计算机基础 课件

1812年差分机查尔斯.巴贝奇1834年设计的分析机2.计算机的发展过程(1)近代计算机由许多轮子组成的保存数据的存储库；运算装置；能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。现代计算机体系结构冯·诺依曼机：“存储程序”的概念五十多年来，计算机系统基本结构没有变。英国科学家艾兰.图灵•建立图灵机（Turingmachine）模型，奠定了可计算理论的基础；•提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。美籍匈牙利数学家冯.诺依曼(2)电子计算机的问世1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节(3)计算机的年代表1－1时代年份器件软件应用一46-58电子管机器语言汇编语言科学计算二58-64晶体管高级语言数据处理工业控制三64-71集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域(4)计算机的分类依据IEEE（美国电气和电子工程师协会）的划分标准按综合性能指标分类巨型机：速度最快、处理能力最强例如：曙光4000L644GB内存，浮点运算达每秒3万亿次大型、通用、较快、较强大型机：作“客户机/服务器”的服务器作“终端/主机”的主机小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短工艺先进、使用维护简单工作站：介于PC与小型机之间高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜中央处理器：一个芯片网络计算机：基于Java技术的瘦客户机系统(5)未来新型计算机1）.光计算机：利用光作为信息的传输媒体。2）．生物计算机（分子计算机）：生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片。3）．量子计算机：是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。3计算机的特点（1）运算速度快。（2）精度高。（3）存储容量大。（4）具有逻辑判断能力。计算机的特点4.计算机的应用（1）科学计算。（2）自动化。（3）数据处理。（4）计算机网络。（5）计算机辅助教育（CAI）。计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所能够看得见的组成计算机的物理设备，例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体；软件是用来指挥计算机完成具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。2.1.1.3计算机系统组成与工作原理系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬件软件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硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(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、排错程序等办公软件包、数据库管理系统计算机系统的组成1.计算机的硬件系统*冯·诺依曼原理•由匈牙利数学家冯·诺依曼于1945年提出•冯·诺依曼原理核心是存储程序和程序控制。•冯·诺依曼原理将计算机硬件系统划分为五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。•目前计算机的设计与制造都遵守冯·诺依曼原理(1)控制器：整个计算机的指挥中心。(2)运算器：完成数据的算术运算和逻辑运算控制器和运算器组成了计算机的核心，称为中央处理器，即CPU。计算机的硬件组成——CPU(3)存储器：计算机的记忆装置，用来存储程序和数据，存入信息称为写入，取出信息称为读出分为主存储器和辅助存储器，又称为内存和外存。内存条硬盘软盘(4)输入设备：转换程序、数字、图形、声音等数据为计算机可接收的数字信号并输入到计算机中，常见的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪等。鼠标键盘(5)输出设备：输出计算机处理的结果，常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱显示器打印机输入设备主存储器辅助存储器输出设备运算器控制器输入输出程序原始数据运算结果指令数据线控制信号线大脑（控制器）·控制·计算、判断（运算器）·记忆细胞（内部存储器）眼、耳等手、口等笔记本、手册等解题方法(事先学习）题目提供答案输入输出输入设备输出设备外部存储器计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成硬件系统：由一系列电子元器件按照一定逻辑关系连接而成，是计算机系统的物质基础软件系统：指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序2.计算机软件系统软件系统的主要任务：提高机器的使用效率、发挥和扩大机器的功能和用途、为用户使用计算机系统提供方便软件系统分为系统软件和应用软件两类最典型的系统软件有：操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、软件工具等应用软件有：应用软件包和用户程序系统软件系统软件指为其他软件服务的软件，主要功能是简化计算机操作，充分发挥硬件功能，支持应用软件的运行并提供服务。系统软件两个主要特点：1.通用性2.基础性最有代表性的系统软件是操作系统操作系统是系统软件的核心，是计算机硬件的第一级扩充，用户必须通过操作系统才能使用计算机。(1)DOS(DiskOperatingSystem)(2)Windows系列windows3.x、windows95、windows98、windowsMe、windows2000、windowsXP。以上软件都由Microsoft(美国微软公司)开发。(3)MacOSX操作系统(4)UNIX操作系统(5)Linux操作系统系统软件之一：操作系统(1)机器语言：直接用二进制代码0、1表示指令，是计算机系统能直接识别的惟一语言，不需翻译，效率最高，执行速度最快，但直观性很差，容易出错，阅读检查和修改调试都较困难，与机器型号有关，不能通用，是“面向机器”的语言。系统软件之二：语言及语言处理系统(2)汇编语言：把机器语言符号化的语言，采用助记符，编写的程序称为汇编语言源程序，需要翻译，由被称为汇编程序的软件自动完成，面向机器，与机器语言统称低级语言。(3)高级语言：接近人类自然语言和数学语言，需要翻译，翻译有两种方式：解释方式：边扫描源程序边翻译执行，翻译程序称为解释程序。编译方式：一次性全部翻译，然后执行，翻译程序称为编译程序。面向问题，容易理解和使用。系统软件之三：数据库管理系统一组软件的集合，用户用它建立、管理、维护、使用数据库等。系统软件之四：软件工具软件开发、实施和维护过程中使用的程序。应用软件：是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件。最常见的应用软件有：1.文字处理软件用于输入、存储、修改、编辑、打印文字材料等。2.电子表格软件利用行列组成的表格对数据进行计算与分析。3.信息管理软件用于输入、存储、修改、检索各种信息。4.辅助设计软件用于在计算机上高效的绘制、编辑工程图纸。5.实时控制软件用于实时搜集生产装置、飞行器等的运行状态信息。操作系统Windows、UNIX语言及语言处理程序TurboC数据库系统FoxPro、Oracle文字处理软件WPS、Word表格处理软件Excel辅助设计软件AutoCAD实时控制软件FIX软件工具软件系统软件应用软件计算机软件信息管理软件3计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。操作码操作数数据传送指令数据处理指令•程序控制指令输入输出指令其它指令IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令结构分类操作码要完成的操作类型或性质操作数操作的内容或所在的地址指令的执行过程分为以下4个步骤：①取指令按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。③执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。④一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。图1-3计算机基本工作原理数据设备数据请求信号控制信号指令操作命令请求信号地址控制信号输出信息原始数据、程序输出设备存储器反馈信号输入设备运算器控制器1.1.4数制转换及信息编码1.数字化信息编码的概念计算机中的信息也称为数据。由于二进制电路简单、可靠且具有很强的逻辑功能，因此数据在计算机中均以二进制表示，并用它们的组合表示不同类型的信息。计算机中常用的名词（1）位计算机中所有的数据都是以二进制来表示的，一个二进制代码称为一位，记为bit。位是计算机中最小的信息单位。（2）字节在对二进制数据进行存储时，以八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为Byte。字节是计算机中次小的存储单位。（3）字一条指令或一个数据信息，称为一个字。字是计算机进行信息交换、处理、存储的基本单元。（4）字长CPU中每个字所包含的二进制代码的位数，称为字长。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。（5）指令指挥计算机执行某种基本操作的命令称为指令。一条指令规定一种操作，由一系列有序指令组成的集合称为程序。（6）容量容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位有B、KB、MB、GB、TB，它们之间的关系是：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB,1TB=1024GB。2.数制计算机只识别二进制数，所以不管什么信息都要用二进制的“0”、“1”来编码。(1)、各种进位计数制进位计数制的特点：1）各种进位计数制都有固定的“数符”（数码），十进制是0~9，二进制是0、1，八进制是0~7，十六进制是0~9与A~F;2）进位计数制的数码个数称“基数”，即按基进/借位（逢基进一），十进制的基数是十，二进制的基数是二。3)计数用“位权值”来决定的，相同的数码所在的位置不同，代表的数值大小则不同，每位的1代表的值称“位权值”，它是基数的若干次方，如：十进制的“个”位的权值是100，“十”位是101，“百”位是102,相邻两位位权值的比等于基数。4）“位数码值”是某位数码在该位代表的值，是该数码与位权值的乘积，如十进制十位上的3的值是3x101是30，二进制第三位上1的值是1x22是4等等。见各种进位制数表(下页)。十进制二进制八进制十六进制01234567891011121314150011011100101110111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF一个n位整数，m位小数的R进制的数的表示如下：（R----基数，i----位数，Di—第i位数码）（Dn-1Dn-2...D1D0D-1D-2...D-m)=n-1=∑DiRii=-m=Dn-1Rn-1+Dn-2Rn-2+...+D1R1+D0R0++D-1R-1+D-2R-2+...+D-mR-m3.不同进制间数的转换1）10→2、8、16用R表示基数，则：整数部分：除R取余，到商为零，先得低位；（余数不为零，限定位数）小数部分：乘R取整，到积为零，先得高位。然后两部分相加。例：（5.6875)10=（？）225--------余1低22--------余0↓（5）10=（101）221----------余1高022362118……………0259……………0229……………1214……………127……………023……………121……………10……………1二进制数的低位二进制数的高位将（236）D转换成二进制。转换过程如图所示。将十进制数转变成二进制数0.6875X2=2.375------取1高0.375X2=0.75-------取00.75X2=2.50---------取10.5X2=2.0----------取1低（0.6875)10=(0.1011)2(5.