大學計算機基礎 第1章

1、第1章 計算機概述2021-7-41第第1 1章章 計算機概述計算機概述教學目的 了解計算機的基本概念、發(fā)展及未來計算機的發(fā)展趨勢了解數據與信息的基本關系及數據處理過程、計算機的應用范圍掌握計算機系統(tǒng)的基本概念和組成、計算機數制與編碼數制與編碼的表示掌握微型計算機系統(tǒng)組成、分類和應用第1章 計算機概述2021-7-42 隨著信息技術的產生和發(fā)展，計算機應用已經滲透到人類社會的各個領域，有力地推進了社會信息化的發(fā)展，同時，給計算機文化也增添了新的內涵，本章從信息時代的計算機文化出發(fā)，介紹計算機的基本概念及組成、計算機中的數制與編碼、微型計算機系統(tǒng)組成、計算機基本功能及計算機應用等內容，使讀者較為

2、全面的地了解計算機基本知識及學習計算機基礎課程的作用和方法。第1章 計算機概述2021-7-431.11.1信息時代的計算機文化信息時代的計算機文化 1.1.1 信息化社會信息化社會 1.信息化概述 信息化是指在計算機技術、通訊技術和網絡技術等信息技術快速發(fā)展的推動下，信息技術、信息產業(yè)和信息網絡在社會經濟的各個領域所發(fā)揮的作用，（日益突出，）并逐步主導國民經濟和社會發(fā)展的過程。信息資源已成為世界范圍的重要戰(zhàn)略資源，信息產業(yè)已成為世界各國新的經濟增長點，信息技術正以其滲透性與傳統(tǒng)產業(yè)廣泛地結合起來，成為推進經濟發(fā)展的助力器，大力推進信息化是經濟和社會發(fā)展的大趨勢。第1章 計算機概述2021-7

3、-442.信息化對社會經濟發(fā)展的作用 信息化加速當今世界經濟轉型 信息化促進經濟迅速增長 信息化推動經濟全球化進程 信息化促進網絡經濟的崛起3.信息化社會，亦既是社會的信息化。 信息化具有四化和四性的特點。 信息化的“四化”：智能化、電子化、全球化、非群體化。 信息化的“四性”：綜合性、競爭性、滲透性、開放性。第1章 計算機概述2021-7-45續(xù)續(xù)1.1.2 信息時代的計算機文化信息時代的計算機文化1.信息與數據數據（Data） 數據是在計算機中存儲的基本對象，是對現(xiàn)實世界中客觀事物的符號表示，可以是數值數據，如23.4、-666、6900、￥870929等；也可以是非數值數據，如文字、圖形

4、、圖像聲音、語音等。單純的數據形式是不能完全表達其內容，需要經過解釋。因此，數據和關于數據的解釋是不可分割的。數據的解釋是關于數據含義的說明。數據的含義稱為語義。信息(Information) 信息是一種已經加工為特定形式的數據，這種數據形式對接收者來說是具有確定意義的，它不但會對人們當前和未來活動產生影響，而且會對接受者的決策具有實際價值。數據與信息有著不可分割的聯(lián)系，信息是由處理系統(tǒng)加工過的數據，它是一種原料和成品之間的關系。 信息的特性：事實性、等級性、精確性、完整性、可壓縮性、及時性、擴散撒性、傳輸性、經濟性、共享性。第1章 計算機概述2021-7-46信息與數據的聯(lián)系：（1）數據是信

5、息的符號表示，或稱載體；（2）信息是數據的內涵，是數據的語義解釋。；（3）數據是符號化的信息。；（4）信息是語義化的數據。2.數據處理，也叫信息處理數據處理(data processing) 對數據的采集、存儲、檢索、加工、變換和傳輸的總和稱為數據處理。數據可由人工或自動化裝置進行處理，經過解釋并賦予一定的意義之后，便成為信息。對數據處理，包括數值的和非數值的。對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，是通過使用軟件對數據處理的中心問題。數據處理應用數據處理方式第1章 計算機概述2021-7-471.1.3計算機方法論計算機方法論 當今計算機科學技術日新月異的發(fā)展，計算機的應用已滲透到社會

6、的各個領域，使用計算機的意識和利用計算機獲取、表示、存儲、傳輸、處理、控制信息的基本技能，應用信息、協(xié)同工作、解決實際問題等方面的能力，已成為衡量一個人文化素質高低的重要標志之一。 讀者在學習大學計算機基礎課程時，注意，計算機不僅是一種工具，而且計算機學科還有一種獨特的分析問題、解決問題的思維方式和處理問題的方法。大學計算機基礎是非計算機專業(yè)最先開設的計算機課程，主要任務: 能揭示計算機領域的特色及其歷史； 能充分展示計算機領域能做些什么，但不必去深究其原理； 使讀者了解計算機應用領域，產生學習計算機的興趣； 培養(yǎng)讀者學科全局觀，并且培養(yǎng)隨著學科的發(fā)展不斷更新知識的意識； 能讓讀者了解本專業(yè)畢

7、業(yè)生應具有的計算機基本知識和技能，用計算機解決本專業(yè)領域的問題。第1章 計算機概述2021-7-48在學習時注意：1.計算機基礎需要體現(xiàn)基礎課教學的特征，對于一些相對穩(wěn)定的、基礎性的、能夠長期受益的內容，要認真學習，做到舉一反三；2.注重了解計算機知識的內在統(tǒng)一性與外在差異性，了解計算機獨特的思維方式；3.計算機基礎學習不能脫離應用，要有意識培養(yǎng)自己更好地利用計算機去解決專業(yè)領域中的問題及日常事務問題；4. 借鑒該課程的特殊性，通過學習認識到計算機發(fā)展迅速，知識更新快的特點，培養(yǎng)自己終生學習的能力。 第1章 計算機概述2021-7-491.2 1.2 計算機概述計算機概述1.2.1(1.2.1

8、(電子數字電子數字) )計算機的基本概念的基本概念、類型及特點計算機的基本概念的基本概念、類型及特點1.概念 計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設備，它具有運算速度快、計算精確度高、記憶能力強、自動控制、邏輯判斷等特點。 計算機有兩個突出的特點：數字化和通用性。 （1）數字化 指計算機在處理信息時完全采用數字方式，其他非數字形式的信息，要設法轉換成數字形式才能由計算機來處理； （2）通用性 采用內存程序控制原理的計算機,能夠解決一切具有“可解算法”的問 題。第1章 計算機概述2021-7-410續(xù)續(xù)2. 2. 計算機的類型計算機的類型

9、按用途分類按用途分類 （1）專用計算機 大多是針對某種特殊的要求和應用而設計的計算機，有專用的硬件 和專用的軟件。 （2）通用計算機 為滿足大多數應用場合而推出的計算機，可靈活應用于多種。按處理數據的方式分類按處理數據的方式分類（1）數字計算機 （2）模擬計算機（3）數字模擬混合計算機 第1章 計算機概述2021-7-411續(xù)續(xù) 按計算機的規(guī)模和處理能力分類按計算機的規(guī)模和處理能力分類 （1）巨型機（超級計算機） 巨型機又稱超級計算機，它是目前運算速度最高、存儲容量最大、處 理能力最強、工藝技術性能最先進的通用超級計算機，主要用于復雜的科 學計算和軍事等專用領域。我國研制的銀河機、曙光機均屬于

10、巨型機。 （2）大/中型機 大/中型機又稱大/中型計算機。廣泛地應用于科學和工程計算、信息的 加工處理、企事業(yè)單位的事務處理等方面。這類計算機具有極強的綜合處理 能力和極廣泛的性能覆蓋面，通用性強。 （3）小型機 小型機規(guī)模較小，結構簡單、價格便宜、維修使用方便、易于操作維 護、設計試制周期短、軟件開發(fā)成本低、便于及時采用先進工藝技術。它 們已廣泛應用于工業(yè)自動控制、大型分析儀器、測量設備、企業(yè)管理、大 學和科研機構等，同時也可以作為大型與巨型計算機系統(tǒng)的輔助計算機。第1章 計算機概述2021-7-412續(xù)續(xù) （4）工作站 工作站是介于小型機與PC（Personal Computer，個人計算

11、機）之間的 一種高檔的微型機。其運算速度比微型機快，且有較強的聯(lián)網功能。主要 用于特殊的專業(yè)領域，如圖像處理、輔助設計等。 （5）微型計算機 微型計算機簡稱微機，是當今最為普及的機型。它體積小、功耗低、 功能強、可靠性高、結構靈活，對使用環(huán)境要求低，性能價格比明顯地優(yōu) 于其他類型的計算機。 （6）服務器 服務器是在網絡環(huán)境下為多用戶提供服務的共享設備，一般分為文件 服務器、計算服務器、通信服務器和打印服務器等，該設備連接在網絡上 網絡用在通信軟件的支持下遠程登錄，共享各種服務。 （7）網絡計算機 一種在網絡環(huán)境下使用的終端設備，內存容量大、通信功能強，但本 機中不一定配置外存，所需要的程序和數

12、據存儲在網絡的服務器中。 第1章 計算機概述2021-7-413計算機的分類計算機的分類 按綜合性能按綜合性能指標分類指標分類巨型機：速度最快、處理能力最強巨型機：速度最快、處理能力最強例如：曙光例如：曙光4000L644GB4000L644GB內存，浮點運算達每秒內存，浮點運算達每秒3 3萬億次萬億次 大型、通用、較快、較強大型、通用、較快、較強大型機：大型機： 作作“客戶機客戶機/ /服務器服務器”的服務器的服務器 作作“終端終端/ /主機主機”的主機的主機 小型機：小型機： 規(guī)模小，結構簡單，設計試制周期短規(guī)模小，結構簡單，設計試制周期短 工藝先進、使用維護簡單工藝先進、使用維護簡單 工

13、作站：工作站： 介于介于PCPC與小型機之間與小型機之間 高分辨率、大容量內外存，圖形功能較強高分辨率、大容量內外存，圖形功能較強微型計算機：小、巧、輕、使用方便、價格便宜微型計算機：小、巧、輕、使用方便、價格便宜 中央處理器：一個芯片中央處理器：一個芯片網絡計算機：基于網絡計算機：基于JavaJava技術的客戶機系統(tǒng)技術的客戶機系統(tǒng) 第1章 計算機概述2021-7-414續(xù)續(xù) 3.3.計算機主要特點計算機主要特點 現(xiàn)代數字計算機與以往的計算工具有著本質的區(qū)別。它不僅高速地進行數字計算與信息處理，而且具有超強的記憶功能和高可靠性的邏輯判斷能力。主要特點可概括如下： 由基本電子器件構成，采用二進

14、制計數方式。若按物理結構，僅能進行一般的算術邏輯運算； 除了數值計算和邏輯運算之外，計算機還能處理包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及聲音在內的所有可轉換成數字信號的信息。 采用“存儲程序”的方式進行工作。它將待處理的數據和處理該數據的程序事先送輸入存儲器，然后自動執(zhí)行。因此，計算機的全部工作過程是執(zhí)行程序的過程。 具有高速的運算和超強的信息存儲與處理能力?，F(xiàn)代計算機都配有大容量的存儲器，僅微型計算機的內存器容量就有幾十MB幾GB；外存儲器采用可更換的磁盤、磁帶或光盤，可構成海量存儲器，例如，一張英寸光盤即可存儲多部象紅樓夢這樣的長篇小說或數十年人民日報的內容。計算機的運算速度可達千萬億次/秒

15、以上，數秒內可完成數百人需要幾十甚至幾百年才能完成的工作。 與通信網絡互聯(lián)，構成跨地區(qū)、跨國界乃至全球的計算機通信網，實現(xiàn)各種資源共享。為了充分發(fā)揮計算機的工效，就需要聯(lián)網，因此可以說：“網絡就是計算機”。 總之，人們所進行的任何復雜的腦力工作，只要能分解成計算機可執(zhí)行的基本操作，并以計算機所能識別的形式表示出來，存入計算機，計算機就能模仿人腦，按照人們的意愿自動工作，所以有人把計算機稱為“電腦”。作為電腦，它不能完全代替人腦，但有許多超越人腦的能力。它為人們所制造，為人們服務，以完成各種復雜又系統(tǒng)的工作。第1章 計算機概述2021-7-415續(xù)續(xù)4.計算機計算機主要性能指標主要性能指標字長字

16、長是計算機一次直接處理二進制數的位數，一般與運算器的位數一致。字長越長，精度越高，常見的字長有8位、16位、32位和64位等。運算速度運算速度是指計算機每秒執(zhí)行基本指令的條數。它反映計算機運算和對數據信息處理的速度，其單位為次/秒、百萬次/秒、萬億次/秒等。主頻主頻是指計算機的主時鐘頻率，它在很大程度上反映了計算機的運算速度，因此人們也常以主頻來衡量計算機的速度。其單位是赫茲（Hz），常以MHz、GHz表示，比如Pentium/866、PentiumIV/3.2分別表示主時鐘頻率為866 MHz和3.2GHz。存儲器容量存儲器以字節(jié)為單位，其容量表示存儲二進制數據的能力，也是計算機的一項重要的

17、技術指標。常以千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、千兆字節(jié)（KMB）或吉字節(jié)（GB）或者兆兆字節(jié)（MMB或TB）表示存儲器容量的單位。除此之外，還有功耗、無故障率、電源電壓以及軟件兼容性等性能。 第1章 計算機概述2021-7-416馮馮諾伊曼對計算機的主要貢獻：諾伊曼對計算機的主要貢獻：提出了以二進制和存儲程序工作原提出了以二進制和存儲程序工作原理為基礎的現(xiàn)代計算機的體系結構。理為基礎的現(xiàn)代計算機的體系結構。五十多年來，計算機系統(tǒng)基本結構五十多年來，計算機系統(tǒng)基本結構沒有變。沒有變。 英國科學家艾蘭英國科學家艾蘭. .圖靈圖靈（1912-19541912-1954） 19361936年建立著名的

18、圖靈機（年建立著名的圖靈機（Turing Turing machinemachine）模型，奠定了可計算理）模型，奠定了可計算理論的基礎；論的基礎；提出圖靈測試，闡述了機器智能的提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念概念 。美籍匈牙利數學家馮美籍匈牙利數學家馮. .諾依曼諾依曼（1903190319571957）1.2.2 1.2.2 計算機產生與發(fā)展計算機產生與發(fā)展第1章 計算機概述2021-7-4171.2.2 1.2.2 計算機產生與發(fā)展計算機產生與發(fā)展1.2.1 計算機的發(fā)展歷程計算機的發(fā)展歷程1第一階段電子管計算機（第一階段電子管計算機（19461957年）年） 1946年2月14日在美

19、國賓夕法尼亞大學莫爾學院正式通過驗收的名ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）的電子數字積分式計算機，宣告了人類第一臺電子計算機的誕生。主要特點：l 采用電子管作為基本邏輯部件，體積大、用電量大、壽命短，可靠性差、 成本高；l 采用電子射線管作為存儲部件，容量很小，后來外存儲器使用了磁鼓存儲信息，擴充了容量；l 輸入輸出設備落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，容易出錯；l 沒有系統(tǒng)軟件，只能用機器語言和匯編語言編程。第1章 計算機概述2021-7-418第一臺電子數字計算機第一臺電子數字計算機1946年年2月由賓州大學研制月由賓州大學

20、研制成功的成功的ENIAC電子計算機時代的到來電子計算機時代的到來 Electronic Numerical Integrator And Calculator電子數字積分計算機電子數字積分計算機重達重達30噸噸占地占地250m2啟動工耗啟動工耗150000瓦瓦18000個電子管個電子管保存保存80個字節(jié)個字節(jié)ENIACENIAC主機房主機房第1章 計算機概述2021-7-4192第二階段第二階段 晶體管計算機（晶體管計算機（19581964年）年） 1954年，貝爾實驗室制成了第一臺晶體管計算機 TRADIC。1958年，美國研制成功了全部使用晶體管的計算 機，從而誕生了第二代計算機。 主要

21、特點：采用晶體管作為基本邏輯部件，體積減小、重量輕、能耗低、成本下降，計算機的可靠性和運算速度均得到提高；普遍采用磁芯作為存儲器，采用磁盤/磁鼓作為外存儲器；開始有了系統(tǒng)軟件（監(jiān)控程序），提出了操作系統(tǒng)概念，出現(xiàn)了高級語言。例如，F(xiàn)ORTRAN、COBOL、ALGOL等。第1章 計算機概述2021-7-420續(xù)續(xù)3 3第三階段第三階段 集成電路計算機集成電路計算機 (1965(196519691969年年) ) 集成電路是把多個電子元件集中在幾平方毫米的基片上形成的邏輯電路。 主要特點：l采用中、小規(guī)模集成電路制作各種邏輯部件，從而使計算機體積小、重量更輕、耗電更省、壽命更長、成本更低、運算速

22、度有了更大的提高；l采用半導體存儲器作為主存，取代了原來的磁芯存儲器，使存儲器的存取速度有了大幅度的提高，增加了系統(tǒng)的處理能力；l系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展， 出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)，多用戶可以共享計算機軟硬件資源；l在程序設計方面上采用了結構化程序設計，為研制更加復雜的軟件提供了技術上的保證。第1章 計算機概述2021-7-421續(xù)續(xù)4 4第四階段大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機（第四階段大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機（19701970年至今）年至今） 從20世紀70年代末期開始出現(xiàn)超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration，VLSI），在一個小硅片上容納相當于幾萬個到幾

23、十萬個晶體 管的電子元件。 主要特點：l 基本邏輯部件采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，使計算機體積、重量、成本均大幅度降低，出現(xiàn)了微型機；l 作為主存的半導體存儲器，其集成度越來越高，容量越來越大；l 外存儲器除廣泛使用軟、硬磁盤外，還引進了光盤；l 各種使用方便的輸入輸出設備相繼出現(xiàn)；l 軟件產業(yè)高度發(fā)達，各種實用軟件層出不窮；l 計算機技術與通信技術相結合，計算機網絡把世界緊密地聯(lián)系在一起；多媒體技術崛起，計算機集圖像、圖形、聲音、文字、處理于一體，在信息處理領域掀起了一場革命。綜述：綜述：從第一代到第四代，計算機的體系結構都是相同的，即都由控制器、存儲器、運算器和輸入輸出設備組成，稱為馮諾

24、依曼體系結構。第1章 計算機概述2021-7-422時代時代年份年份器件器件軟件軟件應用應用一一 46-58電子管電子管機器語言匯編語言機器語言匯編語言 科學計算科學計算二二58-64晶體管晶體管高級語言高級語言數據處理工業(yè)控制數據處理工業(yè)控制 三三64-71集成電路集成電路操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理圖形處理文字處理圖形處理四四71年迄今年迄今大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路數據庫、網絡等數據庫、網絡等社會的各個領域社會的各個領域第1章 計算機概述2021-7-423續(xù)續(xù)2.2.微機的發(fā)展微機的發(fā)展 微機也稱為PC，是1971年出現(xiàn)的，它的誕生和迅速普及是計算機發(fā)展史中 最重大的事件。世界上第一臺微

25、機是由美國Intel公司于1971年研制成功的。它 把計算機的全部電路做在4個芯片上，即一片4位微處理器Intel 4004、一片320 位（40字節(jié)）的隨機存取存儲器、一片256字節(jié)的只讀存儲器和一片10位的寄存 器。它們通過總線連接起來，于是就組成了世界上第一臺4位微型電子計算機。 第一代微機第一代微機 1972年由Intel公司研制的8位微處理器Intel 8008，Intel 8008代表了第一 代微處理器。 第二代微機第二代微機 第二代微處理器是在1973年研制的，是主要采用速度較快的N溝道 MOS技術的8位微處理器。 第三代微機第三代微機 第1章 計算機概述2021-7-424續(xù)續(xù)

26、 第三代微處理器是在1978年研制的，是主要采用H-MOS（High- performance MOS）新工藝的16位微處理器。其典型產品是Intel公司的Intel 8086。 第四代微機第四代微機 從1985年起采用超大規(guī)模集成電路的32位微處理器，標志著第四代微處 理器的誕生。1993年Intel公司推出第五代32位微處理器芯片Pentium（奔騰）， 它的外部數據總線為64位，工作頻率為66MHz200MHz。1998年Intel公司推 出Pentium、后來又推出Pentium 、Pentium。 3.3.計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代計算機的發(fā)展表現(xiàn)在兩個方面：一是向著巨型

27、化、微型化、網絡化 和智能化5種趨向發(fā)展；二是朝著非馮諾依曼結構模式發(fā)展。 計算機發(fā)展的五種趨向計算機發(fā)展的五種趨向 第1章 計算機概述2021-7-425續(xù)續(xù) （1）巨型化 巨型化是指計算機的運算速度更高、存儲容量更大、功能更強。目前正 在研制的巨型計算機，其運算速度可達每秒百億次。存儲容量超過百萬兆字 節(jié)。 （2）微型化 微型化就是指進一步提高集成度。利用高性能的超大規(guī)模集成電路研制 性能更加優(yōu)良、價格更加低廉、整機更加小巧的微型計算機。 （3）多媒體化 多媒體是指以數字技術為核心的圖像、聲音與計算機、通信等融為一體 的信息環(huán)境。 （4）網絡化 網絡化就是用通信線路把各自獨立的計算機連接起

28、來，形成各計算機用 戶之間可以相互通信并使用公共資源的網絡系統(tǒng)。 第1章 計算機概述2021-7-426續(xù)續(xù) （5）智能化 計算機的智能化就是指使計算機具有人的智能。能夠像人一樣思 維，讓計算機能進行圖像識別、研究學習、探索、聯(lián)想人的語言等。 發(fā)展非馮發(fā)展非馮諾依曼結構模式諾依曼結構模式 自20世紀60年代開始向兩個大方向努力，一是創(chuàng)造新的程序設計語 言，即所謂的“非馮諾依曼”語言；二是從計算機元件方面，比如提出發(fā)明 與人腦神經網絡相類似的新型超大規(guī)模集成電路的設想，即分子芯片。 （1）生物計算機 （2）光子計算機 （3）量子計算機第1章 計算機概述2021-7-4271.2.3 1.2.3

29、計算機的應用計算機的應用1. 1. 科學與工程計算（數值計算）科學與工程計算（數值計算） 科學與工程計算是指計算機應用于解決科學研究和工程技術中所提出的數學問題（數值計算）。由于計算機具有高運算速度和精度以及邏輯判斷能力，可以應用于高能物理、工程設計、地震預測、氣象預報及航天技術等領域。2. 2. 數據處理（信息處理）數據處理（信息處理） 數據：數據：是符號化的信息，是信息的符號表示。 信息：信息：則是數據的內涵，是語義化的數據，是數據的語義解釋。 數據處理：數據處理：數據處理也稱為信息處理，主要是指計算機對數據資料的收集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作。 3. 3. 計算機輔

30、助系統(tǒng)計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助設計（計算機輔助設計（Computer Aided DesignComputer Aided Design，CADCAD） CAD是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，進行工程和產品的設計與分析，以達到預期的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術。應用的第1章 計算機概述2021-7-428續(xù)續(xù) 最為廣泛的是二、三維的幾何形體建模、繪圖，各種機械零部件的設計等。 計算機輔助制造（計算機輔助制造（Computer Aided ManufacturingComputer Aided Manufacturing，CAMCAM） CAM是應用計算機來進行產品制造的統(tǒng)

31、稱，通過計算機分級控制和管理制造過程的多方面工作。它的目標是開發(fā)一個集成的信息網絡來監(jiān)測一個廣闊的相互關聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據一個總體的管理策略控制每項作業(yè)。 計算機輔助教學（計算機輔助教學（Computer Assisted InstructionComputer Assisted Instruction，CAICAI） CAI是把計算機作為一種新型教學媒體，將計算機技術運用于課堂教學、實驗課教學、學生個別化教學（人-機對話式）及教學管理等各教學環(huán)節(jié)，以提高教學質量和教學效率的教學模式。4 .4 .數據庫應用數據庫應用 數據庫是長期存儲在計算機內有組織的大量共享的數據集合。它可以供各種用戶

32、共享，具有最小的冗余和較高的數據獨立性。數據庫的應用是計算機應用的基本內容之一。 第1章 計算機概述2021-7-429續(xù)續(xù)5. 5. 人工智能人工智能 人工智能是一門研究如何構造智能機器人（智能計算機）或智能系統(tǒng)，使 它能模擬、延伸和擴張人類智能的學科。人工智能的研究領域包括知識工程、機器學習、模式識別、自然語言處理、智能機器人和神經計算等多個方面。6.6.網絡應用網絡應用 計算機網絡是計算機技術與通信技術結合的產物。現(xiàn)在計算機網絡是集文 本、聲音、圖像及視頻等多媒體信息于一身的全球信息資源系統(tǒng)。 7.7.電子商務電子商務 電子商務（Electronic Commerce）是指通過計算機和網

33、絡進行商務活動， 主要為電子商戶提供服務，實現(xiàn)消費者的網上購物、商戶之間的網上交易和在 線電子支付的一種新型的商業(yè)運營模式。 8.8.電子政務電子政務 電子政務是指國家各級政府部門綜合運用現(xiàn)代信息 網絡與現(xiàn)代數字技術，徹底轉變傳統(tǒng)工作模式，實現(xiàn)公務、政務、商務、事務的一體化管理與運行。 第1章 計算機概述2021-7-4301.3 1.3 計算機系統(tǒng)基礎知識計算機系統(tǒng)基礎知識 1.3.1 計算機系統(tǒng)的基本概念計算機系統(tǒng)的基本概念 一個完整的計算機系統(tǒng)包含計算機硬件系統(tǒng)和計算機軟件系統(tǒng)兩大部分。 1.1.硬件系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)：組成一臺計算機的物理設備的全體稱作計算機硬件系統(tǒng)，硬件是計算機系統(tǒng)的物質

34、基礎。 2.2.軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)：指揮計算機工作的各種程序的集合稱為計算機軟件系統(tǒng)，軟件是控制和操作計算機工作的核心。 硬件是軟件工作的基礎，離開硬件，軟件無法工作；軟件又是硬件功能的擴充和完善，有了軟件的支持，硬件功能才能得到充分的發(fā)揮。兩者相互滲透、相互促進，可以說硬件是基礎，軟件是靈魂，只有將硬件和軟件結合成統(tǒng)一的整體，才能稱其為一個完整的計算機系統(tǒng)。 第1章 計算機概述2021-7-4311.3 1.3 計算機系統(tǒng)基礎知識計算機系統(tǒng)基礎知識1.3.2 系統(tǒng)的組成機計算系統(tǒng)的組成機計算1. 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成 第1章 計算機概述2021-7-4321.3 1.3 計算機系

35、統(tǒng)基礎知識計算機系統(tǒng)基礎知識2計算機硬件計算機硬件 計算機硬件主要由中央處理器、存儲器、輸入/輸出控制系統(tǒng)和各種輸入/輸出設備等功能部件組成。每個功能部件各盡其責，協(xié)調工作。3計算機軟件計算機軟件 計算機軟件是相對于硬件而言的，它包括計算機運行所需的各種程序、數據及相關文檔資料。計算機軟件不僅為人們使用計算機提供方便，而且在計算機系統(tǒng)中起著指揮管理的作用。4計算機系統(tǒng)的層次結構計算機系統(tǒng)的層次結構 作為一個完整的計算機系統(tǒng)，硬件和軟件是按一定的層次關系組織起來的。最內層是硬件（也被稱為裸機），然后是系統(tǒng)軟件中的操作系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)的外層是其他軟件，最外層是用戶程序或文檔。第1章 計算機概述20

36、21-7-433計算機系統(tǒng)的層次結構計算機系統(tǒng)的層次結構第1章 計算機概述2021-7-4341.3 1.3 計算機系統(tǒng)基礎知識計算機系統(tǒng)基礎知識1.3.3 計算機的基本工作原理計算機的基本工作原理1工作原理工作原理 馮諾依曼提出的設計思想概括起來有如下三個要點：（1）采用二進制形式表示數據和指令。（2）采用程序存儲方式。（3）由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備五大基本部件組 成計算機。 2指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程 指令是能夠被計算機識別并執(zhí)行的命令，是程序設計的最小單位。通常，一條指令的執(zhí)行分為取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個階段。第1章 計算機概述2021-7-435補充：補充：

37、計算機的基本工作原理計算機的基本工作原理1 1工作原理工作原理 馮諾依曼提出了以二進制和存儲程序工作原理為基礎的現(xiàn)代計算機的體系結構。其設計思想概括起來有如下三個要點：（1）采用二進制形式表示數據和指令。（2）采用程序存儲方式。即謂存儲程序工作原理，就是在計算機中設置存儲器，將二進制編碼表示的計算步驟與數據一起存放在存儲器中，機器一經啟動，就能按照程序指定的邏輯順序依次取出存儲內容進行譯碼和處理，自動完成由程序所描述的處理工作。（3）由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備五大基本部件組成計算機。 2 2指令指令 指令是能夠被計算機識別并執(zhí)行的命令，是程序設計的最小單位。第1章 計算機概述20

38、21-7-436指令指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，完成一種操作。是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，完成一種操作。If Goto結構結構分分類類操作碼操作碼 操作數操作數 數據傳送指令數據傳送指令數據處理指令數據處理指令程序控制指令程序控制指令輸入輸出指令輸入輸出指令 其它指令其它指令 And OrCPU內存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等對計算機的硬件進行管理等指令指令 操作碼操作碼 要完成的操作類型或性質要完成的操作類型或性質操作數操作數 操作的內容或所在的地址操作的內容或所在的地址 指令指令第1章 計算機概述2021-7-437 通常，一條指令的執(zhí)行分為取指令、分析指

39、令和執(zhí)行指令三個階段。 指令的執(zhí)行過程分為以下4個步驟： 取指令 按照指令計數器中的地址，從內存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。 分析指令 對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉換成相應的控制電位信號；由地址碼確定操作數地址。 執(zhí)行指令 由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。 一條指令執(zhí)行完成，指令計數器加1 或將轉移地址碼送入程序計數器，然后回到。3 3指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程第1章 計算機概述2021-7-438指令的執(zhí)行過程示意圖指令的執(zhí)行過程示意圖第1章 計算機概述2021-7-4391.4 1.4 計

40、算機中的數制與編碼計算機中的數制與編碼1.4.1 數制與編碼數制與編碼1數制和數制間轉換數制和數制間轉換 按進位的原則進行計數叫進位計數制，簡稱數制。任何數制都有兩個基本要素： 基數：基數：是指在某種數制中所允許的數碼的個數。 位權：位權：是指在某種數制中，每個數碼所表示的數值等于該數碼乘以一個與數碼所在位置有關的常數，這個固定的常數稱作位權。（1 1）十進制整數轉換為二進制整數）十進制整數轉換為二進制整數 將十進制整數轉換為二進制數采用“除2取余法”。（2 2）十進制小數轉換為二進制小數）十進制小數轉換為二進制小數 將十進制小數轉換為二進制數采用“乘2取整法”。 （3 3）二進制數轉換為十進

41、制數）二進制數轉換為十進制數 二進制數轉換為十進制數是將二進制數的各位按位權展開相加。 第1章 計算機概述2021-7-4401.4 1.4 計算機中的數制與編碼計算機中的數制與編碼（4 4）二進制數與十六進制數相互轉換）二進制數與十六進制數相互轉換 十六進制采用“逢十六進一”的進位計數制，因此，十六進制數的基數為16，用數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F表示數碼。二進制二進制 十六進十六進制制 二進制二進制 十六進十六進制制 00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D01106111

42、0E011171111F第1章 計算機概述2021-7-4411.4 1.4 計算機中的數制與編碼計算機中的數制與編碼2二進制的邏輯運算二進制的邏輯運算 邏輯值只有兩個，邏輯“真真”（用1表示）和邏輯“假假”（用0表示）。 （1）邏輯與運算邏輯與運算邏輯與運算，也稱邏輯乘運算。其運算規(guī)則如下：11=1 10=0 01=0 00=0式中“”是邏輯與的運算符。例：1100101011000101=11000000 （2）邏輯或運算邏輯或運算邏輯或運算，也稱邏輯加運算。其運算規(guī)則如下：11=1 10=1 01=1 00=0式中“”是邏輯或的運算符。例：1100101011000101=1100111

43、1 （3）邏輯非運算邏輯非運算邏輯非運算，其運算規(guī)則如下： 式中“”是邏輯非的運算符。 01 01 010110 第1章 計算機概述2021-7-4421.4 1.4 計算機中的數制與編碼計算機中的數制與編碼3編碼編碼 計算機中所有的數據都是以二進制方式組織和存放的。編碼就是指對輸入到計算機中的各種數值和非數值型數據，按一定規(guī)則組合而成若干位二進制碼來表示數或字符（字母、符號、漢字等）。（1 1）ASCIIASCII碼碼 ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange，美國標準信息交換碼）是由美國國家標準局提出的一種信息交換標

44、準代碼。這種編碼應用非常普遍，它使用7個二進制位來表示字符，在計算機存儲中占一個字節(jié)（8個二進制位）。共有128個編碼，可以表示128個不同字符的編碼。（2 2）漢字編碼）漢字編碼 計算機在處理漢字信息時也要將其轉化為二進制代碼，因此也需要對漢字進行編碼。計算機的漢字信息處理系統(tǒng)在處理漢字時，不同環(huán)節(jié)使用不同的編碼。第1章 計算機概述2021-7-4431.4 1.4 計算機中的數制與編碼計算機中的數制與編碼 國標交換碼：國標交換碼：計算機處理漢字所用標準是我國于1981年頒布的國家標準GB2312-80，即中華人民共和國國家標準信息交換漢字編碼，簡稱國標碼。共收錄漢字和圖形符號7445個。

45、輸入碼：輸入碼：為輸入漢字而設計的代碼，簡稱外碼。按輸入設備的不同，可分為鍵盤輸入、手寫輸入和語音輸入三大類。 漢字機內碼：漢字機內碼：是供計算機系統(tǒng)內部進行漢字存儲、加工處理和傳輸統(tǒng)一使用的二進制代碼，簡稱內碼。 漢字字形碼：漢字字形碼：是指漢字字庫中存儲的漢字字形的數字化信息碼。它主要用于漢字輸出時產生漢字字形。 漢字地址碼：漢字地址碼：是指漢字字形碼在漢字字庫中存放位置的代碼，即字形信息的地址。 第1章 計算機概述2021-7-444 計算機所能處理的數據、信息在計算機中都是以數字編碼形式表示的。那么這些數字編碼是以什么形式表示的？與日常表示的數有何區(qū)別？字母、漢字與符號又如何表示等等。

46、本節(jié)將重點討論這些問題。也就是計算機中信息是如何表示的。補充：補充：1.4.1 1.4.1 數制與編碼數制與編碼第1章 計算機概述2021-7-445數制的基礎知識數制的基礎知識 這里所說的數制，也稱為進位計數制。所謂進位計數制是指按進位的原則進行計數。任何數制都有兩個任何數制都有兩個基本要素基本要素： 1、基數：是指在某種數制中所允許的數字符號（簡稱數符）的個數。 2、位權：是指在某種數制中，處在不同位置上的數符所代表的值不同，一個數字在某個固定位置上所代表的值是確定的，這個固定位上的值稱為位權。位權與基數的關系是各進位制中位權的值恰好是基數的若干次冪。 第1章 計算機概述2021-7-44

47、6 進位計數制有兩個進位計數制有兩個基本特點基本特點： 1、逢逢N進一進一。N是指進位計數制表示一位所需要的符號數目，稱為基數。例如十進制數是由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個數字符號組成，基數為10，逢十進一。二進制數由0、1兩個數字符號組成，基數為2，逢二進一。 2、采用位權表示采用位權表示一個數。任何一種數制表示的數都可以寫成按位權展開按位權展開的多項式之和多項式之和。第1章 計算機概述2021-7-447inmiirS 1N=N=Sn-1r rn-1n-1Sn-2n-2r rn-2n-2S0 0r r0 0S-1-1r r-1-1S-m-mr r-m-mr進制數進制數N可表示

48、可表示 為：為：R進制數用進制數用 r個基本符號（例如個基本符號（例如0，1，2，r-1）表示數值）表示數值基數基數權權數碼數碼678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2第1章 計算機概述2021-7-448計算機領域中通常所使用的數制有四種： 二進制（Binary）、八進制（Octal）、十進制（Decimal）和十六進制（Hexadecimal）。約定約定：在幾種數制混合使用的場合，為了避免混淆，通常我們在數字后面加上： 字母B或2表示一個二進制數 字母O或8表示八進制數 字母D或10或不加任何字母來表示十進制數 字母H或16表示十六進制數第1章 計算機概述202

49、1-7-449例1 在十進制數中，3058.72 按權值展開： (3058.72)103103+ 0102+ 5101+ 8100+ 710-1+ 210-2例2 在二進制數中，10111.01按權值展開為： (10111.01)2124+ 023+ 122+ 121+ 120+ 02-1+ 12-2第1章 計算機概述2021-7-450表：表： 十進制、二進制、八進制、十六進制數的位權十進制、二進制、八進制、十六進制數的位權數數 位位十進制權十進制權二進制權二進制權八進制權八進制權十六進制權十六進制權S01=1001=201=801=160S110=1012=218=8116=161S210

50、0=1024=2264=82256=162S31000=1038=23512=834096=163S410000=10416=244096=8465536=164Sn-110n-12n-18n-116n-1第1章 計算機概述2021-7-451常用進位數制常用進位數制010 - 1610之間整數的對應關系之間整數的對應關系第1章 計算機概述2021-7-452 計算機采用二進制代碼作為計算機內部基本代碼主要有以下原因： 1、二進制表示數字容易實現(xiàn)計算機用電子器件表示數字信息。顯然，制造具有二種穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件比制造具有十個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件容易得多。另外，任何物理狀態(tài)均有其對立面，如有脈沖與

51、無脈沖，晶體管的導通與截止等。用0、1兩個數字符號來表示它們是很容易實現(xiàn)的。 2、二進制運算規(guī)則簡單第1章 計算機概述2021-7-453一、二進制數的運算法則一、二進制數的運算法則 1. 二進制的特征 兩個符號：0、1； 逢2進一 2. 算術運算規(guī)則： 加法運算 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 10 減法運算 0 0 = 0， 1 0=1，1 1=0 , 10 1=1 乘法運算 0 0 = 0, 0 1 = 0, 1 0 = 0, 1 1 = 1 除法運算 01=0, 11=1 第1章 計算機概述2021-7-4543. 邏輯運算邏輯“真真”

52、（用1表示）和邏輯“假假”（用0表示）邏輯或：使用的運算符有 “” 00=0，01=1，10=1，11=1 例如：1100 10101110邏輯與（邏輯乘）：運算符有“ ” 00=0，01=0，10=0，11=1 例如：110010101000邏輯非：運算符為“ ” 1的非為0，0的非為1例如： 1101=0010第1章 計算機概述2021-7-4551、任意進制數轉化為十進制數原則：、任意進制數轉化為十進制數原則： 任意進制數轉化為十進制數只要寫出該進制數的按權展開式，進行乘法和加法運算，得出結果即可。例：100128)456(08448081878)710(120212120212)101

53、101(012345210)45(10480321001216)438(61762566161116116)6B1 (二、不同數制之間的轉換二、不同數制之間的轉換第1章 計算機概述2021-7-456例： 求（1100101.101）2 的等值十進制數(1100101.101)2=126+125+024+023+122+ 021+120+12-1 +02-2+12-3= 64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125=（101.625）10 即 (1100101.101)2 = (101.625)10第1章 計算機概述2021-7-4572 2、十進制數轉換為任意進制數、十進制數轉換為任意

54、進制數 將十進制數轉化為任意進制數需對整數部分和小數部分分別進行轉化第1章 計算機概述2021-7-458 十進制小數轉換成二進制小數采用乘2取整法。即：將十進制小數乘以2，然后取出所得乘積的整數部分，再將純小數部分乘以2，又取出所得乘積的整數部分，直到小數部分為零或滿足精度為止，最后將所得各次乘積的整數部分按正序排列就是對應的二進制小數。 注意有時所得乘積的整數部分為零，取出的整數也是零。 第1章 計算機概述2021-7-459十進制數轉為二進制數舉例十進制數轉為二進制數舉例（185）10 =（？）（？）2（185）10 =（10111001）224 6 022 3 021 1 125 12

55、2 121 020 11 8 5 29 2 1余數余數第1章 計算機概述2021-7-460（0.8125）10 = ( ? )20.812521.6250 10.625021.2500 10. 250020. 5000 00. 500021. 0000 1（0.8125）10 = (0.1101)2整數整數第1章 計算機概述2021-7-461例： 把把0.5773轉換成二進制數（轉換成二進制數（保留到小數點后保留到小數點后7位位）。）。 積的整數部分積的整數部分 0.57732=1.1546 1 0.15462=0.3092 0 0.30922=0.6184 0 0.61842=1.236

56、8 1 0.23682=0.4736 0 0.47362=0.9472 0 0.94722=1.8944 1 所以，（所以，（0.5773）10 (0.1001001)2 第1章 計算機概述2021-7-462例 求（66.625）10 的等值二進制數結果（66.625）10=（1000010.101）2 正確嗎?第1章 計算機概述2021-7-4632）十進制轉為八進制）十進制轉為八進制 (1) 十進制整數轉換成八進制整數十進制整數轉換成八進制整數 十進制整數轉換成八進制整數采用“除8取余”法。具體方法為：將十進制數除以8，得到一個商數和一個余數，再將商數除以8，又得到一個商數和一個余數，繼

57、續(xù)該過程，直到商數等于零為止。最后將每次得到的余數（必定是07）按逆序排列便是對應的八進制數。第1章 計算機概述2021-7-464（185）10 =（ ？ ）8（1 8 5）10 = （2 7 1）882 780 21 8 5 82 3 1余數余數除八取余除八取余第1章 計算機概述2021-7-465 例例: 將十進制數將十進制數845轉換成八進制數。轉換成八進制數。 將十進制數將十進制數845轉換成八進制數的過程如下：轉換成八進制數的過程如下： 8|845 8|105 余數為余數為5 8| 13 余數為余數為1 8| 1 余數為余數為5 0 余數為余數為1， 商為商為0，結束，結束 因此，

58、因此，(845)10=(1515)8第1章 計算機概述2021-7-466(2) 十進制小數轉換成八進制小數十進制小數轉換成八進制小數 十進制小數轉換成八進制小數采用“乘8取整”法。具體方法為：用8乘十進制小數，得到一個整數部分和一個小數部分，再用8乘小數部分，又得到一個整數部分和一個小數部分，繼續(xù)該過程，直到余下的小數部分為0或滿足精度要求為止。最后將每次得到的整數部分（必定是07）按正序排列就是對應的八進制小數。第1章 計算機概述2021-7-467 【例】【例】 將十進制小數將十進制小數0.3574轉換成八進制小數。轉換成八進制小數。 解析：將十進制小數0.3574轉換成八進制小數的過程

59、如下： 0.3574 8 2.8592整數部分為 2 0.8592 余下的小數部分 8 6.8736整數部分為6 0.8756 余下的小數部分 8 6.9888整數部分為6第1章 計算機概述2021-7-468 0.9888 余下的小數部分 8 7.9104 整數部分為7 0.9104 余下的小數部分 8 7.2832 整數部分為7 0.2832 余下的小數部分最后結果為(0.3574)10 (0.26677)8。請同學們驗證！第1章 計算機概述2021-7-4693）十進制數化成十六進制數舉例）十進制數化成十六進制數舉例（3981）10 = ( ? )16（3 9 8 1）10 = （F 8

60、 D）16161 5 . 8160 .15 (F) 3 9 8 1 16 2 4 8 13 (D)余數余數除除16 取余取余第1章 計算機概述2021-7-4703 3、二進制、八進制、十六進制數之間的相互轉化、二進制、八進制、十六進制數之間的相互轉化二進制數轉化為八進制數八進制數轉化為二進制數二進制數轉化為十六進制數十六進制數轉化為二進制數第1章 計算機概述2021-7-4711）二進制數轉化為八進制數）二進制數轉化為八進制數 計算機內部采用二進制代碼，但二進制數的位數較多，讀寫起來，很不方便，也不直觀，即使可轉換成十進制，但轉換較麻煩，為了彌補這一不足，人們采用了八進制數和十六進制數來書寫