一单元计算机基础知识.ppt
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1、第一单元 计算机基础知识,2007年12月19日,一、早期的计算工具二、计算机的诞生三、计算机的发展四、计算机的发展趋势五、计算机的分类六、冯诺依曼结构,2007年12月19日,七、计算机软件组成八、并行计算机技术的发展九、计算机中的数字处理技术十、计算机的应用领域十一、我国计算机发展历史,2007年12月19日,什么是计算机,2007年12月19日,计算机的定义:电子数字计算机是一种不需要人的干预,能够自动连续地,快速地,准确地完成信息存储,数值计算,数据处理和过程控制等多功能的电子机器。电子逻辑器件是它的物质基础,其基本功能是进行数字化信息处理。人们常简称为计算机。又因为它的工作方式与人的
2、思维过程十分类似,亦被叫做“电脑”。,2007年12月19日,一、早期的计算工具,1、算筹 2、算盘 3、机械加法器 4、数字式电子计算机ENIAC,2007年12月19日,算筹、算盘,算盘,算筹,2007年12月19日,巴斯卡发明机械加法器,2007年12月19日,ENIAC计算机,二、计算机的诞生,2007年12月19日,从1946年美国宾夕法尼大学研制出世界上第一台电子数字计算机ENIAC(电子数字积分计算机的英文缩写)至今,六十多年的时间内,计算机系统和计算机应用得到了飞速发展。元件制作工艺水平的不断提高是计算机发展的物质基础,因此以计算机元器件的变革作为标志,将计算机的发展划分为五个
3、阶段,这五个阶段通常称为计算机发展的五个时代。,2007年12月19日,三、计算机的发展 1第一代计算机电子管计算机(19461959年)其主要特征是采用电子管作为主要元器件。2第二代计算机晶体管计算机(19591962年)其主要特征是由电子管改为晶体管。3第三代计算计算机集成电路计算机(19621972年)其主要特征是用半导体中小规模集成电路代替分立元件的晶体管。4第四代计算机大规模集成电路计算机(1972年至今)其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件。5.第五代计算机超大规模集成电路计算机(现今),2007年12月19日,第一代 电子管计算机,采用电子管作为基本逻辑元
4、器件。代表机器:ENIAC、IBM等系列机器存储器早期采用水银延迟线,后采作磁鼓或磁芯。编程语言采用机器语言或汇编语言。应用主要是科学计算,2007年12月19日,第二代 晶体管计算机,采用晶体管作为逻辑元件内存采用磁芯存储器,而外存采用磁盘这个时期开始使用操作系统以及各种早期的语言。(FORTRAN、COBOL、BASIC)应用由科学计算拓展到数据处理,过程控制等领域。,2007年12月19日,第二代电子计算机代表机型IBM7094控制台外观,2007年12月19日,晶体管计算机IBM7094系统,IBM7094系统第一次采用逻辑指令来进行非数值运算,一共有185条指令,数据传输指令,定点算
5、术指令,浮点算术指令,逻辑指令,变化指令,转移类指令和I/0指令等。,2007年12月19日,第三代集成电路计算机,第三代计算机它所采用的元器件是集成电路作为逻辑元件。存储器采用半导体存储器,体积小,耗电省,可靠性高。软件技术也得到了进一步提升。,2007年12月19日,1964年CDC公司推出了第一代超级计算机,CDC6600,2007年12月19日,PDP-8全世界第一台集成电路的计算机,2007年12月19日,第四代大规模集成电路计算机,采用的是大规模集成电路作为逻辑元件第四代计算机的特点是微型化微型化计算机异军突起特别是美国(Intel)公司台式机、单片机、便携式微型机等等。巨型化多处
6、理结构和并行处理技术的应用代表机有美国的Cary的系列产品,中国的银河系列。,2007年12月19日,第五代超大规模集成电路计算机,采用的是超大规模集成电路作为逻辑元件1976年美国(克勒公司CARY1)生产的第一台每秒1亿次的计算机,还有我国的生产的银河,也是每秒1亿次。银河每秒10亿次。1981年IBM公司采用Intel8088芯片,生产出世界上第一台个人电脑PC机型号是5150微型机,2007年12月19日,微型台式机,2007年12月19日,巨型机:中国银河系列1,2007年12月19日,巨型机:中国银河系列,2007年12月19日,四、计算机的发展趋势,当前计算机的发展趋势是:1、巨
7、型化2、微型化3、网络化4、智能化,2007年12月19日,五、计算机的分类,1、按照计算机原理分类 数字式电子计算机 模拟式电子计算机 混合式电子计算机,2007年12月19日,2、按照计算机用途分类,2007年12月19日,3、按照计算机性能分类,2007年12月19日,六、冯诺依曼结构,1、完整的现代计算机雏形,以存储程序原理为基础,包括:运算器 控制器 存储器 输入设备输出设备,2007年12月19日,冯诺依曼结构图形,运算器ALU,控制器,存储器,输入设备,输出设备,CPU,输入设备的功能:输入原始数据或指令,输出设备的功能:将运算结果以文字或图形的方式输出,运算器的功能:根据指令进
8、行算术或逻辑运算,存储器的功能:存放数据和程序,控制器的功能:控制计算机各部件的工作,2007年12月19日,2、冯诺依曼结构的特点,(1)机器以运算器为中心(2)存储器是字长固定的,顺序线性编址的一维结构(3)存储器可按照地址进行访问,每个地址是唯一定义的(4)由指令形式的低级机器语言驱动(5)指令的执行是顺序的过程,程序分支有转移指令实现,2007年12月19日,七、计算机系统组成,计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。计算机系统=硬件系统+软件系统硬件是指有形的物理设备,是计算机系统中实际物理装置的总称。软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。硬件是软件的工作基础
9、,软件是硬件功能的扩充和完善。两者相互依存,相互促进。软件与硬件的结合,构成完整的计算机系统。,2007年12月19日,计算机软件,定义:从广义上说,软件是指为运行、维护、管理、应用计算机所编制的所有程序合数据的总和。通常按功能分为系统软件和应用软件。系统软件的主要任务:所谓系统软件,就是用来扩大计算机的功能,提高计算机的工作效率以及方便用户使用计算机的软件,如操作系统、故障诊断程序、语言处理程序数据库管理系统、软件工具等。应用软件的主要任务:是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序,如各种科学计算机程序、数据统计与处理程序、情报检索程序、企业管理程序、生产过程自动控制程序等。由于计算机已
10、应用到几乎所有的领域,因而应用程序是多种多样的。目前应用软件正向标准化、模块化方向发展,许多通用的应用程序可以根据其功能组成不同的程序包供用户选择。应用软件是在系统软件的支持下工作的。,2007年12月19日,系统软件,操作系统、各种驱动系统、编译程序等等 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。系统软件的功能: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。两个主要特点:一是通用性。即无论哪个应用领域的计算机用户都要用到它们;二是基础性,即应用软件要在系统软件支持下编写和运行。,2007年12月19日,操作系统,系统软件的核心是操作系统。操作系统(Oper
11、ating System,简称OS)是由指挥与管理计算机系统运行的程序模块和数据结构组成的一种大型软件系统,其功能是管理计算机的全部硬件资源和软件资源,为用户提供高效、周到的服务界面。例如,最早IBMPC及其兼容机的运行要有PCDOS、Win3.X到现Windows Me、Windows 2000、Windows xp等操作系统软件的支持。没有配备任何软件的硬件计算机称为裸机。裸机向外部世界提供的界面只是机器指令,为了驯服令人费解且难以使用的裸机,用户及其他程序都利用了系统软件,即通过操作系统来使用计算机。,2007年12月19日,语言处理系统 程序设计语言按其发展的过程和应用级别分为机器语言
12、、汇编语言、高级语言。汇编语言也是一种面向机器的语言。数据库管理系统 数据库管理系统就是在具体计算机上实现数据库技术的系统软件,用户用它来建立、管理、维护、使用数据库等。软件工具 软件工具是软件开发、实施和维护过程中使用的程序。如输入阶段的编辑程序、运行阶段的连接程序、测试阶段的排错程序、测试数据产生程序等。,2007年12月19日,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。应用软件一般包括用户程序及其说明性文件资料。随着计算机应用的推广与普及,应用软件将会逐步地标准化、模块化,并逐步地按功能组合成各种软件包以方便用户的使用。应用软件的存在与否并不影响整个计
13、算机系统的运转,但它必须在系统软件的支持下才能工作。例如,WPS、Word、Excel等。,2007年12月19日,计算机语言,计算机语言可以分为三个层次:机器语言、汇编语言、高级语言 机器语言是以二进制代码0或1组成的机器指令的集合,是计算机能够直接识别和执行的语言。汇编语言是用助记符号表示指示功能的计算机语言。高级语言是更接近人类语言(英语)和数学语言的计算机语言。,2007年12月19日,八、并行计算机技术的发展与研究,同时执行多个任务或多条指令或同时对多个数据项进行处理的计算机系统。早期的计算机是串行逐位处理的,称为串行计算机。随着计算机技术的发展,现代计算机均具有不同程度的并行性。并
14、行处理计算机主要指以下两种类型的计算机:能同时执行多条指令或同时处理多个数据项的单中央处理器计算机;多处理机系统。,2007年12月19日,随着电子器件的发展,计算机的处理能力有显著提高。但是,仅仅依靠器件的进展而达到的速度提高,远不能满足现代科学、技术、工程和其他许多领域对高速运算能力的需要。这就要求人们改进计算机结构,采用各种并行处理技术,以便大幅度地提高处理速度和解题能力。,2007年12月19日,九、计算机中的数字处理技术,1、数据和信息2、二进制3、数值信息在计算机内的表示4、西文信息在计算机内的表示5、中文信息在计算机内的表示6、图形信息在计算机内的表示,2007年12月19日,数
15、据和信息,一、数据的概念数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式,这种特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信,翻译转换或者进行加工处理。采用二进制编码表示的数字、文字、图画、声音和活动图象才能由计算机进行处理。,二进制编码,2007年12月19日,计算机中为什么要采用二进制?,状态少(0、1),物理实现容易运算简便信息存储、传输可靠,?,2007年12月19日,数据区分为,数值型数据非数值型数据文字图形声音活动影像,2007年12月19日,信息的概念,信息是对人有用的数据,这些数据将可能影响到人们的行为与决策。数据是客观存在的事实、概念或指令的一种可供加工处理的特殊表达形式
16、。,2007年12月19日,数据与信息的区别,数据包含信息数据处理之后产生信息信息具有相对性,时效性,2007年12月19日,计算机信息处理,数据处理的主要目标是获取有用的信息。,本质:是由计算机进行数据处理的过程,计算机对数据的采集、输入、存储、建库、处理、加工、转换、合并、分类、计算、统计、汇总、传送等操作的过程。,数据处理加工后,向人们提供有用的信息。,2007年12月19日,二进制,十进制数:333,3个,3百,3十,权:每个数位所固有的值。如1、10、100。,2007年12月19日,各种进制及其概念,十进制(D)十种状态,逢十进一,(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)二进制(
17、B)两种状态,逢二进一,(0,1)八进制(Q)八种状态,逢八进一,(0,1,2,3,4,5,6,7)十六进制(H)十六种状态,逢十六进一(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F),2007年12月19日,各进制数之间的关系,2007年12月19日,二进制与十进制对照表,2007年12月19日,不同进制间的转换,二进制,八进制,十进制,十六进制,2007年12月19日,二、八、十六进制化为十进制,规则:按“权”展开 例:(1999.8)10=1103+9 102+9 101+9 100+8 10-1,(1101.1)2=123+1 22+0 21+1 20+1 2-1,“
18、权”,2007年12月19日,二、八、十六进制化为十进制,例1:将二进制数101.01转换成十进制数。(101.1)2=1 22+0 21+1 20+1 2-1=(5.5)10 例2:将八进制数34.6转换成十进制数。(34.6)8=3 81+4 80+6 8-1=(28.75)10,2007年12月19日,二、八、十六进制化为十进制,例3:将十六进制数2AB.6转换成十进制数(2AB.6)8=2 162+10 161+11 160+6 16-1=(683.375)10,2007年12月19日,十进制化为二进制,十进制整数化为二进制整数规则:除二取余,直到商为零为止,倒排例:将十进制数86转化
19、为二进制 2|86 0 2|43 1 2|21 1 2|10 0 2|5 1 2|2 0 2|1 1所以,(86)10=(1010110)2 0,2007年12月19日,十进制化为二进制,十进制小数化为二进制小数规则:乘二取整,直到小数部分为零或给定 的精度为止,顺排例:将十进制数0.875转化为二进制数 0.875 2 1.75 0.75 2 1.5 0.5 2 1.0 所以(0.875)10=(0.111)2,2007年12月19日,八进制化为二进制,规则:每一个八进制数改写成等值的三 位二进制数,次序不变例:(17.36)8=(001 111.011 110)2=(1111.01111)
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