大学计算机基础电子教案

湛江舰船器材仓库业务处电子教案大学计算机基础计算机与信息科学学院计算机基础系湛江舰船器材仓库业务处2课程说明教学安排：上课2+上机2/周上课：6—18周上机：7—18周教学大纲：全国高等学校（重庆考区）非计算机专业计算机等级考试一级考试大纲考试要求：1．非音、体、美及艺术专业学生期末全校统一考试；2．音、体、美及艺术专业学生要求参加全国高等学校（重庆考区）非计算机专业学生计算机等级考试一级考试教学网站：计算机基础教学网JSJJC.CQNU.EDU.CN湛江舰船器材仓库业务处3目录第1章计算机基础知识第2章操作系统平台第3章办公软件第4章多媒体技术基础第5章计算机网络技术第6章数据库与软件工程简介第7章计算机信息技术湛江舰船器材仓库业务处4第1章计算机基础知识返回结束计算机技术计算机系统组成计算机信息处理湛江舰船器材仓库业务处51.1计算机技术1.1.1计算机的发展和展望1．计算工具的演变算筹算盘计算尺加法器计算器分析机湛江舰船器材仓库业务处61834年，巴贝奇在研制差分机的工作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机的计算机的可能性，他把这个未来的机器称为分析机。查尔斯.巴贝奇巴贝奇设计的分析机有3个主要部分：第一部分是由许多轮子组成的保存数据的存储库；第二部分是对数据进行各种运算的装置；第三部分是对操作顺序进行控制，并对所要处理的数据及输出结果加以选择的装置，它相当于现代计算机的控制器。同时，在多年的研究制造实践中，巴贝奇写出了世界上第一部关于计算机程序的专著。巴贝奇是国际计算机界公认的、当之无愧的计算机之父。湛江舰船器材仓库业务处7计算机科学的奠基人是英国科学家艾兰·图灵（AlanMathisonTuring，1912—1954）。在二战期间，为了能彻底破译德国的军事作密电，图灵设计并制成了真空管机器Colossus，多次成功的破译了德军作战密码，为反法西斯战争做出了卓越的贡献。他在计算机科学方面的主要贡献有两个：一是建立了图灵机（TuringMachine，TM）模型，奠定了可计算理论的基础；二是提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。阿兰.图灵为纪念图灵对计算机科学做出的贡献，美国计算机学会（ACM）于1966年创立了“图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域中做出突出贡献的研究人员，目前是计算机科学的最高奖，被称为“计算机界的诺贝尔奖”。湛江舰船器材仓库业务处8另一个也被称为现代计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（VonNeumann，1903—1957）。他和他的同事们研制出了人类第二台计算机EDVAC，对后来的计算机在体系结构和工作原理方面都产生了重大影响。在EDVAC中采用了“存储程序”的概念，以此概念为基础的各类计算机统称为冯·诺依曼机。冯.诺依曼六十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应有领域等各方面都与当时的计算机产生了很大差别，但其基本结构并没有变，都属于冯·诺依曼机。但是，冯·诺依曼自己也承认，他的关于计算机“存储程序”的想法都来自图灵。湛江舰船器材仓库业务处92．计算机的发展史世界上公认的第一台电子计算机于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，取名为ENIAC（ElectronicNumericIntegratorandCalculator），即电子数字积分计算机，两位主要研制人为莫契利（J.Mauchiy）和埃克特（J.Eckert）。在ENIAC的实际制造过程中，莫契利是总设计师，埃克特则承担总工程师的角色。ENIAC大约由18000个电子管、1500个继电器组成，每小时耗电100~150KW，占地170平方米，重50吨，平均每秒运算5000次浮点加法。第一台计算机尽管体积庞大、耗电量高、运算速度慢，但是，它奠定了计算机发展的技术基础，在诞生之后的50多年时间里，其飞速发展，很快成为一个产业，即计算机产业。湛江舰船器材仓库业务处10ENIAC本身存在两大缺点：一是没有存储器；二是没有太明晰的CPU概念。ENIAC的发明仅仅表明计算机的问世，对为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础。第一台计算机ENIAC第一款商用计算机是1951年开始生产的UNIVAC计算机。1948年12月，ENIAC的两个发明人莫契利和埃克特创立了自己的计算机公司—“埃克特—莫契利计算机公司”（EMCC），生产UNIVAC计算机，于1951年6月14日正式移交给了美国人口普查局，用于公众领域的数据处理。莫契利和埃克以及他们的UNIVAC奠定了计算机工业的基础。湛江舰船器材仓库业务处11从1946年第一台计算机诞生以来，计算机的体积不断变小，但性能、速度却在不断提高。按其采用的物理元件，一般将现代计算机的发展分成以下几个阶段。第一代计算机（1946～1957年）电子管时代第二代计算机（1958～1964年）晶体管时代第三代计算机（1965～1970年）中小规模集成电路时代第四代计算机（1971年至今）大规模集成电路时代第五代计算机智能型时代一般认为，第五代计算机（即智能型计算机）应具有以下几方面功能：①具有处理各种信息的能力。能对声音、文字、图象等形式表达的信息进行识别处理。②具有一定的学习、联想、推理和解释问题的能力。③具有对人类自然语言的基本理解能力和对自然语言编写的程序的处理能力。湛江舰船器材仓库业务处123．微型计算机的发展微型计算机诞生于20世纪70年代，是发展最为迅猛、变化最为迅速的高新科技之一。微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据储存容量、指令系统和软件配置等方面的不同。微型计算机具有体积小、价格低、可靠性强、操作简单等特点。通常，将微型计算机的CPU芯片称做微处理器。微型计算机的发展是与微处理器的发展是同步的。1965年4月9日，时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的戈登·摩尔（GordonMoore，Intel公司的创始人之一）提出了著名的摩尔定律：计算机的CPU性能“每隔18个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，而其价格将降低一半”。这一定律量化和揭示了微型计算机的这一独特的发展速度，而如今这一翻番的周期以缩短为12个月甚至更短。湛江舰船器材仓库业务处13①高速化Intel公司最新推出的64位Pentium4531处理器主频达到3.0GHz。②超小型化小巧、方便和易于携带一直是微型计算机的发展方向，最典型的标志是笔记本式计算机和PDA的流行。③多媒体化体现在全新的多媒体处理芯片的设计、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。④网络化网络计算机、具有连网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。人机界面更友好，诸如手写输入、自然语音输入等技术将进一步完善，计算机将成为人类最友好的朋友和最容易使用的现代工具。今后，微型计算机的发展方向是：湛江舰船器材仓库业务处144．计算机的新技术计算机新技术的发展日新月异。从现今的技术角度来说，在21世纪初将得到快速发展并具有重要影响的新技术有嵌入式计算机、云计算和中间件技术等。1）嵌入式计算机2）云计算云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等计算机技术和网络技术发展融合的产物。3）中间件技术湛江舰船器材仓库业务处155．计算机的发展趋势①光计算机是利用光作为信息传输介质的计算机，具有超强的并行处理能力和超高速的运算速度，这是现代计算机望尘莫及的。目前，光计算机的许多关键技术，如光存储技术、光存储器、光电子集成电路等都已取得重大突破。②生物计算机（分子计算机）采用由生物工程技术产生的蛋白质分子构成的生物芯片。在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力。③量子计算机是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。刚进入21世纪之际，人类在研制量子计算机的道路上取得了新的突破。美国研究人员已成功地实现了4量子位逻辑门,取得了4个锂离子的量子缠结状态。湛江舰船器材仓库业务处161.1.2计算机的特点、分类及应用1．计算机的特点第一台计算机诞生至今仅有六十多年时间，其发展之迅速、应用之广泛，是与计算机本身所具有的特点密不可分的。其特点主要表现在：运算速度快存储能力强计算精度高、可靠性强具有逻辑判断能力运行自动化通用性强信息处理的有力工具湛江舰船器材仓库业务处172．计算机的分类计算机按其规模可分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、服务器等。这里的规模并不是单纯的体积，而是计算机的运算速度、字长、存储容量、指令系统类型、输入输出能力、软件配置等各方面性能指标的综合。3．计算机的应用随着计算机的迅猛发展，其应用领域已渗透到国民经济各个部门及社会生活的各个方面。其应用主要体现在以下几个方面：科学计算信息处理过程控制多媒体应用电子商务计算机辅助工程CAD、CAI、CIMS网络应用智能模拟人工智能（AI）和虚拟现实湛江舰船器材仓库业务处181.2计算机系统组成随着计算机技术的飞速发展，计算机应用已渗透到社会的各个领域。为了更好地使用计算机，必须了解计算机系统的硬件、软件、工作原理等相关基本知识。1.2.1计算机系统的组成一个完整的计算机系统是由硬件系统（简称硬件）和软件系统（简称软件）两大部分组成的，如下图所示。湛江舰船器材仓库业务处19湛江舰船器材仓库业务处20硬件是指构成计算机中的物理设备实体，如计算机的中央处理器（又称CPU，由运算器与控制器组成）、内外存储器、输入设备和输出设备等。软件是指计算机所使用的各种程序的集合及有关的文档资料，这些程序是用计算机语言编制的，它包括计算机本身运行所需的系统软件和用户为解决某应用领域的实际问题所需的应用软件。在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。计算机系统的硬件和软件是相辅相成，缺一不可的。硬件是基础，硬件本身只是一台“裸机”，无法工作；软件是灵魂，只有硬件本身，而没有相应软件的机器就无法工作。只有当硬件和软件很好地协调配合，才能有效地发挥计算机所具有的功能，来解决用户需要解决的实际问题，达到为用户服务的目的。湛江舰船器材仓库业务处211.2.2硬件系统1946年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼在一篇题为《关于电子计算机逻辑设计的初步讨论》的学术报告中，提出了“存储程序”的概念，并且进行了论证。其主要观点可归结为：①计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成的体系结构；②计算机中处理的数据模型是由二进制数所表示的指令和数据；③将事先编制好的程序和原始数据一并存入计算机的存储器中，启动计算机，在不受人工干预的情况下，计算机自动地、高速地从存储器中取出指令并且执行（被归纳为：二进制、存储程序、程序控制）的思想。湛江舰船器材仓库业务处22冯·诺依曼的上述思想奠定了现代计算机体系结构的基础。六十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应有领域等各方面都与当时的计算机产生了很大差别，但其基本结构并没有变，所以，现代计算机又统称为冯·诺依曼计算机。湛江舰船器材仓库业务处231．运算器运算器由数据寄存器、累加器、算术逻辑部件、辅助电路等组成，主要功能是算术运算和逻辑运算。计算机中最主要的工作是运算，大量的数据运算任务是在运算器中进行的。运算器又称算术逻辑单元（ALU）。2．控制器控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序部件和微操作控制部件等组成，是计算机的“神经中枢”和“指挥中心”，它从内存依次取出指令，对其译码，并按每条指令所规定的功能，向整个系统发出相应的控制信号，实施对其他部件的控制，使计算机各部件统一协调地动作。湛江舰船器材仓库业务处243．存储器存储器的功能是用来存放程序和数据，是计算机中各种信息存储和交流的中心。可根据需要随时向存储器存取数据，其中，将信息存入存储器中称为“写”存储器；从存储器中取出信息称为“读”存储器。存储器是由许多存储单元组成的，为使计算机能识别这些单元，给每个单元一个