计算机基础第1章-第3章.ppt

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1、第一章：计算机概述第一章：计算机概述 武汉科技学院教师：陈文计算机科学学院 课程：课程：计算机基础计算机基础教材：教材：大学计算机基础大学计算机基础出版：出版：中国铁道出版社中国铁道出版社主编：主编：朱勇朱勇 孔维广孔维广学时：学时：32 32 上课上课 20 20 上机上机 1212第一章第一章 计算机概述计算机概述计计算机系算机系统统由硬件（由硬件（Hardware Hardware）和）和软软件（件（SoftwareSoftware）两两大部分大部分组组成。成。硬件硬件是是计计算机系算机系统统中物理装置的中物理装置的总称总称。它们它们是由是由电电子的、子的、电电磁的、光磁的、光学学的、的

2、、机械的元器件集成的芯片，机械的元器件集成的芯片，组组装的装的电电路板及各路板及各种种部件和装置部件和装置组组成。成。软软件件是是计计算机系算机系统运统运行所需的各行所需的各种种程程序及其相序及其相关资关资料。料。1.1计算机发展史1.最早的计算器-算盘2.计算机的鼻祖-布莱斯.帕斯卡 计算机之父-剑桥大学数学教授查尔斯.巴贝奇3.抽象计算机模型-图灵机4.冯.诺依曼计算机什么是计算机？武汉科技学院电子管计算机电子管计算机晶体管计算机晶体管计算机集成电路计算机集成电路计算机大规模大规模/超大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机智能化计算机智能化计算机代次代次起止年份起止年份所用电子所用电子

3、元器件元器件数据处理方数据处理方式式运算速度运算速度应用领域应用领域第一代第一代19461958电子管电子管汇编语言、汇编语言、代码程序代码程序5千千3万万次次/秒秒国国防防及及高高科科技技第二代第二代19591964晶体管晶体管高高级级程程序序设设计计语言语言数数十十万万几几百万次百万次/秒秒工工程程设设计计、数据处理数据处理第三代第三代19651970中中、小小规规模模集集成电路成电路结结构构化化、模模块块化化程程序序设设计计、实时处理实时处理数数百百万万几几千万次千万次/秒秒工工业业控控制制、数据处理数据处理第四代第四代1971今今大大规规模模、超超大大规模集成电路规模集成电路分分时时、

4、实实时时数数据据处处理理、计计算算机网络机网络上上亿亿条条指指令令/秒秒工工业业、生生活活等各方面等各方面第五代第五代 未来趋势未来趋势数数字字计算机的算机的飞速速发展展第一代第一代 电子管计算机（电子管计算机（1946-19581946-1958）主要逻辑元件是电子管主要逻辑元件是电子管特点：体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性差、内存容量小。主要用于特点：体积庞大、运算速度低、成本高、可靠性差、内存容量小。主要用于科学计算，从事军事和科学研究方面的工作科学计算，从事军事和科学研究方面的工作 第二代第二代 晶体管计算机（晶体管计算机（1958-19641958-1964）主要逻辑元件是主要逻

5、辑元件是 晶体管晶体管特点：体积已减小、速度快、功耗低、性能更稳定。应用扩展到数据、特点：体积已减小、速度快、功耗低、性能更稳定。应用扩展到数据、自动控制等方面。自动控制等方面。第三代第三代 集成电路计算机（集成电路计算机（1965-19711965-1971）特点：可靠性和存储容量进一步提高，体积更小，运算速度更快，价格更特点：可靠性和存储容量进一步提高，体积更小，运算速度更快，价格更低，与通信密切结合起来。广泛用于科学计算、数据处理、事务管理、工低，与通信密切结合起来。广泛用于科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域。业控制等领域。特点：计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高，功能更加

6、完备。计算机特点：计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高，功能更加完备。计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机（个人计算机）两的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机（个人计算机）两个方面发展个方面发展,使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。第四代第四代 大规模大规模/超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（19711971年迄今）年迄今）第五代第五代 智能化计算机智能化计算机 特点：把信息采集、存特点：把信息采集、存储储、处处理、通信和人工智能理、通信和人工智能结结合在一起合在一起 ，具有推，具有推理、理、联联想和想和

7、学习学习等人工智能方面的能力等人工智能方面的能力 。计算机的发展趋势？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 智能化智能化计计算机的特点算机的特点?运算速度快计算精确度高存储容量大、记忆力强具有逻辑判断能力、工作全自动可靠性高、通用性强计计算机的算机的应应用用?1.科学计算2.信息处理（数据处理）3.自动控制4.人工智能5.计算机辅助设计6.模拟系统7.娱乐与文化教育8.网络应用9.电子商务专用计算机 专用计算机是针对某一特定应用领域或面向某种算法而研制的计算机。计算机的分类计算机的分类?计算机按用途用途可分为通用计算机通用计算机和专专用计算机用计算机。通用计算

8、机 依据其规模、速度、功能等综合性能指标分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站。冯冯 诺依曼体系结构诺依曼体系结构美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯诺依曼诺依曼 采用二进制形式表示数据和指令 采用存储程序存储程序方式 由运算器、存储器、控制运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能图图图图1-3 1-3 计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构输入设备输入设备输入设备输入设备内内内内 存存存存 储储储储 器器器器输出设备输出设备输出设备输出设备外外外外 存存存存 储储储储 器器

9、器器运算器运算器运算器运算器控制器控制器控制器控制器控制流控制流控制流控制流数据流数据流数据流数据流中中中中央央央央处处处处理理理理器器器器存储器存储器存储器存储器I/OI/O接口接口接口接口I/OI/O接口接口接口接口外部设备外部设备外部设备外部设备外部设备外部设备外部设备外部设备计算机的硬件组成计算机的硬件组成计算机的硬件组成计算机的硬件组成系统总线系统总线系统总线系统总线1.1.中央中央处处理器理器CPUCPU（1）CPU的基本组成 CPU(Central Processing Unit)Central Processing Unit),中央中央处处理器理器,又又称称微微处处理器，理器，

10、它它是是计计算机的核心部件算机的核心部件.运运算器算器主要功能是执行算术运算和逻辑运算 控制器控制器指挥计算机的各部分协调地进行工作（2）CPU的主要技术指标和新技术字长字长:CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等 主频主频:CPU的工作时钟频率 前端总线前端总线:CPU跟外界沟通的唯一通道 流水线流水线:运算器的一种结构设计 执行速度执行速度:每秒钟能够执行的指令数整数和浮点性能整数和浮点性能 Cache:Cache:CPU和内存之间插入高速缓冲存储器 指令系统指令系统:指令来计算和控制系统 CPUCPU内内核和核和I/OI/O工作工作电压电压超超线线程技程技术术2.2.主板主板也称为系统板

11、，它是微机系统的最重要部件,布满了各种插槽（可连接声卡/显卡/MODEM等）接口（可连接鼠标/键盘等）电子元件内存显卡PCI各种接口CPU3.3.存存储储器器（1）内存储器(主存)：存放正在处理中的程序和数据是主机的一部分，由CPU直接访问 按照其性能和特点可分为:只读存储器（Read Only Memory，简称ROM）随机读写存储器（Random Access Memory，简称RAM）高速缓冲存储器（Cache）只读存储器只读存储器ROM ROM 只能读出而不能写入的存储器只能读出而不能写入的存储器存储的信息不会由于断电而丢失存储的信息不会由于断电而丢失只读存储器只读存储器ROMROM可

12、分为：可分为：掩膜MROM（Mask ROM）可编程只读存储器PROM（Programmable ROM）可擦除可编程的只读存储器EPROM（Erasable Programmable ROM）电可擦除的只读存储器EEPROM快擦型存储器（闪存，称为Flash Memory EPROM）随机存储器随机存储器RAMRAM可由CPU直接写入或读出信息 存储的信息将因断电或机器重新启动而丢失 随机存储器随机存储器RAMRAM可分为可分为动态动态RAM(DRAM)RAM(DRAM)（Dynamic RAM，DRAM）需要周期性地刷新才能保持数据，通常说的内存就是指DRAM。静态静态RAM(SRAM)R

13、AM(SRAM)（Static RAM，SRAM）不必周期性地刷新就可以保持数据，使用方便，速度快，但功耗较大，集成度低，成本高，常作为Cache用。视频视频VRAMVRAM从外形上又可分为：从外形上又可分为：普通双列直插内存芯片（简称普通双列直插内存芯片（简称DIPDIP）单列直插式存储模块，也称单列直插式存储模块，也称7272线内存线内存(简称简称SIMM)SIMM)双列直插式存储模块，也称双列直插式存储模块，也称168168线内存线内存(简称简称DIMM)DIMM)（2）外存储器外存储器：存放暂时不用的大量程序和数据磁介质型存储器 软盘（Floppy Disk）硬盘（Hard Disk）

14、光介质型存储器 光盘（Optical Disk）软盘（软盘（Floppy DiskFloppy Disk）软 盘软盘驱动器硬盘硬盘 （Hard DiskHard Disk）微型计算机的主要外部存储设备微型计算机的主要外部存储设备有有IDEIDE、SATASATA、SCSISCSI等多种接口等多种接口 购买时的容量大于实际的容量购买时的容量大于实际的容量光盘（光盘（Optical DiskOptical Disk）光驱按所处位置可分为内置式和外置式光驱按所处位置可分为内置式和外置式按接口可分为按接口可分为SCSISCSI接口、接口、IDEIDE接口、接口、SATASATA接口接口USBUSB闪盘

15、闪盘存存储储器（器（USB Flash DiskUSB Flash Disk）使用通用串行总线（使用通用串行总线（USBUSB）接口与计算机相连，支持热）接口与计算机相连，支持热插拔插拔通常不需要安装专门的驱动程序，实现了即插即用通常不需要安装专门的驱动程序，实现了即插即用 优盘使用的注意事项：拔下优盘前，必须发出关闭优盘使用的注意事项：拔下优盘前，必须发出关闭USBUSB设备的指令操作，否则容易使数据丢失；从设备的指令操作，否则容易使数据丢失；从USBUSB接接口取下优盘后，再打开或关闭写保护口。口取下优盘后，再打开或关闭写保护口。输入设备（输入设备（Input deviceInput de

16、vice）是便于人们向计算机输入程序和数是便于人们向计算机输入程序和数据的一种设备据的一种设备 是外部信息与计算机交互的接口是外部信息与计算机交互的接口 常用的输入设备有键盘、鼠标、数常用的输入设备有键盘、鼠标、数码相机、数码摄像机、扫描仪、触码相机、数码摄像机、扫描仪、触摸屏、条形码阅读器、光学符号阅摸屏、条形码阅读器、光学符号阅读器（读器（OCROCR）、光盘驱动器、磁盘）、光盘驱动器、磁盘驱动器等。驱动器等。输出设备（输出设备（Output DeviceOutput Device）计算机向用户输出内部信息处理结果的设备 常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、语音输出装置、投影仪、磁盘驱

17、动器等 注：磁盘驱动器包括软盘驱动器和硬盘驱动器，它们即是输入设备，也是输出设备软件系统软件系统计算机软件（Computer Software,也称软件、软体）是指计算机系统中的程序及文档。for(;)for(;)alert(alert(别想想关关掉我！哈哈！掉我！哈哈！););（2）软件系统）软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统软件操作系统软件语言的处理程序语言的处理程序服务性程序服务性程序数据库管理系统数据库管理系统用于科学计算的数学计算软件、统计软件用于科学计算的数学计算软件、统计软件文字处理软件文字处理软件图像处理软件图像处理软件各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件

18、、辅助教育等各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等系统软件系统软件 系统软件是负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，扩大计算机功能和方便用户使用计算机的各种程序的集合。（1）操作系统（2）程序设计语言机器语言(Machine Language)汇编语言(Assemble Language)高级语言第四代语言（3）各种程序设计语言的处理程序：汇编程序、编译程序、解释程序（4）数据库管理程序（5）工具软件：机器的监控管理程序、调试程序、故障检查程序和诊断程序等 应用软件应用软件是用户为了解决实际问题而编制的各种程序。常见的应用软件包括office系列以及工程计算、模拟过程、

19、辅助设计、管理程序、文字处理和各种图形处理软件等。计算机系统组成总结我国计算机的发展1956年，完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。1963年，第一台大型晶体管电子计算机109机研制成功。1965年，第一台百万次集成电路计算机DJS-型操作系统编制完成。1983年，“银河号”巨型计算机研制成功，运算速度达每秒亿次。1990年，首台高智能计算机EST/IS4260智能工作站诞生，长城486计算机问世。1993年，第一台10亿次巨型银河计算机型通过鉴定，用于天气中期预报。1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次。1997年，

20、银河并行巨型计算机研制成功。2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威”。1997年，银河并行巨型计算机研制成功。2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威”。2006年8月9日，在数百名观众的见证之下，经过三个多小时的激烈搏杀，由柳大华等五位中国象棋大师组成的大师队，在十局博弈当中，以2胜5平3负总成绩7：9的比分不敌浪潮天梭超级计算机。第二章：数制与编码第二章：数制与编码 数数制的制的概概念念 数制（Number System）：数的表示系统，是指用统一的符号规则来表示数值的方法。常见的数制有二进制、八进制、十进制、十六进制。数制（Number System）数码：用不同的数字符号

21、来表示一种数制的数值。基数：一个数制所包含的数字符号的个数。权：任何一个数都是由一串数字表示的，其中每一位数字所表示的实际值除本身的数值外，还与它所处的位置有关，由位置决定的值就叫权。权=Ri(R为基数，i为整数)。其中i为数码所在位的编号，从小数点向左依次为0，1，2，3，；自小数点向右依次为-1，-2，-3,。十进制：日常生活中最常见的是十进制数，它主要使用在计算机外部。（1）十进制由十个不同的数码组成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，基数为“10”；（2）十进制遵循每相邻两位“逢十进一、借一当十”的原则。二进制：含有2个数码0和1；基数为2，二进制数据在进行运算时，遵守“逢二进一

22、，借一当二”的原则。（1）二进制的特点：表示容易、运算简单、工作可靠、逻辑性强（2）二进制运算规则 加法：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 减法：0-0=0 0-1=1（借位）1-0=1 1-1=0 八进制八进制（1 1）八进制含有）八进制含有8 8个数码：即个数码：即0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7，基数为，基数为8 8；（2 2）八进制遵循每相邻两位）八进制遵循每相邻两位“逢八进一、借一当八逢八进一、借一当八”的原则。的原则。十六进制十六进制 （1 1）十六进制含有含有）十六进制含有含有1616个数字符号即个数字符号即0 0、1 1、2 2、3

23、 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F；基；基数为数为1616 （2 2）十六进制遵循每相邻两位）十六进制遵循每相邻两位“逢十六进一、借逢十六进一、借一当十六一当十六”的原则。的原则。二、八、十六进制转换对应关系表二、八、十六进制转换对应关系表二进制八进制十六进制二进制八进制十六进制二进制八进制十六进制000000011066110014C000111011177110115D0010221000108111016E0011331001119111117F010044101012A010155101113B二、八、十六进制数转换为十

24、进制 规则：按权展开求和。只需将每一位数字乘以它的权2n，再以十进制的方法相加就可以得到它的十进制的值（注意，小数点左侧相邻位的权为20，整数部分从右向左，每移一位，幂次加1；小数部分从左向右，每移一位，幂次减1）。例：二进制转换成十进制例：二进制转换成十进制（11010.10111010.101）2=124+123+0222=124+123+022+121+020+12-1+02-2+12-+121+020+12-1+02-2+12-3=3=（27.62527.625）1010例：八进制转换成十进制例：八进制转换成十进制(107(1071)8=182+081+780+18-1)8=182+0

25、81+780+18-1=1=（71.12571.125）1010例：十六进制转换成十进制例：十六进制转换成十进制(2B)16=2161+11160=(2B)16=2161+11160=（4343）10101 1、试将(1011.101)2转换为十进制数。解：(1011.101)212302212112012102212380210.500.125(11.625)10 不同不同数数量量级级之之间间的的转换转换常见存储单位 位（bit）：用“1”和“0”组成的二进制的形式来表示，是二进制所表示的数据的最小单位。字节（Byte）：八个二进制位组成一个字节，简写为B，它是计算机中的最小存储单元。在分配

26、存储器空间时，最小的分配单位是字节而不是位。字长（Word）：若干个字节构成一个字（Word），其位数称为字长。字长是指CPU可一次并行处理的二进制数码的位数，它决定了计算机的运算精度存储单位之间的转换 1B（字节）=8b（位）1KB(千字节)=1024B=210B1MB(兆字节)=1024KB=210KB=220B1GB(千兆字节)=1024MB=210MB=220KB=230B1TB=1024GB=210GB=220MB=230KB=240B1PB=1024TB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B计计算机的算机的数数据据编码编码 在在计计算算机机中中只只能能识识别别二

27、二进进制制数数码码信信息息，因因此此一一切切非非二二进进制制数数码码的的信信息息，如如数数字字、字字母母、汉汉字字等等都都要要用用二二进进制制数数的的特特定定编编码码表表示示。编编码码有有多多种种方方法法，但但为为了了便便于于交交换换、处处理理，必必须须采采用用统统一一的的编编码码方方法法。所所谓谓编编码码，是是指指用用一一组组规规定的二进制码来表示特定的字符集合。定的二进制码来表示特定的字符集合。BCD码 二进制具有很多优点，所以计算机内部采用二进制数进行运算。采用若干位二进制数码表示一位十进制数的编码方案，称为二进制编码的十进制数，简称为二十进制编码，即BCD码。BCD码的编码方案很多，其

28、中最常用的是8421码。例如，十进制数5862的8421编码为 0101 1000 0110 0001ASCII码 ASCII码是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，全称叫美国国家信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange），是目前微型计算机中使用最普遍的字符编码集汉汉字的字的编码编码（1）汉字输入码（外码）：拼音输入、数字输入、字形输入、音形输入等方法。（2）汉字交换码（国标码）：GB231280，简称国标码。（3）汉字机内码（内码）。机内码是计算机内部存储和加工汉字时所

29、用的代码。一般用两个字节表示一个汉字的内码。（4）汉字字形码（输出码）。字形码是汉字在显示器上显示或在打印机上打印时用来区分各种字体的编码。字形码有点阵码和矢量码两种，目前大多采用点阵码。什什么么是多媒体？是多媒体？1什么是媒体媒体有两种含义：一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘等；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形、图像等 多媒体的概念是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、图形、图像、动画和活动影像等。多媒体技术的特性（1）多样性：指计算机所能处理的信息从最初的数值、文字、图形图像扩展到声音、动画和视频信息(运动图像)

30、。视频信息的处理是多媒体技术的核心。（2）集成性：是指将文字、图形、图像、声音、视频和动画等信息媒体有机地组织在一起，综合地表达某个完整内容。（3）交互性：是指提供人们多种交互控制能力，以便对系统的多媒体处理功能进行控制。交互性是多媒体技术的关键特征。（4）数字化：是指多媒体中的各种媒体信息都是以数字形式（即0和1编码）进行存储、处理和传输。（5）实时性：多媒体技术需要同时处理声音、文字、图像等多种信息，其中声音和视频图像还要求实时处理。多媒体信息的类型（1）文本。文本（Text）是计算机中基本的信息表示方式，包含了字母、数字，以及各种专用符号。（2）图形。图形（Graphics）一般是指通过

31、绘图软件绘制的由直线、圆、圆弧和任意曲线等组成的画面。（3）图像。图像（Image）是通过扫描仪、数码相机和摄像机等输入设备捕捉的真实场景的画面。（4）动画。动画（Animation）是指人工创作出来的连续图形所组合成的动态影像。（5）视频。视频（Video）图像来自录像带、摄影机和影碟机等视频信号源的影像，是对自然景物的捕捉，（6）音频。音频（Audio）包括话音、音乐以及动物和自然界（如风、雨、雷等）发出的各种声音。音乐和解说词可以使文字和画面更加生动。多媒体信息的多媒体信息的处处理技理技术术多媒体技术指多媒体信息的输入、输出、压缩存储、多媒体数据库管理、多媒体网络传输等对多媒体进行加工处

32、理的技术。1数据压缩技术2大容量光盘存储技术多媒体多媒体计计算机算机主要由多媒体硬件系统和多媒体软件系统组成。1多媒体硬件系统（1）主机。目前，使用更多的是多媒体个人计算机，即MPC（Multimedia Personal Computer）。（2）多媒体接口卡。常用的接口卡有：声卡、显示卡、视频压缩卡、视频捕捉卡和视频播放卡等。（3）多媒体外部设备。多媒体外部设备的工作方式一般为输入和输出，按其功能又可以分为4类。音视频输入设备，如摄像机、摄像头、扫描仪、传真机、数码相机 和话筒等。音视频播放设备，如电视机、投影电视、大屏幕投影仪和音响等。人机交互设备，如键盘、鼠标、触摸屏、绘图板、光笔及手写输入 设备等。存储设备，如磁盘、光盘等。2多媒体软件系统多媒体软件系统主要有系统软件和应用软件，其中系统软件是多媒体系统的核心