计算机基础知识讲稿

计算机基础知识问题1：请简单介绍计算机的发展历程。从计算机的发展历史，可以看出由于计算机应用的广泛，而促进了计算机科学与技术的迅猛发展。人类最重要的发明是什么？不是计算机，而是电磁波。电子计算机的奠基人当推英国科学家艾兰·图灵和美籍匈牙利人冯·诺依曼。图灵在1936年提出了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论，冯·诺依曼首先提出了在电子计算机中存储程序的概念，从而确立了现代计算机的基本结构－冯·诺依曼结构。电子计算机的发展通常以构成计算机的电子器件的不断更新为标志，计算机经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模电路四代。计算机发展四个阶段的主要特点：时代电子器件主存运算速度(次/秒)第一代电了管磁心(鼓)五千第二代晶体管磁心(鼓)几十万至百万第三代小规模集成电路半导体百万至几百万第四代小规模集成电路半导体几百万至几亿计算机四个发展阶段软件的特点依次为：手工操作、出现监控程序、产生操作系统等应用程序、有丰富的系统软件和应用软件。微型计算机是随着电路集成度不断提高和微处理器的出现而产生的。微机开发的先驱是两个年青工程师：美国英特尔公司的霍夫和意大利的弗金。霍夫首先提出了可编程序通用计算机的设想，即把计算机的全部电路放在四个集成电路芯片上，这个设想首先由弗金于1971年有11月实现，他在4.2mm*3.2mm的硅片上集成了2250个晶体管，构成了CPU。即4位微处理器Intel4004，再加上寄存器，随机存取存储器和只读存储器，通过总线连接，就构成了4位微机。微机的发展是以微处理器(CPU)的集成度来划分的。第一阶段(萌芽阶段)：1971～19734位或低挡8位微处理器Intel4004、Intel8008第二阶段(成长阶段)：1973～19788位微处理器Intel8080、MC6800第三阶段(成熟阶段)：1978～198516位微处理器Intel8086、MC6800第四阶段(全盛阶段)：1985至今32位微处理器Intel386、Intel486及Pentium系列Intel公司的PentiumⅠ芯片主频为60/66MHZ，工作电压为5V。PentiumⅡ是它的改进型，主频为75/90/100/120/133/150MHZ，工作电压为3.3V。PentiumⅢ又增加了多媒体功能，主频可达200MHZ。1993年，“586”处理器问世，英特尔为其注册了Pentium(奔腾)商标。此后，英特尔CPU就一直沿着“奔腾”路线注册，直到PentiumⅣ。2006年7月底，Intel又发布了新一代双核微处理器－－酷睿2，并全线取代英特尔原有的奔腾系列处理器。有着13年历史的“奔腾时代”被英特尔自己终结。此次，英特尔拿“酷睿2”全线取代了“奔腾”系列处理器，也意味着英特尔CPU双核时代的全面到来。据英特尔方面称，全新架构的“酷睿2”采用65纳米芯片加工工艺制造，在单个芯片上封闭2.91亿个晶体管，性能比最好的“奔腾4”提升了40%，同时能耗降低了40%以上。因此，英特尔宣布，新产品的面市将彻底改变个人计算机的性能、外观和能耗等指标，并最终改变人们使用计算机的方式。可以用多快好省来概括“酷睿2”的好处：多：宽位动态执行，“酷睿2”双核处理器拥有4组解码器，每个内核变得更加“宽阔”，数据传输更加迅速；快：大大提高高级数字媒体处理能力。每分钟数据处理能力由原来的64位增加至128位，速度提高了一倍。玩游戏，看大片的效果更佳；好：共享二级缓存，电脑变得更有效率；智能内存访问，处理复杂任务不再磨蹭；省：智能控制功率，“酷睿2”双核处理器台式机比“奔腾”双核电脑耗电降低40%，电脑不再是个小火炉。何为双核64位？简单地说，“双核”就是将两个计算内核集成在一个处理器中，从而提高计算能力。“双核”比“单核”在计算速度上大为提高，可以让电脑同时完成多项任务。如游戏、音乐、聊天、在线杀毒、视频和照片编辑、音频合成、家庭娱乐等任务同时完成。问题2：为何要将字长、主频和内存容量作为计算机的主要性能指标？字长：字长指微机能直接处理的二进制信息的位数。即计算机运算时能并行处理的二进制数的位数。字长不仅决定计算机的运算精度，还直接影响到计算机的功能、用途及应用领域。现在的微机通常是32位，高挡微机已达到64位。主频：主频是指微机CPU的时钟频率，因为主频越高，微机的运算速度越快。主频以MHz为单位，486微机的主频为25MHz～100MHz；奔腾机的主频已高达333MHz。目前推出的新型号微机主频可达1GHz。存储容量：计算机的处理能力很大程度上还取决于存储系统的容量，存储容量越大，系统处理信息的能力就越强。存储容量主要是指内存容量。目前微机的存储容量都在256MB以上。现代的微机内存一般有512KB和1024KB。此外，计算机的技术指标还与计算机的可靠性、可维护性、兼容性、性能价格等各项指标有关，另外还与外部设备的配置能力和软件的配备情况有关。有必要提一下CPU的性能指标。微机的发展是以微处理器(CPU)的集成度来划分的，因而CPU的性能指标决定微机的性能。CPU的性能指标主要有：字长：即运算能并行处理的二进制数的位数，决定微机运算能力和寻址能力。主频：CPU的时钟频率，决定微机运算速度。即CPU中高频振荡器的频率。高速缓冲存储器(Cache)的大小也直接影响到CPU的性能。使用Cache的原因是：因为CPU的速度非常之快，而内存的读取速度较慢，这样，当CPU读取指令、数据或程序时，经常处于等待状态，是对宝贵的CPU资源的浪费。为了解决这个问题，人们在内存是使用了Cache，Cache是一种双极型静态随机存储器，其存取速度要比RAM快得多。有了Cache，CPU就可以预先将要用到的指令、数据放入Cache，执行时再从Cache读取这些内容。所以Cache是解决CPU与内存储器速度不匹配的问题，不是为了扩充内存。问题3：上面提到了冯·诺依曼结构，请简单介绍冯·诺依曼结构的要点。P29计算机已发展到第四代，但仍未超出冯·诺依曼结构，冯·诺依曼结构是指美国数学家冯·诺依曼对计算机结构做出的理论性总结。其要点是：采取存储程序方式：数据和程序以二进制形式存放在内存相应地址中。采用程序控制方式：顺序逐条执行指令，通过执行指令发出控制信号控制计算机操作。由五大部件组成：计算机由控制器、运算器、存储器、输入和输出设备组成。三要点的核心是存储程序方式。由于现代计算机还都是采用冯·诺依曼结构，因此这三要点所关联到的内容，就是需要掌握的计算机基础知识。问题4：冯·诺依曼结构要点之一，存储程序方式关联到哪些知识？P71．关于数制的知识。计算机内部使用二进制是由于二进制具有可行性(物理器件易于实现)、简易性(运算规则简单)、逻辑性(便于实现逻辑运算)、可靠性等优点。应了解如何表示二进、八进、十六进制数，运算时如何进位和借位。掌握不同进制数之间的转换，转换规则为：十进转换为其他进制：整数部分“除N取余”（先得的余数为低位），小数部分“乘N取整”（先取的整数为高位）。非十进数转换为十进数：数的各位按位权展开后求和。如：找出四个不同进制数中的最大(小)者；找出四组(每组两个不同进制数)数中相等的一组数；将四个不同进制数按降序排列等。掌握二进制数的算术运算和逻辑运算（P15）算术运算：加、减、乘、除逻辑运算：加、乘、非、异或2．关于编码的知识。掌握数据存储单位、掌握ASCII码、BCD码和汉字的编码。数据存储和处理的基本单位是字节，用大写字母B表示，比特、字节、KB（千）、MB（兆）、GB（吉）、TB（太）ASCII码(美国标准信息交换代码)，由国际标准组织确定为国际标准字符编码。用1个字节表示1个ASCII码。7位版本：最高位为0，共128个编码。8位版本：最高位不全为0，256个编码。记住编码的基本规则及数字0，字母A、a对应的ASCII码。BCD码：二～十进制编码，其方法是用4位二进制数表示一位十进制数。注意：这里解决的是数码表示问题，而不是前面讲二进制和十进制等值转换问题。汉字编码：国家标准1981年发布了“信息交换用汉字编码字符集(基本集)”，即GB2312－1980，简称国际码。国际码：一级汉字3755个，为常用汉字，按汉语拼音字母的顺序排列。二级3008个，为不常用的字按部首和笔画排列。外码（输入码），输入汉字时所用的编码；机内码，内部处理、存储汉字使用的代码；输出码（字形码），输出汉字所用的编码。汉字字形点阵所占字节数的计算方法。3．数的表示。定点纯整数、定点纯小数、浮点数。特别注意浮点数的表示方法（P24）。原码：原码是机器数数中电简单的一种表示方法，即用0表示正号，用1表示负号，数值部分为真值的绝对值（真值为机器数所代表的数）。（P25）反码：正数的反码与原码相同，负数的反码由原码的数值按位取反（符号位不变）。补码：正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等于负数的反码加1。问题5：冯·诺依曼结构要点之二，程序控制方式关联到哪些知识？1．存储程序原理和关于微机工作过程。P49计算机的工作是执行程序，程序是为完成某一特定任务而设计、是指令的有序集合。将指令、数据、程序存放于内存中，CPU自动按程序规定的顺序从内存取出指令并执行之，这就是存储程序原理的基本要点。微机工作过程就是程序指令在微处理器的控制下逐条执行的过程。首先把计算机要执行的指令或数据经输入设备存入内存，执行时再由CPU依次将命令逐条取出进行识别、分析，根据其含义形成控制信号，对数据进行加工处理，最后将结果输出。指令的执行过程：一条指令的执行分为取指令和执行指令两个阶段：取指令：在微处理器的控制下，从内存中取出指令，然后译码，产生各种定时控制信号。执行指令：在微处理器的控制下，执行该指令规定的操作。也可以将指令的执行细分为四个步骤：①.取指令：在控制器的控制下，将存储器中的指令读入CPU的寄存器中。②分析指令：也称译码，由指令译码器对指令进行识别、分析指令的含义，发出相应的命令信号，从而形成一系列控制信号。③执行指令：在控制器的控制下，对内存中的数据进行加工。④写回结果：将最终结果写入相关的寄存器或存储器中或输出到输出设备中。2．关于指令的知识。掌握指令的组成、指令各组成部分的作用。了解主要机器指令系统的分类。指令是控制计算机进行各种操作和运算的代码，用二进制数表示。指令由两部分组成：操作码和地址码。操作码：指明指令要执行什么性质和类型的操作；地址码：指明操作所用的数据从哪里取，结果存放到哪里去。单地址指令：单地址指令是计算机把地址1中的数据与约定的另一个操作数(约定的寄存器)进行所规定的操作，并将结果存到约定的地址中(寄存器)中去。双地址指令：双地址指令是对地址码1和地址码2中的数据按操作码的规定进行运算，然后把运算的结果存入地址码1中去。三地址指令：三地址指令是把地址码1和地址码2中的数据取出来，按操作码的规定进行操作，然后把结果存入地址码3中。问题6：冯·诺依曼结构要点之三，计算机由五在部件组成关联到哪些知识？关于主机的组成应掌握哪些知识？这是有关计算机硬件的问题，主要的知识有：计算机系统组成及基本结构、微型计算机系统结构，微型计算的硬件系统。微型计算机的软件系统。1．计算机系统的组成及基本结构P29图1－10运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。运算器的功能是二进制数进行算术运算和逻辑运算的部件，又称ALU（算术逻辑单元）。控制器的主要功能是分析、执行指令，是计算机指挥、控制、管理计算机各个部件协调一致地工作。寄存器有很多种，如指命寄存器IR用于存放要执行的操作，数据寄存器DR用于暂存数据或指令，地址寄存器AR用于存入指令或操作数的地址等。存储器是计算机“记忆”的部件，用于存放数据或程序。2．微型计算机的系统结构微型计算机的系统结构当然要有上述的计算机的基本结构外，还有：A）总线：是一组能够为多个部件服务的公共信息传输线，它分时地发送和接收各部件中的信息。数据总线DB（DataBus）：DB用来传输数据信息，它是双向的。数据总线的宽度决定了CPU一次能处理的数据的位数。地址总线AB(Addr