计算机基础知识与基本操作ppt课件.ppt
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1、计算机应用基础,第1章 计算机基础知识与基本操作,1.1 计算机发展概述1.2 计算机系统的组成 1.3 微型计算机的系统组成与基本操作1.4 计算机中的数制与编码1.5 计算机多媒体技术1.6 信息高速公路与金字工程1.7 计算机信息安全与病毒防治,1.1 计算机发展概述,1.1.1 计算机发展历程 1946年2月,人类历史上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。在同年,著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼(Neumann,John von)提出了“存储程序”和“程序控制”的思想,这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。 1. 冯诺依曼思想的
2、核心要点是: 1)计算机的基本结构应由五大部件组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 2)计算机中应采用二进制形式表示数据和指令。 3)采用“存储程序”和“程序控制”的工作方式。,第一代计算机(1946年1957年),采用电子管作为逻辑元件,因此称为电子管计算机。使用机器语言作为编程语言,应用范围主要是科学计算。其体积较大,运算速度较低,存储容量不大,而且价格昂贵,使用也不方便。 第二代计算机(1958年1964年),采用晶体管作为逻辑元件。开始使用汇编语言进行程序设计,应用范围扩展到数据处理和事务处理及工业控制。其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍,体积为原来的几十分之一。
3、,2. 计算机大致经历了四个阶段,第三代计算机(1965年1970年),这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件,并且出现了操作系统,使计算机的功能越来越强,应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算,还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域,出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统,可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。 第四代计算机(1971年至今),采用大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器,在面积约为10mml0mm的单个芯片上,可以集成大约32万个晶体管,使计算机的体积大大缩小,出现了微型化的计算机。操
4、作系统不断完善,出现了Windows操作系统,应用软件层出不穷,逐步形成软件产业。,3. 微型计算机大致经历了四个阶段: 第一阶段是19711973年,微处理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机(CPU为4040,4位机)。 第二阶段是19741977年,微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。 第三阶段是19781983年,16位微型计算机的发展阶段,微处理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC(CPU为8086)。本阶段的顶峰产品是APP
5、LE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PCAT286(1986年)微型计算机。 第四阶段是从1985年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。1993年,Intel公司推出了Pentium或称P5(中文译名为“奔腾”)的微处理器,它具有64位的内部数据通道。 由此可见,微型计算机的性能主要取决于它的核心器件微处理器(CPU)的性能。,1.1.2 计算机的特点,1运算速度快 计算机的运算速度从每秒几十万次到上千亿次,是人工和传统运算工具所无法比拟的,高速运算是计算机的一个基本特征。 2精确度高 它具有人类无能为力的高精度控制,计算机在进行数值运
6、算时能够达到很高的精度,可以精确到十几位到几十位有效数字,计算机的高精确度使得它应用于航空航天、核物理等尖端科学领域。,3具有很强的存储(记忆)功能 在计算机中有容量很大的存储装置,它不仅可以长久性地存储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料,还可以存储指挥计算机工作的程序,使得计算机具有了很强的记忆能力。4具有逻辑判断功能 计算机内部是按照布尔代数进行运算的,布尔代数也就是逻辑代数,所以不仅可以进行加、减、乘、除等算术运算,也可进行与、或、非等逻辑运算。因此具有可靠的判断能力, 5自动执行功能 计算机在进行计算、事务管理中,人只需要事先将编好的应用程序输入计算机,发布执行指令,计算机就能自动
7、按照程序规定的步骤完成预定的处理任务。,1.1.3 计算机的应用,科学计算 2信息处理 3过程控制 4计算机辅助功能 5计算机与网络、多媒体技术,1.1.4 计算机的分类,根据计算机规模和性能,可以将计算机分为以下几类:1巨型计算机 运算速度在每秒亿次以上的计算机可称为巨型计算机。2. 大型计算机 运算速度在每秒几千万次以上的计算机为大型计算机。 3. 中型计算机 运算速度在每秒百万次以上千万次以下的计算机为中型计算机,与大型计算机的区别不甚明显,通常用在国家重点科研机构、重点理工科院校。,4. 小型计算机 小型计算机的运算速度在每秒几百万次左右5微型计算机 微型计算机也称为个人计算机,简称微
8、机、PC机。 随着计算机技术的发展,各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机,其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。6工作站 工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快,配有大容量的存储器和大屏幕显示器,并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。,1.2 计算机系统的组成,1.2.1 计算机硬件系统,计算机硬件系统均由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分构成。他们之间的逻辑关系如下图所示:,下面分别简述这五大部件的基本功能: 1. 运算器 又名“算术逻辑部件”,简称“逻辑部件ALU ( Arithmatic Logic Un
9、it)”。它是实现各种算术运算和逻辑运行的实际执行部件。算术运算是指各种数值运算;逻辑运算则是指因果关系判断的非数值运算。运算器的核心部件就是加法器和高速寄存器,前者用于实施运算,后者用于存放参加运算的各类数据和运算结果。,2控制器 控制器是分析和执行指令的部件,也是统一指挥和控制计算机各部件按时序协调操作的部件。计算机之所以能自动、连续地工作就是依靠控制器的统一指挥。控制器通常是由一套复杂的电子电路组成,现在普遍采用超大规模的集成电路。 控制器与运算器都集成在一块超大规模的芯片中,形成整个计算机系统的核心,这就是我们常说的中央处理器CPU(Central Processing Unit)。中
10、央处理器是计算机硬件的核心,是计算机的心脏。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。,3存储器 一般是指内部存储器,或称“主存储器” 。内部存储器是计算机的记忆部件,用于存放正在运行的程序及数据。内部存储器通常由许许多多的记忆单元组成,各种数据存放在这一个个存储单元中,当需要存入或取出时,可通过该数据所在单元的地址对该数据进行访问。 内部存储器按其存储信息的方式可以分为只读存储器ROM(Read Only Memory)、随机存储器RAM(Random Access Memory)和高速缓冲存储器Cache三种。,4输入设备 输入设备是计算机用来接收外界信息的设备,人们利用它送入程序、数据和各种
11、信息。输入设备一般是由两部分组成,即:输入接口电路和输入装置。输入接口电路是输入设备中将输入装置(外设的一类)与主机相连的部件,如键盘、鼠标接口,通常集成于计算机主板上。也就是说输入装置一般必须通过输入接口电路挂接在计算机上才能使用。最常见的输入设备当然就是键盘和鼠标了,扫描仪也是输入设备,现在还有一种用于手写输入的手写光电笔也属于输入设备。,5输出设备 输出设备的功能与上面所介绍的“输入设备”相反,它是将计算机处理后的信息或中间结果以某种人们可以识别的形式表示出来。 输出设备与输入设备一样,也包括两个部分,即输出接口电路和输出装置。输出接口电路是用来连接计算机系统与外部输出设备的,如显卡是用
12、来连接显示器这样一种输出设备的,声卡可以连接主机与音箱之类的输出设备;打印机接口则是用来连接打印机与主机系统的。输出装置就是上面所说的显示器、音箱、打印机、绘图仪等。,1.2.2 计算机软件系统,基本概念:,软件:由程序、数据和文档三部分内容组成。程序:是一系列有序指令的集合。 计算机之所以能够自动而连续地完成预定的操作,就是运行特定程序的结果。计算机程序通常是由计算机语言来编制,编制程序的工作称为程序设计。数据:指各种信息集合,数值的与非数值的。文档:用自然语言(汉语或英语)对程序进行描述的文本称为文档。,计算机软件系统:,1. 系统软件 是指管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软
13、件。系统软件主要包括操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统、网络系统及服务性程序。核心是:操作系统、语言处理程序和各种服务性程序。 (1) 操作系统 操作系统是管理、控制计算机的软、硬件和数据资源的大型程序,是用户和计算机之间的接口,并提供了软件的开发和应用环境。,操作系统的分类方法很多,如:按计算机的机型可以分为大型机、 中、小型机和微型机操作系统;按计算机用户数目的多少可以分为单用户和多用户操作系统;按照操作系统的功能特征来对操作系统进行分类,主要分为三类:批处理操作系统、实时操作系统和分时操作系统。 随着计算机技术和计算机体系结构的发展,又出现了许多新型的操作系统,例如,微机操作系统
14、、多处理机操作系统、网络操作系统以及分布式操作系统等。 微机操作系统当前主流是Microsoft公司的DOS(单用户单任务)操作系统和Windows(单用户多任务)操作系统。,(2) 语言处理程序 机器语言是用二进制代码编写,能够直接被机器识别的程序设计语言。它的优点是不需要翻译就能够被计算机识别,因而执行速度快。它的缺点是不易书写和阅读,直观性差(全是0和1的数字),在使用时难记、易出错,且针对具体机型,局限性大。 汇编语言是用能够反映指令功能的助记符来表示指令的程序设计语言,即符号化了的机器语言。汇编语言的优点是运算速度快,比机器语言易于书写和修改,主要的缺点是因为采用了大量的助记符,所以
15、记忆和掌握起来仍然比较困难。 高级语言是用不依赖于机器的指令形式表达操作意图的程序设计语言。高级语言的表示方式更接近于人类的自然语言。高级语言的特点是:相对于机器语言和汇编语言,运行速度较慢,但是它易于书写和修改,而且容易被人们掌握。人们常用的高级语言有:BASIC语言、FORTRAN、PASCAL语言、C语言等。,由于计算机只能直接识别执行机器语言,因此对于汇编语言或是高级语言编写的程序,机器是不能立即执行的,需要经过语言处理程序翻译成计算机能够直接识别和执行的机器指令代码。把汇编语言编写的源程序翻译成机器代码的过程,称之为汇编,完成此项工作的软件称之为汇编程序。将高级语言编写的程序(称为“
16、源程序”)翻译成机器语言程序(称为“目的程序”),然后计算机才能执行。这种翻译过程一般有两种方式:解释方式和编译方式。编译是先整段地将源程序翻译成目标程序,然后执行。,(3) 数据库管理系统 在计算机应用中数据处理占据很大比例,对于大量的数据如何存储、利用和管理,如何使多个用户共享同一数据资源,是数据处理必须解决的问题,60年代末在美国诞生了第一个商品化的数据库系统。(4) 网络系统软件 计算机网络将分布在不同地理位置的多个独立计算机系统用通信线路连接起来,实现互相通信、资源共享。计算机网络的构成为:网络硬件、网络拓扑结构、传输控制协议以及网络软件。网络软件主要指的是网络操作系统。 (5) 其
17、他系统软件 系统软件中还包括一些服务性程序,便于用户对计算机的使用和维护。,2应用软件,应用软件是为了解决用户的各种实际问题而编制或购买的软件,因此应用软件都是针对某一特定的问题或某一特定的需要。前面介绍的计算机在各个领域的应用,就是通过应用软件来实现的。 应用软件的丰富与否、质量好坏,都直接影响到计算机的应用范围与实际经济效益。,1.2.3 计算机软、硬件系统的相互作用,计算机软、硬件系统不是独立发挥作用的,而是要相互结合才行。计算机硬件是基础,计算机硬件系统中许多硬件都需要有软件的支持才能正确发挥作用,这就是硬件的“驱动程序”。 所有软件都需先安装一个相应的操作系统软件后,其它软件才能进行
18、安装,操作系统是整个计算机软件发挥作用的平台。 应用软件的安装原则上没有先后次序规定,但要注意的是它要与相应的操作系统和相应版本相一致,,1.3.1 微型计算机的系统组成,微机的宏观结构,1.3 微型计算机的系统组成与基本操作,微机的微观(总线)结构,1主机,微机的主机箱内一般安装着系统主板(包括CPU和内存等)、外存(软盘、硬盘和光盘)、总线扩展槽、输入输出接口电路(显示适配卡、打印适配卡、声音卡、视频卡和Modem卡)等。 (1) CPU CPU是硬件的核心,主要包括运算器和控制器。CPU芯片决定了计算机的档次。 CPU的主要性能指标有两个:字长和主频。 字长(位):CPU进行运算和数据处
19、理的最基本、最有效的信息位长度。字长越长,性能越强。PC机的字长,已由8088的准16位(运算用16位,IO用8位)发展到现在的32位、64位。 主频(Mhz):CPU工作的时钟频率。主频越高处理数据速度越快。,(2) 内存,内存储器又称为主存储器,也简称主存。内存用于存放计算机当前正在运行的程序和数据,它可被CPU访问,直接与CPU交换信息。其特点是:读写速度快,但容量较小,价格也较高。内存储器目前大多采用半导体存储器,按功能分为RAM(Random Access Memory,随机存储器)和ROM(read only Memory,只读存储器)两类。 只读存储器:用于存放内容不变的信息,在
20、机器出厂时就已装入。ROM的特点是其内容只能读出不能写入,断电后,ROM中的内容仍存在。一般固化在ROM中的是机器的自检程序、初始化程序、基本输入输出设备的驱动程序等。,随机存储器:用于存放正在使用的程序和数据。RAM的特点是其中存入的内容可随时读出写入,断电后,RAM中的内容全部丢失。计算机中直接与CPU打交道的程序和数据都是存放在RAM中,因此通常所说的计算机内存指的就是RAM。RAM又分为动态随机存取存储器DRAM和静态随机存取存储器SRAM两类。内存容量是计算机性能的又一个重要指标,内存越大,“记忆”能力越强,程序运行的速度也越快。RAM的容量已从早期的640KB,逐步发展到8MB、6
21、4MB,再到目前的128MB、256MB。高档机可达到512MB,甚至更大。,2外存,外存储器又称为辅助存储器,也简称外存、辅存。用于存放暂时不用的程序和数据,它不能直接被CPU访问,但它可以与内存成批交换信息,即外存中的信息只有被调入内存才能被CPU访问。外存相对于内存而言,其特点是:存取速度较慢,但存储容量大,价格较低,信息不会因掉电而丢失。 目前最常用的外存有软盘、硬盘和光盘。,(1) 软盘,软盘是由表面涂有一层磁性材料的塑料圆盘制成,使用时需要插入软盘驱动器。软盘有体积小,携带方便、价格便宜等优点,因而被广泛使用。软盘按直径的大小分为5.25英寸和3.5英寸(简称5和3),按存储密度分
22、为低密度和高密度,按存储面分为单面和双面。,每张软盘的表面上包含许多同心圆,每一个同心圆称为一个磁道,磁道的编号从最外层以0开始(第0 道),依次为1、2、3每个磁道平均划分为若干弧段,每个弧段称为一个扇区,每个扇区放512个字节。数据在磁盘上是按磁道和扇区来存放的。存储器可容纳的二进制信息量称为存储容量,存储容量的基本单位是字节(Byte),常用的存储容量单位还有KB、MB、GB,它们之间的关系为: 1Byte=8bit(二进制位) 1KB=210B 1MB=220B 1GB=230B一张软盘的存储容量为:存储容量=面数磁道数扇区数每扇区字节数(512)存储容量=28018512=14402
23、10B1.44220B1.44MB,(2) 硬盘,硬盘是至今最重要的外存储器,它由一组同样大小、涂有磁性材料的铝合金圆盘片环绕一个共同的轴心组成。相对于软盘而言,硬盘具有磁盘容量大、存取速度快、可靠性高、每兆字节成本低等优点。 硬盘一般都封装在一个金属盒子里,固定在主机箱内,因而它不能像软盘那样随时放入和拿出,不便携带。同时硬盘内的洁净度要求非常高。采用了密封型空气循环方式和空气过滤装置,不得任意拆卸。 硬盘在出厂后必须经过以下3步基本操作才能使用:第1步是对硬盘进行低级格式化 ;第2 步是对硬盘进行分区;第3步对硬盘进行高级格式化。,(3) 光盘,光盘是近年来迅速发展的一种辅助存储器,可以存
24、放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息,而且具有价格便宜、体积小、容量大、易长期保存等优点,是多媒体技术获得迅速推广的重要因素之一。 光盘系统由光盘盘片和光盘驱动器组成,如图1.8所示。光盘盘片由聚碳酸脂(PC)注塑而成,表面有无数个微小的凹坑,代表着所记录的信息,有关数据就记录存储在由内向外的带凹坑和非凹坑组成的螺旋型路径上。相邻路径间距离为1.5微米,密度很大,因此它具有极大的存储容量,一张CDROM光盘可以存储650MB的数据。,光盘和光盘驱动器,光盘盘片有3种类型:只读型光盘(Compact DiskRead Only Memory,即CDROM)、只写一次型光盘(Writ
25、e Once, Read Many,缩写为WORM)和可擦写型光盘(Rewriteable)。目前常用的光盘是CDROM,顾名思义,只能从这类光盘上读取信息,而不能改变其内容。目前市场上流行的激光唱片(CDDigital Andio ,即CDDA)、影碟(Video CD,即VCD)、游戏盘、数据盘等均属CDROM。 光盘驱动器读取光盘是根据激光束照射到带凹坑的光盘上,反射光的强弱不同而由光电检测电路读取光盘上的信息。光盘驱动器的数据传输速率随着多媒体技术的发展提高很快,从最早的单倍速(传输速率为150KB/s),到2倍速、4倍速、6倍速、8倍速、10倍速、12倍速、18倍速,目前一般的标准配
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