1、欢迎来到我的课堂,xiaoxia7761 ,信息学院:叶晓霞,专业导论,第二讲 计算机基础知识,人类追求的计算工具,Charles Babbage,1822 差分机,1833 分析机,1944 MARK I,1946 ENIAC,算盘,电子计算机(Computer),一种能将信息自动、高速存取并且加工的电子设备。,计算机的发展,第一台计算机:1946年2月15日诞生于美国宾夕法尼亚大学,取名为电子数字积分计算机(ENIAC)。,ENIAC ( 1946 ),18800个电子管 占地170平方米 重达30吨 耗电150千瓦 保存80个字节 每秒5千次加、减法运算 价值40万美元,表1-1 计算机
2、发展的四个阶段,用手工搬动开关和拔插电缆来编程, 利用磁鼓或小磁芯作存储介质, 用穿孔卡作为输入输出设备。,例如计算 Z=35+27,写成机器指令为: 101110000010001100000000 000001010001101100000000 101000110000010000000000 用汇编语言表示如下: MOV AX, 35 ADD AX, 27 MOV Z, AX,IBM公司于1959年生产的IBM 7090,集成电路IC:通过半导体集成技术将 大量分离的电子元件集成在面积只有 几平方毫米的一块硅片上。,英国航空管理局的IBM计算机,表1-2 微型计算机发展的六个阶段,摩尔
3、定理,晶 体 管 数,500 (mlps),1975,10M (transistors),1975,1980,1985,1990,1995,1M,100K,10K,25,0.1,1.0,4004,80386,80286,8080,8086,80486,Pentlum Prooossor,Micro 2000,每18个月芯片能力增长一倍,微处理器的发展,0.18微米芯片,10微米芯片,微处理器集成度发展,计算机发展的几个阶段,第一代 (19461957) 电子管 5千4万(次/秒),第二代 (19581964) 晶体管 几十万百万(次/秒),第三代 (19651970) 集成电路 百万几百万(次
4、/秒),第四代 (1971年至今) 大规模集成电路 几百万万亿(次/秒),计算机的发展趋势,功能巨型化天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探、卫星图像处理等等处理等大量科学计算的高科技领域。体积微型化,ENIAC,PDP-11,CRAY-,Altair 8800,多 极 化,网络化,Internet,WWW,GOPHER,E-Mail,FTP,Telnet,利用现代通信和计算机技术,把分布在不同地点的计算机互联起来,按网络协议互相通信,以共享软、硬件和数据资源。,智 能 化,主要研究领域:1、模式识别2、机器人3、专家系统4、自然语言的 生成与理解,2006年8月15日“浪潮杯”象棋人机大战终
5、极对决。中国象棋第一人、国际特级大师许银川在两回合较量中与超级计算机浪潮天梭两战两和。,多媒体化,多媒体技术是将图形、图象、声音、文字等多种媒体有机结合的人机交互系统。,计算机的特点,1运算速度快、精度高 现在世界上最快的计算机每秒可以运算万亿次以上。如果与每秒一百万次的计算机相比,它连续工作一小时所完成的工作量,一个人一生也做不完。计算机的字长越长,其精度越高。目前的个人计算机(PC)的精度已经达到了64位字长。 2具有逻辑判断和记忆能力 计算机的计算能力、逻辑判断能力和记忆能力三者的结合,使之可以模仿人的某些智能活动。因此,计算机已经远远不只是计算的工具,而是人类脑力延伸的重要助手。通常也
6、把计算机称作“电脑 Electronic Brain ”就是这个原因。 3高度的自动化和灵活性 计算机区别于其他机器之处,就在于其可以在人的精心编排设计下,快速自动地完成多种多样基本功能序列。从而实现计算机的通用性,达到计算机应用的各种目的。,计算机的作用(WSG),1、Works,2、Studies,3、Games,计算机的应用,、 科学计算 、 数据处理 、 过程控制 、 计算机辅助系统(CAD、CAI、CAM等) 、 人工智能、机器人等 、计算机模拟仿真 、 电子商务、电子政务等 8、 游戏娱乐,计算机的分类,计算机,最常用的个人计算机,科学家、工程师和动画师非常喜欢的高性能计算机,配备
7、高分辨率显示器,具有高速图形处理能力,属于便携式计算机设备,平板PC具有笔记本电脑的所有功能,可以接受手写输入和语音输入,可以与网络连接。苹果公司的Ipad现在非常受欢迎。,就是现在的手机,比如3G 手机、苹果的Iphone,请区分以下计算机的类别,Ipod 大容量MP3播放器,计算机系统的基本组成,CS,灵魂人物,John von Neumann,图灵,苹果公司标志,约翰冯诺依曼 ( 19031957),美籍匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯 ,22岁获得布达佩斯大学数学博士学位 ,他是20世纪最杰出的数学家之一 ,被誉为“计算机之父”。,计算机的基本工作原理是存储程序和程
8、序控制。 设计思想之一:二进制。建议在电子计算机中采用二进制(只用0和1表示)。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大大简化机器的逻辑线路。 之二:存储程序工作原理。计算机利用“存储器”(内存)来存放所要执行的程序,而CPU(运算器和控制器)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,直至完成全部指令任务为止。 计算机的两个基本能力:一是能够存储程序,二是自动地执行程序。 确定机器由五个部分组成,包括:运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。,冯诺依曼思想,冯诺依曼计算机,基于冯诺依曼提出的概念,我们可以把计算机定义为一个能接受输入、处理数据、存储数据,并产生输出的设
9、备。即存储程序计算机又称为冯诺依曼型计算机。 以运算器为核心、以存储程序原理为基础 将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序,即程序是由多条有逻辑关系的指令组成,指令的长度不等。 数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中,由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行,控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之。,指令驱动,存储器是计算机存放原始数据、程序、中间结果及运算结果的部件。,运算器用来进行算术运算和逻辑运算,控制器通过向各个部件发出控制信息,使整个计算机自动、协调地工作。,给计算机输入信息的设备。,将计算机处理好的信息送出给人们阅读或
10、保存。,程序+,数据,操作命令,处理,结果,反馈信号,响应信号,请求信号,响应信号,请求信号,输入 设备,输出 设备,冯诺依曼结构框图,微型计算机硬件系统组成,冯诺依曼型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备构成。 运算器和控制器合在一起叫做中央处理器,简称CPU。 运算器又称算术逻辑单元,简称ALU。 输入设备和输出设备与计算机的信息交换都必须通过输入/输出接口,即I/O接口。,总线(Bus):即计算机内部传送数据的公用通道,微机的三大部件之间通过它们传送数据、地址和控制信息。 中央处理器CPU,存储器和I/O接口安装在主机箱的主机板上,它们之间由三种总线连接,即:数据总线DB(
11、Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)。,微机的硬件组成,主机是包含电源、存储设备和电路板的机箱,其中电路板上有计算机的主处理器和内存。,监视器是计算机的主要输出设备,它将来自计算机显卡的电信号转换为屏幕上的彩色亮点,从而形成图像。,硬盘驱动器一般安装在系统单元内,当其工作时,机箱上的指示灯会亮。,软盘驱动器将数据写到软盘上,当其工作时,其指示灯就亮,警告用户此时不要取出软盘。,CD-ROM和DVD驱动器采用激光技术从光盘上读取数据。,鼠标是一种输入指示设备,帮助用户操作对象并选择菜单项。,键盘作为多数计算机的主要输入设备。,声卡位于
12、系统单元内,提供到扬声器、麦克风和耳机的连接。,计算机硬件组成,微型计算机硬件,1、处理器(CPU)-由一个或多个微处理器(microprocessor)芯片组成。主要有Intel的奔腾、酷睿系列、AMD的速龙、羿龙系列。 主板(motherboard):属于电路板,包含很多连接处理器和其他硬件的电路。品牌很多,比如有华硕、技嘉、微星、精英、双敏、映泰等等。主板芯片组分别支持IntelCPU、 AMD cpu,华硕M5A78L,2、内存设备(Memory)主板ROM:非易失性只读存储器。内存条(RAM):易失性读写存储器。有DDR、DDR2、DDR3、DDR4,主要品牌有金士顿、威刚、三星等等
13、,微型计算机硬件,金士顿DDR3 4G 155元,内存是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。 内存条(SIMM)就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板,它插在主板中的内存插槽上,以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G条,2G/条,4G/条等。,内存单元,内存一般采用半导体存储单元 ,每个存储单元从0开始顺序编号; 例如:一个存储器有216个存储单元,编号从065535。 如左图示。这个编号称为内存单元地址。 每个存储单元存放一个字节Byte, 即8个二进制位。称内存单元的内容。 所有在存储器中可标识的独立
14、地址单元的总数称为地址空间。 从存储器中取出或存入数据的活动称为对存储器的读/写操作。其特点:取之不尽、以新换旧,存储容量:能够存储的二进制信息位数(bit)。 字节(Byte):8位二进制数位称为一个字节,即1B=8bits 术语:千字节 1KB=1024B兆字节 1MB=1024KB千兆字节 1GB=1024MB兆兆字节 1TB=1024GB 其中 1024=210,3、I/O设备 输入设备:接收用户或其他计算机系统的数据和指令。标准输入设备有键盘(keyboard)和鼠标(mouse)。 其他输入设备有:扫描仪、数码相机、摄像头、麦克风、手写笔、操纵杆等等。 输出设备:将处理过得数据范虎
15、用户或其他计算机。标准输出设备是显示器(监视器),常见的输出设备还有:打印机、扬声器、耳机等 通信设备是执行输入和输出操作的常用设备。,微型计算机硬件,I/O接口:显示器要配备显卡,扬声器要配备声卡,4、外存 可以永久保存数据。容量比内存大,速度慢,价格便宜。主要有硬盘、软盘、光盘、U盘等。 磁性存储器硬盘、软盘。利用读写头读写数据,安放磁盘的设备称为磁盘驱动器。(硬驱、软驱) 光学存储器光盘(CDDVD),使用激光读写数据,CD-R是可录光盘。 闪速存储器U盘、移动硬盘,通过USB接口与主机相连 全球三大PC制造商 HP、DELL、lenovo,微型计算机硬件,电脑配置单,主板: 技嘉GA-
16、MA78GM-S2H(rev.1.0) ¥490 CPU: AMD Athlon64 X2 7750(黑盒) ¥440 内存: 威刚2G DDR2 800 (万紫千红) ¥130硬盘: 希捷500GB 7200.12 16M(串口/散)¥380 光驱: 先锋DVD-130D ¥120 机箱/电源: 多彩DLC-MT814(带电源) ¥280 显示器: 宏基V193W ¥790 键鼠: 微软光学精巧套装 ¥115 摄像头:USB无驱 35 元 - 共¥2745,若用算盘来计算: y=ax+b-c,其中a= 9, x=12, b=10,c=11, 则该题目解题步骤如下:,a=9,b=10,c=11
17、,x=12,y=,13,计算机的工作过程,算盘与计算机类比,计算机的工作过程,操作码采用二进制编码 地址码是二进制数码,001,010,011,100,101,110,助记符,操作码,ADD,SUB,MUL,DIV,LDA,STA,指令,1 取数9 101 1001,2 乘以12 011 1100,3 加法10 001 1010,4 减法11 010 1011,5 存数13 110 1101,6 打印 111,PRT,HLT,111,000,7 停机 000,表示计算机要执行的基本操作。,表示参与运算的数值或该数值存放的地址。,计算机的工作过程,按照程序所排的指令序列,先从内存取出一条指令放到控制器中,对该指令的操作码由译码器进行分析判别,然后根据指令性质,执行这条指令,进行相应的操作。接着从内存取出第二条指令,再执行第二条指令,依次类推。 计算机能执行的所有指令集合称为指令集(指令系统)。,控制器的任务,课外作业,,信息学院:叶晓霞,谢谢大家,