计算机发展和应用基础.ppt
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1、1.1 计算机的发展和应用,电子计算机的诞生 1世界上第一台计算机ENIAC,1946年2月在美国诞生,它不具备现代计算机的主要原理特征存储程序和程序控制。2世界上第一台按存储程序功能设计的计算机EDVAC,美国1946年开始设计,1950年研制完成。3世界上第一台实现存储程序功能的计算机EDSAC,英国1947开始设计,1949年5月投入运行。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的发展 电子计算机的发展按电子逻辑器件可划分为4个阶段:1第一代计算机(从ENIAC问世20世纪50年代初期),电子管时代。2第二代计算机(20世纪50年代中期20世纪60年代中期),晶体管时代。3第三代计算机(20
2、世纪60年代中期20世纪70年代初期),中小规模集成电路时代。4第四代计算机(20世纪70年代中期至今),大规模超大规模集成电路时代。,1.1 计算机的发展和应用,计算机分类 1按用途划分(1)通用机:适用解决多种一般问题,该类计算机使用领域广泛、通用性较强,在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。(2)专用机:用于解决某个特定方面的问题,配有为解决某问题的软件和硬件,如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。,1.1 计算机的发展和应用,2按规模划分(1)巨型计算机:应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次,研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学
3、水平的重要标志。(2)大/中型计算机:具有较高的运算速度,每秒可以执行几千万条指令,而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。(3)小型计算机:规模较小、结构简单、运行环境要求较低,一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。(4)微型计算机:中央处理器(CPU)采用微处理器芯片,体积小巧轻便,广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。(5)工作站:工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础,主要面向专业应用领域,具备强大的数据运算与图形、图像处理能力,为满足工程
4、设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。(6)服务器:在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备,一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。,1.1 计算机的发展和应用,3按处理对象划分(1)数字计算机:计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。(2)模拟计算机:处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。(3)数字模拟混合计算机:输入输出既可是数字也可是模拟数据。,1.1 计算机的发展和应用,计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有:运算速度快;计算精度高;记忆能力强;可靠的逻辑判断能力;可靠性高,通用
5、性强。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。1主频(时钟频率):是指计算机CPU在单位时间内输出的脉冲数。它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位MHz。2字长:是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度。3内存容量:是指内存贮器中能存贮的信息总字节数。通常以8个二进制位(bit)作为一个字节(Byte)。,1.1 计算机的发展和应用,4存取周期:存贮器连续二次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间,单位为纳秒。存储器完成一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间(或读写时间)。
6、5运算速度:是个综合性的指标,单位为MIPS(百万条指令/秒)。影响运算速度的因素,主要是主频和存取周期,字长和存储容量也有影响。其他指标:机器的兼容性(包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容)、系统的可靠性(平均无故障工作时间MTBF)、系统的可维护性(平均修复时间MTTR)、机器允许配置的外部设备的最大数目、计算机系统的汉字处理能力、数据库管理系统及网络功能等。性能/价格比是一项综合性评价计算机性能的指标。,1.1 计算机的发展和应用,计算机的应用范围,按其应用特点可分为科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统、多媒体技术、计算机通信、人工智能。计算机辅助系统:有计算机辅助
7、教学(CAI)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机集成制造(CIMS)等系统。,1.2 计算机中信息的表示与存储,计算机的基本功能是对数据进行运算和加工处理。数据有两种,一种是数值数据,另一种是非数值数据(信息)。无论哪一种数据在计算机中都是用二进制数码表示的。计算机中只有二进制数值,所有的符号都是用二进制数值代码表示的,数的正、负号也是用二进制代码表示。数值的最高位用“0”、“1”分别表示数的正、负号。采用二进制编码,它们具有运算简单、电路实现方便、成本低廉等优点。,1.2 计算机中信息的表示与存储,十进制数数码:0、1、23456789基数
8、:10权:数码处于不同的位置表示的大小是不同的十进制数的运算规则是:逢10进1。二进制计算机中的数据是以二进制形式存放的,二进制数的数码是用0和1来表示的。二进制的基数为2,权为2n,二进制数的运算规则是:逢2进1。,1.2 计算机中信息的表示与存储,八进制数码:0、1、2、3、4、5、6、7。八进制数基数为8,权为8n八进制数的运算规则是:逢8进1。十六进制数码:0、1、9、A、B、C、D、E、F基数:16,权为16n运算规则是:逢16进1。其中符号A对应十进制中的10,B表示11,F表示十进制中的15。,1.2 计算机中信息的表示与存储,数制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数转换为十
9、进制数各种进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。例1.1 将二进制数(1011.101)2转换成等值的十进制数。(1011.101)2=123+022+121+120+12-1+02-2+12-3=8+0+2+1+1/2+0+1/8(11.625)10八进制数和十六进制数均可按位权展开转换成十进制数。例1.2 将(2576)8、(3D.B)16分别转换成十进制数。(2576)8283+582781680(1406)10(3D.B)1631611316011161(61.6875)10,1.2 计算机中信息的表示与存储,十进制数转换为二进制数对于十进制数的整数部分和小数部分在转换时须作不同的计
10、算,分别求得后再组合。1.十进制整数转换为二进制数(除2取余法)方法: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。2.十进制纯小数转换为二进制数(乘2取整法)方法: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1.3 把十进制数69.8125转换为二进制数。对整数部分69转换,得:(69)10(1000101)2将小数0.8125转换为二进制小数,得:(0.8125)10(0.1101)2因此69.8125D=1000101.1101B,1.2 计算机中信息的表示与存储,二进制数与八进制数的互相转换(1)二进制数转换成八进制数二进制数转换成八进制数的方法
11、是:将二进制数从小数点开始分别向左(整数部分)和向右(小数部分)每3位二进制数码分成一组,转换成八进制数码中的一个数字,连接起来。不足3位时,对原数值用0补足3位。例1.4 把二进制数(11110010.1110011)2转换为八进制数。011 110 010.111 001 100 3 6 2.7 1 4,1.2 计算机中信息的表示与存储,(2)八进制数转换成二进制数八进制数转换成二进制数的方法是:将每一位八进制数写成相应的3位二进制数,再按顺序排列好。例1.5 把八进制数(2376.14)8转换为二进制数。八进制:2 3 7 6.1 4二进制:010 011 111 110.001 100
12、(2376.14)8(10011111110.0011)2(3)二进制与十六进制的转换,1.2 计算机中信息的表示与存储,1.2 计算机中信息的表示与存储,一、ASCII码ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)是美国信息交换标准代码的简称。ASCII码占一个字节,有7位ASCII码和8位ASCII码两种,7位ASCII码称为标准ASCII码,8位ASCII码称为扩充ASCII码。7位二进制数给出了128个不同的组合,表示了128个不同的字符。其中95个字符可以显示,包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点符号等。另外
13、的33个字符,是不可显示的,它们是控制码,编码值为031和127。例如回车符(CR),编码为13,如表1.2为ASCII码字符编码表。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字编码 在GB2312-80中共收录了汉字6763个,各种字母符号682个,合计7445个。这些汉字根据其常用程度又分为一级汉字、二级汉字。一级常用汉字3755个,以拼音为序,约占近代文献汉字累计使用频度99.9%左右;二级汉字3008个,以偏旁部首为序。一级、二级汉字约占累计使用频度99.99%以上。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字机内码计算机系统中用来表示中文或西文信息的代码称为机内码,简称内码ASCII码是一种
14、西文机内码,用一个字节表示。汉字机内码用连续两个字节表示,每个字节的最高位是1。GB2312-80的内码编码的范围为:A1A1HFEFEH。汉字机内码与区位码的关系为:汉字机内码高位字节区位码高位字节A0H汉字机内码低位字节区位码低位字节A0H例如,“”的区位码是0133,则:高字节:(01)10+(A0)16=(01)16+(A0)16=(A1)16低字节:(33)10+(A0)16=(21)16+(A0)16=(C1)16则“”的内码为A1C1。又如,“山”的区位码是4129,则:高字节:(41)10+(A0)16=(29)16+(A0)16=(C9)16低字节:(29)10+(A0)16
15、=(1D)16+(A0)16=(BD)16则“山”的内码为C9BD。,1.2 计算机中信息的表示与存储,汉字输入码汉字输入方法一般有两种实现途径:一是由计算机自动识别汉字,要求计算机模拟人的智能;二是由人来完成识别工作,将相应的计算机编码以手动方式用键盘输入计算机。自动识别主要有3种方法:一是利用汉字识别技术;二是利用语音识别技术;三是扫描识别输入,键盘输入方法。汉字输入码主要分为4类:顺序码(无重码)、音码、形码和以汉字的音、形相结合的音形码或形音码。,1.3 计算机硬件系统,硬件系统的基本组成计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器5部分组成。CPU:控制器+运算器。主机:
16、控制器+运算器+内存储器。,1.3 计算机硬件系统,1、控制器:是计算机的控制中心,实现处理过程的自动化。计算机系统各个部件在控制器的控制下协调地进行工作:(1)、控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。(2)、在控制器指挥下,从存储器取出指令送入控制器。(3)、控制器分析指令,指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。(4)、运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。,1.3 计算机硬件系统,2、运算器:运算器的功能是在控制器的指挥下,对信息或数据进行处理和运算,包括算术运算和逻辑运算,其内部有一个算术逻辑运算部件ALU(Arithmetical Logic Unit)和
17、若干种寄存器。运算器主要工作是数据处理(运算)和暂存运算数据。,1.3 计算机硬件系统,3、存储器(Memory):Memory是指内存储器,是计算机用来存放程序和数据的记忆部件。(1)位(bit):表示一位二进制信息,可存放一个0或1。位是计算机中存储信息的最小单位(2)字节(Byte):是计算机中存储器的一个存储单元,由8个二进制位组成。字节(B)是存储容量的基本单位,常用的单位有:KB1KB=210 Byte=1024ByteMB1MB=210 KB=1024KBGB1GB=210 MB=1024MBTB1TB=210 GB=1024GB(3)字:由若干个字节组成,用作信息处理的单位。,
18、1.3 计算机硬件系统,向存储单元保存信息的操作称作“写”操作,向存储单元获取信息的操作称作“读”操作,“读”、“写”时一般都以字节为单位。“读”操作不会影响存储单元中的信息,“写”操作将新的信息取代存储单元中原有的信息。内存(Memory)直接和运算器、控制器交换信息,分为随机存取存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read-Only Memory)两种。RAM中的信息:可随机地读出或写入,一旦关机(断电)后,信息不再保存。ROM中的信息:只有在特定条件下才能写入,通常只能读出而不能写入,断电后,ROM中的原有内容保持不变。ROM一般用来存放自检程序、
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