演示素材计算机基础知识

第1章计算机基础知识1第1章计算机基础知识1.1电子计算机概述电子计算机（Computer）也称电脑，是一种能够按照事先存储的程序和数据，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。它由硬件和软件所组成，两者是不可分割的，人们把没有安装任何软件的计算机称为“裸机”。电子计算机能部分的代替人类的脑力劳动，是20世纪科学技术最卓越的成就之一，也是人类智慧的高度结晶。电子计算机和网络通信技术的发展和应用水平，促进了人类科学技术和生产力水平的高速发展，也是衡量一个国家科学技术发展水平和经济实力的重要标志。因此，学习和应用电子计算机基础知识，对于每个学生、科技人员、教学和管理工作者都是十分必要的。1.1.1电子计算机的特点与发展史1.电子计算机的特点电子计算机的特点是运算速度快，计算精度高，可靠性好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且数据不易损失，具有多媒体及网络功能等。（1）运算速度快。世界上第一台电子管计算机每秒钟能进行5000次加法运算，比中国传统的计算工具算盘或手摇计算机要快几百倍、上千倍，而现在电子计算机的运算速度已从每秒5000次发展到了千万亿次。（2）计算精度高。从硬件角度来看，电子计算机计算精度取决于计算机的字长，字长越长则计算结果越精确。目前通用的电子计算机有16位、32位、64位、128位等,如果再利用计算机软件的功能扩展，能达到的计算精度是空前的。（3）具有超强的记忆功能。现代电子计算机具有电子元器件构成的主存储器和辅助存储器，可以存储电脉冲信号，并利用这些电脉冲信号在计算机中表示信息。由于电子计算机的存储记忆功能，在运算过程中只需事先将数据输入到计算机的存储单元中，运算时可直接从存储单元中获得数据，从而使处理数据的时间减少到最低限度，并且使用程序控制可以存储和记忆大量数据和信息，这是区别电子计算机于其他机器最本质的特点。（4）自动化程度高。电子计算机的工作过程是由人控制的，人给机器发布指令后，机器则`电子计算机孕育于英国，诞生于美国，目前遍布于全世界。在电子计算机发展过程中，最杰出的代表人物是英国的图灵（AlanMathisonTuring，1912—1954年）和美籍匈牙利人冯.诺依曼（JohonVonNeumann，1903—1957年）。1946年2月14日，美国正式通过验收ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）电子数值积分计算机，宣告了人类第一台电子计算机的诞生。1949年5月世界大学计算机基础2第一台实现内存储程序的电子延迟存储自动电子计算器（ElectronicDelayStorageAutomaticCaculator，EDSAC）由英国剑桥大学的威尔克斯（M.v.Wilkes）根据冯.诺依曼原理设计成功。1952年世界第一台内部存储程序功能的电子离散变量自动计算机（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，EDVAC）根据冯.诺依曼原理制造成功。EDVAC采用了二进制编码的存储器，其硬件系统由运算器、控制器、存储器、输人设备和输出设备五部分组成。习惯上电子计算机（冯.诺依曼原理计算机）发展史（根据电子计算机采用的逻辑元器件划分）可划分为四代：第一代：计算机时代（1946年一20世纪50年代末期）。硬件方面：逻辑电路由电子管组成，是电子计算机的初创时期，特点是体积大、耗能高、速度慢（每秒数5000次至数万次）、容量小、价格昂贵。主要用于军事和科学计算。软件方面：确定了程序设计概念，出现了高级语言雏形。第二代：晶体管计算机时代（20世纪50年代中期一20世纪60年代末期）。硬件方面：采用晶体管为逻辑元件，并且使用磁芯存储器做为内存储器。特点是具有高速度、高可靠性、耗电省和体积小等。软件方面：出现系列高级程序设计语言，提出了操作系统的概念。计算机设计出现了系列化思想。应用范围也从军事与尖端技术方面延伸到气象、工程设计、数据处学研究领。我知道第三代：中、小规模集成电路计算机时代（20世纪60年代中期一20世纪70年代初期）。硬件方面：采用中、小规模集成电路（IC）作为逻.多逻辑电路集中做在一块只有几平方毫米的硅片上，构成电子计算机的主要器件。特点是体积缩小，功耗降低，功能有了较大改进，可靠性大大提高。软件方面：出现了操作系统及结构化、模块化程序设计方法。软、硬件都向通用化、系列化、标准化的方向发展。第四代：大规模和超大规模集成电路计算机时代（20世纪70年代初期至今）。硬件方面：采用了超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI）和极大规模集成电路（UltraLargeScaleIntegration，ULSI）作为逻辑元件。高度集成化是这一代电子计算机的主要特征，无论是体积、重量、耗电量、运算速度和可靠性等诸多方面，都达到了一个新的水平。1.1.2电子计算机的分类与应用领域1.电子计算机的分类目前国际上沿用的电子计算机的分类方法，是根据美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1989年11月提出的标准来划分的，即把计算机划分为巨型机、小巨型机、大型主机、小型机、工作站和个人计算机等六类。（1）巨型机（Supercomputer）或称为超级计算机。特点是在所有计算机类型中占地最大、价格最贵、功能最强、浮点运算速度最快（每秒千万亿次）。其研制水平、生产能力及应用程度，已成为衡量一个国家经济实力与科技水平的重要标志。（2）大型主机（Mainframe）或称大型计算机或大型通用机。特点是通用性强，具有很强的综合处理能力，整机处理速度高达每秒30万亿次以上。主要用于大银行、大公司、规第1章计算机基础知识3模较大的高校和科研院所，所以也被称为“企业级”计算机。（3）小巨型机（Minisupercomputer）或称小型超级计算机。出现于20世纪80年代中期。特点是浮点运算速度较快，每秒可达10万亿次以上，而价格较低廉，平均只有巨型机的十分之一左右，可满足一些中、小企业、公司和一些特殊用户的需求。（4）小型机（Minicomputer或Minis）或称小型计算机。特点是整机硬件结构简单，可靠性较高，成本较低，系统维护、管理及操作人员不需要经过长期培训即可维护和使用。（5）工作站（Workstation）或称工作站微机。这是介于PC机与小型机之间的一种高档微机，其特点是运算速度比微机快，且有较强的联网功能，主要用于特殊的专业领域。（6）微型机（Microcomputer）或称PC机。这是20世纪70年代出现的新机种，主流是IBM公司在1981年推出的PC系列及其众多的兼容机。其设计先进（率先采用高性能微处理器），软件丰富，功能齐全，价格便宜，拥有广大的私人用户，大大推动了计算机的普及应用。目前微型机除了家用的台式机外，还有笔记本、膝上型、掌上型等。2.电子计算机的应用领域电子计算机应用是计算机学科与其他学科相结合的边缘学科，也是计算机学科的组成部分。其应用领域可分为数值计算和非数值应用两大领域，非数值应用又包括数据处理和知识处理。（信息系统、工厂自动化、办公室自动化、家庭自动化、专家系统、模式识别、机器翻译等）电子计算机的应用领域极为广泛，主要可以概括为以下几个方面：（1）数值运算。是电子计算机应用的一个重要领域，它能迅速准确地解决科研、建筑、航天、工程、军事、气象等各领域所提出的大量繁琐复杂的数学问题。知识、能力和素质结构1.主干课程，核心课程（2）数据处理。是目前电子计算机应用最广泛的一个领域。数据处理是利用电子计算机来加工、处理与操作任何形式的数据及各种信息（声音、图像、图表、数字、文字等），通过计算机迅速准确地记录、分类、计算、判别、检索和制表等加工后，输出符合人们要求信息的过程。数据处理的应用很广，如图书资料检索、数据报表、资料统计和分析、企业管理、档案管理、城市交通管理、银行储蓄管理、航空公司订票管理、仓库管理等。（3）过程检测与控制。企业在生产过程中，可以使用电子计算机采集原始数据，采集后的数据进行某种转换后可以自动进行检测，并把检测到的数据存储至电子计算机加以分析，根据分析结果，进行自动控制、调整生产的过程。（4）计算机辅助系统。为提高设计质量，缩短设计周期，提高设计自动化水平，人们借助于计算机进行辅助设计，称为计算机辅助系统。通常包括计算机辅助设计、制造、测试（CAD／CAM／CAT）、办公自动化（OA）、信息检索自动化、模式识别等。（5）人工智能（智能模拟）。是利用电子计算机模拟人的感觉、推理、思维、理解等某些行为，使计算机具有视觉、语言、行为、思维、逻辑推理、学习、证明等能力。人工智能主要包括专家系统、自然语言处理、图像识别、声音识别、模拟识别、智能检索、机器翻译、定理证明、机器人等方面。（6）计算机辅助教育。是利用计算机技术，按照科学的方法解决教学过程中的一些问大学计算机基础4题而形成的一种新的教育技术。计算机辅助教育包括两个方面：计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction，CAI）和计算机管理教学（ComputerManagedInstruction，CMI）。（7）网络应用。利用计算机网络（因特网）在一个地区或一个国家甚至在世界范围内的计算机与计算机之间实现软、硬件资源和信息共享，促进地区间与国际间的通信与各种数据的传输与处理（E-mail、MSN、QQ等），从而改变了人类社会的时空观念。1.2计算机系统的技术指标1.2.1信息与数据信息（Information）是人们对数据进行加工、整理、概括、归纳并使之精练、浓缩表示一定意义的符号的集合。它可以是数字、文字、图形、图像、动画、声音等，是人们用以对客观世界直接进行描述、在人们之间进行传递的知识。它是观念性的，与载荷信息的物理设备无关。数据（Data）是指人们感知到的形象和事实，是信息的具体表现形式，是各类物理符号及其组合，它反映了信息的内容。数据的形式要随着物理设备的改变而改变，可以在物理介质上记录或传输，并通过外围设备被计算机接收，经过处理而得到结果。数据是信息在计算机内部的表现形式。1.2.2数制和数据的存储单位1.数制（Numbersystem）数制也称计数制。是指用一组固定的数字（数码符号）和一套统一的规则来表示数值的方法。数制定义的主要内涵是：（1）数制的种类多，具有R种计数制。例如，二十四进制（24小时为一天）、六十进制（60分为1小时，60秒为1分）、八进制、十六进制和二进制等。（2）在R进制的数制中，只能使用一组固定的数字来表示数的大小。数字在一个数制中所处的位置称为数位。表示一个数值大小的数字个数称为该数制的基数（Base）。例如，十进制数（Decimal）的基数是10，使用0～9十个数字，二进制数（Binary）的基数为2，使用“0”和“1”两个数字。（3）在各种进位计数制中，R进制的规则是逢R进1，或者借1为R。2.位权（Weight）位权是指数位上的数字乘上一个固定的数值。十进制数是逢十进一，所以每一位数可以分别赋以位权100，，101，102……用这样的位权能够表示十进制的数。3.基数（Base）某一计数制中基数的最大数是“基数减1”，而不是基数本身。例如，十进制数中的基数为（0～9），二进制数中的基数为（0，1），最小数均为“0”。数位、位权和基数是进位计第1章计算机基础知识5数制中的三个基本要素。4.二进制数（Binary）二进制数是采用“逢二进一，借一为二”的计数方法。其基数是“O”和“1”两个数字。计算机中的机内数据，不论是数值型（Numeric）的还是非数值型（Non-numeric），如数字、文字、图形、图像、色彩、动画和声音等信息，都是采用二进制数来表示的。在计算机存储器内部可以用若干位二进制数表示一个数或者一条指令，前者称为数据字，后者称为指令字。总之，在计算机存储器内部存储的所有信息均是用二进制数字表示和计数的，其主要原因是由于二进制数在技术操作上的可行性、可靠性、简易性及其逻辑性（通用性）所决