计算机应用基础第一章计算机基础知识1.ppt
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1、第一章 计算机基础知识,主要内容计算机的基本常识概念、常用术语计算机系统组成(硬件系统和软件系统)计算机中数值和信息的处理方法,第一章 计算机基础知识,重点与难点计算机的基本组成及工作原理数制和码制汉字信息处理,第一节 概述,内容提要计算机发展历史计算机主要特点及其应用领域计算机的基本组成、冯.诺伊曼原理,第一节 概述,一、计算机发展历史和分类1、产生:世界上第一台可由程序控制的计算机称为电子数字积分器和计算器(Electronic Numerical Integrator And Calculator)简称为 ENIAC(埃尼亚克)。1943年由美国陆军部提出,宾夕法尼亚大学于1946年研制
2、成功,用于军事项目的研究。,第一节 概述,【ENIAC性能指标】字长为12位(十进制)使用了18,800多个电子管 1,500多个电子继电器 功耗150KW 占地面积165M2,重量30吨,每秒钟完成5,000次加法运算。,第一节 概述,2、发展:根据计算机采用的主要物理器件的发展,把计算机的发展分成四个阶段,习惯上称为四代:第一代:电子管时代(46年-50年代后期)【特点】主要采用电子管作为基本器件采用机器语言和汇编语言编制程序无软件的概念主要用于科学计算,第一节 概述,第二代:晶体管时代(50年代中期-60年代后期)【特点】主要 采用晶体管作为基本器件,提高了速度和可靠性,体积、功耗、价格
3、降低采用高级语言编写程序应用扩展到数据处理和工业控制等领域。,第一节 概述,第三代:集成电路时代(60年代中期-70年代前期)【特点】主要 采用集成电路作为基本器件,体积、功耗、价格进一步降低,而速度和可靠性相应提高,应用范围进一步扩大;第四代:大规模、超大规模集成电路时代(70年代初至今),第一节 概述,【特点】计算机的核心部件采用大规模集成电路(LSI-Large Scale Integrator)和超大规模集成电路(VLSI)70年代末产生了一个人电脑(PC-Personal Computer)为代表的微型计算机,从而掀起了计算机大普及的浪潮。,第一至第四代计算机的主要特征,第一节 概述
4、,3、分类:按照处理数据的方式分:模拟式和数字式计算机数字式计算机:由数字逻辑电路组成的算术逻辑运算部件对数字量进行算术逻辑运算计算机。模拟式计算机:由运算放大器构成的微分器、积分器、函数运算器等运算部件对模拟量进行运算处理的计算机。,第一节 概述,按照使用范围分类:通用计算机和专用计算机通用计算机:能解决多种类型问题,具有较强的通用性。专用计算机:为解决特定问题而专门设计的计算机。按照规模大小分类:,第一节 概述,根据国际上通用的分类方法,一般把计算机分为6类:大/中型机(通用机)巨型机 小巨型机 小型机 微型机 工作站(工程工作站),第一节 概述,二、计算机的特点和应用领域1、特点:(1)
5、计算速度高(2)计算精度高(3)具有“记忆”和逻辑判断功能(4)可自动运行和高度灵活性2、应用领域:(1)科学计算:科学计算的特点是计算量大,数值变化范围大。,第一节 概述,【如】导弹飞行轨道计算,宇宙飞船运动轨迹和气动干扰计算,天文测量和天气预报方程计算,石油勘探和桥梁设计。(2)数据处理(事务处理、信息处理):【特点】输入/输出数据量大 计算相对简单的特点 对安全性和可靠性有特殊要求,第一节 概述,【如】财务管理,银行储蓄系统,商业系统的计划、销售、市场、采购和库存管理等。(3)计算机控制(实时控制、过程控制):在现代化工厂里,计算机普遍用于控制生产过程的自动化;【特点】对用于控制的计算机
6、速度要求不高但对可靠性 要求很高。,第一节 概述,(4)计算机辅助设计/辅助制造/辅助教学(CADComputer Aided Design/CAMComputer Aided Manufacturing/CAI Computer Aided Instruction)(5)人工智能(AIArtificial Intelligence)用计算机模拟人类脑力劳动的过程,称为人工智能。,第一节 概述,【如】利用计算机进行数学定理的证明、逻辑推理理解自然语言、辅助疾病诊断、实现人机对弈、密码密码破译等。6计算机模拟(Computer Simulation)用计算机程序代替实物模型来做模拟实验。,第一节
7、 概述,三、计算机系统的基本组成:计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。1、硬件系统:硬件系统 是指计算机系统中由电子线路和各种机电物理装置组成的实体,它是计算机实现其功能的物质基础。硬件是看得见、摸得着的设备,计算机系统的组成,第一节 概述,自1946年,世界上第一台计算机问世至今到现在,世界上各类计算机的基本结构都是建立在冯.诺依曼(Von Neumann)型计算机模型基础上的。1)冯.诺依曼(Von Neumann)原理 计算机的基本工作原理是程序存储和程序控制。该原理最初是由匈牙利裔美籍数学家冯诺依曼于1945年提出来的,故称为冯诺依曼原理。,第一节 概述,冯诺依曼计算机基本特点
8、如下:采用存储程序方式。计算机完成某项工作,必须事先编制程序,规定计算机必须做哪些事,按什么步骤去做,并向计算机提供所要处理的原始数据。【指令】要求计算机完成一次基本操作的命令称为指令。【程序】把一组有序指令的集合称为程序。程序和数据以二进制形式放在同一个存储器,第一节 概述,中,两者没有区别。指令同数据一样可以送到运算器进行运算,即由指令组成的程序是可以修改。存储器是按地址访问的、线性编址的唯一结构,每个单元的位数是固定的。指令由操作码和地址码组成。通过指令的执行,控制系统(控制器)发出控制信号直接控制计算机的操作和运行。,0000H0001H0002HFFFFH,存储体结构图,存储位,存储
9、单元(字节),存储体,第一节 概述,机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。数据以二进制表示。运算器:运算器是对信息进行加工处理的部件。它在控制器的控制下与内存交换信息,负责进行各类基本的算术运算和与、或、非、比较、移位等各种逻辑判断和操作。此外,在运算器中还含有能暂时存放数据或结果的寄存器。,第一节 概述,控制器:控制器是整个计算机的指挥中心。它负责对指令进行分析、判断,发出控制信号,使计算机的有关设备协调工作,确保系统自动运行 控制器和运算器一起组成了计算机的核心-中央处理器,即CPU(Central Processing Unit)。通常把控制器、运算器和主存储
10、器一起称为主机,而其余的输入、输出设备和辅助存储器称为外部设备。,第一节 概述,【例】计算机完成一次加法运算。1、控制器取出程序中的一条指令,识别出这是一条加法指令,于是它发出如下控制命令序列到各部件中去:2、向内存发出取数命令,按指令所指出的地址取出加数;3、把取出的加数送到运算器中,和原来已取出来暂存在运算器中的被加数相加;4、向内存发出存数命令,并送去准备存数的地址,把结果存到内存中指定的单元。,第一节 概述,2)计算机的硬件结构 计算机硬件系统由电子元器件按照一定逻辑关系联接而成,是计算机系统的物质基础。计算机硬件通常由四部分组成:输入设备/输出设备存储器运算器和控制器。总线 这四部分
11、之间的联结结构如下页图,称为冯诺依曼机组成结构图。,控制器,输入设备,控制流(控制总线),数据流(数据总线),请求/反馈流(控制总线),存储器,运算器,输出设备,冯诺依曼机组成结构图,第一节 概述,输入设备 将各种信息输入给计算机的装置。如:键盘、鼠标、光笔、扫描仪等。输出设备 将计算机处理后的信息以各种形式提供给用户的装置。如:显示器、打印机、绘图仪等 存储器 存储器是计算机的记忆装置。为了对存储的信息进行管理,把存储器划分成单元,每个单元的编号称为该单元的地址。,第一节 概述,存储器内的信息是按地址存取的。向存储器内存入信息也称为“写入”。从存储器里取出信息,也称为“读出”。信息读出后并不
12、破坏原来存储的内容。计算机的存储器可分为主存储器和辅助存储器两种,通常分别简称为主存(内存)和辅存。运算器 运算器是完成运算的部件。控制器 控制器是控制整个计算机系统自动、协调运行的部件。,第一节 概述,3)计算机的性能指标 字长 字长是衡量计算机性能的一项重要指标。所谓计算机的字长是指计算机一次能处理的二进制数据的最大位数。主频(主机频率)计算机的中央处理机对每条指令的执行是通过若干个微操作来完成的。这些微操作是按时钟周期的节拍来“动作”的,时钟周期的倒数称为主频。,第一节 概述,运算速度 计算机的运算速度是衡量计算机水平的一项主要指标,它取决于指令执行时间。目前常用单位时间内执行多少条指令
13、来表示,即MIPS.内存容量 存储器的容量反映计算机记忆信息的多少。它常以字节为单位表示。一个字节为八个二进制位,即1Byte=8bit。1KB=1024B(Kkilo)1MB=10241KB=10242B(Mmega),第一节 概述,1GB=10241MB=10243B(Ggiga吉)1TB10241GB10244B(Ttera太)输入输出设备的速度 主机与外部设备之间交换数据的速率也是影响计算机系统工作速度的重要因素。由于各种外部设备本身工作的速度不同,常用主机所能支持的数据输入输出最大速率来表示。,第一节 概述,2、软件系统 软件是指用来指挥计算机运行的各种程序,以及开发、使用和维护这些
14、程序所需的技术资料的总称。(1)功能 提高机器的使用效率,扩大计算机的功能和用途,方便用户使用计算机。(2)分类 系统软件和应用软件,第一节 概述,(3)系统软件 一般把靠近内层、为方便使用和管理计算机资源的软件,称为系统软件。系统软件主要是简化计算机操作,扩展计算机处理能力和提高计算机的效益。【特点】通用性:即无论哪个应用领域的计算机用户都要用到它们;基础性:即包括应用软件在内的其他软件必须在系统软件支持下编写和运行。,第一节 概述,操作系统 语言处理系统 数据库管理系统软件工具(4)应用软件 应用软件是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件。(具体细节在第三节介绍),第二
15、节 数制和数据编码,内容提要进位计数制计算机中常用数制间的互相转换原码、反码和补码数据的编码,数据和信息,1、数据:数据是计算机能够识别并处理的,代表外界事物的某种属性或特征的符号的集合。2、信息:信息是外界客观事物在人们头脑中的反映,是对事物的抽象。3、数据处理:是指对数据的采集、整理、存储、加工、分类、检索、传播等过程的通称。,第二节 数制和数据编码,进位计数制,简称数制,是人们利用符号来计数的科学方法,在计算机中常用的有十进制、二进制、八进制和十六进制。一、数制的基与权 某种数制所使用的数码个数称为进位基数,简称基;数制的每一位所具有的值称为位权值,简称权。,【问题】计算机中为什么采用二
16、进制?,常用计数制的基数和数字符号,第二节 数制和数据编码,【例】用十进制表示数值,所用到的数码个数是10个(09),基为10;各位的权为以10为底的幂 5 2 3 7 9 1 105 104 103 102 101 1005237915 105 2 104 310371029 101 1 100 简称各个位为0权位、1权位、2权位二、数的表示方法:1、十进制数(the Decimal system),第二节 数制和数据编码,用十进制表示数值,用到的数码个数是10个(09),基为10;各位的权为以十为底的幂。2、二进制数:(the Binary system)用二进制表示数值,所用到的数码个数
17、是2个(01),基为2;各位的权为以2为底的n次幂。如:1 1 0 1 1 1 25 24 23 22 21 20 各位的权为:32 16 8 4 2 1,第二节 数制和数据编码,3、八进制:(the Octave system)用八进制表示数值,所用到的数码个数是8个(07),基为8;各位的权为以8为底的n次幂。4、十六进制:(the Hexadecimal system)用十六进制表示数值,所用到的数码个数是16个(0F),即,0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,基为16;各位的权为以16为底的n次幂。如:3A8E=3163101628 161 14 160,第
18、二节 数制和数据编码,5、R进制数按权展开式:设有一个R进制数(R N)an an-1 a0.b1b2 bm-1bm 它的值为(10进制):S=an Rn+an-1 Rn-1+a0 R0+b1 R-1+b2 R-2+bm R-m(其中1 an R-1,1 bm R-1)【练习】将123D、123Q、123H、10010110B展开求值.,第二节 数制和数据编码,6、总结:区分四种进制数的方法有二:(1)加下标:【如】(123)10、(123)8、(123)16(2)加标记符:【如】123D、123H、123Q、1101B D-十进制 B-二进制 Q-八进制 H-十六进制,四种进制数之间的对应关
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