計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述.ppt

1、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)目標(biāo)，了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成，掌握計(jì)算機(jī)的工作原理，掌握計(jì)算機(jī)的工作原理和主要內(nèi)容，計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成，以及衡量計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)。1.世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)誕生于1943年，1946年由賓夕法尼亞大學(xué)的物理學(xué)家約翰莫克利和工程師J-普雷斯珀?？颂仡I(lǐng)導(dǎo)的科研小組完成，命名為eniac(電子數(shù)字積分器和計(jì)算器)。5000加法/秒，重量30噸，面積170平方米17468個(gè)電子管，6000個(gè)繼電器，功率174千瓦，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)，世界上第一臺(tái)程序存儲(chǔ)計(jì)算EDSAC是由英國(guó)劍橋大學(xué)的Moliis Wil

2、ke于1949年成功開發(fā)的，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始。第一臺(tái)程序存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)，馮諾伊曼的第一臺(tái)程序存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)EDSAC，1949，2。計(jì)算機(jī)一代，第一代(1946-1959)有50，000-40，000個(gè)電子管(次/秒)，第二代(1960-1963)有幾十萬-幾百萬個(gè)晶體管。第三代(1964-1970)集成電路是百萬到百萬(次/秒)，第四代(1971-現(xiàn)在)(超)大規(guī)模集成電路是百萬到上億(次/秒)。1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，第一代(1946-1959)電子管有5400萬(次/秒)大尺寸、高能耗、低速和小容量，其應(yīng)用僅限于科學(xué)計(jì)算和軍事用途。20世紀(jì)50年代，IBM 704是第一代使用電子管

3、的電子計(jì)算機(jī)。在第二代(1960-1963)中，有幾十萬個(gè)晶體管(次/秒)。第二代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是使用晶體管作為基本的物理設(shè)備。FORTRAN語言由于其體積小、能耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在這一時(shí)期得到了廣泛的應(yīng)用，適合于事務(wù)處理。因此，它的應(yīng)用范圍從簡(jiǎn)單的科學(xué)計(jì)算和軍事目的擴(kuò)展到事務(wù)處理、工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等。IBM 7090是IBM于1959年生產(chǎn)的第二代晶體管電子計(jì)算機(jī)。它的體積減小了，但它的運(yùn)行速度更快。第三代(1964-1970)有數(shù)百萬個(gè)集成電路(次/秒)。第三代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是使用中小型集成電路作為基本的物理設(shè)備。它具有通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。IBM360系統(tǒng)于1964年4月問世。

4、它已經(jīng)成為使用集成電路的第三代電子計(jì)算機(jī)的著名代表。第四代(從1971年至今)(超大規(guī)模集成電路)是幾百萬(次/秒)。第四代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是使用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路作為基本的物理設(shè)備。在此期間，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度可以達(dá)到每秒百萬甚至上億次。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，并行處理技術(shù)、分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了發(fā)展；在軟件方面，發(fā)展了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、高效可靠的高級(jí)語言和軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化。英國(guó)國(guó)家航空管理局的控制中心，空中交通管制是由IBM計(jì)算機(jī)控制的，ENIAC，一個(gè)劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)裝置，晶體管實(shí)質(zhì)上是根據(jù)真空管用微觀尺度建造的。電子管的缺點(diǎn)：體積大；能耗高，散熱量大。晶體管的優(yōu)點(diǎn)：體積小；低能耗

5、；性能穩(wěn)定。1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，1.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，運(yùn)算速度快，計(jì)算機(jī)精度高，記憶能力強(qiáng)，邏輯判斷能力強(qiáng)，1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)的分類，按工作原理劃分，按功能劃分，模擬電子計(jì)算機(jī)，數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，按規(guī)模和工作方式劃分，專用計(jì)算機(jī)。大型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站服務(wù)器、1分用途(1)通用機(jī)：適用于解決各種通用問題。這種計(jì)算機(jī)應(yīng)用廣泛，通用性強(qiáng)，能適應(yīng)科學(xué)計(jì)算等多種用途(2)專用機(jī)：用于解決特定問題，配有解決特定問題的軟硬件，如生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的特殊應(yīng)用、工業(yè)智能儀表等。計(jì)算機(jī)分類，2根據(jù)規(guī)模(1)超級(jí)計(jì)算機(jī)：它用于先進(jìn)的國(guó)防技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算。超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度可以達(dá)到每秒萬億

6、次，超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)水平的重要標(biāo)志。(2)大中型計(jì)算機(jī)：它們有很高的計(jì)算速度，每秒可以執(zhí)行數(shù)千萬條指令，并且有很大的存儲(chǔ)空間。它通常用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理或作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。(3)小型計(jì)算機(jī)：規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作環(huán)境低，一般用于工業(yè)自動(dòng)控制、測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集等。小型計(jì)算機(jī)作為超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助機(jī)器也發(fā)揮著重要的作用。微型計(jì)算機(jī)：中央處理器采用微處理器芯片，體積小，便于攜帶，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、服務(wù)業(yè)、工廠、辦公自動(dòng)化和流行信息處理的自動(dòng)控制。(5)工作站：工作站是一種基于個(gè)人計(jì)算機(jī)和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的高性能計(jì)算機(jī)，主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)操作和

7、圖形圖像處理能力，是為滿足工程設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、財(cái)務(wù)管理、信息服務(wù)和仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)開發(fā)的。(6)服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個(gè)用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備，一般分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器和通信服務(wù)器。3除以處理對(duì)象(1)數(shù)字計(jì)算機(jī)：當(dāng)計(jì)算機(jī)處理時(shí)，輸入和輸出值都是數(shù)字量。(2)模擬計(jì)算機(jī)：處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是電壓、溫度、速度等直接連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)。(3)數(shù)?；旌嫌?jì)算機(jī)：輸入和輸出可以是數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)是一種高度自動(dòng)化的信息處理設(shè)備。主要特點(diǎn)是：運(yùn)行速度快；自動(dòng)連續(xù)高度計(jì)算；計(jì)算精度高；記憶能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大；可靠的邏輯判斷能力；高可靠性和多功能性。1.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，計(jì)

8、算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，1?？茖W(xué)計(jì)算：指應(yīng)用計(jì)算機(jī)完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題(數(shù)值計(jì)算)。一般來說，計(jì)算機(jī)需要有高速度、高精度和相對(duì)較大的存儲(chǔ)容量。科學(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)的最早應(yīng)用。2信息處理：信息處理主要指非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、處理、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作。3.過程控制：在科學(xué)技術(shù)、軍事領(lǐng)域、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和其他領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)：有計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)集成制造(CIMS)等系統(tǒng)。5多媒體技術(shù)：將數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫等各種媒體

9、有機(jī)地結(jié)合起來，利用計(jì)算機(jī)、通信、廣播電視技術(shù)在它們之間建立邏輯聯(lián)系并加以處理的技術(shù)。目前，多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，除了知識(shí)學(xué)習(xí)、電子書、商業(yè)和家庭應(yīng)用之外，它在遠(yuǎn)程醫(yī)療和視頻會(huì)議中也得到了極大的推廣。計(jì)算機(jī)通信是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不同地區(qū)的計(jì)算機(jī)通過通信線路與相應(yīng)的軟件相連，達(dá)到資源共享的目的。人工智能：研究、解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的學(xué)科。它的主要任務(wù)是建立智能信息處理的理論，然后設(shè)計(jì)一個(gè)可以顯示一些類似人類智能行為的計(jì)算系統(tǒng)。人工智能的學(xué)科包括：知識(shí)工程、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、自然語言處理、智能機(jī)器人和神經(jīng)計(jì)算等。1.1

10、計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成、1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心，它負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令并解碼；根據(jù)指令的要求，按照順序，負(fù)責(zé)向其他部件發(fā)送控制信號(hào)；確保所有組件協(xié)調(diào)工作?？刂破髦饕芍噶罴拇嫫鳌⒔獯a器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器組成?？刂破骱瓦\(yùn)算單元是計(jì)算機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)處理信息。在控制器的控制下，它與存儲(chǔ)器交換信息，并執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算單元還具有暫時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果的功能，由加法器、寄存器和累加器等邏輯電路組成?？刂破骱瓦\(yùn)算單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系非常密切。在第四代計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算單元和控制器集成在一個(gè)芯片上，形成中央處理器。算術(shù)單元，1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系

11、統(tǒng)，存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器，輔助存儲(chǔ)器，隨機(jī)存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，硬盤，u盤，1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，用于接受用戶輸入的原始程序和數(shù)據(jù)，是一個(gè)重要的人機(jī)接口，負(fù)責(zé)將輸入的程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制代碼，并將其放入輸入設(shè)備，1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，以信息的形式將計(jì)算機(jī)操作和處理的結(jié)果反饋給用戶通常，輸出形式包括數(shù)字、字符、圖形、視頻、聲音等。常見的輸出設(shè)備包括監(jiān)視器、打印機(jī)、繪圖儀等。1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。與計(jì)算機(jī)硬件相比，軟件是計(jì)算機(jī)的無形部分和靈魂。軟件可以管理、控制和維護(hù)硬件。按照軟件的用途，它可以分為：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件、1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

12、基本組件、1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是最基本和最重要的系統(tǒng)軟件，是用于管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的大型程序，是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一控制、調(diào)度和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源。主要功能是提高系統(tǒng)的資源利用率，提供友好的用戶界面，使用戶能夠靈活方便地使用計(jì)算機(jī)。人與人之間的交流需要語言，人與計(jì)算機(jī)之間的交流也需要語言。用來在人和計(jì)算機(jī)之間傳遞信息的語言叫做程序設(shè)計(jì)語言。根據(jù)對(duì)硬件的依賴程度，編程語言通常分為三類：機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言、系統(tǒng)軟件和1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。機(jī)器語言是由二進(jìn)制代碼“1”和“0”組成的一組代碼指令，是唯一可以被計(jì)算機(jī)硬

13、件識(shí)別和執(zhí)行的面向機(jī)器的語言。優(yōu)點(diǎn)：占用內(nèi)存小，執(zhí)行速度快缺點(diǎn)：編程工作量大，程序可讀性差，調(diào)試?yán)щy、系統(tǒng)軟件、1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、匯編語言匯編語言是一種符號(hào)語言，使用一些助記符來反映指令功能，而不是機(jī)器指令。匯編語言指令和機(jī)器語言指令之間基本上是一一對(duì)應(yīng)的。這些助記符通常是人們?nèi)菀子涀『屠斫獾挠⑽目s寫。優(yōu)點(diǎn)：匯編語言在編寫、讀取和調(diào)試方面取得了很大進(jìn)步，運(yùn)行速度快。缺點(diǎn)：它是一種面向機(jī)器的語言，編程復(fù)雜，可移植性差。高級(jí)語言高級(jí)語言是一種獨(dú)立于機(jī)器的算法語言。高級(jí)語言的表達(dá)接近于人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖匀徽Z言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，并有一定的語法規(guī)則。缺點(diǎn)：編寫的程序運(yùn)行緩慢。優(yōu)點(diǎn)：易學(xué)、便攜、可讀、易

14、調(diào)試，系統(tǒng)軟件，1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要是解決計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理、組織、管理和查詢的非數(shù)值計(jì)算問題。目前，常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有SQL Server、Oracle、Mysql和Visual FoxPro。系統(tǒng)軟件、1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器、輸出設(shè)備、輸入設(shè)備、操作系統(tǒng)、語言處理程序、網(wǎng)絡(luò)算術(shù)單元、外部存儲(chǔ)器、內(nèi)部存儲(chǔ)器、中央處理單元、軟盤、硬盤、光盤、顯示器、投影儀、打印機(jī)、繪圖儀、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、

15、1.2.3以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成。從外觀上看，微型計(jì)算機(jī)的基本硬件包括：監(jiān)視器、鍵盤和鼠標(biāo)還包括其他一些外部設(shè)備：打印機(jī)、掃描儀等。1.2.3微機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分，主板，中央處理器，根據(jù)中央處理器或其他芯片的位置可分為片上總線和片外總線，地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線可分為并行總線和串行總線，總線，硬盤，光盤，移動(dòng)存儲(chǔ)，鍵盤，掃描儀，打印機(jī)，微機(jī)軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，視窗操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，漢字操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)編程語言，C，Pascal，basic，財(cái)務(wù)報(bào)表軟件， 文字處理軟件、媒體播放軟件、圖形圖像處理軟件、游戲軟件，1.2.3微機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分，1.3衡量計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)，1 .運(yùn)算速度，2 .內(nèi)存指標(biāo)，3.i .影響運(yùn)算速度的主要因素有：CPU的主頻。 字長(zhǎng)。指揮系統(tǒng)。輸入輸出速度存取速度：內(nèi)存完成讀(取)或?qū)?存)操作所需的時(shí)間稱為內(nèi)存存取時(shí)間或存取時(shí)間。存儲(chǔ)容量：內(nèi)存容量反映了主內(nèi)存可以容納的數(shù)據(jù)總量。輸入輸出速度是指中央處理器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換速度。主機(jī)輸入輸出的速度取決于輸入輸出總線的設(shè)計(jì)。輸入輸出速度的提高與速度慢的設(shè)備(如鍵盤和打印機(jī))關(guān)系不大，但對(duì)高速設(shè)備有明顯的影響。1。運(yùn)行速度，3。輸入輸出