大学计算机信息技术复习.ppt
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1、复习要点复习要点复习要点复习要点数据(数据(Data ):用于记录、描述可客观事物的可鉴别):用于记录、描述可客观事物的可鉴别的符号(如数字、声、文字、电磁波、颜色、符号、图形、的符号(如数字、声、文字、电磁波、颜色、符号、图形、图像等等)。图像等等)。信息(信息(Information ):经过对数据的加工、处理等):经过对数据的加工、处理等具有一定的且对决策有价值的数据。具有一定的且对决策有价值的数据。信息技术概述信息技术概述信息系统信息系统加工处理加工处理数据信息(原材料)(原材料)(产品)(产品)数据是信息的载体,信息是数据的含义。数据是信息的载体,信息是数据的含义。信息处理:信息处理
2、:信息获取信息获取(感觉器官)(感觉器官)信息传递信息传递(神经系统)(神经系统)信息加工与存储信息加工与存储(大脑)(大脑)信息传递信息传递(神经系统)(神经系统)信息施用信息施用(效应器官)(效应器官)事物客体事物客体人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程P1眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身手手/脚脚/身身信息技术概述信息技术概述 是是指指利利用用电电子子计计算算机机和和现现代代通通信信手手段段实实现现信信息息的的获取、传递、存储、显示和分配等相关技术。获取、传递、存储、显示和分配等相关技术。信息信息传递传递技术技术信息信息处理、处理、再生再生技术技术感测感测与识与识别技别技术术信息信息
3、施用施用技术技术文字识别、语音识别、图像识别通信手段编码、压缩、加密显示、控制信息输入信息存储/传递信息处理信息输出信息技术概述信息技术概述用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的工处理、控制及显示的工处理、控制及显示的工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系综合使用各种信息技术的系综合使用各种信息技术的系综合使用各种信息技术的系统统统统,可以通称为信息处理系统,可以通称为信息处理系统,可以通称为信息处理系统,可以通称为信息处理系统微微电电子技子技术术
4、通信技通信技术术计计算机技算机技术术信息技术的支撑技术(信息技术的支撑技术(信息技术的三大要素)信息技术的三大要素)最重要部分是“计算机计算机computer”,“通信通信communication”,“控制控制control”即3C技术。信息技术概述信息技术概述现代信息技术的主要特征现代信息技术的主要特征:以数字技术为基础以数字技术为基础以计算机及其软件为核心以计算机及其软件为核心采用电子技术(包括激光技术)采用电子技术(包括激光技术)信息技术概述信息技术概述P2电子技术的基础:电子技术的基础:数字技术数字技术微电子与光纤技术微电子与光纤技术P5信息的基本单位:比特(信息的基本单位:比特(b
5、it)进制的转换进制的转换数字技术基础数字技术基础P5信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示P10比特的运算比特的运算P16微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路微电子技术是信息技术领域中的关键技微电子技术是信息技术领域中的关键技术,是发展电子信息产业和各项高技术的基术,是发展电子信息产业和各项高技术的基础础,是实现电子电路和电子系统超小型化及微是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术。型化的技术。微电子技术的核心是微电子技术的核心是集成电路集成电路技术技术P18微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)大规模大规
6、模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)基础元件的演变基础元件的演变:微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 集成电路集成电路集成电路集成电路(简称简称简称简称IC),IC),以半导体以半导体以半导体以半导体单晶片作为材料,经平面工艺加单晶片作为材料,经平面工艺加单晶片作为材料,经平面工艺加单晶片作为材料,经平面工艺加工制造,将工制造,将工制造,将工制造,将大量晶体管、电阻等大量晶体管、电阻等大量晶体管、电阻等大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路元器件及互连线构成的电子线路元器件及互连线构成的电子线路元器件及互连线构成的电子线路集成在基片集成在基片
7、集成在基片集成在基片上,构成一个微型化上,构成一个微型化上,构成一个微型化上,构成一个微型化的电路或系统。的电路或系统。的电路或系统。的电路或系统。现代集成电路使用的半导现代集成电路使用的半导现代集成电路使用的半导现代集成电路使用的半导体材料体材料体材料体材料通常是硅通常是硅通常是硅通常是硅(Si)(Si),也可以是,也可以是,也可以是,也可以是化合物半导体如砷化镓化合物半导体如砷化镓化合物半导体如砷化镓化合物半导体如砷化镓(GaAs)(GaAs)等等等等.超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路集成电路的优点:集成电路的优点:体积小、重量轻体积小、重量轻功耗小、成本低功耗
8、小、成本低速度快、可靠性高速度快、可靠性高根据所包含的晶体管数目分为:根据所包含的晶体管数目分为:集成电路规模集成度(个电子元件)小规模集成电路(SSI)100中规模集成电路(MSI)1003000大规模集成电路(LSI)300010万超大规模集成电路(VLSI)10万100万极大规模集成电路(ULSI)100万集成电路芯片是微电子技术的结晶,它是计算集成电路芯片是微电子技术的结晶,它是计算集成电路芯片是微电子技术的结晶,它是计算集成电路芯片是微电子技术的结晶,它是计算机和通信设备的硬件核心,是现代信息的产业。机和通信设备的硬件核心,是现代信息的产业。机和通信设备的硬件核心,是现代信息的产业。
9、机和通信设备的硬件核心,是现代信息的产业。微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路P19 MooreMoore定定定定律律律律:单单单单块块块块集集集集成成成成电电电电路路路路的的的的集集集集成成成成度度度度平平平平均均均均每每每每18241824个月翻一番个月翻一番个月翻一番个月翻一番(G.E.Moore,1965(G.E.Moore,1965年年年年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium
10、IIPentiumIIIPentium4晶体管数晶体管数例例:Intel微处理器集成度的发展微处理器集成度的发展 安腾安腾安腾安腾Itanium2Itanium2(20022002)221M221M晶体管晶体管晶体管晶体管 安腾双核安腾双核安腾双核安腾双核 Itanium2Dual-CoreItanium2Dual-Core(20062006)1.7B1.7B晶体管晶体管晶体管晶体管P20集成电路技术的发展趋势集成电路技术的发展趋势IC卡卡(chipcard、smartcard),又又称称为为集集成成电电路路卡卡,它它是是把把集集成成电电路路芯芯片片密密封封在在塑塑料料卡卡基基片片内内,使使其
11、其成成为为能能存存储信息、处理和传递数据的载体储信息、处理和传递数据的载体特点:特点:存储信息量大存储信息量大保密性能强保密性能强可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用抗干扰能力强抗干扰能力强可靠性高可靠性高应用举例:应用举例:作作为为电电子子证证件件,记记录录持持卡卡人人的的信信息息,用用作作身身份份识识别别(如如身身份份证证、考勤卡、医疗卡、住房卡等)考勤卡、医疗卡、住房卡等)作为作为电子钱包电子钱包(如电话卡、公交卡、加油卡等)(如电话卡、公交卡、加油卡等)IC卡卡P6 按所镶嵌的集成电路芯片分类:按所镶嵌的集成电路芯片分类:按所镶嵌的集成电路芯片分类:按所镶嵌的集成电路芯片分类:存储器卡
12、:封装了几存储器卡:封装了几存储器卡:封装了几存储器卡:封装了几KB-KB-几十几十几十几十KBKB的存储器,可通过的存储器,可通过的存储器,可通过的存储器,可通过读卡器改写,如电话卡、公交卡等读卡器改写,如电话卡、公交卡等读卡器改写,如电话卡、公交卡等读卡器改写,如电话卡、公交卡等 CPUCPU卡(智能卡):集成了中央处理器(卡(智能卡):集成了中央处理器(卡(智能卡):集成了中央处理器(卡(智能卡):集成了中央处理器(CPUCPU)、程)、程)、程)、程序存储器和数据存储器,还配有操作系统。如手机中序存储器和数据存储器,还配有操作系统。如手机中序存储器和数据存储器,还配有操作系统。如手机中
13、序存储器和数据存储器,还配有操作系统。如手机中使用的使用的使用的使用的SIMSIM卡卡卡卡 按使用方式分类:接触式和非接触式按使用方式分类:接触式和非接触式按使用方式分类:接触式和非接触式按使用方式分类:接触式和非接触式 接触式接触式IC卡卡非接触式非接触式IC卡卡IC卡卡19461946年年2 2月月1414日世界上第一台电子计算机日世界上第一台电子计算机ENIACENIAC(The The Electronic Numerical Integrator And Computer,Electronic Numerical Integrator And Computer,电子数字电子数字积分机
14、与计算机积分机与计算机),在美国宾夕法尼亚大学诞生),在美国宾夕法尼亚大学诞生发明人莫奇来(发明人莫奇来(MauchlyMauchly)博士和他的学生爱克特博士和他的学生爱克特(EckertEckert)。)。目的:主要用于计算炮弹的弹道和氢弹的研制。目的:主要用于计算炮弹的弹道和氢弹的研制。由由18000多个电子管和多个电子管和1500多多个继电器组成个继电器组成占地约占地约170平方米,重平方米,重30多吨,多吨,耗资耗资40多万美元多万美元每秒可以执行每秒可以执行5000次加法运算次加法运算第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机1.1.处理速度快、可靠性高、通用性强处理速度快、可靠性高
15、、通用性强2.2.通常以每秒钟完成基本加法指令的数目称为计算机的运通常以每秒钟完成基本加法指令的数目称为计算机的运行速度。行速度。运算精度高运算精度高由于计算机采用二进制的形式进行运算,计算精度主要由由于计算机采用二进制的形式进行运算,计算精度主要由表示数据的字长决定。表示数据的字长决定。3 3超强记忆和逻辑判断功能,信息存储量大,存取速度高。超强记忆和逻辑判断功能,信息存储量大,存取速度高。4 4多种多样的信息处理能力。多种多样的信息处理能力。对数字、文字,图像、声音等多种形式的信息进行处理,对数字、文字,图像、声音等多种形式的信息进行处理,不仅能进行数学运算,而且能进行逻辑运算。不仅能进行
16、不仅能进行数学运算,而且能进行逻辑运算。不仅能进行运算,而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能运算,而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能5.5.自动信息处理自动信息处理 6.6.计算机在人们预先编制好的程序下,不需人工干预可自计算机在人们预先编制好的程序下,不需人工干预可自动完成工作。动完成工作。7.7.6.6.计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力计算机的特点计算机的特点P37P37计算机的发展趋势 巨型化巨型化 微型化微型化网络化网络化多媒体化多媒体化智能化智能化智能计算机(第五代计算机)是一种有智能计算机(第五代计算机)是一种有知识
17、、会学习、能推理的计算机,具有知识、会学习、能推理的计算机,具有能理解自然语言,声音,文字和图像的能理解自然语言,声音,文字和图像的能力,具有使人机能够用自然语言直接能力,具有使人机能够用自然语言直接对话。它可以利用已有的和不断学习到对话。它可以利用已有的和不断学习到的知识,进行思维、联想、推理,并得的知识,进行思维、联想、推理,并得出结论,能解决复杂问题,具有汇集、出结论,能解决复杂问题,具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。记忆、检索有关知识的能力。计算机智能计算机智能提出提出“存储程序控制存储程序控制”。即,。即,CPU从内存中一条一条地取出从内存中一条一条地取出指令和相应的数据,按指令操
18、指令和相应的数据,按指令操作码的规定,对数据进行运算作码的规定,对数据进行运算处理,直到程序执行完毕为止处理,直到程序执行完毕为止。计算机由计算机由运算器、控制器、存运算器、控制器、存储器、输入储器、输入/输出设备输出设备五部件五部件组成,使用组成,使用二进制二进制进行数据与进行数据与程序的存储,。程序的存储,。计算机大都仍采用计算机大都仍采用冯冯诺伊曼原理。诺伊曼原理。冯冯诺伊曼计算机诺伊曼计算机计算机系统的组成:计算机系统的组成:是由是由计算机硬件系算机硬件系统和和计算机算机软件系件系统组成,两者缺一不可。成,两者缺一不可。硬硬件件:计计算算机机硬硬件件是是计计算算机机系系统统中中所所有有
19、实实际际物物理理装置的总称装置的总称软软件件:计计算算机机软软件件是是指指在在计计算算机机中中运运行行的的各各种种程程序及其处理的数据和相关的文档。序及其处理的数据和相关的文档。程程序序:用用来来向向计计算算机机指指出出应应如如何何一一步步步步地地进进行行规规定定的的操作操作 数据:程序处理的对象数据:程序处理的对象 文档:提供给用于使用的操作说明、技术资料等文档:提供给用于使用的操作说明、技术资料等计算机系统的组成计算机系统的组成P38P38计算机系统组成计算机系统组成一个完整的计算机系统,包括两大部分,即一个完整的计算机系统,包括两大部分,即硬件硬件系统和软件系统系统和软件系统。硬件系统硬
20、件系统是指构成计算机的物理设备,是指构成计算机的物理设备,即由机械、光、电、磁等器即由机械、光、电、磁等器件构成的具有计算、控制、件构成的具有计算、控制、存储、输入和输出功能的实存储、输入和输出功能的实体部件。如体部件。如CPU、存储器、存储器、软盘驱动器、硬盘驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、主机板、各种光盘驱动器、主机板、各种卡及整机中的主机、显示器、卡及整机中的主机、显示器、打印机、绘图仪、调制解调打印机、绘图仪、调制解调器等等,整机硬件也称器等等,整机硬件也称“硬硬设备设备”。计算机系统计算机系统软件系统软件系统是指管理计算机软件是指管理计算机软件和硬件资源、控制计和硬件资源
21、、控制计算机运行的程序、命算机运行的程序、命令、指令、数据等,令、指令、数据等,软件系统就是程序系软件系统就是程序系统,也称为统,也称为“软设备软设备”。计算机的硬件结构运算器运算器存储器存储器控制器控制器输输出出设设备备输输入入设设备备程序数据请求信号响应信号操作信号地址指令取数存数反馈信号请求信号响应信号计算机硬件的组成计算机硬件的组成 一台计算机的硬件系统由五个基本部分组成一台计算机的硬件系统由五个基本部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。结 果中央处理器(中央处理器(CPUCPU)硬件各部分的功能硬件各部分的功能t运算器:运算
22、器:算术运算或逻辑运算算术运算或逻辑运算t控制器:控制器:取指令、译码、执行指令取指令、译码、执行指令t存储器:存储器:保存信息保存信息内存:内存:ROM(ROM(只读存储器只读存储器)RAM(RAM(随机存储器,随机存储器,断电后信息全部丢失断电后信息全部丢失)外存:外存:磁盘磁盘(软盘、硬盘软盘、硬盘)、光盘、磁带、光盘、磁带t输入设备:输入设备:输入数据输入数据(键盘、鼠标、扫描仪、光笔等键盘、鼠标、扫描仪、光笔等)t输出设备:输出设备:输出数据输出数据(显示器、打印机、绘图仪等显示器、打印机、绘图仪等)计算机硬件的逻辑结构CPU、内存储器、总线、内存储器、总线主机主机输入输入/输出设备
23、、外存储器输出设备、外存储器外设或外围设备外设或外围设备中央处理器中央处理器(运算器及其控制运算器及其控制)外存储器外存储器内存储器内存储器输出设备输出设备总线总线(bus)输入设备输入设备I/O接口接口I/O接口接口外存储器接口外存储器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memorystorageI/O设备通过设备通过I/O接口与各自接口与各自的控制器连接,然后由控制的控制器连接,然后由控制器与器与I/O总线相连。总线相连。P39P39CPUCPU的结构和任务的结构和任务寄寄存存器器组组运运算算器器中中央央处处理理器器指令计数器指令计数器指令寄存器指令寄存器控制器数数据
24、据程程序序指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n数据数据1数据数据2数据数据m数数据据内内存存储储器器指指令令 指令地址指令地址 操作数地址操作数地址存放待执行存放待执行指令的地址指令的地址已经启动运行的已经启动运行的程序和数据程序和数据存放待执行的存放待执行的指令并进行译指令并进行译码码完成规定的运完成规定的运算算暂存等待处暂存等待处理的数据理的数据操作命令操作命令 CPUCPUCPUCPU主要由运算器、控制器和寄存器组主要由运算器、控制器和寄存器组主要由运算器、控制器和寄存器组主要由运算器、控制器和寄存器组3 3 3 3个部分组成个部分组成个部分组成个部分组成 CPUCPUCPUCPU的
25、任务:取指令并完成指令所规定的操作的任务:取指令并完成指令所规定的操作的任务:取指令并完成指令所规定的操作的任务:取指令并完成指令所规定的操作P44P44P44P44指令和程序指令和程序|指令指令是对计算机进行程序控制的最小单位,是对计算机进行程序控制的最小单位,一个一个CPUCPU能够执行的所有指令的集合称为该能够执行的所有指令的集合称为该CPUCPU的指令系统。的指令系统。t程序:程序:是人们为解决某项任务而编写的指令的有序集是人们为解决某项任务而编写的指令的有序集合。指令的不同组合方式,可以构成完成不同任务的合。指令的不同组合方式,可以构成完成不同任务的程序。程序。指令格式指令格式操作码
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