第一章 计算机基础知识续PPT讲稿.ppt
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1、第一章第一章 计算机基础知识续计算机基础知识续第1页,共67页,编辑于2022年,星期二学习目标学习目标了解计算机的发展与应用领域了解计算机的发展与应用领域了解计算机系统的组成与工作原理了解计算机系统的组成与工作原理了解微型计算机的组成及主要性能指标了解微型计算机的组成及主要性能指标第2页,共67页,编辑于2022年,星期二第第1章章 计算机基础知识(续)计算机基础知识(续)1.6 计算机发展概述计算机发展概述 1.7 计算机系统组成与工作原理成计算机系统组成与工作原理成 1.8 微型计算机微型计算机 第3页,共67页,编辑于2022年,星期二18121812年差分机年差分机 查尔斯查尔斯巴贝
2、奇巴贝奇 1834年设计的分析机年设计的分析机 1.6 计算机的发展计算机的发展 1.6.1 近代计算机近代计算机由许多轮子组成的保存数据的存储库;由许多轮子组成的保存数据的存储库;运算装置;运算装置;能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。以及输出结果的装置。资资料料:查查尔尔斯斯巴巴贝贝奇奇 第4页,共67页,编辑于2022年,星期二英国科学家艾兰英国科学家艾兰图灵图灵建立图灵机(Turing machine)模型,奠定了可计算理论的基础;提出图灵测试,阐述了机器智能的概念。现代计算机体系结构现代计算机体系结构冯诺依曼机:“存
3、储程序”的概念五十多年来,计算机系统基本结构没有变。美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯诺依曼诺依曼1.6.1 近代计算机近代计算机资资料料:艾艾兰兰图图灵灵、冯冯诺诺依曼依曼第5页,共67页,编辑于2022年,星期二1.6.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1946年年2月由宾州大学研制月由宾州大学研制成功的成功的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重达重达30吨吨占地占地250m2启动工耗启动工耗150000瓦瓦18000个电子管个电子管保存保存
4、80个字节个字节每秒每秒5 5千次加减运算千次加减运算没有存没有存储储器器采用十采用十进进制制第6页,共67页,编辑于2022年,星期二v4040年代末又出年代末又出现了现了EDVACEDVAC计计算机,它的研算机,它的研制者是著名的制者是著名的现代电子计算现代电子计算机先驱,美籍机先驱,美籍匈牙利数学家匈牙利数学家冯冯诺依曼。诺依曼。冯诺依曼第7页,共67页,编辑于2022年,星期二性能指标性能指标第一代第一代19461958第二代第二代19581964第三代第三代19641971第四代第四代1971年至今年至今逻辑元件逻辑元件电子管电子管晶体管晶体管中、小规模中、小规模集成电路集成电路大规
5、模、超大规大规模、超大规模集成电路模集成电路存储器存储器磁芯,磁鼓磁芯,磁鼓(磁带)(磁带)磁芯存储器磁芯存储器(磁盘)(磁盘)半导体(磁半导体(磁盘为主)盘为主)高集成度半导体高集成度半导体(磁盘、光盘、(磁盘、光盘、移动存储器)移动存储器)运算速度运算速度(秒(秒/次)次)几千几万几千几万几万几十几万几十万万几十万几几十万几百万百万几百万百亿几百万百亿软软 件件机器语言机器语言汇编语言汇编语言编译语言编译语言高级编程语言高级编程语言操作系统操作系统交互式语言交互式语言数据库系统数据库系统网络软件网络软件主要特点主要特点体积大,可靠体积大,可靠性差,耗电大,性差,耗电大,价格价格昂贵昂贵体积
6、小,重量体积小,重量轻,耗电小,轻,耗电小,可靠性较高可靠性较高小型化,耗电小型化,耗电小,可靠性高小,可靠性高微型化,耗电极微型化,耗电极小,可靠性很高小,可靠性很高应用场合应用场合科学计算科学计算数据处理数据处理工业控制工业控制社会各个领域社会各个领域1.6.3 1.6.3 计算机发展中各个阶段的主要特点计算机发展中各个阶段的主要特点 第8页,共67页,编辑于2022年,星期二(1 1)第第一一代代电电子子计计算算机机(1946-19571946-1957年年):逻逻辑元件采用电子管。辑元件采用电子管。J.W.Mauchly博士莫西利第一台电子计算机ENIAC资资料料:莫西利莫西利第9页,
7、共67页,编辑于2022年,星期二(2 2)第第二二代代电电子子计计算算机机(1958-19641958-1964年年):逻辑元件采用晶体管。逻辑元件采用晶体管。IBM 1401 第10页,共67页,编辑于2022年,星期二(3)(3)第第三三代代电电子子计计算算机机(1965-19701965-1970年年):逻逻辑辑元元件件采采用用小小规规模模集集成成电电路路、中中规规模模集集成成电路。电路。HP-2115 第11页,共67页,编辑于2022年,星期二(4)(4)第第四四代代电电子子计计算算机机(19711971年年至至今今):逻逻辑辑元元件件开开始始采采用用大大规规模模集集成成电电路路、
8、超超大大规规模模集成电路。集成电路。Apple II 第12页,共67页,编辑于2022年,星期二(5)计算机的发展趋势计算机的发展趋势第13页,共67页,编辑于2022年,星期二(6)未来新型计算机未来新型计算机1光计算机光计算机 利利用用光光子子取取代代电电子子进进行行数数据据运算、传输和存储。运算、传输和存储。不不同同波波长长的的表表示示不不同同的的数数据据 优优点:超高速点:超高速 缺点:体缺点:体积庞积庞大大2生物计算机(分子计算机)生物计算机(分子计算机)2020世世 纪纪 8080年年 代代 中中 期期 开开 始始 研研 制制 采用了生物芯片采用了生物芯片3量子计算机量子计算机
9、利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,这种多现实态是量子力学的标志。这种多现实态是量子力学的标志。第14页,共67页,编辑于2022年,星期二(7)电子计算机的发展趋势电子计算机的发展趋势巨型化智能化网格化微型化资资料料:计计算机算机发发展展趋势趋势第15页,共67页,编辑于2022年,星期二1.6.4 计算机的分类计算机的分类 按综合性能指按综合性能指标分类标分类高性能计算机(高性能计算机(巨型机或大型机巨型机或大型机):速度最快、处理能力最强、速度最快、处理能力最强、最快:最快:NEC Earth Simulator NEC Earth Sim
10、ulator 每秒每秒3535万亿次浮点运算,峰值万亿次浮点运算,峰值4040万亿次万亿次 中国:中国:曙光曙光4000A 25604000A 2560颗颗6464位位AMD OpteronAMD Opteron处理器处理器 每秒每秒8万亿次浮点运算,全球排名第万亿次浮点运算,全球排名第10工作站工作站:介于介于PCPC与小型机之间高档微机系统与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存,图形功能较强高分辨率、大容量内外存,图形功能较强微型计算机微型计算机:台式机、笔记本和个人数字助量台式机、笔记本和个人数字助量(PDA)(PDA)服务器服务器:网络环境中为多个用户提供服务的:网络环境中为
11、多个用户提供服务的 计算机系统计算机系统按用途分类按用途分类通用机通用机专用机专用机第16页,共67页,编辑于2022年,星期二1.6.5 计算机的新技术计算机的新技术1嵌入式技术嵌入式技术 将将计计算算机机作作为为一一个个信信息息处处理理部部件件,嵌嵌入入到到应应用用系系统统之之中中的的一一种种技技术。术。系统和功能软件固化起来,类似系统和功能软件固化起来,类似BIOS的工作方式。的工作方式。应用:各种家电、数码相机等应用:各种家电、数码相机等2网格计算网格计算 利利用用互互联联网网把把分分散散在在不不同同地地理理位位置置的的电电脑脑组组织织成成一一个个“虚虚拟拟的的超超级级计计算算机机”,
12、其其中中每每一一台台的的计计算算机机就就是是一一个个“节节点点”,而而整整个个计计算算是是由由成成千千上上万万个个“节点节点”组成的组成的“一张网格一张网格”。优点:数据处理能力超强;充分利用网上的闲置处理能力。优点:数据处理能力超强;充分利用网上的闲置处理能力。示例:示例:第17页,共67页,编辑于2022年,星期二3中间件技术中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件 第18页,共67页,编辑于2022年,星期二1.6.6 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用 计算机的应用类型计算机的应用类型1.科学计算2.数据处理3.
13、电子商务4.过程控制5.CAD/CAM/CIMS6.多媒体技术 7.虚拟现实8.人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1.工商:电子商务、CAD/CAM2.教育:多媒体教育、远程教育3.医药:CAT、MRI、远程医疗4.政府:电子政府5.娱乐:虚拟现实、电影特技 6.科研:数据采集、计算分析7.家庭:家庭信息化 第19页,共67页,编辑于2022年,星期二1.7 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理1.7.1计算机系统的组成计算机系统的组成 系统软件系统软件系统软件系统软件应用软件应用软件应用软件应用软件计计算算机机系系统统分分为为:硬硬件件+软软件件硬硬 件件软软
14、 件件第20页,共67页,编辑于2022年,星期二计算机系统的组成计算机系统的组成 输入设备输入设备:键盘、鼠标、扫描仪 输出设备输出设备:显示器、打印机 外外 存存:软、硬盘、光盘、闪存 网络设备网络设备:网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器 操作系统:Windows、Unix、Linux语言处理程序:C、Pascal、VB等 实用程序:诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统 第21页,共67页,编辑于2
15、022年,星期二1.7.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成 冯冯诺依曼思想诺依曼思想:二进制二进制程序与数据一样存放程序与数据一样存放在内存在内存五大模块五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器演示:电脑组电脑组装装第22页,共67页,编辑于2022年,星期二处理器(处理器(CPU)存放程序和数据处处理理器器控制器控制器运算运算器器控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作执行算术运算执行算术运算和逻辑运算和逻辑运算存储器存储器大容量存储器I/O设备设备I/O子系统第23页,共67页,编辑于2022年,星期二存储器存储器存储器存储器是计算机
16、是计算机存储数据和程序存储数据和程序的记忆单元集合的记忆单元集合每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。可读写其中的数据。位二进制位组成。可读写其中的数据。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字节字节ByteByte7 6 5 4 3 2 1 0位(位(BitBit)第24页,共67页,编辑于2022年,星期二存储体结构图存储体结构图存储位存储位存储单元存储单元(字节)(字节)存储体存储体第25页,共67页,编辑于2022年,星期二输入输出设备输入输出设备常用输入设备:常用输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘、鼠标、扫描仪、光
17、笔、数字化仪等。常用输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。常用输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。第26页,共67页,编辑于2022年,星期二1.7.3计算机基本工作原理计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码,完成一种操作。指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码,完成一种操作。操作码操作码 操作数操作数 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令其它指令其它指令 If Goto And OrCPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性
18、质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 第27页,共67页,编辑于2022年,星期二计算机基本工作原理计算机基本工作原理 指令的执行过程分为以下指令的执行过程分为以下4个步骤:个步骤:取取指指令令 按按照照指指令令计计数数器器中中的的地地址址,从从内内存存储储器器中中取取出出指指令令,并并送送往往指令寄存器。指令寄存器。分分析析指指令令 对对指指令令寄寄存存器器中中存存放放的的指指令令进进行行分分析析,由由译译码码器器对对操操作作码码进进行行译译码码,将将指指令令的的操操作作码码转转换换成成相相应应的的控控制制电电位位信信号号;由由地地址址码码确确定
19、定操作数地址。操作数地址。执执行行指指令令 由由操操作作控控制制线线路路发发出出完完成成该该操操作作所所需需要要的的一一系系列列控控制制信信息息,去完成该指令所要求的操作。去完成该指令所要求的操作。一一条条指指令令执执行行完完成成,指指令令计计数数器器加加1 或或将将转转移移地地址址码码送送入入程程序序计计数数器器,然然后后回到回到。第28页,共67页,编辑于2022年,星期二计算机基本工作原理计算机基本工作原理 演示:演示:计算机基本工作原理计算机基本工作原理第29页,共67页,编辑于2022年,星期二1.7.4 计算机软件系统计算机软件系统1.1.系统软件系统软件2.2.应用软件应用软件系
20、统软件是由计算机的设计者提供的一系列程系统软件是由计算机的设计者提供的一系列程序,用户一般只使用而不修改。系统软件一般序,用户一般只使用而不修改。系统软件一般由操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、由操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、网络系统和常用服务程序组成。网络系统和常用服务程序组成。应用软件指在计算机硬件和系统软件的支应用软件指在计算机硬件和系统软件的支持下,为解决各类实际问题而设计的软件。持下,为解决各类实际问题而设计的软件。常用的应用软件包括:常用的应用软件包括:字处理软件,电子字处理软件,电子表格软件,绘图软件,课件制作软件等。表格软件,绘图软件,课件制作软件等。注意:软件
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