计算机基础教程.pptx
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1、计算机是计算机是20世纪最伟大的发明之一,自从世纪最伟大的发明之一,自从1946年第一台电子数字计算机年第一台电子数字计算机ENIAC诞生以来,计算机技诞生以来,计算机技术的发展可谓日新月异,尤其是微型计算机的问世,术的发展可谓日新月异,尤其是微型计算机的问世,打破了计算机只能由少数专业人员使用的局面,使得打破了计算机只能由少数专业人员使用的局面,使得计算机及其应用渗透到社会的各个领域。计算机及其应用渗透到社会的各个领域。第一节 计算机概述第1页/共106页一、计算机的发展史一、计算机的发展史1946年年2月,第一台电子计算机月,第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numeric
2、al Integrator And Computer)即)即“电子数字计算机电子数字计算机”在美国加在美国加州研制成功。这台计算机的诞生标志着电子计算机时州研制成功。这台计算机的诞生标志着电子计算机时代的到来,它的出现具有划时代的意义。代的到来,它的出现具有划时代的意义。第2页/共106页在在ENIAC研制的同时,美籍数学家冯研制的同时,美籍数学家冯诺依曼针对诺依曼针对它的致命弱点与莫尔小组合作进行了它的致命弱点与莫尔小组合作进行了EDVAC计算机计算机(即离散变量电子自动计算机)的研究,确立了计算(即离散变量电子自动计算机)的研究,确立了计算机的机的5个基本组成部分:输入器、输出器、运算器、
3、存个基本组成部分:输入器、输出器、运算器、存储器和控制器,并把计算机要执行的指令和要处理的储器和控制器,并把计算机要执行的指令和要处理的数据都采用二进制来表示,还采用了存储程序的原理,数据都采用二进制来表示,还采用了存储程序的原理,该设计思想解决了程序的该设计思想解决了程序的“内部存储内部存储”和和“自动运行自动运行”两大难题,从而提高了计算机的运算速度,相当于两大难题,从而提高了计算机的运算速度,相当于ENIAC运算速度的运算速度的240倍。基于该思想,计算机以惊倍。基于该思想,计算机以惊人的速度发生了翻天覆地的变化,从电子元件的发展人的速度发生了翻天覆地的变化,从电子元件的发展来看,主要划
4、分为来看,主要划分为4个阶段,如表个阶段,如表2.1所示。所示。第3页/共106页表2.1 计算机发展情况表第4页/共106页二、计算机的特点及应用二、计算机的特点及应用计算机具有计算功能强、记忆功能强、通用性高、计算机具有计算功能强、记忆功能强、通用性高、判断能力强、运算速度快、运算精度高等特点,因此,判断能力强、运算速度快、运算精度高等特点,因此,计算机被广泛应用于科学计算、数据及事务处理、过计算机被广泛应用于科学计算、数据及事务处理、过程控制、计算机辅助功能、人工智能与自动控制、信程控制、计算机辅助功能、人工智能与自动控制、信息高速公路及电子商务等领域。息高速公路及电子商务等领域。第5页
5、/共106页1计算机的特点计算机的特点(1)计算功能强。计算机能够进行各种算术运算)计算功能强。计算机能够进行各种算术运算及逻辑运算,且运算速度快。计算机的运算和计算结及逻辑运算,且运算速度快。计算机的运算和计算结果都是靠预先编好的程序自动进行控制的,因此利用果都是靠预先编好的程序自动进行控制的,因此利用计算机不仅可以节约人力,而且还能提高工作效率。计算机不仅可以节约人力,而且还能提高工作效率。(2)记忆功能强。计算机中的存储器(外存储器)记忆功能强。计算机中的存储器(外存储器)能长期保存大量的数据和程序。能把用户存入的有关能长期保存大量的数据和程序。能把用户存入的有关信息、数据进行处理,并将
6、其结果保存起来。信息、数据进行处理,并将其结果保存起来。第6页/共106页(3)通用性强。计算机可以将任何复杂的信息)通用性强。计算机可以将任何复杂的信息处理任务分解成一系列基本的算术和逻辑操作,并且处理任务分解成一系列基本的算术和逻辑操作,并且按照各种规律执行的先后次序把它们组织成各种不同按照各种规律执行的先后次序把它们组织成各种不同的程序存入存储器中。计算机在工作的过程中就可以的程序存入存储器中。计算机在工作的过程中就可以利用这种存储程序指挥计算机自动快速地进行信息处利用这种存储程序指挥计算机自动快速地进行信息处理,十分灵活、方便,易于变更,这就使计算机具有理,十分灵活、方便,易于变更,这
7、就使计算机具有极大的通用性。极大的通用性。(4)判断能力强。计算机主要利用有关的数理)判断能力强。计算机主要利用有关的数理逻辑和布尔代数来进行某些逻辑推理和各种基本的逻逻辑和布尔代数来进行某些逻辑推理和各种基本的逻辑判断,使计算机具有辑判断,使计算机具有“能动性能动性”,从而可以完成各,从而可以完成各种复杂的计算任务和各种过程控制。种复杂的计算任务和各种过程控制。第7页/共106页(5)运算速度快。现代计算机系统的运行速度已经)运算速度快。现代计算机系统的运行速度已经达到每秒几十亿次甚至几百亿次。大量复杂的科学计算,达到每秒几十亿次甚至几百亿次。大量复杂的科学计算,在过去用人工计算需要几年、十
8、几年才能完成,而现在使在过去用人工计算需要几年、十几年才能完成,而现在使用计算机计算只需要几天、几个小时甚至几分钟就可以完用计算机计算只需要几天、几个小时甚至几分钟就可以完成。成。(6)运算精度高。计算机内部采用二进制数进行运)运算精度高。计算机内部采用二进制数进行运算,可以增加表示数字的设备和运用计算技术,提高计算算,可以增加表示数字的设备和运用计算技术,提高计算精度。精度。2计算机的应用计算机的应用计算机的应用范围相当广泛,涉及科学研究、信息管计算机的应用范围相当广泛,涉及科学研究、信息管理、工农业生产、军事技术和文化教育等各个方面。理、工农业生产、军事技术和文化教育等各个方面。第8页/共
9、106页(1)科学计算(数值计算)。科学计算是计算机)科学计算(数值计算)。科学计算是计算机最重要的应用之一,如地震预测、气象预报、工程设计、最重要的应用之一,如地震预测、气象预报、工程设计、火箭和卫星发射等都需要使用计算机来完成庞大复杂的火箭和卫星发射等都需要使用计算机来完成庞大复杂的计算任务。计算任务。计算机高速度、高精度的运算能力可以解决过去靠人工计算机高速度、高精度的运算能力可以解决过去靠人工无法解决的问题,如气象的精确化和实时性以及高能物无法解决的问题,如气象的精确化和实时性以及高能物理试验数据的实时处理等,都要依靠计算机才能得以实理试验数据的实时处理等,都要依靠计算机才能得以实现完
10、成;计算机所具有的运行能力和逻辑判断能力,促现完成;计算机所具有的运行能力和逻辑判断能力,促进了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论和设进了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论和设计新材料等新学科的出现,改变了某些学科传统的研究计新材料等新学科的出现,改变了某些学科传统的研究方法。方法。第9页/共106页(2)数据及事务处理。计算机所具有的大容量存)数据及事务处理。计算机所具有的大容量存储和快速存取功能,使科技工作者节省了大量用于常储和快速存取功能,使科技工作者节省了大量用于常规问题处理的时间。随着新技术革命的到来,人类所规问题处理的时间。随着新技术革命的到来,人类所掌握的科学知识呈现
11、爆炸式增长的局面,科技人员若掌握的科学知识呈现爆炸式增长的局面,科技人员若不能很好地利用计算机来检索自己所需的信息,就无不能很好地利用计算机来检索自己所需的信息,就无法在情报资料的海洋之中从事创造性的探索。法在情报资料的海洋之中从事创造性的探索。第10页/共106页(3)过程控制(实时控制)。计算机是生产自)过程控制(实时控制)。计算机是生产自动化的基本技术工具,在自动控制理论上,现代控制动化的基本技术工具,在自动控制理论上,现代控制理论处理复杂的多变量控制问题,其数学工具是矩阵理论处理复杂的多变量控制问题,其数学工具是矩阵方程和向量空间,必须使用计算机求解。在自动控制方程和向量空间,必须使用
12、计算机求解。在自动控制系统的组织方面,由数字计算机和模拟计算机组成的系统的组织方面,由数字计算机和模拟计算机组成的控制器,是自动控制系统的大脑,按照设计者预先规控制器,是自动控制系统的大脑,按照设计者预先规定好的目标和计算程序以及反馈装置提供的信息,指定好的目标和计算程序以及反馈装置提供的信息,指挥执行机构动作。随着生产自动化程度的提高,对信挥执行机构动作。随着生产自动化程度的提高,对信息传递的速度和准确度的要求也越来越高,这是人工息传递的速度和准确度的要求也越来越高,这是人工无法做到的。在综合自动化系统中,计算机赋予自动无法做到的。在综合自动化系统中,计算机赋予自动控制系统越来越大的智能性。
13、控制系统越来越大的智能性。第11页/共106页利用计算机及时采集数据、分析数据、制定最佳利用计算机及时采集数据、分析数据、制定最佳方案和进行自动控制,可以大大提高自动化水平、减方案和进行自动控制,可以大大提高自动化水平、减轻劳动强度和提高产品质量及成品合格率,因此在冶轻劳动强度和提高产品质量及成品合格率,因此在冶金、机械、石油、化工、电力以及各种自动化系统等金、机械、石油、化工、电力以及各种自动化系统等部门,计算机得到了广泛的应用,并取得了理想的效部门,计算机得到了广泛的应用,并取得了理想的效果。果。第12页/共106页(4)计算机辅助功能。)计算机辅助功能。1)计算机辅助设计()计算机辅助设
14、计(CAD):就是利用计算机):就是利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理的功能辅助设计人高速处理、大容量存储和图形处理的功能辅助设计人员进行产品设计的技术。计算机辅助设计技术已经广员进行产品设计的技术。计算机辅助设计技术已经广泛应用于电路设计、机械设计、土木建筑设计和服装泛应用于电路设计、机械设计、土木建筑设计和服装设计等方面,缩短了设计时间,大大提高了产品的质设计等方面,缩短了设计时间,大大提高了产品的质量和精度。量和精度。2)计算机辅助制造()计算机辅助制造(CAM):就是在机械制造):就是在机械制造行业中,利用计算机通过各种数控机床和设备,自动行业中,利用计算机通过各种数控机床和设备
15、,自动完成产品的加工、装配、检测和包装等过程的技术。完成产品的加工、装配、检测和包装等过程的技术。第13页/共106页3)计算机辅助教学()计算机辅助教学(CAI):学生通过与计算机):学生通过与计算机系统之间的对话来实现教学的技术。对话是在计算机系统之间的对话来实现教学的技术。对话是在计算机指导程序和学生之间进行的,从而使得教学内容生动、指导程序和学生之间进行的,从而使得教学内容生动、形象、逼真,可以模拟其他手段难以做到的动作和场形象、逼真,可以模拟其他手段难以做到的动作和场景,通过交互方式帮助学生学习,使用起来方便灵活,景,通过交互方式帮助学生学习,使用起来方便灵活,可以满足不同层次的人员
16、对教学的不同要求。可以满足不同层次的人员对教学的不同要求。第14页/共106页(5)人工智能与自动控制。计算机的计算速度快,)人工智能与自动控制。计算机的计算速度快,又具有逻辑判断能力,因此广泛应用于自动控制,如对又具有逻辑判断能力,因此广泛应用于自动控制,如对生产和试验设备及其过程进行控制,大大提高了自动化生产和试验设备及其过程进行控制,大大提高了自动化水平,减轻了劳动强度,节省了生产和实验周期,提高水平,减轻了劳动强度,节省了生产和实验周期,提高了劳动效率、产品质量和产量,在现代国防及航天航空了劳动效率、产品质量和产量,在现代国防及航天航空等领域,计算机起着决定性作用。等领域,计算机起着决
17、定性作用。第15页/共106页(6)信息高速公路。)信息高速公路。21世纪是一个信息时代,世纪是一个信息时代,为了便于大量信息快速交流,各国都在建设高速传递为了便于大量信息快速交流,各国都在建设高速传递信息的通信骨干网络,并且组成互联网,国际互联网信息的通信骨干网络,并且组成互联网,国际互联网(Internet)就是其中之一。任何人都可以利用计算)就是其中之一。任何人都可以利用计算机辅助教学和通过计算机网络在家里听著名教授讲课,机辅助教学和通过计算机网络在家里听著名教授讲课,也可以查阅世界各国部分图书馆的电子音像资料,以也可以查阅世界各国部分图书馆的电子音像资料,以及和其他人进行各种学术交流、
18、传递信件和网上聊天及和其他人进行各种学术交流、传递信件和网上聊天等。等。第16页/共106页(7)电子商务。电子商务的主要功能包括网上广)电子商务。电子商务的主要功能包括网上广告、宣传、订货、付款、货物递交、客户服务等,另告、宣传、订货、付款、货物递交、客户服务等,另外还包括市场调查分析、财务核算及生产安排等所有外还包括市场调查分析、财务核算及生产安排等所有Internet上的商务活动。由于电子商务能够带来快捷上的商务活动。由于电子商务能够带来快捷商务交易方式,因此越来越被政府、企业所重视。电商务交易方式,因此越来越被政府、企业所重视。电子商务包括电子邮件交换、电子数据交换、电子资金子商务包括
19、电子邮件交换、电子数据交换、电子资金转账、快速响应系统、电子表单和信用卡交易、网上转账、快速响应系统、电子表单和信用卡交易、网上交易安全系统等方面。交易安全系统等方面。第17页/共106页一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成,如图所示。分组成,如图所示。第二节 计算机系统的组成第18页/共106页图计算机系统的组成第19页/共106页一、计算机硬件系统一、计算机硬件系统在计算机系统中,计算机的各组成部件通过地址在计算机系统中,计算机的各组成部件通过地址总线、数据总线、控制总线联系在一块,并在总线、数据总线、控制总线联系在一块,并在CPU
20、的的统一管理下协调一致地工作。各种原始数据、程序由统一管理下协调一致地工作。各种原始数据、程序由输入设备输入到存储器;在控制器的控制下逐条从存输入设备输入到存储器;在控制器的控制下逐条从存储器中取出程序中的指令,并从指定地址取出所需数储器中取出程序中的指令,并从指定地址取出所需数据,送到运算器进行运算;运算结束后,将运算结果据,送到运算器进行运算;运算结束后,将运算结果存放在存储器中,再由输出设备输出。可见,计算机存放在存储器中,再由输出设备输出。可见,计算机的硬件系统由中央处理器、存储器和输入的硬件系统由中央处理器、存储器和输入/输出设备组输出设备组成。成。第20页/共106页1中央处理器中
21、央处理器中央处理器简称为中央处理器简称为CPU,它是整个计算机的核心,它是整个计算机的核心部分,由运算器和控制器两个部件组成。运算器负责部分,由运算器和控制器两个部件组成。运算器负责对数据进行算术和逻辑运算;控制器负责对程序所规对数据进行算术和逻辑运算;控制器负责对程序所规定的指令进行分析,控制并协调输入、输出操作或对定的指令进行分析,控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。内存的访问。世界较知名的世界较知名的CPU生产厂商主要有生产厂商主要有Intel和和AMD公司,如图所示分别为公司,如图所示分别为Intel和和AMD公司生产的公司生产的CPU。第21页/共106页图第22页/共106页2
22、存储器存储器存储器负责保存计算机进行信息处理所必需的原存储器负责保存计算机进行信息处理所必需的原始数据、中间结果、最后结果以及指示计算机工作的始数据、中间结果、最后结果以及指示计算机工作的程序。微型计算机的存储器由内存储器(简称内存)程序。微型计算机的存储器由内存储器(简称内存)和外存储器(简称外存)两部分组成,又将内存称为和外存储器(简称外存)两部分组成,又将内存称为主存。主存。内存存储速度的快慢直接决定内存存储速度的快慢直接决定CPU访问存储器的访问存储器的速度,内存的存储容量越大,计算机的工作效率就越速度,内存的存储容量越大,计算机的工作效率就越高。内存主要包括随机存储器(高。内存主要包
23、括随机存储器(RAM)和只读存储)和只读存储器(器(ROM)两大类。)两大类。第23页/共106页RAM中的数据可以任意读写,但其中的数据会在中的数据可以任意读写,但其中的数据会在断电的情况下丢失;断电的情况下丢失;ROM中的数据不会因为断电而丢中的数据不会因为断电而丢失,但只能读取数据而无法写入数据。失,但只能读取数据而无法写入数据。RAM可以分为两大类,分别为可以分为两大类,分别为SRAM和和DRAM。SRAM又称为又称为Cache(高速缓存),它是介于(高速缓存),它是介于CPU和和DRAM之间的内存;之间的内存;DRAM也即常说的内存条,目前也即常说的内存条,目前较常用的内存条包括较常
24、用的内存条包括SD和和DDR两种,如图所示即为两种,如图所示即为DDR内存条。内存条。第24页/共106页图内存条第25页/共106页3输入输入/输出设备输出设备输入设备是指从计算机外部获取信息的设备,计算机输入设备是指从计算机外部获取信息的设备,计算机中输入设备的功能是输入程序、数据、指令及各种字符信中输入设备的功能是输入程序、数据、指令及各种字符信息。常用的输入设备包括键盘、鼠标以及扫描仪等。息。常用的输入设备包括键盘、鼠标以及扫描仪等。输出设备是将计算机中的程序、数据等信息传送到外输出设备是将计算机中的程序、数据等信息传送到外部媒介供用户查看或保存的设备。在微型计算机中,常用部媒介供用户
25、查看或保存的设备。在微型计算机中,常用的输出设备包括显示器和打印机,有时也使用绘图仪来输的输出设备包括显示器和打印机,有时也使用绘图仪来输出图形。出图形。第26页/共106页二、计算机软件系统二、计算机软件系统要使计算机发挥其功能,不仅需要良好的硬件系要使计算机发挥其功能,不仅需要良好的硬件系统,还要有合适的软件来支持硬件的运行。计算机的统,还要有合适的软件来支持硬件的运行。计算机的软件系统包括系统软件和应用软件两大类。软件系统包括系统软件和应用软件两大类。1系统软件系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软件,常用的系统软件包括操作系统、各种
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