1、Part 1 计算机的基本知识,计算机的发展与应用 计算机系统(计算机硬件、计算机软件） 信息的表示和存储（常用进制的转换）,计算机发展与应用,1、电子计算机： 能够自动、高速和精确地进行计算与信息处理的电子设备 2、计算机的特点(1) 电子线路特点：脉冲电路(逻辑电路) 计算机的运算基础是二进制(2) 工作原理特点：存储程序和程序控制,u,计算机发展与应用,冯诺依曼计算机模型： 计算机内采用二进制表示信息。 计算机包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备等“五大件”。 程序存储和程序控制：把计算步骤（程序）先存入内存，计算机不需要人的干预，会自动执行所存入的程序。,计算机的发展,1、第一台计
2、算机 ENIAC 1946年，美国宾夕法尼亚大学 重30多吨，占地约170平方米 大约使用了18000个电子管 运算速度：5 000次加减法运算/秒 存储容量：20个10位的十进制数 编程：对大约6 000个多位开关进行机械定位，并用转插线把选定的各个控制部分互连起来以构成程序序列，要花上几天时间,计算机的发展,2、计算机的分代第一代(1945年至1958年)电子管，几千次/秒第二代(1958年至1964年)晶体管，几十万次/秒第三代(1964年至70年代中期)小规模集成电路，几百万次/秒第四代(70年代中期以后)大规模、超大规模集成电路，上亿次/秒,计算机的发展,3、计算机的分类 巨型机：银
3、河、曙光、神火 大型机：IBM 4381 小型机：IBM AS400 微型机：70年代，计算机技术的第二次飞跃 工作站： 图形工作站 网络工作站,计算机的发展,4、计算机的发展趋势 (1)多极化：微型和巨型 (2)网络化：单机网络，网络就是计算机 (3)多媒体化：人机交互 多媒体：文本、图形、声音、图象等信息的载体 (4)智能化：具有人的某些智能 (5)嵌入化： 移动环境：汽车电脑、智能电话 家庭环境：INTERNET TV、SET-TOP BOX,计算机系统组成,计算机系统硬件 (hardware): 机器系统，电子设备软件 (software) : 程序及其文档,计算机硬件,双线箭头:信息
4、流单线箭头:控制流,中央处理器,计算机硬件,1、运算器: 算术、逻辑运算单元加减乘除运算用加法器实现 2、控制器: 指挥协调计算机整个工作过程中央处理器(CPU)：运算器+控制器 计算机的心脏，负责完成各种运算和控制， *对微机来说就是1块大规模集成电路，也叫作处理器。,计算机硬件,3、存储器: 用来存储程序和数据的记忆装置，是计算机中各种信息的存储和交流中心。 (1)基本概念 存储单元：即字节（Byte） ，是计算机存储信息的基本计量单位，由8个二进制位（bit)组成，可存放一个英文字母或符号 存储单元地址，即存储器的唯一编号 存储容量：存储设备上可以存储数据的最大数量，通常用字节(Byte
5、)、千字节(KB)、兆字节(MB)和千兆字节(GB)来衡量。,计算机硬件,1 Byte8 bit 1 KB1024 Byte 1 MB1024 KB 1 GB1024 MB 例：1 MB1024 KB 10241024字节1 048 576字节(约100万字节)相当于50万汉字（300页的书） 存贮一个汉字需要两个字节,计算机硬件,(2) 存储器的种类 内存储器：与CPU直接相连的存放数据的器件，如随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)。 外存储器：不直接与CPU相连的存储介质，如磁盘等。,计算机硬件,内存储器(内存、主存)：以半导体为器件，存取数据的速度很快，但价格昂贵，存储容量受到限制
6、。随机存储器(RAM)：可读可写，掉电丢失，主要用于保存计算机在运行过程中使用的临时数据，便于CPU对数据进行及时处理。,计算机硬件,等待CPU处理 （临时存放）,信息,外存,RAM,保存,输入,（长久存放）,计算机硬件,只读存储器(ROM)：只读不写，掉电不丢失，用于存放开机程序等（BIOS）紫外线照射写入-传统的ROM （ROM中信息需要在5伏电压写入- Flash Memory（闪速存储器，闪存）*每一台微机主板上都有一块ROM芯片，现在一般是闪存 BIOS（Basic Input Outout System）*优盘：以闪速存储器作介质，配有USB接口，可以方便的成为计算机的外存,计算机
7、硬件,外存储器(外存)用来存放“暂时不用”的数据或程序。它的容量比内存大得多，但存取信息的速度比内存慢。外存不怕停电，可长期保存信息，价格便宜。 当计算机内存不够用时，会借用硬盘的空间作为计算机的虚拟存储器。常用的外存有软盘、优盘、硬盘和光盘,计算机硬件,软盘是一种涂有磁性材料的盘片，携带方便。现在常用是3.5英寸的软盘，它的存储容量为1.44MB。前几年也有大容量软盘，一张盘可存储几百兆信息。软盘基本已被优盘替代 硬盘是一种快速高容量的存储设备，一般固定在主机厢内。它的存储容量一般为几十个GB到几百GB，并且还在不断发展。读写速度比软盘快得多。,计算机硬件,光盘是利用激光来达到高密度储存、读
8、取信息的一种盘片，携带方便。它的容量特大，可存储几百MB到几个GB的信息，这些信息不易损坏，能长久保存：CD-ROM：只读型CD光盘，一般650MB容量DVD-ROM:只读型DVD光盘，一般4.7GB容量CD-R：一次写入型CD光盘，一般650MB容量DVD-R：一次写入型DVD光盘CD-RW：可擦写多次光盘,计算机硬件,4、输入设备计算机通过输入设备从外部获取信息。常用的输入设备 键盘：101键，104键等 鼠标：机械、光电式 扫描仪：图象输入 触摸屏：红外或电磁感应 条形码阅读器,计算机硬件,5、输出设备计算机通过输出设备向用户传递处理结果。常用的输出设备 显示器：单色、彩色 打印机：针式
9、(逐行)、喷墨(逐行) 、激光(页式) 绘图仪：图形输出(笔式、喷墨、激光),计算机软件,1、计算机软件系统 软件：为使用和管理计算机而编制的各种程序及有关文档的集合。计算机软件系统包括: 系统软件：用于计算机自身的管理、维护、控制和运行，以及对应用软件的解释和执行。 应用软件：用户为解决各类实际问题而编制的各种程序，它是建筑在系统软件之上的。注意：软件与程序不可混同,计算机软件,软件系统,系统软件,2、系统软件 地位和作用 (公用性和基础性),操作系统,3、操作系统（Operating System) (1) 操作系统是系统软件的核心。操作系统的功能：统一管理、调度和分配计算机的所有软、硬件
10、资源，是人机交互的接口,用户,计算机,OS,操作系统,(2) 操作系统的地位与作用,几种典型的操作系统简介,DOS 单用户单任务字符界面操作系统 Windows 多任务单用户图形化操作系统 Windows NT 多任务多用户图形化网络操作系统 UNIX 多用户多任务字符界面操作系统 Netware 多用户多任务网络操作系统 Linux 类似UNIX的广泛用于互联网的操作系统,编译系统,4、编译系统 (1) 计算机语言 机器语言：由0、1组成的二进制码，机器可直接识别，运行速度快。 汇编语言：用指令来代替二进制机器码，它可直接对硬件操作，占空间少，运行快，编写需要专业人员。 机器语言和汇编语言都
11、是低级语言,编译系统,高级语言（3GL） 科学计算：Fortran 商用：Cobol 教学： Basic 、Pascal、C 专业人员使用：C/C+ 网络通用语言：Java、HTML、ASP 逻辑处理语言：LISP,编译系统,(2) 编译系统,高级语言,机器语言,编译系统,信息的表示与存储,1、编码 ：计算机存储和处理信息时，都采用二进制数字形式，即计算机所处理的所有的数、字母、符号都要用二进制编码来表示。字母“a”110 0001 (ASCII码)汉字“群”100 1000 011 1010 (国标码),信息的表示与存储,(1) ASCII码(美国信息交换标准码)字符编码方案，七位二进制码数
12、字“3” 0 011 0011 字母“A” 0 100 0001,汉字编码,（2）、汉字的编码在汉字系统中，每个汉字对应两个英文字符宽度。在汉字的存储、输入和输出中，处理的并不是汉字本身，而是汉字的编码。 不同的环境下有不同的汉字编码。如汉字交换码(国标码)、汉字机内码和各种汉字的输入码。,汉字编码,0 0111100 01001110,1 0111100 1 1001110,汉字编码,2、汉字的存储与字库 为了输出汉字，必须存储汉字的字型。 (1) 矢量化：。它由一组指令来描述字符的外形（轮廓）。这种字体也称为轮廓字体（TrueType字体）。 (2) 点阵图形：将汉字分解为若干个“点”组成
13、的点阵字型方式。,存储每个汉字的字型信息需要1616个二进制位，共2*16 = 32字节。,汉字编码,(3) 汉字字库：汉字字型信息的集合 两级字库(国标)： 第一级为常用汉字，共3755个 第二级为次常用汉字，共3008个对6763个汉字进行编码，至少需要13位二进制才能表示。(因为 212=4096 6763 213=8192) 2个字节表示一个汉字信息。,汉字输入方法,3、汉字的输入方法 (1) 编码输入(键盘输入) (2) 手写输入 (3) 声音输入 (4) 扫描识别输入,常用数制及转换,2、各种常用数制 (1) 二进制：0、1 逢二进一 (2) 十进制：0、19 逢十进一 (3) 八
14、进制：0、17 逢八进一 (4) 十六进制： 逢十六进一0、19、 A、B F、a、b f,常用数制及转换,D:十进制 B:二进制 O:八进制 X:十六进制,常用数制及转换,3、数制的转换 (1) 二进制十进制: 求幂相加法(1011)2=23+ 21+ 20=8+2+1=11(1011.11)2=11+2-1+2 -2 =11+0.5+0.25=11.75,常用数制及转换,(2) 十进制二进制整数部分：除2取余,(269)10 = (100001101)2,常用数制及转换,小数部分：乘2取整,(0.6875)10= (0.1011)2,数 整0.6875 2 1.3750 1 高 20.75
15、0 0 21.50 1 2 低1.0 1,常用数制及转换,(3) 八进制 二进制1 位八进制对应 3 位二进制7 3 6 . 2 5111 011 110 . 010 1011100 . 0101001 100 . 010 1001 4 . 2 4,常用数制及转换,(4) 十六进制 二进制1 位十六进制 对应 4 位二进制A 3 F . 2 B1010 0011 1111 . 0010 1011,常用数制及转换,(5) 十六进制 八进制十六进制 二进制 八进制,常用数制及转换,(6) 十进制八进制整数部分:除8取余；小数部分:乘8取整 或十进制二进制八进制(7) 十进制十六进制整数部分:除16
16、取余；小数部分:乘16取整 或十进制二进制十六进制,常用数制及转换,(8)八进制十进制 (9)十六进制十进制求幂相加法(1011)8=83+ 81+ 80=512+8+1=521(1011)16=163+ 161+ 160=4096+16+1=4113,常用数制及转换,小结 二进制(八进制、十六进制)十进制 :求幂相加法 十进制二进制(八进制、十六进制) 整数部分: 除2(8、16)取余; 小数部分: 乘2(8、16)取整八进制二进制: 1位八进制对应3位二进制 十六进制二进制: 1位十六进制对应4位二进制十六进制 二进制 八进制,计算机指令工作原理,例：计算 y = ax + b 准备工作：
17、常系数a和b及变量x的值存入相应存储单元。 步骤1：把a从存储器传送到cpu寄存器AX。 步骤2：把x从存储器传送到cpu寄存器BX。 步骤3：cpu运算 AX AXBX 步骤4：把b从存储器传送到cpu寄存器BX。 步骤5： cpu运算 AX AX + BX 步骤6：把运算结果从AX传送到存储器y保存。 步骤7：停机 AX和BX是运算器中的工作单元,MOV AX , a MOV BX , x MUL AX , BX MOV BX , b ADD AX , BX MOV y , AX HLT,计算机指令工作原理,MOV AX , a MOV BX , x MUL AX , BX MOV BX , b ADD AX , BX MOV y , AX HLT,转换成二进制代码,CPU依次从内存单元取出一条指令的二进制代码，并执行。,计算机指令工作原理,对于一条具体指令的执行，CPU一般需要如下步骤： 取指：从存储器取出需执行的指令到CPU内部指令寄存器中。 译码：对指令寄存器中的指令代码进行分析，以确定指令的功能。 执行：根据译码的结果，对执行部件发出控制信号。如果执行AX AX + BX，则分别向寄存器AX、BX和运算器发控制信号，令运算器取得两个操作数再相加，然后把运算和送回AX。 “取指译码执行”这样的过程周而复始，不断重复，一直执行到停机指令为止。,
