第1章 计算机基础精.ppt
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1、第第1 1章章 计算机基础计算机基础第1页,本讲稿共73页1.11.1计算机系统的组成计算机系统的组成第2页,本讲稿共73页1.1.1 1.1.1 计算机的特点计算机的特点n信息处理的特性信息处理的特性n计算机不是简单的计算器,它主要的功能是对信息的处理。n广泛的适应性广泛的适应性n适用于多种行业,不同行业使用不同的软硬件来适应。n计算机的价值观计算机的价值观n购买计算机可以满足需要就可以,不必一味追求高性能。n计算机的利弊观计算机的利弊观n计算机不是万能的,不能完全代替人的工作。3第3页,本讲稿共73页1.1.2 1.1.2 计算机的发展阶段计算机的发展阶段n大型机阶段大型机阶段n分为电子管
2、、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路几个发展时期n代表性企业:IBM、富士通、DECn小型机阶段小型机阶段n是对大型机的第一次“缩小化”n代表企业:DEC n代表机型:VAXn微型机阶段微型机阶段n是对大型机的第二次“缩小化”n代表企业:苹果、IBMn客户机客户机/服务器阶段服务器阶段n在20世纪70年代开始出现局域网(局部范围的网络)。n对等网:每台计算机从逻辑上都是平等的。n非对等网络:存在主从关系,也称C/S结构,其中C表示CLIENT客户机;S表示SERVER服务器n互联网阶段互联网阶段n从美国国防部的阿帕网(ARPANET)开始,Internet迅速发展起来4第4页,本讲稿共
3、73页计算机发展的重要事件计算机发展的重要事件 n19461946年年n世界上第一台计算机ENIAC诞生,它是一台电子管的计算机。n19711971年年n微型计算机诞生,以INTEL公司的4004和4040为标志。n19691969年年n互联网络的前身ARPANET(阿帕网)诞生。n19911991年年6 6月月n我国第一条互联专线从中科院的高能物理所(简称高能所)连到斯坦福大学的直线加速器上。标志着中国开始进入互联网领域。n19941994年年n我国实现了采用TCP/IP的国际互联网的全功能连接。5第5页,本讲稿共73页1.1.3 1.1.3 计算机的种类计算机的种类n1 1传统的分类传统的
4、分类n巨型机n大型机n中型机n小型机n微型机6第6页,本讲稿共73页1.1.3 1.1.3 计算机的种类计算机的种类n2 2现代的分类现代的分类n服务器n一般具有强大的处理能力、大容量的存储设备和快速的输入输出通道和联网能力的称为专业级服务器;n需要注意,任何计算机都要可以充当服务器n工作站n一般指图形工作站,主要表现在需要一个较大的显示器和较强的图形处理能力n台式机n一般就指个人电脑。n笔记本n又称便携机,功能与台式机不相上下,但价格较贵n手持设备n又称掌上电脑,如PDA、商务通、第三代手机7第7页,本讲稿共73页1.1.5 1.1.5 计算机的技术指标计算机的技术指标n目的:目的:n判断一
5、台计算机的优劣n主要技术指标:主要技术指标:n位数n速度n容量n带宽n版本n可靠性n8第8页,本讲稿共73页1 1位数位数n也称字长,是指也称字长,是指CPUCPU一次能处理数据的位数,通常与一次能处理数据的位数,通常与CPUCPU的寄存的寄存器位数有关,字长越长,数的表示范围也越大,精度也越高。器位数有关,字长越长,数的表示范围也越大,精度也越高。n计算机有计算机有8 8位、位、1616位、位、3232位以及位以及6464位之分。位之分。n奔腾是奔腾是3232位的,这是指该处理器,特别是其中的寄存器能够保位的,这是指该处理器,特别是其中的寄存器能够保存存3232位的数据。位的数据。n计算机中
6、数据的常用单位:计算机中数据的常用单位:n位(bit):计算机中最小的数据单位,指的是二进制数的一位,也称为“比特”。一位只能存放一个二进制数,即“0”或“1”。n字节(Byte):计算机存储容量的基本单位,计算机存储容量的大小是用字节的多少来衡量的。一个字节等于8位,即:lB=8bit。n字(word):由一个或若干个字节组成,通常为16位,因此32位是一个双字长,64位是两个双字长。9第9页,本讲稿共73页十进制、二进制、十六进制十进制、二进制、十六进制n十进制:十进制:n日常生活中使用,逢十进一n二进制:二进制:n计算机内部采用的二进制,逢二进一n如:1010,相当于是十进制10,读作“
7、幺零幺零”n十六进制:十六进制:n二进制太长,容易写错,用一个十六进制数据表示四位二进制。n对应关系:n0:0000;1:0001;2:0010;3:0011;nA:1010;B:1011;C:1100;D:1101;nE:1110;F:1111n例如:CD211100 1101 0010 000110第10页,本讲稿共73页2 2速度速度n每秒钟执行的指令条数来表示每秒钟执行的指令条数来表示n单位:MIPS(Million Instructions Per Second)n含义:单字长定点指令的平均执行速度,即每秒执行一百万条指令n例如:经典奔腾的处理速度可达到300MIPS。n每秒执行浮点
8、指令的平均数目来表示每秒执行浮点指令的平均数目来表示n单位:MFLOPS(Million FLOating Instruction Per Second)n含义:每秒执行一百万条浮点指令。n常用的单位还有GFLOPS、TFLOPS等,转换关系是:n1TFLOPS=103GFLOPS=106MFLOPS11第11页,本讲稿共73页3 3容量容量n不仅影响着存储程序和数据的多少,也影响着这些程序的运不仅影响着存储程序和数据的多少,也影响着这些程序的运行速度行速度n单位是字节,英文为单位是字节,英文为ByteByte,缩写为,缩写为B B。n常用的单位还有常用的单位还有KBKB、MBMB、GBGB、
9、TBTB等,它们之间的关系是:等,它们之间的关系是:n1TB=21TB=21010GB=2GB=22020MB=2MB=23030KB=2KB=24040B Bn磁盘存储器除了存储容量外,还有一些特殊的指标:磁盘存储器除了存储容量外,还有一些特殊的指标:n平均寻道时间:磁头沿着盘径移动到达需要读写的那个磁道花费的平均时间。n平均等待时间:需要读写的扇区旋转到读写磁头下面花费的平均时间。n数据传输速率:磁头找到所需读写的扇区后,每秒钟可以读出或写入磁盘的字节数。12第12页,本讲稿共73页4数据传输率n也常称为带宽,反映计算机的通信能力也常称为带宽,反映计算机的通信能力n单位:单位:bps(bi
10、ts per second)bps(bits per second),即每秒传,即每秒传输输1 1位或位或1 1比特比特n常用单位有常用单位有KbpsKbps、MbpsMbps、GbpsGbps,换算关系,换算关系是:是:1Gbps=101Gbps=103Mbps=10Mbps=106Kbps=10Kbps=109bpsbpsn与衡量内存或磁盘容量区别:与衡量内存或磁盘容量区别:1TB=210GB=220MB=230KB=240B13第13页,本讲稿共73页5 5版本版本n不同时期有不同的型号和版本,型号和版不同时期有不同的型号和版本,型号和版本号往往能简单地放映出性能的优劣;本号往往能简单地
11、放映出性能的优劣;n例如:例如:Windows 2003Windows 2003要比要比Windows 2000Windows 2000作作了不少的改进,了不少的改进,Office 2003Office 2003在在Office Office 20002000的基础上进行的功能的扩充;的基础上进行的功能的扩充;n型号和版本号往往具体商业色彩,不能算型号和版本号往往具体商业色彩,不能算作技术指标。作技术指标。14第14页,本讲稿共73页6 6可靠性可靠性nMTBFMTBF:nMean Time Between Failures,平均无故障时间n多长时间系统发生一次故障,反映了计算机系统的可靠性n
12、MTTRMTTR:nMean Time To Repair,平均故障修复时n修复一次故障所需的时间,反映了计算机系统的可维修性nMTBFMTBF时间很长,时间很长,MTTRMTTR时间很短,说明系统的可靠性高时间很短,说明系统的可靠性高15第15页,本讲稿共73页1.1.6 1.1.6 计算机的应用领域计算机的应用领域n1 1科学计算科学计算n计算机用于数学问题的计算,是计算机应用最早的领域。n如:解方程组、解微分方程n又称为数值计算n2 2事务处理事务处理n又称为信息管理,用计算机对信息进行收集、加工、存储和传递等工作n如:办公室自动化、企业管理、情报检索等n3 3过程控制过程控制n用计算机
13、对工业生产过程或某种装置的运行过程进行状态检测并实施自动控制n4 4辅助工程辅助工程nCAD:计算机辅助设计;CAM:计算机辅助制造;CAT计算机辅助测试;CAE计算机辅助工程;CAI计算机辅助教学16第16页,本讲稿共73页1.1.6 1.1.6 计算机的应用领域计算机的应用领域n5 5人工智能人工智能n利用计算机对人进行智能模拟。它包括用计算机模仿人的感知能力、思维能力和行为能力等。n例如:识别语言、文字、图形以及学习、推理和适应环境的能力等等。n6 6网络应用网络应用n如:电子邮件、WWW服务、资料检索、IP电话、电子商务、电子政务、BBS、远程教育等,n7 7多媒体应用多媒体应用n如:
14、文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商用及家庭应用等方面。17第17页,本讲稿共73页1.2 1.2 计算机硬件组成计算机硬件组成第18页,本讲稿共73页1.2.1 1.2.1 计算机硬件和软件计算机硬件和软件n1 1硬件和软件硬件和软件n计算机系统由硬件和软件两部分组成,缺一不可n两者有本质区别n硬件具有原子的特性n而软件具有比特的特性n功能上具有等价性n某个功能既可以用硬件实现,也可以用软件实现n硬件实现成本很高,但速度很快,软件实现成本较低,但速度较慢n究竟是使用硬件实现还软件,要根据具体情况而定。n发展上具有同步性n往住硬件升级了,软件也了随之升级,反之也然。19第19页,本讲稿共
15、73页1.2.1 1.2.1 计算机硬件和软件计算机硬件和软件(续续)n2 2硬件的组成层次硬件的组成层次n第一层次:芯片n包括微处理器芯片、存储器芯片、I/O芯片等n第二层次:板卡n计算机的主板和各种插卡n第三层次:设备n在设备的机箱内,固定着相关板卡、其他部件以及相应的布线n第四层次:网络n各种计算机设备通过联网设备及传输线缆,形成大大小小的网络20第20页,本讲稿共73页1.2.2 1.2.2 微处理器芯片发展简史微处理器芯片发展简史n8 8位机时代:位机时代:nIntel 8080nMotorola的6800、Zilog的Z80等。n1616位机时代位机时代nIntel 8088:准1
16、6位芯片,内部体系结构是16位的,与外部设备的通信却采用8位总线nIBM-PC芯片,用于个人计算平台n促进了DOS和Lotusl-2-3等软件的成长n3232位机时代:位机时代:n奔腾机,成为运行Windows 9x/2000/XP及大量PC应用软件的重要平台n与奔腾竞争的芯片还有AMD公司的K6、Cyrix公司的MII以及IDT公司的WinChip芯片等21第21页,本讲稿共73页1.2.3 1.2.3 奔腾芯片的技术特点奔腾芯片的技术特点n1 1超标量(超标量(SuperscalarSuperscalar)技术)技术n通过内置多条流水线来同时执行多个处理,实质是以空间换取时间。n在经典奔腾
17、中,由两条整数指令流水线(U指令流水线和V指令流水线)和一条浮点指令流水线组成。n2 2超流水线(超流水线(Super pipelineSuper pipeline)技术)技术n通过细化流水、提高主频,使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作,其实质是以时间换取空间。n经典奔腾的每条整数流水线都分为4级流水,即指领预取、译码、执行、写回结果。n浮点流水线可分为8级流水,前4级与整数流水线相同,后4级则包括两级浮点操作、一级四舍五入及写回浮点运算结果、一级为出错报告n3 3分支预测分支预测n流水线断流,从而必须重新取指令,这就影响了处理速度。n在奔腾芯片上内置了一个分支目标缓存器,用来动态地预测
18、程序分支的转移情况,从而使流水线的吞吐率能保持较高的水平22第22页,本讲稿共73页1.2.3 1.2.3 奔腾芯片的技术特点奔腾芯片的技术特点(续续)n4 4双双CacheCache的哈佛结构:指令与数据分开的哈佛结构:指令与数据分开nCache:即高速缓冲存储器,为了解决CPU和主存之间速度匹配问题而设置的,介于CPU和主存之间的小容量存储器,存取速度比主存快n经典奔腾有两个8KB的超高速缓存,一个用于缓存指令,一个用于缓存数据,这就大大提高了访问Cache的命中率n5 5固化常用指令固化常用指令n把常用指令改用硬件实现n6 6增强的增强的6464位数据总线位数据总线n内部总线是32位,与
19、存储器之间的外部总线增为64位n突发模式下,一个总线周期装入256位的数据23第23页,本讲稿共73页1.2.3 1.2.3 奔腾芯片的技术特点奔腾芯片的技术特点(续续)n7 7采用采用PCIPCI标准局部总线标准局部总线nPCI:外围部件接口标准nVESA:视频电子标准协会制定的nPCI标准要比VESA标准n8 8错误监测及功能冗余校验技术错误监测及功能冗余校验技术n内部错误检测功能:在内部多处设置偶校验,以保证数据传输的正确n功能冗余校验技术:通过双工系统的运算结果比较,判断系统是否出现异常操作,并提出报告n9 9内建能源效率技术内建能源效率技术n当系统不进行工作时,自动进入低耗电的睡眠模
20、式n1010支持多重处理支持多重处理n许多超级计算机都是用大量的CPU芯片组成的多重处理系统n奔腾提供的数据一致性以及存储器的定序存取功能,使它适合于多级环境下数据的交换和任务的分配24第24页,本讲稿共73页1.2.4 1.2.4 安腾芯片的技术特点安腾芯片的技术特点n6464位位n安腾是64位芯片,奔腾是32位n使用使用EPICEPIC技术技术nCISC:复杂指令计算,用于80386、80486nRISC:精简指令计算,用于奔腾nEPIC:简明并行指令计算,用于安腾。25第25页,本讲稿共73页1.2.5 1.2.5 主机板与插卡的组成主机板与插卡的组成n1 1主板组成主板组成n主板是包括
21、CPU、存储器、总线、插槽以及电源等五大部分。n2 2主板分类:主板分类:n(1)按CPU芯片分类,如486主板、奔腾主板、奔腾4主板等。n(2)按CPU插座分类,如Socket7主板、Slot1主板等。n(3)按主板的规格分类,如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。n(4)按存储器容量分类,如16 M主板、32 M主板、64 M主板等。n(5)按芯片集分类,如TX主板、LX主板、BX主板等。n(6)按是否即插即用分类,如PnP主板、非PnP主板等。n(7)按系统总线的带宽分类,如66MHz主板、100MHz主板等。n(8)按数据端口分类,如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。n(
22、9)按扩展槽分类,如EISA主板、PCI主板、USB主板等。n(10)按生产厂家分类,如联想主板、华硕主板、海洋主板等。26第26页,本讲稿共73页1.3 1.3 计算机软件组成计算机软件组成第27页,本讲稿共73页1.3.1 1.3.1 软件的基本概念软件的基本概念n程序:指令序列程序:指令序列n体现了用户要求计算机做什么、怎样做,每一套指令序列均以某种代码形式储存于存储器中n软件不能简单地理解为就是程序,包括:软件不能简单地理解为就是程序,包括:n程序n数据n文档n所有使用软件的技能28第28页,本讲稿共73页1.3.2 1.3.2 应用软件的种类应用软件的种类n1 1桌面应用软件桌面应用
23、软件n字处理软件:如微软公司的Word、CCED、金山的WPSn电子表格软件:如微软公司的Excel、Lotus公司的Lotus 1-2-3n数据库软件。如微软公司的Access、Corel公司的Paradoxn2 2演示出版软件演示出版软件n图形软件:如微软公司的Visio Maps、Corel公司的CorelDrawn投影演示软件:如微软公司的PowerPointn桌面出版软件:如微软公司的Publisher、Adobe公司的PageMakern图像处理软件:如Adobe公司的PhotoshopnWeb出版软件:如微软公司的FrontPage,Macromedia公司的DreamWeave
24、r29第29页,本讲稿共73页1.3.2 1.3.2 应用软件的种类应用软件的种类(续续)n3 3浏览工具软件浏览工具软件n浏览软件:如微软公司的Internet Explorer,Netscape公司的Communicator,Hot Java Browser等。n新闻阅读器软件:如微软公司的Outlook Express Newsn新闻收集软件:nInternet工具软件:n4 4管理效率软件管理效率软件n个人信息管理软件:如微软公司的Outlookn财务软件:如微公司的MoneynOCR软件:如Caere公司OmniPage Pron文档管理软件:如Xerox公司的ScanSoft Pa
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