《计算机应用基础》第1章 计算机系统基础.ppt
《《计算机应用基础》第1章 计算机系统基础.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《计算机应用基础》第1章 计算机系统基础.ppt(91页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、大学计算机基础大学计算机基础高等教育高等教育2121世纪课程教材世纪课程教材信息工程学院信息工程学院 计算机基础教研室计算机基础教研室(新理新理509)李丕贤李丕贤E_mail:lpx-电话:电话:874034681 1第一章第一章 计算机系统基础计算机系统基础1.1 计算机的发展计算机的发展1.2 计算机的类型计算机的类型1.3 计算机基本工作原理及结构计算机基本工作原理及结构1.4 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成1.5 计算机软件系统计算机软件系统1.6 数据在计算机中的表示与存储数据在计算机中的表示与存储2 2什么是现代计算机?什么是现代计算机?计算机是一种无须人工干预,能对各
2、种信息进计算机是一种无须人工干预,能对各种信息进计算机是一种无须人工干预,能对各种信息进计算机是一种无须人工干预,能对各种信息进行存储和快速处理的电子设备。行存储和快速处理的电子设备。行存储和快速处理的电子设备。行存储和快速处理的电子设备。现代计算机是电子驱动的,其本质特征是存储现代计算机是电子驱动的,其本质特征是存储现代计算机是电子驱动的,其本质特征是存储现代计算机是电子驱动的,其本质特征是存储控制,即将事先编好的控制,即将事先编好的控制,即将事先编好的控制,即将事先编好的“程序程序程序程序”(指令和数(指令和数(指令和数(指令和数据)存入据)存入据)存入据)存入“存储器存储器存储器存储器”
3、中,然后计算机就可以中,然后计算机就可以中,然后计算机就可以中,然后计算机就可以按照程序步骤自动连续执行。按照程序步骤自动连续执行。按照程序步骤自动连续执行。按照程序步骤自动连续执行。思考:计算器和计算机的区别。思考:计算器和计算机的区别。思考:计算器和计算机的区别。思考:计算器和计算机的区别。3 31.1 计算机的发展计算机的发展1.1.1 早期计算工具的发展早期计算工具的发展 最早:最早:手指手指/脚趾:脚趾:只能记数、不能存储、局限于只能记数、不能存储、局限于020020以内。以内。商朝:商朝:甲骨文甲骨文 周朝:周朝:算筹算筹 唐朝:唐朝:算盘算盘4 41642 Blaise Pasc
4、al加法器加法器加法器加法器Charles BabbageCharles Babbage1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代1.1 计算机的发展计算机的发展1.1.2 1.1.2 早期计算机的发展早期计算机的发展早期计算机的发展早期计算机的发展5 5计算机是使用相应的程序来完成任何设定好计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。的任务。为为纪念图灵对计算机的贡献,纪念图灵对计算机的贡献,美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年设立了设立了“图灵奖图灵奖”图灵机是一种思想模型,图灵机是
5、一种思想模型,它由三部分组成:它由三部分组成:一个控制器,一条可以无限延一个控制器,一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。移动的读写头。1.1.2 早期计算机的发展早期计算机的发展6 65000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW1.1 计算机的发展计算机的发展7 71.1.3现代计算机的发展现代计算机的发展时代年份电路特点第一代19461953电子管磁鼓、磁带第二代19541963晶体管磁芯、磁盘第三代19641970集成电路终端访问第四代1971今大、超大规模集成电
6、路个人计算机计算机发展的计算机发展的计算机发展的计算机发展的4 4个时代:个时代:个时代:个时代:1.1 计算机的发展计算机的发展8 81.1.4微型计算机的发展微型计算机的发展计算机发展趋势:巨型化、微型化、网络化和智能化。计算机发展趋势:巨型化、微型化、网络化和智能化。9 91.1.41.1.4微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展 微处理器集成度发展示意图微处理器集成度发展示意图微处理器集成度发展示意图微处理器集成度发展示意图晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片1.1 计算机的发展计算
7、机的发展1010摩尔定理摩尔定理摩尔定理摩尔定理晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒每每18个月芯片能力增长一倍个月芯片能力增长一倍。1.1 计算机的发展计算机的发展1.1.41.1.4微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展11111.1.5 未来新型计算机未来新型计算机超导计算机量子计算机光子计算机生物计算机神经网络计算机12121.2 计算机的类型计算机的类型1.2.1 1.2.1 计算机系统的分类计算机系统的分类计算机系统的分类计算机系统的分类 超级计算机:世界超级计算机超级计算机:世界超级计算机500500强强 大型计
8、算机大型计算机 大型集群计算机:大型集群计算机:浪潮天梭浪潮天梭TS10000TS10000 大型服务器等:大型服务器等:IBMIBM公司公司eServereServer z990 z990 PC PC微机:微机:Pentium4Pentium4桌面微机桌面微机 苹果微机:苹果苹果微机:苹果Power PC G5Power PC G5 微机微机 笔记本微机:迅驰笔记本微机:迅驰2 2代笔记本微机代笔记本微机计算机类型计算机类型 PCPC服务器:服务器:HP HP ProLiantProLiant ML150 G2 ML150 G2 平板微机:东芝平板微机:东芝dynabookdynabook
9、R10 R10 掌上微机,惠普掌上微机,惠普ipip AQ h6315 AQ h6315 ProcketProcket PC PC 工业控制工业控制PCPC:西门子西门子SIMATIC IL43 SIMATIC IL43 工控机工控机 单片机:单片机:80C580C5系列系列 嵌入式系统嵌入式系统 POSPOS机机 ATMATM机机 其他控制、测量、管理、应用系统其他控制、测量、管理、应用系统 13131.2.2 1.2.2 微型计算机的类型微型计算机的类型 1.1.微机定义的不确定性微机定义的不确定性 2.2.微机分类微机分类 个人计算机个人计算机PCPC 苹果微机(苹果微机(Mac)Mac
10、)笔记本微机笔记本微机 平板微机(平板微机(Tablet PC)Tablet PC)掌上微机(掌上微机(PDAPDA)1.2 计算机的类型计算机的类型14141.2.3计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域n n科学计算科学计算n n数据处理,如数据处理,如管理信息系统(管理信息系统(MISMIS),),资源资源规划系统(规划系统(MRPMRP)和电子信息交换系统和电子信息交换系统(EDIEDI)等。等。n n自动控制自动控制n n计算机辅助工程计算机辅助工程计算机辅助工程计算机辅助工程 ,如计算机辅助设计,如计算机辅助设计(CAD)(CAD),计算机辅助教学计算机辅助教学(CAI)(CAI
11、),计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)(CAM),计算机辅助测试(计算机辅助测试(CATCAT)等。等。n n人工智能人工智能(AI)(AI)15151.3 计算机的基本工作原理及结构计算机的基本工作原理及结构1.3.1 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利科学家冯科学家冯 诺依曼于诺依曼于19461946年首先提出的。年首先提出的。采用二进制的形式表示数据和指令采用二进制的形式表示数据和指令采用存储程序方式采用存储程序方式计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备输
12、出设备5 5大部件组成大部件组成1616冯冯诺依曼理论要点诺依曼理论要点John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼存储程序工作原理存储程序工作原理 计算机的两个基本能力:一是能够计算机的两个基本能力:一是能够计算机的两个基本能力:一是能够计算机的两个基本能力:一是能够存储程序,二是能够自动地执行程序。存储程序,二是能够自动地执行程序。存储程序,二是能够自动地执行程序。存储程序,二是能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用计算机是利用计算机是利用“存储器存储器存储器存储器”(内存)(内存)(内存)(内存)来存放所要执行的程序的,而称之为来存放所要执行的程序的,而称之为来存放所要执行的
13、程序的,而称之为来存放所要执行的程序的,而称之为CPUCPUCPUCPU的部件可以依次从存储器中取出程的部件可以依次从存储器中取出程的部件可以依次从存储器中取出程的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令,并加以分析和执行,序中的每一条指令,并加以分析和执行,序中的每一条指令,并加以分析和执行,序中的每一条指令,并加以分析和执行,直至完成全部指令任务为止。直至完成全部指令任务为止。直至完成全部指令任务为止。直至完成全部指令任务为止。1717冯冯诺依曼结构框图诺依曼结构框图数据流数据流控制流控制流取数存数地址指令(内)存储器内)存储器内)存储器内)存储器控制器控制器运算器运算器程序+数据操作
14、命令处理结果反馈信号响应信号请求信号响应信号请求信号18181.3.2 指令和指令系统指令和指令系统指令:是能被计算机识别并执行的二进制代码,由操作码与操作数组成。指令系统:即一台计算机所有指令的集合,包括数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入、输出指令和其他指令。指令执行过程1919指令执行过程指令执行过程冯氏原理:人们预先编好程序,利用输入设备把程序输入内存,计算机在控制器控制下,从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出设备输出。执行步骤:取指令、分析指令、执行指令、程序计数器加1 20201.3.3 微型计算机系统结构微型计算机系统结构 微型计算机硬件系统由微
15、处理器、存储器、各种输入/输出接口电路以及系统总线组成。微 处 理 器 CPU 主存储器外存接口输入输出接口其他I/O口各种外设键盘、显示器等软、硬盘驱动器ABDBCB微型机的系统结构图如下:21211.3.4 非冯非冯诺依曼结构计算机诺依曼结构计算机数据流计算机数据流计算机归约计算机归约计算机基于面向对象程序设计语言的计算机基于面向对象程序设计语言的计算机智能计算机智能计算机 非冯诺依曼结构是一种由数据而不是由指令来驱动执行的体系结构。2222非冯非冯诺依曼结构计算机的优、缺点诺依曼结构计算机的优、缺点缺点:操作开销太大;操作开销太大;不能有效利用以前冯氏计算机累积起来的丰不能有效利用以前冯
16、氏计算机累积起来的丰富资源。富资源。优点:支持高度的并行操作;支持高度的并行操作;与与VLSIVLSI技术相适应;技术相适应;有利于提高软件生产力。有利于提高软件生产力。23231.4 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成 从外观看,一台微机由主机和外部设备组成。在主机箱内有主板(包括CPU和内存、总线扩展槽)、外存、输入输出接口电路等,如下图所示:24241.4.1 计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统硬件主机中央处理器(CPU)运算器控制器内存储器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)外存储器硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪输出设备显示器、打印机、绘图仪
17、软件系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序应用软件文字处理软件信息管理软件图形软件辅助设计软件各种程序包25251.4.2 CPUn n控制器和运算器通常做在一个集成电路板上,控制器和运算器通常做在一个集成电路板上,控制器和运算器通常做在一个集成电路板上,控制器和运算器通常做在一个集成电路板上,是整个计算机的核心,称为是整个计算机的核心,称为是整个计算机的核心,称为是整个计算机的核心,称为CPUCPU(中央处理中央处理中央处理中央处理器)。器)。器)。器)。n n控制器负责读指令、解释指令控制器负责读指令、解释指令控制器负责读指令、解释指令控制器负责读指令、解释指令、执行指令。
18、、执行指令。、执行指令。、执行指令。n n运算器进行算术运算和运算器进行算术运算和运算器进行算术运算和运算器进行算术运算和逻辑运算。其核心是一逻辑运算。其核心是一逻辑运算。其核心是一逻辑运算。其核心是一个算术累加器(个算术累加器(个算术累加器(个算术累加器(ALUALU)。)。)。)。26261.4.2 CPU27271.4.2 CPU 插卡式Slot 针脚式Socket1.中央处理器中央处理器CPU:它执行对信息的处理与控制,是整个微型机的核心。CPU可分为:可分为:2.微处理器微处理器MPU:它是将CPU、时钟脉冲发生器和系统控制器集成在一片或多片大规模集成电路上而形成的一个独立器件。CP
19、U的基本结构:的基本结构:运算器与内部控制器;控制逻辑单元;运算器与内部控制器;控制逻辑单元;CPUCPU内部总线。内部总线。28281.4.2 CPUCPU的性能指标:的性能指标:CPU的字长的字长即即CPU一次所能处理的数据的二进制位数;一次所能处理的数据的二进制位数;CPUCPU字长有字长有8bit8bit,16bit16bit,32bit32bit,64bit64bit等,目前流等,目前流行的微机主要采用行的微机主要采用32bit32bit。CPUCPU执行指令的速度执行指令的速度执行指令的速度执行指令的速度即即即即CPUCPU每秒所能执行的指令条数,常用主频表每秒所能执行的指令条数,
20、常用主频表每秒所能执行的指令条数,常用主频表每秒所能执行的指令条数,常用主频表示,示,示,示,CPUCPU主频通常以主频通常以MHMH(兆赫)和兆赫)和GHGH(千兆赫)千兆赫)为单位,为单位,MH MH 指每秒执行百万条指令。目前指每秒执行百万条指令。目前流行的流行的CPUCPU的主频均已达的主频均已达GH GH 数量级。数量级。指令本身的功能强弱及复杂程度。指令本身的功能强弱及复杂程度。29291.4.3 主板主板 主主板是板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板,有位于主机箱底部的一块大型印刷电路板,有CPU插槽插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、插座、内存插槽、局域总线的
21、扩展总线、高速缓存、时钟和时钟和CMOS主板主板BIOS、软、软/硬盘、串口、并口等外设接口、硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。控制芯片等。内存插槽内存插槽 扩展插槽扩展插槽30301.4.3 主板主板3131主板主板内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组32321.4.4 存储器存储器微型机的存储器用来存放程序和数据,存储器容量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。计算机运行时的程序和数据均放在RAM中,一旦掉电,其中的内容将全部丢失。随机存储器 RAM只读存储器 ROM可编程只读存储器 PROM可改写只读存储器 E
22、PROM磁盘存储器:、存储器主存储器(内 存)软磁盘软磁盘硬磁盘硬磁盘 光盘存储器外存储器(辅助存储器)3333内存储器内存储器3434内存内存3535内存功能与分类内存功能与分类静态随机存取存储器(静态随机存取存储器(静态随机存取存储器(静态随机存取存储器(SRAMSRAM)动态随机存取存储器动态随机存取存储器动态随机存取存储器动态随机存取存储器 (DRAMDRAM)只读存储器(只读存储器(只读存储器(只读存储器(ROMROM)高速缓冲存储器(高速缓冲存储器(高速缓冲存储器(高速缓冲存储器(Cache)Cache)计算机运行时的程序和数据均放在计算机运行时的程序和数据均放在RAM中,中,一旦
23、掉电,其中的内容将全部丢失。一旦掉电,其中的内容将全部丢失。概念:内存储器概念:内存储器(主存储器、主存主存储器、主存),是,是存放程序存放程序和数据的部件。其特点是存取速度较快,和数据的部件。其特点是存取速度较快,CPUCPU可以可以直接访问。分为:直接访问。分为:3636内存地址内存地址RAMRAM在实际存储的时候被分成在实际存储的时候被分成为多个等长的存储单元,为多个等长的存储单元,在微机中一般按照字节存在微机中一般按照字节存储,即按字节来分存储单储,即按字节来分存储单元。比如,如果有内存元。比如,如果有内存kBkB,则被分为则被分为10241024个存储个存储单元。每个存储单元将被单元
24、。每个存储单元将被赋予一个编号即内存地址。赋予一个编号即内存地址。注意区分内存地址和内存地注意区分内存地址和内存地址中的内容的区别。址中的内容的区别。FFFFH0002H0001H0000H37372、外存储器、外存储器n概念:辅助存储器(辅存),容量大,保存概念:辅助存储器(辅存),容量大,保存时间长,不能与时间长,不能与CPUCPU直接交换数据。直接交换数据。nCPUCPU、内存、外存间的关系:内存、外存间的关系:CPU外存内存交换数据交换数据不能直接交换不能直接交换思考:既然内存不能长久保存数据,开机后思考:既然内存不能长久保存数据,开机后CPU的数据是的数据是如何处理的。如何处理的。3
25、838外存储器的分类外存储器的分类硬磁盘存储器硬磁盘存储器软磁盘存储器软磁盘存储器光盘存储器光盘存储器优盘(优盘(Flash Memory)移动硬盘移动硬盘3939软盘存储器 软盘一般有5寸盘(5.25“)和3寸盘(3.5”),高密3寸盘的存储容量为1.44M,高密5寸盘容量为1.2M,现在一般采用3寸盘。在DOS中用“A:”、或“B:”来表示软盘的盘符。读写窗口挡板塑料壳轴盘连接孔盘片写保护孔3.5英寸软盘示意图英寸软盘示意图4040软盘的技术指标n面数面数(side):n磁道磁道(track):以盘片中心为圆心的一组同心圆。数据存储在软盘片的磁道内,磁道数一般为40或80,编号从0开始,即
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机应用基础 计算机应用基础第1章 计算机系统基础 计算机 应用 基础 计算机系统
限制150内