第一章计算机基础知识

上海交通大学继续教育学院1课程简介计算机应用基础课程属于全国网络高等学历教育公共基础课程，是全国统一考试的科目。针对于国家统考大纲要求主要介绍以下内容：计算机基础知识、Windowsxp操作系统及其应用、文字处理软件Word2003、电子表格软件Excel2003、电子演示文稿制作软件PowerPoint2003、计算机网络基础、Internet应用、计算机安全、计算机多媒体技术。上海交通大学继续教育学院2教学过程包括两个环节课堂讲授上机实验计算机应用基础课程共4个学分，上课：44学时（11次）上机：16学时（四次）上海交通大学继续教育学院3学习方式----全程网络学习模式学习资源：课程讲义、教学辅助资料、学习方式：课堂教学、课程直播、点播、下载、移动学习教学互动：学习论坛课程答疑教学互动小测验上海交通大学继续教育学院4考试成绩考勤15％（面授11次：上海学生刷卡考勤不少3次，上机4次：机房上机不少两次，课程评价：每讲评价和综合评价)作业成绩（共六次）25％期末考试（机考）60％作业及小测验中客观题题目均选自统考题库，由系统自动批改上海交通大学继续教育学院5教学人员主讲教师：高万萍Email:[e-mail]：52385159职责：课程讲授，课程答疑助教：唐自君Email:[e-mail]：52385346职责：课程答疑，上机辅导，批改作业课件制作技术人员：Tel：[phone]职责：课件制作，解答课件下载、播放问题各专业教务（教学主管）：职责：教学及考试安排、学籍管理等事项由各专业的教务老师负责。上海交通大学继续教育学院6第1章计算机基础知识本章学习目标1.1计算机的基本概念1.2计算机系统的组成1.3信息编码1.4微型计算机的硬件组成互动题目上海交通大学继续教育学院7本章学习目标本章主要学习计算机的基本概念、计算机中信息的表示、计算机系统的组成、微型计算机的硬件组成。主要有以下内容：计算机的发展过程;数字计算机的主要特点;计算机系统的基本组成;位、字节、字、字长以及存储单元地址的概念;信息在计算机中如何表示.上海交通大学继续教育学院81.1计算机的基本概念1.1.1计算机的诞生和发展历史1.1.2计算机的分类1.1.3计算机的主要特点1.1.4计算机的主要用途1.1.5信息的基本概念1.1.6计算机的发展方向上海交通大学继续教育学院91.1.1计算机的诞生和发展历史5000次加法/秒总重30吨占地150m218000只电子管1500个继电器功率170KW1946年美国研制出第一台数字式电子计算机——上海交通大学继续教育学院10第一代（1946~1957）电子管5千（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几十万（次/秒）计算机发展的几个阶段1）确立了模拟量可变化为数字量进行计算，开创了数字化技术的时代。2）形成了电子数字计算机的基本结构：冯·诺依曼结构。3）确定了程序设计的基本方法，采用机器语言和汇编语言编程4）开创了使用CRT（cathode-raytube）作为计算机的字符显示器1）开创了计算机处理文字和图形的新阶段。2）出现了操作系统3）出现高级语言。3）出现通用计算机和专用计算机的区别。4）鼠标开始作为输入设备出现（主要在一些图形工作站上）。上海交通大学继续教育学院11计算机发展的几个阶段1.操作系统更加完善，出现分时操作系统2.出现结构化程序设计方法机器的种类开始根据性能被分为巨型机、大型机、中型机和小型机。较好解决了硬件更新过程中的兼容性问题。出现序列机第三代（1965~1970）中小规模集成电路百万（次/秒）第四代（1971至今大规模和超大规模集成电路百万亿（次/秒）1.开始出现微机——微型计算机，计算机开始走入家庭。1971年intel公司使用LSIC率先推出4004。2.进入网络时代上海交通大学继续教育学院121.1.2计算机的分类按信号分数字电子计算机模拟电子计算机数模混合计算机按设计目的分通用计算机专用机算机按用途分科学计算工业控制数据处理辅助设计/制造/教学……按规模分（字长、运算速度、存储容量）巨型机：速度最快、处理能力最强大中型机：大型、通用、较快小型机：规模小、结构简单、设计周期短、使用维护简单。微型机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜。上海交通大学继续教育学院131.1.3计算机的主要特点1.自动控制能力：程序和数据都以二进制的形式存储在存储器中，由程序控制计算机自动执行，存储程序是计算机能自动控制处理的基础。2.高速运算的能力3.具有“记忆”能力4.具有很高的计算精度5.具有逻辑判断能力6.通用性强，用途广泛上海交通大学继续教育学院141.1.4计算机的主要用途1.科学计算（最早应用的领域）2.数据处理（目前应用最广的领域）3.自动控制（实时控制）4.计算机辅助系统5.人工智能：CAD,CAM,CAE,CAI,CIMS网络应用、电子商务等上海交通大学继续教育学院151.1.5信息的基本概念信息人们进行各种活动所需和所获取的知识,例如:各种消息、数字、信号、图形、图像、语言等所包含的内容数据客观事物属性的表示，是符号。分：数值数据和非数值数据，数据与信息的关系数据是信息的表示形式，是信息的载体；信息是数据所表达的含义，是人们通过对数据的分析和理解得到的。信息不能独立存在，必须依附在某种载体之上。上海交通大学继续教育学院161.1.6计算机的发展方向巨型化微型化网络化智能化上海交通大学继续教育学院17CRAY-Ⅱ计算机发展趋势——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”，运算速度为每秒3800亿次（排名80位）。银河Ⅱ上海交通大学继续教育学院18计算机发展趋势——微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。上海交通大学继续教育学院19计算机发展趋势——网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。上海交通大学继续教育学院20计算机发展趋势——智能化第一代机器人:机械手（1962年出现）。人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第二代机器人:具有“感觉”的机器人第三代机器人:装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarryKasparov上海交通大学继续教育学院211.2计算机系统的组成1.2.1计算机系统的组成1.2.2计算机硬件系统1.2.3软件的概念及软件的分类上海交通大学继续教育学院221.2.1计算机系统的组成硬件系统（设备）软件系统（程序、数据、文档）计算机系统软件（software）是指实现算法的程序、数据和相关文档。软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。硬件（hardware）是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。上海交通大学继续教育学院23计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机外存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件：办公软件包、用户程序硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机读写存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等实用程序：诊断程序、排错程序等数据库管理系统上海交通大学继续教育学院241.2.2计算机硬件系统“存储程序”工作原理计算机硬件基本组成一、中央处理器二、存储器三、输入设备四、输出设备五、微型计算机主板、总线与接口上海交通大学继续教育学院25JohnvonNeumann－－－冯·诺依曼计算机的基本工作原理1）数据和指令以二进制方式表示，存入存储器中。2）控制器能够将程序自动读出并自动地执行。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，CPU依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。“存储程序”工作原理上海交通大学继续教育学院26计算机硬件基本组成（外）存储器（内）存储器中央处理器（CPU）控制器输入设备输出设备数据流控制流运算器上海交通大学继续教育学院27I/O设备内存储器运算器控制器原始数据取数结果存数指令存取命令运算命令输入/输出命令图1-12计算机工作流程计算机的基本工作流程上海交通大学继续教育学院28一、中央处理器（CPU）中央处理器包括：运算器和控制器。运算器（算术逻辑运算单元）：完成各种算术运算与逻辑运算。控制器：负责从内存读取各种指令，对指令进行分析，根据指令的具体要求向计算机的各个部件发出控制信号，协调计算机各个部件的工作。主要包括:寄存器、程序计数器、译码器、时序信号发生器、操作控制信号等。CPU性能指标：主频：主时钟的频率。在计算机中有一个不断产生时钟脉冲信号的装置，称主时钟。主频决定了机器的工作节拍，各部件均在此节拍下共同工作。机器字长：CPU能够同时处理的数据的二进制位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等（16位字长计算机整型数占两个字节，32位字长计算机整型数占4字节）。上海交通大学继续教育学院29微处理器芯片的组成结构在微机中，把CPU制作在一块超大规模集成电路芯片上，称微处理器（MPU)上海交通大学继续教育学院30二、存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器外存储器：存放所有软件和用户文件内存储器：半导体存储器。存放正在运行程序和访问数据上海交通大学继续教育学院31位字节字及字长……字（机器字）字节（8位）(1B=1Byte)1、数据存储的组织形式位：信息存储的最小单位（1b=1bit)上海交通大学继续教育学院32存储单元地址0000H0001H0002HFFFFH存储体结构图存储位存储单元（字节）存储体存储体结构图存储器是计算机存储数据和程序的存储单元集合，每个存储单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。上海交通大学继续教育学院332、内存储器（内存、主存）内存：一般用半导体组成，通过电路与CPU相连。用来存放当前运行的程序、待处理的数据以及运算结果。它可直接跟CPU进行数据交换，存储速度快。内存储器的容量是以字节为基本单位的，存储容量单位：K字节1KB=1024ByteM（兆）字节1MB=1024KBG（吉）字节1GB=1024MBT（太）字节1TB=1024GB内存储器的每一个存储单元对应一个唯一的地址(按字节寻址），CPU按地址来存取存储器中的数据。上海交通大学继续教育学院34内存储器的访问过程111011011100110110001101111011011110100111101101111011011110110111101101111011011110110111101101100011011100110110001101111011010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址0001控制:写数据1000000010000000存储器的访问过程：向[0001]单元写数据10000000上海交通大学继续教育学院35内存储器分类只读存储器（readonlymemory）：简称ROM，CPU对它们只取不存，用于永久存放特殊的专用数据。例如：BIOS（BasicInput/OutputSystem）芯片（快速电擦除可编程只读存储器：闪存），启动计算机时，负责通电时自检（显卡、RAM、键盘、驱动器），并把磁盘中的部分操作系统文件（