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1、计算机基础计算机基础计算机基础计算机基础本讲稿第一页,共七十页第1章 计算机基础知识计算机发展概述计算机发展概述 1数制和信息编码数制和信息编码2微型计算机微型计算机 见教材第见教材第8章章8.1、8.23 343http:/本讲稿第二页,共七十页1.1 计算机发展概述v计算机的发展史v计算机的特点v计算机的分类v计算机的应用v计算机的硬件系统v计算机的软件系统v计算机的工作原理主要知识点:http:/本讲稿第三页,共七十页1.1 计算机发展概述v学习目标w了解计算机的发展历史、分类和应用。了解计算机的发展历史、分类和应用。w理解冯理解冯诺依曼计算机的设计思想与原理,掌诺依曼计算机的设计思想与
2、原理,掌握计算机的组成和工作原理。握计算机的组成和工作原理。w了解计算机系统的组成,正确理解计算机硬、了解计算机系统的组成,正确理解计算机硬、软件系统的功能及其相互间的联系。软件系统的功能及其相互间的联系。w能熟练掌握与运用各种数制以及掌握各种数制能熟练掌握与运用各种数制以及掌握各种数制之间的相互转化。之间的相互转化。w熟练掌握原码、反码和补码的概念以及补码运熟练掌握原码、反码和补码的概念以及补码运算。算。http:/本讲稿第四页,共七十页1.1 计算机发展概述包括包括18000个电子管和个电子管和1500个继电器个继电器 耗电耗电150千瓦千瓦 重重30吨,占地面积吨,占地面积170平方米平
3、方米 运算速度运算速度5000次次/秒秒价值价值40万美元万美元 ENIACENIAC埃尼阿科埃尼阿科v计算机的发展史计算机的发展史 世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机(电子数值积分计算机电子数值积分计算机)的诞生,的诞生,标识了计算机时标识了计算机时代的到来!代的到来!http:/本讲稿第五页,共七十页1.1 计算机发展概述计算机发展的五个阶段代次代次年份年份名称名称典型产品典型产品主要性能主要性能说明说明11951-1958真空管真空管计算机计算机通用自动计算通用自动计算机机UNIVAC单片上集成几单片上集成几千只真空管千只真空管散热巨大,亟散热巨大,亟待改进待改进21959-1
4、964晶体管晶体管计算机计算机贝尔实验室第贝尔实验室第一台通用晶体一台通用晶体管计算机管计算机单片上集成单片上集成800多只晶体管多只晶体管散热减少,处散热减少,处理加快,获诺理加快,获诺贝尔奖贝尔奖31965-1970集成电路集成电路计算机计算机Intel4004 IBM360系列系列单片上集成几单片上集成几千只晶体管千只晶体管体积更小、速体积更小、速度更快、可靠度更快、可靠性更高性更高41971-至今至今超大规模超大规模集成电路集成电路计算机计算机Intel与与AMD等等系列微型计算系列微型计算机机单片上集成达单片上集成达几千万只以上几千万只以上晶体管晶体管推动计算机微推动计算机微型化向更
5、高层型化向更高层次发展次发展5未来未来人工智能人工智能计算机计算机目前尚无典型目前尚无典型产品产品追求模拟人脑追求模拟人脑高级思维功能高级思维功能http:/本讲稿第六页,共七十页1.1 计算机发展概述运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高具有记忆能力具有记忆能力具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力具有自动执行程序的能力具有自动执行程序的能力计算机计算机计算机计算机的特点的特点的特点的特点v计算机的特点计算机的特点 电子计算机是一种具有极快的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和逻辑判断能力,电子计算机是一种具有极快的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和逻辑判断能力,由程序自动控制操作过程的电
6、子装置。由程序自动控制操作过程的电子装置。http:/本讲稿第七页,共七十页1.1 计算机发展概述v计算机的分类计算机的分类巨型机(巨型机(Super Computer)小巨型机(小巨型机(Mini Super Computer)小型机(小型机(Mini Computer)微型机(微型机(MicroComputer)计算机计算机计算机计算机的分类的分类的分类的分类工作站(工作站(WorkStation)大型机(大型机(Mainframe Computer)http:/本讲稿第八页,共七十页1.1 计算机发展概述v计算机的应用计算机的应用数值计算(或称科学计算)数值计算(或称科学计算)数据处理数
7、据处理(或称信息处理或称信息处理)计算机辅助系统计算机辅助系统(CAD、CAM、CAI)人工智能和办公室自动化人工智能和办公室自动化计算机计算机计算机计算机的应用的应用的应用的应用计算机网络和多媒体技术计算机网络和多媒体技术过程控制(或称实时控制)过程控制(或称实时控制)http:/本讲稿第九页,共七十页1.1计算机发展概述硬件系统硬件系统构成计算机的构成计算机的各种看得见、各种看得见、摸得着的物理摸得着的物理装置装置 计算机系统计算机系统软件系统软件系统为运行、维护、为运行、维护、管理、应用计管理、应用计算机所编制的算机所编制的所有程序和数所有程序和数据的集合据的集合。v计算机系统组成计算机
8、系统组成http:/本讲稿第十页,共七十页1.1计算机发展概述v计算机系统组成计算机系统组成http:/本讲稿第十一页,共七十页1.1计算机发展概述v计算机硬件系统计算机硬件系统 计算机硬件系统一般由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。http:/本讲稿第十二页,共七十页计算机硬件系统结构图计算机硬件系统结构图运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器外存储器外存储器存储器存储器输出设备输出设备硬硬 件件硬件系统硬件系统输入设备输入设备1.1计算机发展概述http:/本讲稿第十三页,共七十页硬件主机主机外部设备外部设备I/OI/O接口外存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器
9、总线硬件系统硬件系统1.1计算机发展概述http:/本讲稿第十四页,共七十页立式机箱立式机箱卧式机箱内部构造卧式机箱内部构造硬件系统硬件系统1.1计算机发展概述http:/本讲稿第十五页,共七十页1.1计算机发展概述v计算机软件系统计算机软件系统操作系统(OS):软、硬资源管理者;用户和计算机之间的接口。语言处理程序数据库管理系统机器语言 汇编语言 高级语言 系统软件应用软件定制软件:针对具体应用而定制的软件,如图书管理系统 应用软件包:解决某些典型问题的应用程序的组合,如通用财 务管理软件包 通用软件:如Word、Excel、Photoshop、PowerPoint、DreamWeaver、
10、Flash、Firework http:/本讲稿第十六页,共七十页1.1计算机系统概述v计算机工作原理计算机工作原理 美籍匈牙利数学家冯诺依曼(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,计算机依次自动地执行程序。http:/本讲稿第十七页,共七十页1.1计算机系统概述程序存储程序存储 将需要执行的任务将需要执行的任务用程序设计语言写用程序设计语言写成程序,与需要处成程序,与需要处理的原始数据一起理的原始数据
11、一起通过输入设备输入通过输入设备输入并存储在计算机的并存储在计算机的存储器中存储器中。计算机工作原理计算机工作原理的核心的核心程序控制程序控制 在需要执行时,由控制器在需要执行时,由控制器取出程序并按照程序规定取出程序并按照程序规定的步骤或用户提出的要求,的步骤或用户提出的要求,向计算机的有关部件发布向计算机的有关部件发布命令并控制它们执行相应命令并控制它们执行相应的操作,执行的过程不需的操作,执行的过程不需要人工干预而自动连续进要人工干预而自动连续进行行。v计算机工作原理计算机工作原理返回http:/本讲稿第十八页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数制的概念v几种常用的数制v二
12、进制运算v常用数制间的转换v信息存储单位v数值数据的编码表示 v常见的信息编码主要知识点:http:/本讲稿第十九页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码v数制的概念 数制也叫记数法,是人们用一组规定的符号和规则来表示数的方法。计算机中采用二进制。http:/本讲稿第二十页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码2.2.二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 在计算机中,以0或1两种取值表示的变量叫逻辑变量。它们不是代表教学中的“0”和“1”的数值大小,而是代表所要研究的问题的两种状态或可能性,如电压的高或低、脉冲的有或无等。把逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。逻辑运算包括3种基本运
13、算:逻辑加法(“或”运算)、逻辑乘法(“与”运算)和逻辑否定(“非”运算)。由这三种基本运算可以导出其他的逻辑运算,如异或运算、同或运算以及与或非运算等。这里只介绍4种逻辑运算:与运算、或运算、非运算及异或运算。http:/本讲稿第二十一页,共七十页 X=100,y=99 Xy?成立!成立!用用 “1”表示逻辑表示逻辑“真真”,“是是”用用 “0”表示逻辑表示逻辑“假假”,“否否”A:B:A 比比 B 矮?矮?不成立!不成立!1和和0代表逻辑型数据代表逻辑型数据 逻辑数据及逻辑运算http:/本讲稿第二十二页,共七十页 三、逻辑运算三、逻辑运算“0”“”“假假”“1”“”“真真”逻辑变量有两种
14、状态:逻辑变量有两种状态:研究事物的逻辑关系时,用研究事物的逻辑关系时,用逻逻辑变量辑变量代表各个事件。代表各个事件。四、逻辑表达式四、逻辑表达式 逻辑运算符逻辑运算符连接逻辑变量,构成连接逻辑变量,构成逻逻辑表达式辑表达式,结果为逻辑值。,结果为逻辑值。开为开为 1关为关为 0逻辑型变量需要几个数据?逻辑型变量需要几个数据?二、逻辑变量http:/本讲稿第二十三页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码(1)与运算 与运算通常用符号或者表示。它的运算规则如下所示。v0 0=0或者00=0;读成0与0等于0v0 1=0或者01=0;读成0与1等于0v1 0=0或者10=0;读成1与0等于
15、0v1 1=1或者11=1;读成1与1等于1 可见,与运算表示只有参加运算的逻辑变量都同时为1时,其与运算结果才等于1。http:/本讲稿第二十四页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码(2)或运算 或运算通常用符号或者表示。它的运算规则如下。v00=0或者00=0;读成0或0等于0v01=1或者01=1;读成0或1等于1v10=0或者10=1;读成1或0等于1v11=1或者11=1;读成1或1等于1 在给定的逻辑变量中,只要有一个1,或运算的结果就为1;只有逻辑变量都为0时,或运算的结果才为0。http:/本讲稿第二十五页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码(3)非运算 非
16、运算又称逻辑否定。它是在逻辑变量上方加一横线表示非,其运算规则如下如示。v 0=1;读成非0等于1v 1=0;读成非1等于0http:/本讲稿第二十六页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码(4)异或运算 异或运算通常用符号表示。它的运算规则如下所示。v0 0=0;读成0同0异或,结果为0。v0 1=1;读成0同1异或,结果为1。v1 0=1;读成1同0异或,结果为1。v1 1=0;读成1同1异或,结果为0。在给定的两个逻辑变量中,只要两个逻辑变量相同,则异或运算的结果就为0;当两个逻辑变量不同时,异或运算的结果才为1.注意,当两个多位逻辑变量进行逻辑运算时,只在对应位之间按上述规则进
17、行运算,不同位之间不发生任何关系,没有算术运算中的进位或借位关系 http:/本讲稿第二十七页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码(5)逻辑表达式的计算 用逻辑算符或括号将逻辑变量或逻辑常数连接而成的式子叫逻辑表达式,其值为逻辑值。求值过程应按照如下顺序进行:如有括号,先括号内后括号外;逻辑运算的优先顺序为先“非”,后“与”,再“或”。http:/本讲稿第二十八页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码【例1.5】已知A=0,B=1,C=1,求逻辑表达式 Z=(ABC)(AB)(BC)的值。解:Z=(ABC)(AB)(BC)=(011)(01)(11)代入相应值 =(001)(
18、11)(10)=(0)(11)=01 =1 http:/本讲稿第二十九页,共七十页s 按进位的原则进行计数按进位的原则进行计数s 逢逢N N进进1 1s 采用位权表示法采用位权表示法数数 制制定义定义:编码和数制编码和数制1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/本讲稿第三十页,共七十页1.2 数制和信息编码数制和信息编码v几种常用的数制 常用数制的书写规则常用数制的书写规则(1)(1)字母后缀字母后缀二进制数用B(Binary)表示。八进制数用O(Octonary)表示,字母O常用Q代替。十进制数用D(Decimal)表示。D一般可以省略。十六进制数用H(Hexadecimal)表示。
19、例如10011B、237Q、8079和45ABFH分别表示二进制、八进制、十进制和十六进制。(2)(2)括号外面加下标括号外面加下标例如(10011)2、(237)8、(8079)10和(45ABF)16分别表示二进制、八进制、十进制和十六进制。http:/本讲稿第三十一页,共七十页常用进位计数制表示方法常用进位计数制表示方法常用计数制的基数和数字符号常用计数制的基数和数字符号十进制 二进制 八进制十六进制基 数数字符号100920,18071609,A,B,C,D,E,F编码和数制编码和数制1.2 数制和信息编码数制和信息编码http:/本讲稿第三十二页,共七十页数制间的转换数制间的转换十进
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