第1章计算机基础知识_课件_1

首先说明：“计算机应用基础”课程可操作性很强，讲课时经常会做一些演示操作，因此频繁地切换窗口是不可避免的，为了方便起见，正课用Word文档讲授（取代PPT课件）。本节内容有：计算机的发展过程、分类、特点以及应用，计算机中不同数制以及不同数制之间的转换等。一．计算机的发展历史世界上第一台电子数字计算机ENIAC（读作“埃尼阿克”）于1946年在美国的宾夕法尼亚大学研制成功，这标志着人类开始进入了计算机时代，第一代电子计算机就是从1946年开始的，从第一代计算机至今已有六十多年了，根据计算机所采用的电子元件（又称电子元件，或逻辑元件），一般把计算机的发展分成四个阶段。1．第一代电子计算机又称为电子管时代计算机，约在1946年―1958年，其基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件，造价昂贵，体积庞大，主要用于军事和科研。2．第二代电子计算机又称为晶体管时代计算机，约在1958年―1964年，其基本特征是晶体管代替了电子管作为逻辑元件，因此体积得以缩小。3．第三代电子计算机又称为集成电路时代计算机，约在1964年―1970年。其基本特征是逻辑元件采用小规模集成电路SSI和中规模集成电路MSI，计算机体积显然要小的多，在软件方面，使用了具有分时机制的操作系统，程序设计语言也大大丰富了。4．第四代电子计算机又称为大规模集成电路时代计算机，时间大约为1971年至今，目前所使用微型计算机（简称微机）就属于这一代，以其小巧玲珑、性能稳定、价格低廉而深受用户的欢迎。二．计算机的分类1．按计算机的用途或使用范围，计算机可分为通用计算机与专用计算机两类。目前，人们所使用的多半是通用计算机。专用计算机用于特殊场合，例如可用于控制火箭发射，或控制机床等。2．按计算机所处理的数据类型（如数据有连续的和不连续的）可分为电子数字计算机、电子模拟计算机和数模混合型计算机。3．按计算机的规模和处理能力来分，可将计算机分为巨型机、大中型计算机、小型计算机、图形工作站、微型计算机（简称PC---个人电脑）三．计算机的特点主要有以下几个特点：1．运算速度快衡量计算机的运算速度一般是用计算机一秒内所能执行加法指令的次数。常用的单位是用MIPS（即百万次/秒，MillionInstructionsPerSecond）。当前计算机运算速度最高可达每秒几万亿次，PC机要慢一些。2．计算精度高精确度可达十几位甚至上百位有效数字，计算机的精确程度主要有计算机的字长来决定的。3．记忆能力强（又称存储容量大）计算机的记忆部件称为存储器。存储器设备容量可达海量，并能长久保存数据（数据形式有文字、图形、声音、视频等形式）。4．逻辑判断能力强计算机具有逻辑判断能力。计算机的逻辑判断能力是通过程序来实现的。5．自动执行程序的功能计算机内部执行指令是按人们事先编好的程序自动进行的，无需人工干预。计算机能自动执行指令源于冯·诺依曼的“存储程序和程序控制”的思想。因此，目前的计算机仍然属于冯·诺依曼结构计算机。6．通用性强计算机有很强的通用性，其主要原因在于计算机的可编程性。四．计算机的应用主要有以下几个方面：1．科学计算计算机大量地用于科学计算，这也是计算机的最早应用领域。2．数据处理数据处理也称为信息处理。数据处理是指对原始数据进行采集、存储、整理、分类、统计、检索、利用和输出等加工处理。数据处理是目前计算机应用最广泛的一个领域（约占计算机应用的80%）。3．实时控制实时控制也称为过程控制。现代工业生产的过程控制基本上都以计算机控制为主，例如，大型冶金企业中的高炉炼铁控制、钢材轧钢控制、数控机床控制、电炉温度控制等都有计算机的自动控制系统。4．计算机辅助系统计算机辅助系统，可代替部分人工的工作，提高工作效率和工作质量。计算机辅助系统包括以下几个方面：计算机辅助设计（简称CAD）、计算机辅助教育（简称CAI）和计算机辅助制造（简称CAM），以及计算机集成制造系统（简称SIMS）。5．人工智能人工智能是指用计算机模拟人脑的部分功能，如机器翻译、智能机器人等。人工智能是计算机应用中最诱人、也是难度最大且目前研究最为活跃的领域之一。6．网络与通信计算机用通信线路连接起来构成网络，从而实现资源共享和数据通信。7．数字娱乐指人们利用计算机进行娱乐和文化活动。例如通过计算机欣赏电影、观看电视、玩游戏，以及进行家庭文化教育等。五．信息的基本概念什么是数据？数据是客观事物属性的表示，没有作为任何处理。什么是信息？信息是经过加工后的数据。两者的关系：数据记录了客观现象的事实，是一种原始材料。信息来源于数据，是对数据进行加工处理的产物，数据是信息的载体。有时描述时，数据和信息不作严格的区分。下面来思考以下问题：问题1：目前，微型计算机中广泛采用的电子元器件是______。A.电子管B.晶体管C.小规模集成电路D.大规模和超大规模集成电路问题2：早期的计算机体积大、耗电多、速度慢，其主要原因是制约于______。A.元材料B.工艺水平C.设计水平D.元器件1946年在美国发明了第一台电子数字计算机ENIAC，用的电子元器件是电子管，电子管的缺点是：体积大、耗电多、速度慢。问题3：计算机可分为数字计算机、模拟计算机和数模混合计算机，这种分类是依据______。A.功能和用途B.处理数据的方式C.性能和规律D.使用范围如果有人问你：电子计算机按规模和处理能力划分，则可以分为（？），答：巨型计算机、中小型计算机和微型计算机。附带说一下，微型计算机简称为PC（PC是“个人计算机”的意思）。问题4：当前计算机的应用最广泛的领域是______。A．辅助设计B．科学计算C．数据处理D．过程控制如果有人问：计算机的应用最早的领域什么？（答：科学计算）问题5：“存储程序和程序控制”这个思想是由（？）提出来的？图灵/布尔/香农/冯·诺依曼问题6：电子计算机最主要的工作原理是______。（就是书上p.27【例题1-3】）A.高速度/B.高精度/C.存储程序与程序控制/D.记忆力强问题7：看p.31第7小题：下列说法中，关于计算机主要特点的叙述中错误的是_____。A．具有很强的记忆能力B．具有高速运算的能力C．具有很高的计算精度D．具有创造能力问题7：看p.31第10小题：计算机的通用性使其可以求解不同的算数和逻辑问题，这主要取决与计算机的______。A．可编程性B．指令系统C．高速运算D．储存功能问题8，看p.31第11小题：计算机应用中最诱人、也是难度最大且目前研究最为活跃的领域之一是______。A．人工智能B．信息处理C．过程控制D．辅助设计问题9：根据信息的定义，信息是指______。A．处理后的数据B．非数值数据C．数值数据D．各班各科成绩问题10．数据是信息的载体，它包括了数值、文字、语言、图形和______等不同的形式。A．多媒体B．表达式C．函数D．图像问题11：计算机广泛地应用于辅助设计、辅助制造和辅助教学等，其中计算机辅助制造的英文缩写是______。A．CADB．CAIC．CAMD．CAT（说明：要求大家能说出CAD和CAI分别是什么。类似的题目还可以看p.28【例题1-6】）------------------------------------------------------本节内容有：数制的基本概念，不同数制之间的转换。一．计算机中常用的数制1．十进制数十进制数的特点是：有10个记数符号（又称为数码），是：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；基数是10（基数定义为数码的个数）；逢十进一。例如(138)10是一个十进制数。还可以在写为138D,用D表示十进制。2．二进制数不论是什么信息，计算机内部总是以二进制数进行运算、存储和控制。二进制数的特点是：有2个数码：0和1；基数是2；逢二进一。例如，(1011011)2是一个合法的二进制数，还可以写为1011011B,用B表示二进制。3．八进制数八进制数的特点是：有8数码：0，1，2，3，4，5，6，7；基数是8；逢八进一。例如，(237.4)8是一个合法的八进制数，也写为237.4O,用O表示八进制。3．十六进制数十六进制数的特点是：有16数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F（特别指出，十六进制中的6个英文字母：A，B，C，D，E，F依次地分别等于十进制的10，11，12，13，14，15）；基数是16；逢十六进一。例如，(4A6C)16是一个合法的十六进制数，也写为4A6C(H)，其中H表示十六进制。二．不同数制之间的转换1．非十进制数转换为十进制数根据数制理论，任何一个非十进制数都可以转换为十进制数，如下所示是一个二进制数(1011011)2，将其转换为十进制数，方法是把它展开写为多项式和的形式，每一项为相应的数码与幂的乘积，并规定：二进制（或八进制、或十六进制）的幂底数是2（或8，或16），2（或8，或16）的次方由数码所在的位置减1得到。如下从高位开始展开…(思考：为什么是2的6次方？？):(1011011)2=1×26+0×25+1×24+1×23+0×22+1×21+1×20=64+0+16+8+0+2+1=91D再看第2个例子：将一个八进制数(237.4)8转换为十进制数。将其展开为多项式并按十进制法则求和。（说明：小数点后面各项次方依次地为-1、-2、-3等，例如这里的0.4这一项可写为：4×8-1。）(237.4)8=2×82+3×81+7×80+4×8-1=128+24+7+0.5=159.5D再看第3个例子：将一个十六进制数(4A6C)16转换为十进制数。将其展开为多项式并按十进制法则求和。（注意：这里的数码A对应十进制的10，数码C对应十进制的12。）(4A6C)16=4×163+A×162+6×161+C×160=4×163+10×162+6×161+12×160=16384+2560+96+12=19052D2．十进制数转换为非十进制数讨论将十进制数转换为非十进制数。下面以十进制数125转换为二进制数为例子进行讨论。转换采用的方法是：“除2取余数”法，即将125连续地除以2取余数，直到商为0。详见如下：具体操作是：如下图所示，将125除以2，得到的余数为1，写在右侧，再把所得到的商62除以2，得到的余数为0并写在右侧，依此类推，直到商为0，其结果从下读到上即倒写，因此转换结果为：(125)10=1111101（B）。同理，采用“除8取余”法和“除16取余”法分别可以十进制数转换为八进制数和十六进制数。例如：(125)10=175O，(125)10=7DH。3．二、八、十六进制数之间的转换我们先来看两个对应表：每1位十六进制数可以用4位二进制数来表示；每1位八进制数可以用3位二进制数来表示具体的数量关系是（我们一起来写…虽然我给你们写好了，但我还是要大家会写这个转换表..）：16进制2进制8进制2进制0000000001000110012001020103001130114010041005010151016011061107011171118100091001A1010B1011C1100D1101商为0E1110F1111-------------------------------------------------------------------------根据这个对应关系，如果是二进制数转换成八进制数，则以小数点为中心向左右两边分组，每3位一组，两头不足3位补0即可。同样二进制数转换成十六进制数以4位一组进行分组，如果不足4位也用0补足。看例子：将二进制数(1101110.11)2转换为八进制数。从小数点起，向左、右每3位分组，若不够3位用0补足3位，查关系表得到如下：(1101110.11)2=(001101110.110)2=156.6(O)将二进制数(11011001000.0110111)2转换为十六进制数。道理同上，但以四位为一组，如下：(11011001000.0110111)2=(011011001000.01101110)2=6C8.6E(H)