此可采用其他进制的方法来书写数值，这些进制的数通常与二进制的数有良好的对应关系。八进制数是将二进制数的3位一组，进行合并后来记录数值的计数方法；十六进制数是二进制数的4位一组，进行合并后来记录数值的方法。但在计算机内部计算机能直接存储和处理的数只能是二进制数。六、信息的几种编码1、信息的存储单位（1）位（bit）：译音比特，代表二进制位，是存储器中最小的单位。（2）字节（Byte，简写为B）：存储容量的基本单位。1字节=8位在实际应用中,还经常使用KB（KiloBytes,千字节）,MB（MegaBytes兆字节）,GB（GigaBytes,吉字节）作为存储信息容量的单位。其中：KB=210=1024B1MB=220=1024×1024B1GB=230=1024×1024×1024B.2、BCD码3、ASCII码ASCII码是国际通用的字符编码，每个ASCII码以1个字节(Byte)储存，从0到数字127代表不同的常用符号，ASCII码只用了字节的七个位，最高位并不使用。4、汉字的编码大学计算机基础讲稿5郑州澍青医学高等专科学校讲稿课程：计算机第次课教师：日期：内容备注第二章计算机硬件系统（2.1~2.3）一、认识计算机二、讲述计算机的工作原理计算机的工作原理遵循的仍然是冯•诺依曼原理，虽然计算机已经发展到了第四代，但是其基本原理没有变。其基本思想是：存储程序与程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。根据存储程序和程序控制的概念，在计算机运行过程中，实际上有两种信息在流动。一种是数据流，这包括原始数据和指令，它们在程序运行前已经预先送至主存中，而且都是以二进制形式编码的。在运行程序时数据被送往运算器参与运算，指令被送往控制器。另一种是控制信号，它是由控制器根据指令的内容发出的，指挥计算机各部件执行指令规定的各种操作或运算，并对执行流程进行控制。这里的指令必须为该计算机能直接理解和执行。总之，计算机工作的时候首先由输入设备（如键盘或鼠标）把数据或者指令送至主机，然后再由中央处理器（CPU）进行处理，最后再由输出设备把结果输出。至于每个部分是怎样工作的在下面的课程中会有讲解。三、主机的各个组成部分的功能、原理及性能指标（一）中央处理器（CPU）1、CPU的构成及工作原理CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)是由上万个甚至上百万个微型晶体管构成，其内部分为控制单元、运算单元和存储单元三大部分。控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以得到程序最终的结果，存储单元负责存储原始数据及运算结果。2、CPU的性能指标（1）主频、外频和倍频主频指CPU的内核工作频率，外频指系统时钟频率。CPU的主频、外频和倍频的关系是：主频=外频×倍频可以通过提高系统时钟频率（即CPU的外频）来提高CPU的速度，这种方法需要适当提高CPU的工作电压。（2）总线速度和总线宽度大学计算机基础讲稿6内容备注CPU处理的数据是从主存储器取过来的，由于CPU和内存之间的速度有差异，便在它们之间增加了二级缓存(Cache)来协调二者的速度差异。总线速度包括内存总线速度和扩展总线速度。内存总线速度是指是指CPU与二级缓存和内存之间的通信速度。扩展总线速度是指微机系统上如PCI、AGP等局部总线的速度。总线宽度包括地址总线宽度和数据总线宽度。地址总线宽度是指决定了CPU可以访问的物理地址空间。（3）缓存缓存(Cache)也称为高速缓冲存储器，它是位于CPU和主存储器之间的规模较小但速度很快的存储器。其工作原理是在缓存中保存着主存储部分内容的副本，使CPU在读写数据时，首先访问缓存。而缓存的速度与CPU相当，所以CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据读写。只有缓存中不包含有CPU所需的数据时，CPU才去访问主存。这样大大提高了CPU访问内存的速率。3、选择CPU的一些小常识（1）CPU生产厂家CPU生产厂家主要有Intel、AMD、VIA等。（2）CPU内核内核是CPU的最重要的组成部分。是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的。CPU所有的计算、接收/存储命令、处理数据都由核心执行。现在主流的是双核技术，既是在单个半导体的一个处理器上拥有两个功能相同的处理器核心。目前Intel推出的双核心处理器有PentiumD和PentiumExtre