第一章計算機基礎知識

第一章計算機基礎知識

本章內容計算機的發(fā)展與分類計算機系統(tǒng)的組成計算機內信息的表示與存儲計算機保養(yǎng)及上機注意事項2預科教育學院?Annie學習目標了解計算機的發(fā)展簡史、發(fā)展趨勢及應用領域熟悉微機硬件組成與軟件分類掌握電子計算機中常用進位數及其相互轉換了解計算機內字符信息的編碼與存儲方式3預科教育學院?Annie學習重點電子計算機的發(fā)展簡史和四代機的主要元件計算機的系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)—五大部件軟件系統(tǒng)—兩大類計算機內信息編碼與進位制互換，信息容量與存儲容量的單位4預科教育學院?Annie學習難點計算機的工作原理計算機五大部件的功能計算機內部信息編碼與存儲5預科教育學院?Annie1.1計算機的發(fā)展與分類電子計算機(電子數字計算機)能自動、高速而精確地進行大量數值運算和信息處理的電子設備。自動：不用人工干預而是事先存儲指令或程序，在程序控制下自動執(zhí)行各種操作高速：運算速度快精確：是指計算精度高或小數有效位數可做得很大

很大主要特點6預科教育學院?Annie

第一臺電子計算機：ENIAC（埃尼阿克）電子數字積分計算機1946年2月在美國賓夕法尼亞大學誕生主要特征：占地面積為170平方米運算速度為每秒5000次18000多個電子管耗電150千瓦重量達30噸1.1.1電子計算機的誕生7預科教育學院?Annie代次年份器件軟件主存儲器與輔助存儲器計算速度第一代46—57電子管機器語言延遲線或磁鼓（磁帶）幾千條第二代58—64晶體管匯編語言、高級語言磁芯存儲器（磁盤）幾百萬條第三代64—71中小規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)與結構化程序半導體存儲器（磁盤為主）幾千萬條第四代71年迄今大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路網絡操作系統(tǒng)與面向對象程序設計集成度高的半導體（磁盤、光盤、U盤）數億條以上1.1.1電子計算機的四個發(fā)展階段代次第一代年份46—57器件電子管軟件機器語言主存儲器與輔助存儲器延遲線或磁鼓（磁帶）代次第二代年份58—64器件晶體管軟件匯編語言、高級語言主存儲器與輔助存儲器磁芯存儲器（磁盤）代次第三代年份64—71器件中小規(guī)模集成電路軟件操作系統(tǒng)與結構化程序主存儲器與輔助存儲器半導體存儲器（磁盤為主）代次第四代年份71年迄今器件大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路軟件網絡操作系統(tǒng)與面向對象程序設計主存儲器與輔助存儲器集成度高的半導體（磁盤、光盤、U盤）8預科教育學院?Annie1.1.2計算機的分類計算機規(guī)模：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機信息表現(xiàn)形式和被處理的信息電子數字計算機（數字量、離散的）電子模擬計算機（模擬量、連續(xù)的）電子混合計算機用途：通用計算機、專用計算機采用的操作系統(tǒng)單用戶機系統(tǒng)、多用戶機系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)和實時計算機系統(tǒng)9預科教育學院?Annie1.1.2計算機的分類字長：4位，8位，16位，32位，64位計算機廠家原裝機，兼容機主機形式：臺式機，便攜機，筆記本式機，手掌式機10預科教育學院?Annie超級計算機（巨型機）天河一號A“天河一號”的升級版斥資六億元人民幣總共有一百四十個機柜，一百五十多公噸重僅次于IBM的藍色基因，世界上第二節(jié)能的超級計算機2010年11月世界超級計算機TOP500排名，位列世界第一。后2011年6月被日本超級計算機“京”超越。2012年6月18日，國際超級電腦組織公布的全球超級電腦500強名單中，“天河一號A”排名全球第五。11預科教育學院?Annie超級計算機（巨型機）天河二號2013年11月18日，國際TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，中國國防科學技術大學研制的“天河二號”以比第二名—美國的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美國專家預測，在一年時間內，“天河二號”還會是全球最快的超級計算機。12預科教育學院?Annie小超級機（小巨型機）桌上型超級計算機：巨型機縮小成個人機的大小使個人機具有超級計算機的性能美國Convex公司的C-1，C-2，C-3Alliant公司的FX系列13預科教育學院?Annie大型主機把大型主機放在計算中心的玻璃機房中，用戶要上機就必須去計算中心的終端上工作。發(fā)展階段：批處理階段分時處理階段分散處理階段集中管理階段主要廠商：IBM、DEC、富士通、日立、NEC14預科教育學院?Annie大型主機15預科教育學院?Annie大型主機與超級計算機的區(qū)別：計算速度：超級計算機明顯強于大型機超級計算機：運算速度、內存大小大型機：數據傳輸與轉移、可靠性、并發(fā)處理性能數據處理超級計算機：浮點數，如天氣預報大型機：整數，如訂單數據、銀行數據等大型機在安全性、可靠性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于超級計算機主機在處理數據的同時需要讀寫或傳輸大量信息，如海量的交易信息、航班信息等等。16預科教育學院?Annie小型機發(fā)起原因：大型機價格昂貴、操作復雜集成電路技術的發(fā)展代表機型：PDP-11，VAX-11等17預科教育學院?Annie1.1.3計算機的發(fā)展趨勢趨勢：巨、微、網、智、多媒體新類型的計算機簡介生物計算機——以蛋白質分子作為邏輯元件的生物計算機（生物芯片），用于模擬人腦工作。光子計算機——用光子代替電子傳遞信息進一步提高計算機的運算速度。理論上能提高300多倍。1984年5月，歐洲研制出了世界上第一臺光子計算機。量子計算機——用量子原理和量子態(tài)（位）表示二進制位，量子邏輯門取代電子邏輯門研制的計算機。速度更高、功能更強。18預科教育學院?Annie1.1.4計算機的應用領域科學計算（數值計算）數據處理（信息處理）輔助技術（CAD、CAM、CAI、CAT）過程控制（實時控制）人工智能（智能模擬）網絡應用（資源共享、信息傳輸）電子商務電子政務返回19預科教育學院?Annie1.2計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主機主存(內存)—

ROM,AM,DRAM,SDRAM,DDRCPU（運算器，控制器,寄存器）軟件系統(tǒng)FoxBase、FoxPRO系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)服務程序語言處理程序數據庫管理系統(tǒng)設備驅動程序DOS、WINOWDS、UNIX、LINUXBASIC、C、PASCAL顯卡、網上、聲卡、主板應用軟件Office、信息管理、工資管理、財務管理外設外存儲器磁盤

光盤

磁帶輸入設備輸出設備顯示器、打印機、繪圖儀CD-ROM、WORM、ROCD軟盤、硬盤鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀20預科教育學院?Annie1.2.1計算機的工作原理馮·諾依曼體系結構前四代計算機均遵循馮·諾依曼體系結構核心：存儲程序馮·諾依曼思想：采用二進制形式表示數據和指令采用存儲程序方式計算機事先存儲程序（指令），并在程序控制下工作計算機五大基本組成部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設備與輸出設備21預科教育學院?Annie馮氏計算機系統(tǒng)結構與數據流框圖程序+數據控制器輸出設備輸入設備運算器存儲器輸出結果數據信息控制信號22預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件：構成計算機的電子、機械、光電等物理設備組成主機、輸入設備、輸出設備、輔助存儲器23預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—主機組成主機箱、主板、CPU、內存條、硬盤、風扇、光驅、顯卡、網卡、聲卡、數據線、電源等主板位于主機箱地步的一塊大型印刷電路板功能：載體—CPU、內存條、光驅、電源等橋梁—主機與輸入/輸出設備24預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—主板25預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—CPU中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）功能：協(xié)調指揮計算機各部件工作，完成算術運算和邏輯運算。CPU又稱微處理器，是運算器與控制器集成到一塊半導體芯片上做成的。26預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—CPU中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）雙核處理器27預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—CPUCPU的組成運算器(ALU,ArithmeticLogicUnit)

—完成算術運算與邏輯運算 —由算術邏輯部件、累加器和通用寄存器組成算術運算：加、減、乘、除、乘方、開方邏輯運算：邏輯與（and）、或（or)、非（not）等控制器(CU,ControlUnit)

—協(xié)調指揮各部件自動連續(xù)工作 —由程序計數器、指令譯碼器、指令寄存器和控制信號發(fā)生器組成28預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—存儲器計算機的記憶部件，用來存放程序和數據分類：高速緩沖存儲器(Cache)、主存儲器(內存)和外存儲器Cache—緩解CPU速度與內存速度不匹配問題；—一級緩存L1直接封存在CPU芯片內部，二級緩存L2安裝在主板上；—容量最小(1MB以下)，但速度最快(內存的數倍)；—用于存放當前正在執(zhí)行的程序段或正在處理的數據；29預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—存儲器內存

—直接受CPU控制與管理的存儲器—由半導體芯片構成；—容量很小(256MB/1GB/2G/4G……)，速度很快；—內存是程序表演的舞臺：任何程序只有競爭進入內存才能得到執(zhí)行—內存包括只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)ROM用于存儲系統(tǒng)BIOS，只讀不寫，掉電信息不會丟失；PROM、EPROMRAM可讀可寫，斷電信息丟失；DRAM、SRAM30預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—存儲器外存(輔助存儲器)—永久存儲信息—由磁性材料或反光材料制成；—容量大，價格低，存取速度慢；—存放暫時不用的程序和數據，主存的后援存儲器；—外存不能直接與CPU或I/O設備進行數據交換，只能和內存交換數據。—軟盤、磁盤、光盤、U盤、移動硬盤31預科教育學院?Annie1.2.1計算機硬件系統(tǒng)—存儲器三類存儲器性能比較32預科教育學院?Annie1.2.1計算機硬件系統(tǒng)—存儲器存儲器33預科教育學院?Annie1.2.2計算機硬件系統(tǒng)—輸入/輸出設備輸入設備—將數據從人類習慣的形式轉換成計算機的內部二進制代碼放在內存中；—鼠標、鍵盤、掃描儀、麥克風、手寫筆、數碼相機等輸出設備—將計算機處理結果從存儲器中輸出—將計算機內的二進制代碼形式數據裝換成人類習慣的文字、圖形和聲音等形式—顯示器、打印機、繪圖儀等注意兼輸入又兼輸出的設備有：硬盤、軟盤、U盤、移動硬盤34預科教育學院?Annie1.2.3計算機系統(tǒng)主要性能指標運算速度(MIPS)—百萬條指令每秒字長--CPU一次讀寫數據的位數，32/64位內存儲器的容量—2GB/4GB外存儲器的容量—500GB/1TB接口的標準與類型系統(tǒng)的軟件配置可靠性—用系統(tǒng)平均無故障時間描述可維護性—用發(fā)生故障修復平均時間描述CPU主頻單位GHz(1GHz=1000MHz)35預科教育學院?Annie1.2.4計算機軟件系統(tǒng)軟件計算機中的程序及其文檔。程序：為解決一個信息處理任務而預先編制的工作執(zhí)行

方案，是基本指令的集合；文檔：便于了解程序功能及配備的闡明性資料。類別：系統(tǒng)軟件應用軟件36預科教育學院?Annie1.2.4計算機軟件系統(tǒng)—系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件控制和協(xié)調計算機及外部設備,支持應用軟件開發(fā)和運行的系統(tǒng),是無需用戶干預的各種程序的集合。類別：操作系統(tǒng)：DOS,Linux,UNIX,WindowsXP/7/8等語言處理程序：匯編語言匯編器、C語言編譯器等數據庫管理：Access,Oracle,Sybase,MySQL等輔助程序：調試程序、裝備和連接程序等37預科教育學院?Annie1.2.4計算機軟件系統(tǒng)—應用軟件應用軟件用戶可以使用的各種程序設計語言，以及用各種程序設計語言編制的應用程序的集合。類別眾多，如：辦公軟件：微軟Office、WPS、GoogleDocs圖象處理：Photoshop、繪聲繪影等媒體播放器：Realplayer,千千靜聽、暴風影音等其他軟件：通信工具(QQ/MSN),翻譯軟件(金山詞霸)等38預科教育學院?Annie1.2.4硬件與軟件的關系硬件和軟件的關系構成計算機的有機整體，密不可分裸機：沒有軟件的計算機(只識別機器語言)沒有硬件的軟件只是寫在書本上的代碼,沒有任何用處軟件擴展硬件的功能,硬件是軟件運行的物質基礎返回39預科教育學院?Annie1.3.1計算機內為什么采用二進制數表示信息計算機內部信息必須數字化,即不管信息為數字、字符或圖形圖像等，必須采用二進制表示，那么，為什么要這樣做呢？主要原因是：（1）二進制數數碼少（僅有0和1）；（2）二進制數運算法則簡單；（3）采用二進制數容易實現(xiàn)邏輯運算；機內信息統(tǒng)統(tǒng)采用二進制數編碼表示，指令、程序、數據均如此。1.3信息的表示與存儲40預科教育學院?Annie1.3.2計算機中常用的機制位數二進制、十進制和十六進制1.3信息的表示與存儲（1）二進制數的數字符號（數碼）只有兩個：0，1。特點是：進位基數為2，逢二向高位進一，高位退一當二。（2）十進制數數碼有：0，1，……，9（3）十六進制數數碼有：0，1……，9，A，B，……，F(xiàn)特點是：進位基數為10，逢10向高位進一，高位退一當10。特點是：進位基數為16，逢16向高位進一，高位退一當16。十六進制數碼可用四個二進制數表示三種進位制數的書寫表示方法：80=80D（11011）=11011B2（AB）=ABH1641預科教育學院?Annie1.3.3不同進制數之間的轉換1.十進制與二進制的互換1.3信息的表示與存儲（1）二進制到十進制方法是：乘權求和或加權展開。（2）十進制到二進制方法：整數——除2取余法；小數——乘2取整法。012如：101B=1×2+0×2+1×2=5如：13=1101B8=1000B42預科教育學院?Annie1.3.3不同進制數之間的轉換1.3信息的表示與存儲1326232120101113=1101B8=1000B余數4822221200001余數43預科教育學院?Annie1.3.3不同進制數之間的轉換1.3信息的表示與存儲2、二進制與十六進制的互換十六進制數的數碼特點：每個數碼都可用四位二進制數表示012345670000000100100011010001010110011189ABCDEF1000100110101011110011011110111144預科教育學院?Annie1.3.3不同進制數之間的轉換1.3信息的表示與存儲2、二進制與十六進制的互換二進制與十六進制互換實例如：1001100110B=0010'0110'0110B=266H111111111111B=1111'1111'1111B=FFFH1234H=0001'0010'0011'0100B=1001000110100BABCFH=1010'1011'1100'1111B=1010101111001111B45預科教育學院?Annie1.3.4信息的存儲單位1.3信息的表示與存儲1、信息的最小單位——二進制位bit2、信息的基本單位——字節(jié)（Byte)1B=8b常用存儲單位及其換算關系：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB46預科教育學院?Annie1.3.5機內字符編碼1.3信息的表示與存儲1、ASCII碼——美國標準信息交換代碼ASCII碼采七位編碼制，一個字節(jié)8個二進制位中的高位固定填充0，余下的七位的不同代表不同的英文字母或標點符號。這樣，ASCII碼基本集共有128=2個字符與控制符7具體編碼如下表所示：列頭為高三位，行首為低四位47預科教育學院?Annie1.3信息的表示與存儲76543210000010100111001011101110000NULDLESP0@P′p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv48預科教育學院?Annie1.3信息的表示與存儲76543210000010100111001011101110111BELETB’7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100F