《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》 課件 第1章 計算機(jī)基礎(chǔ)

第1章計算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解計算機(jī)的起源及發(fā)展歷史，目前計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，未來計算機(jī)的發(fā)展方向。了解計算機(jī)使用二進(jìn)制的意義，掌握不同數(shù)制的表示方法和相互轉(zhuǎn)換。掌握微型計算機(jī)的硬件構(gòu)成及其功能，掌握計算機(jī)硬件的主要性能指標(biāo)。掌握查找硬件和操作硬件的方法。了解計算機(jī)軟件的作用、分類。2目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.1.1

計算機(jī)的發(fā)展歷程1.手動計算工具世界歷史中出現(xiàn)時間最早、使用時間最長、功能最單一的一類計算器具。特點：計算過程主要依賴手動，沒有明確的輸入和輸出裝置。例如：中國的算籌與算盤、俄羅斯的算盤及歐洲的杰特計算籌碼。41.1.1

計算機(jī)的發(fā)展歷程2.機(jī)械計算機(jī)利用齒輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行計數(shù)、模擬運算過程。中國古代的記里鼓車韋伯加法器將齒輪的轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)化為數(shù)字，實現(xiàn)自動進(jìn)位，進(jìn)行加減運算。萊布尼茨計算機(jī)階梯鼓輪的互動模型進(jìn)行乘法、除法、自乘的演算，是世界上第一臺能直接進(jìn)行四則運算的機(jī)械計算器“奧德涅爾輪”結(jié)構(gòu)奧德涅爾計算器是現(xiàn)代意義上的第一臺手搖計算機(jī)。51.1.1

計算機(jī)的發(fā)展歷程3.電子計算機(jī)1946年，世界上第一臺現(xiàn)代通用計算機(jī)ENIACENIAC，全稱為ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，即電子數(shù)字積分計算機(jī)；完全的電子計算機(jī)，能重新編程，并解決各種計算問題。61.1.1計算機(jī)的發(fā)展歷程4.在ENIAC誕生后的短短60多年中，計算機(jī)所采用的基本電子元器件經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路四個發(fā)展階段，通常稱為計算機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的四個階段。階段年份電子器件第一代1946～1955電子管第二代1956～1963晶體管第三代1964～1971集成電路第四代1972～今天大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路71.1.2

計算機(jī)的分類計算機(jī)的分類很多，一般可以從下面幾個方面來劃分：1.計算機(jī)規(guī)模：有超級計算機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。2.信息表現(xiàn)形式：有數(shù)字計算機(jī)（數(shù)字量、離散的）、模擬計算機(jī)（模擬量、連續(xù)的）、數(shù)字模擬混合計算機(jī)。3.主機(jī)形式：有臺式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本式機(jī)、手掌式機(jī)。81.1.3

未來的計算機(jī)1.未來的計算機(jī)技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展。2.計算機(jī)將具備更多的智能成分，感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。3.傳統(tǒng)的磁存儲、光盤存儲容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲技術(shù)趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達(dá)10太字節(jié)。以一本30萬字的電子書計算，1TB可存儲約1700萬本。4.硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時也意味著硅技術(shù)越來越接近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機(jī)。新型的量子計算機(jī)、光計算機(jī)、生物計算機(jī)等或?qū)椴既祟惿畹母鱾€領(lǐng)域。9目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.2.1數(shù)制在生產(chǎn)時間和日常生活中，有多種表示數(shù)的方法，這些數(shù)的表示規(guī)則稱為數(shù)制，其中按照進(jìn)位方式計數(shù)的數(shù)制叫做進(jìn)位計數(shù)制。例如，常用的十進(jìn)制；鐘表計時使用的1小時等于60分鐘的六十進(jìn)制；計算機(jī)中使用的二進(jìn)制等。進(jìn)位計數(shù)制的定義一種進(jìn)位計數(shù)制包含基數(shù)、位權(quán)和數(shù)值按位展開表達(dá)式。2.常用的進(jìn)位計數(shù)制十進(jìn)制基數(shù)為10，逢十進(jìn)一，位權(quán)為10i，其中i為自然數(shù)。二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制也都是計算機(jī)中常見的數(shù)制。111.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，通常采用按權(quán)求和法，把二進(jìn)制數(shù)按位權(quán)形式展開多項式和的形式，求其最后的和，就是其對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換——除2取余法；小數(shù)轉(zhuǎn)換——乘2取整法例如，將十進(jìn)制數(shù)106.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，精確到小數(shù)點第3位。整數(shù)轉(zhuǎn)換小數(shù)轉(zhuǎn)換

1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換用3位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)表示1位八進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換與八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制注意：十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制或十六進(jìn)制，通?？梢越柚M(jìn)制作為橋梁完成。1.2.3計算機(jī)與二進(jìn)制1.二進(jìn)制的信息表示當(dāng)一個程序要求用戶在終端上輸入一個十進(jìn)制數(shù)“10”時，這個數(shù)值信息怎樣傳遞給程序呢？用戶在鍵盤上先后按下“1”和“0”兩個鍵。終端的編碼電路依次接收到這兩個鍵的狀態(tài)變化，并先后產(chǎn)生對應(yīng)于“1”和“0”的用ASCII碼表示的字符數(shù)據(jù)（31H和30H），然后送往主機(jī)。主機(jī)終端接口程序一方面將接收到的兩個ASCII碼回送給終端（這樣，當(dāng)用戶敲入“1”時，終端屏幕上就顯示出“1”），另一方面將他們依次傳給有關(guān)程序。程序根據(jù)數(shù)據(jù)類型的定義，將這兩個字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示（00001010）。1.2.3計算機(jī)與二進(jìn)制2.信息存儲的單位在計算機(jī)內(nèi)部，信息釆用二進(jìn)制的形式進(jìn)行存儲、運算、處理和傳輸。信息的基本存儲的單位有：位（bit）、字節(jié)（Byte，B）和字（Word）。

1KB=1024B=210B lMB=1024KB=210KB=220B 1GB=1024MB=210MB=220KB=230B 1TB=1024GB=210GB=220MB=230KB=240B 1PB=1024TB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B3.二進(jìn)制的優(yōu)勢易于物理實現(xiàn)；二進(jìn)制數(shù)運算簡單；機(jī)器可靠性高；通用性強(qiáng)目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.3.1計算機(jī)的工作原理1946年，美國科學(xué)家馮·諾依曼提出了程序存儲式電子數(shù)字自動計算機(jī)的方案，并確定了計算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的五個基本部件。其思想可概括為：

(1)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令；(2)采用存儲程序方式；(3)

5個基本硬件包括：運算器控制器存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備1.3.2計算機(jī)設(shè)計模型演變1.人們通過輸入設(shè)備把需要處理的信息輸入計算機(jī)，計算機(jī)通過中央處理器把信息加工后，再通過輸出設(shè)備把處理后的結(jié)果告訴給人們。2.為了處理大量數(shù)據(jù)，在中央處理器旁邊加了一個內(nèi)部存儲器。3.但是內(nèi)部存儲器存在易失性，為了擴(kuò)大內(nèi)存儲器的容量并長期存儲數(shù)據(jù)，又引入了外存儲器。

（1）最初模型

（2）添加了內(nèi)部存儲器模型（3）現(xiàn)代計算機(jī)模型目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.4.1認(rèn)識計算機(jī)硬件硬件（Hardware）是計算機(jī)硬件的簡稱，是指計算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機(jī)整體，為計算機(jī)軟件運行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。1.4.2計算機(jī)的性能指標(biāo)一臺微型計算機(jī)功能的強(qiáng)弱或性能的好壞，不是由某項指標(biāo)來決定的，而是由它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、硬件組成、軟件配置等多方面的因素綜合決定的。但對于大多數(shù)普通用戶來說，可以從以下幾個指標(biāo)來大體評價計算機(jī)的性能。（1）運算速度，通常指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。（2）字長，計算機(jī)在同一時間內(nèi)處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱為一個計算機(jī)的“字”，而這組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)就是“字長”。（3）內(nèi)存儲器的容量，是指CPU可以直接訪問的存儲器容量。（4）外存儲器的容量，是指硬盤容量（包括內(nèi)置硬盤和移動硬盤）。（5）可靠性，通常用“平均無故障時間”（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）和“平均維修時間”（Meantimetorepair，MTTR）來衡量。目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)計算機(jī)軟件(ComputerSoftware，CS)，簡稱軟件，是指計算機(jī)系統(tǒng)中的程序及其文檔。程序是計算任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述；文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料，一般不需要安裝就可提供瀏覽功能。計算機(jī)軟件兩大類：1.5.1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)管理計算機(jī)系統(tǒng)中各種獨立的硬件，使得它們能協(xié)調(diào)工作。1.操作系統(tǒng)(OperatingSystem，OS)是管理計算機(jī)硬件與軟件資源的計算機(jī)程序。2.語言處理系統(tǒng)分為機(jī)器能直接識別的機(jī)器語言，與機(jī)器語言指令一一對應(yīng)的符號指令和簡單語法組成的匯編語言和自然語言比較接近的高級語言。3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫。4.服務(wù)性程序是指為了幫助用戶使用與維護(hù)電腦，提供服務(wù)性手段并支持其他軟件開發(fā)而編制的一類程序。1.5.2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件（Application）是為了某種特定的用途而被開發(fā)的軟件，是用戶可以使用的各種程序設(shè)計語言，以及用各種程序設(shè)計語言編制的應(yīng)用程序的集合。應(yīng)用軟件可分為用戶程序與應(yīng)用軟件包。1.用戶程序是用戶為了解決特定的具體問題而開發(fā)的軟件。2.應(yīng)用軟件包是為實現(xiàn)某種特殊功能而精心設(shè)計的、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的獨立系統(tǒng)。信息管理類軟件輔助設(shè)計類軟件文檔處理類軟件即時通信軟件27目錄1.4計算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識計算機(jī)1.5計算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計算機(jī)新發(fā)展1.6計算機(jī)新發(fā)展1.人工智能是研究使計算機(jī)來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科。2.云計算（CloudComputing）是分布式計算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。3.大數(shù)據(jù)的特色在于對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘，依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術(shù)。4.物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT），即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)任何時間、任何地點，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。5.區(qū)塊鏈，就是一個又一個區(qū)塊組成的鏈條。每一個區(qū)塊中保存了一定的信息，它們按照各自產(chǎn)生的時間順序連接成鏈條。其特點：一是數(shù)據(jù)難以篡改、二是去中心化。區(qū)塊鏈?zhǔn)切乱淮畔⒓夹g(shù)的重要組成部分，是分布式網(wǎng)絡(luò)、加密技術(shù)、智能合約等多種技術(shù)