计算机应用模块.ppt
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1、模块一“透视”计算机,任务一 组装一台计算机,1.1 准备知识,1.1.1 了解计算机的组成1.1.2 计算机的特点与应用1.1.3 计算机的分类1.1.4 计算机系统的组成及工作原理,1.1.5 计算机中信息的表示1.1.6 微型计算机的常用硬件介绍1.1.7 计算机常用数字处理设备,1.1.1 了解计算机的组成,一台计算机从外观来看,包括主机、显示器、键盘、鼠标、音箱,如图1-1所示。其中显示器和音像属于输出设备,键盘和鼠标属于输入设备,主机是计算机最重要的组成部分,由机箱及机箱内的CPU、主板、存储器等组成。,图1-1 微型计算机,1.1.2 计算机的特点与应用,1计算机的特点 计算机具
2、有超强的记忆能力、快速的处理能力、精确的计算能力、可靠的判断能力及高度的自动化与灵活性。,2.计算机的应用,(1)科学计算:原子弹、卫星、材料、数理、天气预报等。(2)信息处理:办公自动化、企业管理、情报检索、报刊编排等。(3)过程控制:卫星发射、导弹引航等。,(4)计算机辅助系统:CAI(计算机辅助教学)CAD(计算机辅助设计)CAM(计算机辅助制造)CAT(计算机辅助翻译)CAE(计算机辅助工程),(5)多媒体技术(MPC):始于20世纪80年代,应用集中于知识学习、电子图书、商业和家庭等。(6)计算机通信:远程会议、远程医疗、远程教育、网上理财、网上商业等。(7)人工智能:知识工程、机器
3、学习、模式识别、自然语言处理、智能机器人、神经计算等。,1.1.3 计算机的分类,计算机的种类很多,可以从不同的角度对计算机进行分类,如图1-2所示。(1)按照计算机原理分类,电子计算机,数模混合计算机,模拟计算机,数字计算机,(2)按照计算机用途分类,电子计算机,通用计算机,专用计算机,(3)按照计算机性能分类,大型机,巨型机,微型机,工作站,小型机,服务器,电子计算机,1.1.3 计算机的分类,1、按照计算机原理分类 2、按照计算机用途分类 3、按照计算机性能分类,1.按照计算机原理分类,(1)数字式电子计算机 数字式电子计算机是用不连续的数字即“0”和“1”来表示信息的,其基本运算部件是
4、数字逻辑电路。数字式计算机的精度高、存储量大、通用性强,能胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。人们通常所说的计算机就是指数字式电子计算机。,(2)模拟式电子计算机 模拟式电子计算机是用连续变化的模拟量即电压来表示信息的,其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、积分器、通用函数运算器等运算电路组成。模拟式电子计算机解题速度极快,但精度不高、信息不易存储、通用性差,它一般用于解微分方程或自动控制系统设计中的参数模拟。,(3)数模混合式电子计算机 数模混合式电子计算机是综合了上述两种计算机的长处设计出来的。它既能处理数字量,又能处理模拟量。但是这种计算机结构复杂,设计困难。,2
5、.按照计算机用途分类,(1)通用计算机(General Computer)通用计算机是为能解决各种问题,具有较强的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速度,有一定的存储容量,带有通用的外部设备,配备各种系统软件、应用软件。一般的数字式电子计算机多属此类。,(2)专用计算机(Special Computei)专用计算机是为能解决一个或一类特定问题而设计的计算机。它的硬件和软件的配置依据解决特定问题的需要而定,并不求全。专用机功能单一,配有解决特定问题的固定程序,能高速、可靠地解决特定问题。一般在过程控制中使用此类计算机。,3.按照计算机性能分类,计算机的性能主要是指其字长、运算速度、存储容量、
6、外部设备配置。将计算机分为巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站和服务器六大类。,(1)巨型机(Super Computer)巨型机又称超级计算机,它是所有计算机类型中价格最贵、功能最强的一类计算机,其浮点运算速度已达每秒万亿次。目前多用在国家高科技领域和国防尖端技术中。我国在1983年、1992年、1997年分别推出了银河、银河和银河,也进入了巨型机的行列。,(2)大型机(Mainframe)近年来大型机采用了多处理、并行处理等技术,其内存一般为1GB以上,运行速度可达300750MIPS(每秒执行3亿至705亿条指令)。大型机具有很强的数据管理和数据处理能力,一般在大企业、银行、高校和科研
7、院所等单位使用。例如,中国工商银行在全行的计算机网络中配有大型机100多台。,(3)小型机(Minicomputer)小型机结构简单、价格较低、使用和维护方便,倍受中小企业欢迎。20世纪70年代出现小型机热,到80年代其市场份额已超过了大型机。那时在我国许多高校、科研院所都配置了16位的PDP-11及32位的VAX-11系列。国产的有DJS-2000等。,(4)微型机(Personal Computer)这是目前发展最快的领域。根据所使用的芯片的不同而分为若干类型,如IBM PC及其兼容机和苹果公司的Mac机。PC机的特点是轻、小、价廉易用。在过去20多年中,PC机使用的CPU芯片平均每两年更
8、新一次,随着芯片性能的提高,PC机的功能越来越强大。今天,PC机的应用已遍及各个领域,而且它占整个计算机数量的95%以上。,(5)工作站(Workstation)工作站是一种高档微型机系统。它具有较高的运算速度,具有大型机或小型机的多任务、多用户能力,且兼有微型机的操作便利和良好的人机界面。其最突出的特点是具有很强的图形交互能力,因此在工程领域中特别是计算机辅助设计领域得到迅速应用。典型产品有美国SUN公司的SUN系列工作站。,(6)服务器(Server)随着计算机网络的日益推广和普及,一种可共网络用户共享的,高性能的计算机的应运而生,这就是服务器。服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外设备
9、,在服务器上运行网络操作系统,要求较高的运行速度,因此很多服务器都配置了CPU或多CPU。,1.1.4 计算机系统的组成及工作原理,计算机自产生到现在的几十年以来,得到了飞速的发展,计算机的形体、形状、作用各有不同,制作技术也发生了极大的变化,但计算机系统的组成及工作原理是一样的,都在沿用美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的设计思想。,冯诺依曼(Neumann,Johnvon),是20世纪最杰出的数学家之一,于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想,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。由于计算机逻辑结构设计上的伟大贡献,他被誉为“计算机之父”。,冯
10、.诺依曼提出的计算机基本工作原理:(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。(2)程序和数据在计算机中用二进制数表示。(3)计算机的工作过程由存储程序控制。,1.计算机系统的组成,一个完整的计算机系统,包括硬件(Hardware)和软件(Software)两大部分。通俗的说,硬件就是组成计算机的所有物理器件;软件是存储在硬件中可以完成某种功能的指令序列和相关的数据。,计算机的硬件主要完成了数据的计算、存储、输入、输出,而软件则是控制硬件完成操作的指令。可以说,硬件是计算机的躯干,软件是计算机的灵魂,只有将计算机的硬件和软件完善的结合在一起,才能更好地为用户服务。,2
11、.计算机硬件结构与工作原理,按照冯.诺依曼的体系结构,计算机的硬件结构从功能上划分为五个基本组成部分,即输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器,如图1-3所示。,输入设备的功能是将要加工处理的外部信息转换为计算机能够识别和处理的内部形式,以便于处理;输出设备的功能是将信息从计算机的内部形式转换为使用者所要求的形式,以便能为人们识别或被其他设备所接收;存储器的功能是用来存储以内部形式表示的各种信号,控制计算机各个功能部件协调一致的工作,3.计算机的软件系统,计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序员、数据以及友关的资料,包括系统软件和应用软件。计算机之所以能够完成各种有意义的工作,都是在软件
12、的控制 下进行的。系统软件是计算机必备的,用以实现计算机系统的管理、控制、运行、维护,并完成应用用程序的装入、编译等任务的程序。,应用软件是为了解决具体的某个问题而编写的软件,它的功能往往非常单一,但一台计算机有什么功能,主要是由应用软件来决定。,1.1.5 计算机中信息的表示,用计算机帮助人们工作。首先,要让计算机认识人对其发出的指令,要将人的语言转换成机器能识别的语言。机器所能识别的过程必须以物理形式存在,如一首歌,用磁带录制下来,歌声在磁带上是磁强度不同的磁信号,用CD刻录出来,在光盘上,歌声是深浅不同的凹坑。,由于计算机中应用逻辑器件具有通、断两种稳状态,我们将需要计算机处理的信处用二
13、进制表示,让二进制的0、1分别对应电子元件的断、通状态时,计算机就可以识别处理信息了。,在计算机中内部,数据程序都是用二进制和处理的,而人们已经习惯于十进制的表示形式,这就是存在着数制间的转换,该过程通过计算机的运算完成,所以在此有必要了解数制及数制转换的原理。,1.数制,(1)数的表示。按进位的原则进行计数,称为进位计数制,简称“数制”。在进位计数制中,有数位、基数和位权三个要素。数位,是指数码在一个数中所处的位置。例如:1230中的“3”的位数是2,“1”的位数是4。,基数,是指在某种进位计数制中,每一个数位上能使用的数码的个数。位权,是指该数中,每个数位的单位1所代表的数值。在数制中,各
14、位数字所表示值的大小不仅与数字本身的大小有关,还与该数字所在的位置有关。我们把这种关系称为数的位权。,(2)计算机中常用的数制。十进制:有十个基本数字,09,逢十进一,位权是以10为底的幂。二进制:有两个基本数字,0、1,逢二进一,位权是以2为底的幂。通常表示为(1101)2或(1101)B。,八进制:有八个基本数字,0、1、2、3、4、5、6、7,逢八进一,位权是以8为底的幂。通常表示为(761)8或(761)O。十六进制:有16个基本数字,09,A、B、C、D、E、F,逢十六进一,位权以16为底的幂。通常表示为(1A2B)16或(1A2B)H。,(3)数制的转换。将二,八,十六进制数转换为
15、十进制数。方法:按位权展开,再做运算。如:(1101011.11)2=1*27+1*26+0*25+1*22+1*21+1*20+1*2-1+1*2-2=(215.75)10,将十进制转换为其他进制数。将十进制转换为二进制方法:整数部分除2取余,逆排,小数部分乘2取整,顺排。除2取余法:逐次除以2,每次求得的余数即为二进制数整数部分各位的数码,直到商为0;乘2除取整法;逐次乘以2,每次乘积的整数部分即为二进制数小数各位的数码。,例如:把十进制数69.8125转换为二进制数。对整数部分69进行转换,对小数部分0.8125进行转换,如图1-4所示。所以:(69.08125)10=(1000101.
16、1101)2,图1-4 十进制转换为二进制,十进制转换为八进制的方法:整数部分除8取余,小数部分乘8取整。十进制转换为十六进制的方法:整数部分除16取余,小数部分乘16取整。由于十进制小数转化成其他进制小数时,一般无法使纯数部分为零,所以只能根据要求取某一精度。,二进制数与八进制数,十六进制数的相互转换。由于二进制数和八进制数,十六进制数存在一种特殊的关系,即1位八进制数字可用3位二进制数来表示,1位十六进制数可以用4位二进制数来表示,所以它们之间的转换极为简单(表1-1)。,表1-1,二进制与八进制转换。转换方法:以小数点为界,分别向左右每3位二进制数合成1位八进制数,或每1位八进制数展成3
17、位二进制数,不足三位者补0。,如:将(1010111.01101)2转换成八进制。所以(1010111.011)2=(127.32)8 将(327.5)转换为二进制。所以(327.5)8=(1101011.101)2,二进制与十六进制转换。转换方法:以小数点为界,分别向左右每4位二进制合成1位十六进制数,或每1位十六进制数展成4位二进制数,不足四位者补0。,(4)二进制数的运算规则。算术运算。二进制的算术运算和十进制的算术运算类似,但其运算规则更为简单,其规则如表1-3所示。,表1-3 二进制数的运算规则,逻辑运算是对逻辑数据进行的运算,用来表示事物的逻辑关系,其运算规则是按位进行的,每位之间
18、相互独立,没有算术运算的进位和借位。逻辑数据是指不带符号位的若干位二进制。计算机中逻辑运算的结果只有“真”或“假”两个值。二值逻辑很容易用二进制的“0”和“1”来表示,一般用“1”表示真,用“0”表示假。,逻辑运算有“或”,“与”和“非”三种。其他复杂的逻辑关系都可以由这三个基本逻辑关系组合而成。“或”:运算符用“+”,“OR”,或“V”表示,或运算中,两个逻辑值只要有一个为1,结果就为1,否则为0。,“与”运算符用“.”,“AND”,“”表示,与运算中,只有两个逻辑值都为1时,结果才为1,其余都为0。“非”:运算符用“-”表示,非运算中,对每位的逻辑值取反。,2.单位,在计算机中,所有数据,
19、字母,汉字,图象,声音等信息的传递也都使用二进制的形式,常用的单位有:(1)位(bit)。是计算机处理和存储的最小单位,在计算机中就是指1位二进制数,即一个“0”或一个“1”,用b表示。,(2)字节(Byte)。由8位二进制数组成,用B表示,计算机的存储容量一般以字节为单位,通常1个英文字符由8位二进制数表示,占用1个字节,汉字占用2个字节。在二进制中,210=1024,与十进制的1000接近,所以在计算机中有如下规定:1B=8bit 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB,(3)字长。在计算机中作为一个整体被存取,传送,处理的二进制数字符串叫做一
20、个字,每个字中二进制位数的长度,称为字长。一个字由若干个字节组成,不同的计算机系统的字长是不同的,常见的有8位,16位,32位,64位等,字长越长,计算机一次处理的信息位就越多,精度就越高,字长是计算机性能的一个重要指标。,3.编码,在计算机中,各种信息都是以二进制形式存在的,也就是说,不管是文字,图形,声音,动画,还是电影等,在计算机中都必须转换成以0和1组成的二进制代码形式,这个过程叫计算机编码。,(1)字符(英文,包括字母,数字,标点,运算符等)编码。字符的编码采用国用的ASCII码每个ASCII码以1个字节(Byte)存储,从数字0到数字127代表不同的常用符号,例如大写字母A的ASC
21、II码是65,小写字母a是97。基本的ASCII字符集共有128个字符,其中有96个可打印字符,包括用的字母,数字,标点符号等,另外还有32个控制字符。,(2)汉字编码。汉字信息在计算机内部也是以二进制形式存放。由于汉字数量多,用一个字节不能全部表示出来,因此在1980年我国颁布的(信息交换用汉字编码字符集基本集),即国家标准GB23 12-1980方案中规定用两个字节表示一个汉字或图形符号。,汉字外码。由于键盘上没有汉字,汉字要输入到计算机中,必须确定规则将汉字转换成键盘上的符号,这种规则称为汉字编码,也称为汉字外码。不同的输入方法,形成了不同的汉字外码。常见的输入法有:区位码,拼音,五笔字
22、型,智能ABC等。,汉字内码。汉字内码是计算机处理汉字信息时所使用的汉字代码。将汉字通过外码录入计算机后,必须让计算机分清输入的是英文还是汉字,所以,在计算机中需要有汉字特定的编码,称为汉字内码。,汉字字形码。为了使汉字在显示器或打印机上输出,把汉字按图形符号设计成点阵图,就得到了相应的点阵代码(字形码)。每一个汉字的字形必须预先存在计算机中,我们称之为字库,不同的字体对应不同的字库,输出汉字时,必须通过字型码找到字库中的信息,才能输出字形。,1.1.6 微型计算机的常用硬件介绍,1.主板与CPU 计算机主板是计算机系统中最重要的部件之一,用来连接计算机各组成部件。所连接的部件有CPU,内存,
23、输入/输出设备和接口等。主板的性能对整个计算机系统有着直接且重要的影响。,CPU是计算机中最重要的一个组成部分,它由运算器和控制器组成,其内部结构可分为控制单元,逻辑单元和存储单元三大部分,这三大部分相互协调便可以进行分析,判断,运算,并控制计算机各部件正常工作。计算机主板如图1-5所示。,图1-5 主板,2.内存 内存又称为存储器,内存的容量和速度对计算机系统的整体性能有着至关重要的作用。内存和内存槽如图1-6所示。,图1-6 内存,3.显示卡和声卡 显示卡(亦称显卡)安装插槽中,显示器的信号线就连接在它的后面。如图1-7所示。ISA声卡安装在ISA插槽中,在ISA插槽中可以安装ISA接口的
24、声卡,内置Modem。如图1-8所示。,图1-7 显示卡,图1-8 声卡,4.软驱与光驱 图1-9是3.5寸软驱。图1-10是CD-ROM驱动器习惯上称做光驱。,图1-9 软驱,图1-10 光驱,硬盘是计算机的主要外部存储设备,是计算机的重要组成部分之一。与其它存储设备相比,硬盘具有容量大,速度快,性能可靠,价格便宜等特点。硬盘如图1-11所示。,5.软盘与U盘,U盘(Flash Memory,或称闪存)是一种新发展的存储设备,它使用浮珊晶体管作为基本存储单元实现非易失存储,不需要特殊设备和方式即可实现实时察写。U盘如图1-12所示。,图1-12 U盘,图1-11 硬盘,键盘是计算机中最基本且
25、最重要的输入设备,目前最常见的是104键键盘,它含有打字键区,功能键区,编辑键区和数字小键盘区。鼠标是计算机的另一种主要输入设备,与键盘一样,它已成为计算机必不可少的部件,也是计算机的标准配置之一。键盘,鼠标如图1-13所示。,6.键盘与鼠标,图1-13 键盘与鼠标,显示器和显卡一同构成计算机的显示系统,其作用是将计算机核心的数字信号转化为光信号,把文字与图形在屏幕上显示出来,根据制造材料的不同,显示器可分为LCD(液显示器)(如图1-14),CRT(阴极射线管),等离子显示器等。,7.显示器与音箱,声音是多媒体的重要元素,要使计算机发出声音,就必须配有声卡和音箱(或耳机),图1-15为音箱。
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