计算机应用基础00839(精品).ppt

计算机应用基础仅做自我参考学习之用计算机基础知识v学习内容v1.计算机的基本概念v2.计算机的发展过程、分类、应用范围及特点v3.信息的基本概念v4.计算机系统的基本组成及各部件的主要功能v5.计算机软件v6.数值在计算机中的表示方式v7.字符编码v8.微型计算机系统的硬件组成v9、CPU、内存、接口和总线的概念v10、微处理器、微型计算机和微型计算机的概念v11、常用外部设备的性能指标v12 微型计算机的主要性能指标及配置v学习目标v1.了解 计算机的发展与分类、计算机的主要用途、信息的基本概念。硬件系统的组成及各个部件的主要功能，指令、程序、软件的概念以及软件的分类。数值在计算机中的表示形式。了解CPU、内存、接口和总线的概念。v2.理解 计算机的主要特点。计算机系统的基本组成，计算机数据存储的基本概念。理解字符编码。微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念，常用外部设备的性能指标，微型计算机的主要性能指标及配置。1.2知识要点v1、计算机的发展与分类v1946年，在美国宾夕法尼亚大学由John Mauchly和J.P Eckert 领导的为导弹设计服务小组制成了ENIAC计算机，这是世界上第一台由程序控制的电子数字计算机。它使用了18800只电子管，1500多个继电器，耗电150kW，占地面积150，重量达30t，每秒钟只能完成5000次加法运算。这就是第一代电子计算机，虽然它体积大、功耗大，但是它为发展电子计算机奠定了技术基础。如图1.1.1所示。电子计算机的发明和发展对科学技术、生产以及社会生活的发展起了不可估量的促进作用。v自1946年第一台计算机诞生起，至今不过短短半个多世纪历史。然而，它发展之迅速，普及之广泛，对整个社会和科学技术影响之深远，是任何其它学科所不及的。半个多世纪时间，计算机已经发展了四代，现在正向第五代计算机发展。在推动计算机发展的很多因素中，电子器件的发展起着决定性的作用；其次，计算机系统结构和计算机软件的发展也起着重大作用。v1.19461958年是计算机发展的第一代。其特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件；计算机体积庞大，耗电多，重量重，可靠性差，输入输出设备有限；主存容量仅有数百字到数千字，主要以单机方式完成科学计算；数据表示主要是定点数；用机器语言或汇编语言编写程序。确立了计算机的基本结构：冯诺伊曼结构。v2.19581964年计算机发展的第二代。其特征是用晶体管代替了电子管；用铁淦氧磁芯和磁盘作主存储器；在体积，重量和功耗方面都比电子管计算机小得多，并且运算速度进一步提高，主存容量进一步扩大。软件有了很大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言程序以简化程序设计；计算机不仅用于科学计算，而且用于数据处理，并开始用于工业控制。这些对计算机的普及和应用产生了深刻的影响。有代表性的计算机是IBM公司生产的IBM-7094计算机和CDC公司的CDC1604计算机。v3.19641975年是计算机发展的第三代。其特征是集成电路IC（Intergrated Circuit）代替了分立元件，一般用的IC为小规模集成电路（门密度110门/片）和中规模集成电路（门密度为20100门/片）；用半导体存储器逐渐取代了铁淦氧磁芯存储器；采用了微程序控制技术。在软件方面，操作系统日益成熟及其功能的日益强化是第三代计算机的显著特点；多处理机、虚拟存储器系统以及面向用户的应用软件的发展，大大丰富了计算机软件资源。为了充分利用已有的软件，解决软件兼容问题，出现了系列化的计算机。v4.从1975年到现在是计算机发展的第四代。其特征是以大规模集成电路LSI（Large-Scale Integration）（门密度为几百门几千门/片）或超大规模集成电路VLSI为计算机主要功能部件；主存储器也采用集成度很高的半导体存储器。在软件方面，发展了数据库存系统、分布式操作系统等。第四代计算机的另一个重要分支是以LSI为基础而发展起来的微处理器和微型计算机。计算机的分类v电子计算机按照原理分类：数字电子计算机和模拟电子计算机v按照设计目的分类：通用计算机和专用计算机v按照用途分：科学计算工程计算计算机、工业控制计算机和数据计算机。v按照大小分：巨型计算机、小型计算机和微型计算机。2、计算机的主要特点v计算机具有自动控制能力v具有高速运算的能力v具有记忆能力v具有很高的计算精度v具有逻辑判断能力v通用性强.3、计算机的主要用途v科学计算v数据处理v自动控制v计算机辅助系统：CAD、CAM、CAE、CIMS、CAIv人工智能v多媒体应用4、信息的基本概念v信息是人们由客观事物得到的，使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图象、语音等包括的内容。v数据是客观事物的属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。对计算机而言，数据是能够为其处理的经过数字化的信息。1.2.2计算机系统的组成1、计算机系统的基本组成v一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。硬件是计算机的实体，又称为硬设备，是所有固定装置的总称。它是计算机实现其功能的物质基础，其基本配置可分为：主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、软盘驱动器、打印机、鼠标等。软件是指挥计算机运行的程序集，按功能分系统软件和应用软件。如图1.2.1所示。图1-1计算机系统的组成2、硬件系统的组成及各个部件的主要功能“存储程序控制”的概念，是美籍匈牙利数学家冯 诺伊曼等，如图所示。于1946年提出的设计电子数字计算机的一些基本思想，概括起来有如下一些要点：1.由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置五大基本部件组成计算机，并规定了这五个部分的基本功能。2.存储程序控制：要求计算机完成的功能，必须事先编制好相应的程序，并输入到存储器中，供过于求过程是运行程序的过程。3、程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示。4、指令由操作码和地址码构成5、机器以CPU为中心。这样一些概念奠定了现代计算机的基本结构，并开创了程序设计的时代。半个多世纪以来，虽然计算机结构经历了重大的变化，性能也有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯 诺依曼型计算机。如图1-2所示 输入设备控制器运算器存储器输出设备程序数据结果v计算机系统的硬件主要是由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备等几部分组成。由于运算器、控制器、存储器三个部分是信息加工、处理的主要部件，所以把它们合称为“主机”，而输入、输出设备及存储器则合称为“外部设备”。又因为运算器和控制器不论在逻辑关系上或是在结构工艺上都有十分紧密的联系，往往组装在一起，所以将这两个部分称为“中央处理机”（CPU）。v运算器+控制器+存储器=主机v运算器+控制器=CPU下面对计算机硬件的几个基本部分作简单介绍。v1.运算器v运算器是一个用于信息加工的部件，它用来对二进制的数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫做“算术逻辑运算部件”（ALU）。v它的核心部分是加法器。因为四则运算加、减、乘、除等算法都归结为加法与移位操作，所以加法器的设计是算术逻辑线路设计的关键。v2.控制器v控制器产生各种控制信号，指挥整个计算机有条不紊地工作。它的主要功能是根据人们预先编制好的程序，控制与协调计算机各部件自动工作。控制器按一定的顺序从主存储器中取出每一条指令并执行，执行一条指令是通过控制器发出相应的控制命令串来实现的。因此，控制器的工作过程就是按预先编好的程序，不断地从主存储器取出指令、分析指令和执行指令的过程。v3.存储器v存储器是用来存放指令和数据的部件。对存储器的要求是不仅能保存大量二进制信息，而且能快速读出信息，或者把信息快速写入存储器。一般对计算机存储系统划分为两级，一级为内存储器（主存储器），如半导体存储器，它的存取速度快，但容量小；另一级为外存储器（辅助存储器），如磁盘存储器，它的存储速度慢，但容量很大。在运算过程中，内存直接与CPU交换信息，而外存不能直接与CPU交换信息，必须将它的信息传送到内存后才能由CPU进行处理，其性质和输入输出设备相同，所以一般把外存储器归属于外部设备。v4.输入输出设备v输入输出设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要功能是实现人机对话、输入与输出以及各种形式的数据变换等。v如前所述，计算机要进行信息加工，就要通过输入设备把原始数据和程序存入计算机的存储器中。输入设备的种类很多，如键盘、软磁盘、U盘、光盘等等。v输出设备是将计算机中的二进制信息转换为用户所需要的数据形式的设备。它将计算机中的信息以十进制、字符、图形或表格等形式显示或打印出来，也可记录在磁盘或光盘上。输出设备可以是打印机、CRT显示器、绘图仪、磁盘、光盘等等。它们的工作原理与输入设备正好相反，它是将计算机中的二进制信息转换为相应的电信号，以十进制或其它形式记录在媒介物上。许多设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备。3、指令、程序、软件的概念以及软件的分类v指令：包含操作码和地址码。v程序：指令的有序集合。v软件：能够指挥计算机运行的程序与运行需要的数据及相关的文档资料。v软件的分类：系统软件和应用软件v程序设计语言：机器语言（二进制）、汇编语言、高级语言。1.2.3信息编码v1、数值在计算机中的表示形式 日常生活中，经常采用的进位制很多，比如，一打等于十二个（十二进制）、一小时等于六十分（六十进制）、一米等于十分米（十进制）等等。其中十进制是最常用的，它的特点是有10个数码：09，进位关系是“逢十进一”。而在计算机中数的表示是采用二进制。为了书写和读数方便还用到八进制和十六进制。v十进制数:有10个数码:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9v逢10进1123.45=110+2 101+3 100+410-1+5 10-2v二进制v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。v二进制的基数为2，权为2n，二进制的运算规则是逢2进1。v二进制数10110.101v=1 24+0 23+1 22+1 21+0 20+1 2-1+0 2-2+1 2-3v=22.625v22.625是十进制的数,即二进制数10110.101用上面的方法展开后,得到的是十进制数.或者(22.625)D和(10110.101)Bv可写成:(22.625)10和(10110.101)2或者(22.625)D和(10110.101)B计算机采用二进制的原因v二进制只有0和1两个状态,技术上容易实现v二进制运算规则简单v二进制数的0和1与逻辑代数的”真”和”假”相吻合,适合于计算机进行逻辑运算v二进制数与十进制数之间的转换不复杂,容易实现.v八进制和十六进制v八进制用0,1,6,7这八个数码表示.v八进制的基数是8,权为8n,运算规则是逢8进1v例如:(4567.123)8 (也可写成(4567.123)O)v=4 83+582+6 81+7 80+1 8-1+2 8-2+3 8-3v=(2423.1621)10v十六进制用0,1,6,7,9,A,B,C,D,E,F这十六个数码表示.v十六进制的基数是16,权为16n,运算规则是逢16进1v例如:(4567.123)16 (也可写成(4567.123)H)v=4 163+5162+6 161+7 160+1 16-1+2 16-2+3 16-3 =()10例如:(2A3.F)=2 162+10161+3 160+15 16-1十进制二进制八进制十六进制十进制二进制十六进制012345670000000100100011010001010110011100000101001110010111011100000001001000110100010101100111891011121314151000100110101011110011011110111189ABCDEF字符编码v因为大部分计算机要用于信息管理，因此，需要将有关的字符信息进行二进制编码。国际上通用的是ASCII 码，即美国标准信息交换码。它用7位二进制编码来表示，十进制数、英文字母和常用符号如运算符、括号、标点符号、标识符等，还有一些控制符。一共可以表示128个字符：10个阿拉伯数字09（ASCII码为4857）、52个大小写英文字母（AZ为6590，az 为97122）、32个标点符号和运算符，以及34个控制符。vASCII码可以用7位(27=128)来表示,每个字母由8位二进制组成,ASCII码只占7位,最高位为0(或置为校验码.)v汉字编码:汉字编码要用两个字节。汉字的国家标准编码是1981年公布的汉字交换码的国家标准信息交换用汉字编码字符集 基本集（GB2312-80）。该标准用两个字节构成一个汉字字符编码，规定第一字节和第二字节的最高位均为1，通常用十六进制数表示。例如“啊”字是（B0A1）H。1.2.4微型计算机的硬件组成v1.CPU、内存、接口和总线的概念v微型计算机包括多种系列，多种档次、型号的计算机。一个完整的微机系统同样也是由硬件系统和软件系统组成的。微型机的核心部分是由一片或几片超大规模集成电路组成的，称为微处理器。例如英特尔公司的Pentium IV。所谓微型机就是以微处理器为核心，配上大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路，以及系统总线所组成的计算机。下面我们介绍微型机的硬件构成。v微型机的基本构成都是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有主板、硬盘驱动器、CD ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示适配器（显示卡）等。（1）主板v主板也叫系统板或母板，在个人电脑诞生的20多年来，主板一直是个人电脑的主要组成部分。其中主要组件包括：CMOS、基本输入输出系统（BIOS）、高速缓冲存储器、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（ISA，PCI等扩展槽）、串行接口（COM1，COM2）、并行接口（打印机接口 LPT1）等。如图所示。（2）中央处理器v简称CPU，是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit，简称MPU），是微型机的核心，中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件。计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。如图1.4.2所示。（3）内存储器v存储器分为内存储器和外存储器，简称内存和外存。计算机中信息的单位计算机中信息的单位:存储器中以字节为存储的基本单位。位:(Bit)，表示一位二进制。字节：（Byte），一个字节由8位二进制数字组成，1 Byte=8 Bit 例如:00111010是8位,只表示一个字节.KB：1KB=1024BMB：1MB=1024KB=1024*1024BGB：1GB=1024MB=1024*1024*1024BTB：1TB=1024GB=1024*1024*1024*1024B字：（WORD）通常由若干个字节组成。内存v目前，微型机的内存储器由半导体器件构成。而半导体器件存储器件由只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）两部分构成。只读存储器ROMv只能读而不能写入信息，它一般用来存储固定的系统软件和字库等内容v只能被调用，而不能被重写或修改，不会因为断电而消失。随机存取存储器RAMv可以进行读或写操作，主要用来存放操作系统、各种应用软件、输入/输出数据、中间计算结果及与外存交换的信息。v用半导体器件组成，断电后信息会全部丢失外存v软盘v硬盘v光盘（4）微型计算机系统总线vIBM PC总线vISA总线vEISA总线vPCI总线2、常用外部设备的性能指标v键盘v鼠标v扫描仪：分辨率v显示器：分辨率v打印机：点阵打印机、喷墨打印机、激光打印机v绘图仪3、微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念v微处理器：是微型计算机的核心部件，由一片或几片大规模集成电路组成，具有运算器和控制器组成，称CPU。v微型计算机：CPU加上存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机。v微型计算机系统：以微型计算机为中心，加上外围设备、电源和辅助电路，以及系统软件。4、微型计算机的主要性能指标v运算速度v字长v主存容量v输入输出数据传输速率v可靠性v兼容性