第1章计算机概论.pptx
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1、单元计 算 机 概 论1学习目标l了解计算机的发展、特点和应用l掌握计算机的组成和工作原理l掌握PC的硬件组成、选购、组装及其主要性能指标l了解数制的概念和信息的存储单位l掌握计算机网络的概念、功能、组成和分类l了解物联网、云计算的基本概念及应用l掌握计算机病毒、网络黑客的概念和防范措施l掌握多媒体和流媒体技术的概念l了解数据库和数据库系统的基本概念l了解程序设计的基本概念和程序设计的步骤学习内容1.1 计算机概述1.2 数制和信息编码1.3 个人计算机1.4 计算机网络基础1.5 数据库的基本概念1.6 程序设计基础1.7 多媒体技术基础1.8 计算机安全世界上第一台电子计算机是由美国的宾夕
2、法尼亚大学于1946年研制成功的,称为ENIAC。1.11.1.1 计算机发展史1.1 计算机概述1.1.1 计算机发展史(1)电子管时代(19461958年)体积大、性能差、耗电多且运算速度慢,只能使用机器语言或汇编语言,主要用于科学计算。(2)晶体管时代(19591964年)体积、重量和功耗减小,运算速度和性能却大大提高,出现了高级程序设计语言和编译系统,计算机的应用扩大到信息处理和工业控制领域。(3)中、小规模集成电路时代(19651970年)应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域。(4)大规模和超大规模集成电路时代(1971年至今)应用范围主要在办公自动化、数据库管理、图像动画(视频)
3、处理、语音识别、国民经济各领域生产应用和国防系统等领域。1.1 计算机概述1.1.1 计算机发展史未来的计算机发展趋势巨型化微型化网络化多媒体化智能化1.1 计算机概述未来计算机光子计算机生物计算机超导计算机纳米计算机量子计算机 运算器 寄存器 控制器 随机存储器(R A M ) 只读存储器(R O M ) 高速缓冲存储器(Cache) 输入设备:键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备:显示器、打印机等 外 存:硬盘、移动硬盘、光盘、闪存盘等 网络设备:网卡、调制解调器等 操作系统:W indows、U N IX 、Linux 语言处理程序:C、Pascal、V isual Basic等 实用程序:诊
4、断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统等 应用软件 系统软件 外围设备 内存 CPU 主机 软件 系统 硬件 系统 计算机系统 1.1.2计算机系统的组成1.1 计算机概述1.1.2计算机系统的组成计算机硬件系统 控制器 运算器 寄存器 内存储器 外存储器 计算结果 原始数据 程序 控制流 数据流 CPU 输出设备 输入设备 1.1 计算机概述1.1.2计算机系统的组成计算机硬件系统(1)系统软件系统软件是为计算机提供管理、控制、维护和服务等的软件,如操作系统、数据库管理系统、工具软件等。(2)应用软件应用软件是为解决某个应用领域中的具体任务而开发的软件,如各种科学计算程序、企业管理程
5、序、生产过程自动控制程序、数据统计与处理程序、情报检索程序等。1.1 计算机概述1.1.3 计算机的工作原理冯诺依曼(John von Neumann)于1946年提出了计算机设计的三个基本思想: 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成。 采用二进制形式表示计算机的指令和数据。 将程序(由一系列指令组成)和数据存放在存储器中,并让计算机自动地执行程序。1.1 计算机概述1.1.3 计算机的工作原理计算机的指令系统指令是能被计算机识别并执行的命令。每一条指令都规定了计算机要完成的一种基本操作,所有指令的集合就称为计算机的指令系统。1.1 计算机概述1.1.3 计算机的
6、工作原理计算机执行指令的过程计算机执行指令一般分为四个步骤: 取指令:控制器根据程序计数器的内容(存放指令的内存单元地址)从内存中取出指令送到CPU的指令寄存器。 分析指令:控制器对指令寄存器中的指令进行分析和译码。 执行指令:根据分析和译码的结果,判断该指令要完成的操作,然后按照一定的时间顺序向各部件发出完成操作的控制信号,完成该指令的功能。 一条指令执行后,程序计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后回到步骤,进入下一条指令的取指令阶段。1.1 计算机概述1.1.3 计算机的工作原理计算机执行程序的过程程序是为解决某一问题而编写的指令序列。计算机能直接执行的是机器指令,用高级语言或汇编
7、语言编写的程序必须先翻译成机器语言,然后CPU从内存中取出一条指令到CPU中执行,指令执行完,再从内存取出下一条指令到CPU中执行,直到完成全部指令为止。CPU不断地取指令、分析指令、执行指令,这就是程序的执行过程。1.1 计算机概述数制(number system)又称计数法,是人们用一组统一规定的符号和规则来表示数的方法。计数法通常使用的是进位计数制,即按进位的规则进行计数。在进位计数制中有“基数”和“位权”两个基本概念。基数(radix)是进位计数制中所用的数字符号的个数。例如,十进制的基数为10,逢10进一;二进制的基数为2,逢2进一。在进位计数制中,把基数的若干次幂称为位权,幂的方次
8、随该位数字所在的位置而变化,整数部分从最低位开始依次为0、1、2、3、4、;小数部分从最高位开始依次为-1、-2、-3、-4、。1234.5671103210231014100510-1610-2710-31.2.1 数制的概念1.2 数制和信息编码几种常用的数制数 制基 数数 码进位规则十进制(D)100,1,2,3,4,5,6,7,8,9逢十进一二进制(B)20,1逢二进一八进制(O)80,1,2,3,4,5,6,7逢八进一十六进制(H)160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F逢十六进一1.2.2不同数制间的转换1.2 数制和信息编码1.2.2不同数制间的转换1.
9、2 数制和信息编码将r进制转换为十进制将r进制(如二进制、八进制和十六进制等)按位权展开并求和,便可得到等值的十进制数。【例1-1】将(10010.011)2转换为十进制数。(10010.011)2 124+121+12-2+12-3(18.375)10【例1-2】将(22.3)8转换为十进制数。(22.3)828128038-1(18.375)10【例1-3】将(32CF.4B)16转换为十进制数。(32CF.4B)163163+2162+C161+F160+416-1+B16-23163+2162+12161+15160+416-1+1116-2(13007.292969)10将十进制转换
10、为r进制整数的转换采用“除以r取余”法,将待转换的十进制数连续除以r,直到商为0,每次得到的余数按相反的次序(即第一次除以r所得到的余数排在最低位,最后一次除以r所得到的余数排在最高位)排列起来就是相应的r进制数。小数的转换采用“乘以r取整”法,将被转换的十进制纯小数反复乘以r,每次相乘乘积的整数部分若为1,则r进制数的相应位为1;若整数部分为0,则相应位为0,由高位向低位逐次进行,直到剩下的纯小数部分为0或达到所要求的精度为止。对具有整数和小数两部分的十进制数,要用上述方法将其整数部分和小数部分分别进行转换,然后用小数点连接起来。以二进制数为例,将十进制数19.812 5转换为二进制数,转换
11、方法如下:此处R=2。先用“除2取余法”转换整数部分19。即19D10011B。 再用“乘2取整法”转换小数部分0.812 5。 整数对应的二进制位08125 2 162501 K-1 最高位06250 2 125001 K-202500 2 05000 0 K-305000 2 10000 1 K-4 最低位00000 即0.8125D0.1101B。 合并结果可得:19.8125D10011.1101B。二进制数转换为八进制数或十六进制数以小数点为界向左和向右划分,小数点左边(整数部分)从右向左每三位(八进制)或每四位(十六进制)一组构成一位八进制或十六进制数,位数不足三位或四位时最左边补
12、0;小数点右边(小数部分)从左向右每三位(八进制)或每四位(十六进制)一组构成一位八进制或十六进制数,位数不足三位或四位时最右边补0。将(10010.0111)2转换为八进制数。(10010.0111)2(010)(010).(011)(100) 2 2 . 3 4八进制数或十六进制数转换为二进制数把一位八进制数用三位二进制数表示,把一位十六进制数用四位二进制数表示。将(22.34)8转换为二进制数。2 2 . 3 4 (010)(010).(011)(100)(22.34)8(10010.0111)2(1)位(bit)和字节(byte) 在计算机中,表示数据的最小单位是一个二进制位(称为bi
13、t);1个字节由8个二进制位组成,从右到左依次为07位,0位称为最低位,7位称为最高位。字节是计算机存储系统存取数据的最小单位。(2)字(word)和字长计算机一次能作为一个整体处理的最大一组二进制位,称为计算机的一个“字”;一个字所包含的二进制位数称为“字长”。1.2.3信息存储单位1.2 数制和信息编码(1)ASCII码ASCII(American standard code for information interchange)码是美国标准信息交换代码的简称,也被国际标准化组织采用。ASCII码是一种7位二进制编码,用于给128个国际上通用的西文字符、数字符号、通用符号、控制符号编码。
14、(2)汉字编码信息交换汉字编码字符集 基本集,标准编号GB 23121980,称为汉字交换码或简称国标码。国标码规定,每个汉字用两个字节的二进制编码,每个字节的最高位为0,其余7位用于表示汉字信息。1.2.4常见的信息编码1.2 数制和信息编码个人计算机(personal computer),简称PC,是以中央处理器(CPU)为核心,加上存储器、输入/输出接口及系统总线所组成的计算机。个人计算机可分为台式计算机和便携式计算机两种。1.3 个人计算机1. 主板每台PC的主机机箱内都有一块比较大的电路板,称为主板(mainboard)或母板(motherboard)。主板是连接CPU、内存及各种适
15、配器(如显卡、声卡、网卡等)和外围设备的中心枢纽。目前的主流主板按板型结构标准可分为ATX、Micro-ATX(Mini-ITX)和BTX三种。1.3.1个人计算机的硬件组成1.3 个人计算机2. CPU在个人计算机中,运算器和控制器通常被整合成在一块集成电路芯片上,称为中央处理器(CPU)。CPU的主要功能是从内存储器中取出指令,解释并执行指令。CPU是计算机硬件系统的核心,它决定了计算机的性能和速度。CPU的运行速度通常用主频表示,以赫兹(Hz)作为计量单位。3内存储器(1)只读存储器只读存储器主要用来存放一些需要长期保留的数据和程序,其信息一般由生产厂家写入,断电后存储器的信息不会消失。
16、(2)随机存取存储器随机存取存储器是构成内存储器的主要部分,主要用来临时存放正在运行的用户程序和数据及临时从外存储器调用的系统程序。(3)高速缓冲存储器为了协调CPU与DRAM之间的速度,通常在CPU与主存储器间提供一个小而快的存储器,称为Cache(高速缓冲存储器)。4外存储器外存储器又称外存,用于长期保存数据。CPU不能直接访问外存储器中的数据,要被送入内存后才能使用。与内存储器相比较,外存储器一般容量大、价格低、速度慢。(1)硬盘硬盘由磁盘盘片组、读/写磁头、定位机构和传动系统等部分组成,密封在一个容器内。(2)移动硬盘移动硬盘具有容量大(几十GB到几百GB),携带方便存储方便,安全性、
17、可靠性强,兼容性好,读/写速度快等特点,受到越来越多的用户青睐。(3)闪存盘闪存盘(俗称优盘或U盘。利用闪存(flash memory)技术在断电后还能保持存储数据信息的原理制成,具有重量轻且体积小,读/写速度快,不易损坏,采用USB接口与计算机连接,即插即用等特点,能实现在不同计算机之间进行文件交换,已经成为移动存储器的主流产品。(4)光盘 光盘(compact disk,CD)是利用激光原理进行读/写的外存储器。它具有容量大、寿命长、价格低等特点,分为CD(compact disk)、DVD(digital versatile disk)等。5输入设备(1)键盘按照各类按键的功能和排列位置
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