1、计算机基础 第一章 计算机基础知识及信息 技术概述 本章主要介绍计算机的发展史和特点 、类型及应用 ， 以及计算机的未来发展趋势；计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介绍信息技术的基本概念 。 1.1 计算机基础知识 20世纪以来人类最重大的科技发明当数电子数字计算机 ， 计算机改变了人们传统的工作和生活方式 。 这是一幅很著名的人类进化 幽默 图 1.1 计算机基础知识 1.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想 人类从远古时代就产生了计算的需要 。 钟表业 ，特别是齿轮传动装置技术的发展 ， 诞生了最早的机械式计算机 。 下面介绍几位在电子计算机诞生前后对计算机发展有过突出贡献的几位早期
2、历史人物 。 法国物理学家帕斯卡 (1623-1662)：在 1642年发明了第一台机械式加法机 。 该机由齿轮组成 ， 靠发条驱动 ， 用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字 。 当时， 19岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六位数字的加减法。 1.1 计算机基础知识 德国数学家莱布尼茨：在 1673年发明了机械式乘除法器 。 基本原理继承于帕斯卡的加法机 ， 也是由一系列齿轮组成 ， 但它能够连续重复地做加减法 ， 从而实现了乘除运算 。 据记载 ， 莱布尼 茨 曾把自己的乘法机复制品送给康熙皇帝 。 1.1 计算机基础知识 1.1
3、 计算机基础知识 英国数学家巴贝奇： 1822年 ， 在历经 10年努力终于发明了 “ 差分机 ” 。 它有 3个齿轮式寄存器 ， 可以保存 3个 5位数字 ， 计算精度可以达到 6位小数 。 巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机 分析机，但最终失败。 英国女数学家爱达 (1815-1852)：巴贝奇的合作伙伴 。 她用穿孔卡片设计了世界上“ 第一件计算机程序 ” 。 她还建议分析机用二进制存储 。 预言分析机能唱歌 、 绘画 。 英国诗人拜伦的女儿 图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图
4、灵机等价的。 英国科学家阿兰 图灵 (理论计算机的奠基人 1912-1954) 控制器（含运算功能） 可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据 (输入输出设备 ) 可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器） 1.1 计算机基础知识 姚期智： 2000年首位获奖图灵奖的华裔学者 七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“ 冯 诺依曼计算机 ” 。 美籍匈牙利数学家 冯 诺依曼 (计算机鼻祖 ) 计算机应由运算器 、 控制器 、 存储器 、 输入设备和输出设备五大部件组成； 应采用二进制简化机器的电路设计； 采用 “ 存储程序 ” 技术 ,以便计算机能保存和自动依次执行指令 。 冯 诺依曼： “
5、如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰 图灵 ” 1.1 计算机基础知识 1.1 计算机基础知识 1946年由美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子数字计算机，取名 ENIAC。由此 诞生了“第一个电子的大脑” Electronic Numerical Integrator And Calculator 电子数字积分计算机 重 30吨 ， 占地 167m2， 耗电 150千瓦 主要元件为电子管 、 继电器 ， 可保 存 80个字节 ， 每秒钟做 5000次加减 法或 400次乘法运算 。 致命缺陷：没有存储程序。 1.1.2 电子计算机发展历程 第一代计
6、算机 1946 1958年 以电子管为主要元件 代表机型： ENIAC 1.1 计算机基础知识 第二代计算机 1958 1964年 以晶体管为主要元件 采用晶体管的第二代电子计算机 IBM7090型 第四代计算机 1971年至今 以大规模 /超大集成电路为主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 未来的第五代计算机是智能计算机 1.1 计算机基础知识 第三代计算机 1964 1971年 以集成电路为主要元件 采用集成电路的第一台电子计算机IBM360型 电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。 巨型机 大型机 小型机 微型机 工作站 服务器 嵌入式计算机 按计算机规模分类 1.1
7、计算机基础知识 1.1.3 计算机类型 1.1 计算机基础知识 计算机是一种能按照事先存储的程序 ， 自动 、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备 。 运算速度快 计算精度高 存储容量大 具有逻辑判断能力 按照程序自动运行 计算机特点 1.1.4 计算机的特点及应用领域 1.1 计算机基础知识 科学计算 数据处理 过程与实时控制 人工智能 计算机辅助设计与制造 计算机应用领域 远程通信与网络应用 多媒体与虚拟现实 微机的发展 (1975-1995) 1975年第一台个人电脑问世。 1981年第一台 IBM-PC问世。 1985年 386； 1989年 486； 1993年奔
8、腾出现。CPU进入 32位时代。 1989年多媒体声卡问世。 1995年个人电脑出现 CD-ROM光驱。 1995年 Win 95问世，操作系统进入 Windows 时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。 1995年以来 ， Intel的 CPU频率 （ 2000年 P4，2GHz； 2004年 P4， 3.8GHz） 。 2001年 Windows XP， 集成大量应用程序 ， 例如IE、 Media Player、 图像浏览等 。 2005年 4月 ， 64位 Windows XP操作系统问世 。 2005年 4月 ， CPU进入双核和多核时代 。 2006年 ， Windows
9、 Vista 32位 /64位操作系统发布 。 2009年 ， Windows7操作系统发布 。 微机的发展 (1995- ) 巨型化 存储容量大 、 运算速度达每秒百万亿 、 千万亿次的巨型机是衡量一个国家科技实力的指标之一 。 1.1.5 计算机发展趋势 1.1 计算机基础知识 计算机正向巨型化 、 微型化 、 网络化和智能化方向发展 。 2009年 ， 我国成功研制出每秒 1206万亿次的 “ 天河一号 ”超级计算机 ， 成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次计算机的国家 。 美洲豹 (美国 ) 走鹃 (美国 ) 海妖 (美国 ) 尤金 (欧洲 ) 天河一号 (中国 ) 2009年全
10、球超级计算机排行榜 1.1 计算机基础知识 网络化 通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。 智能化 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。 微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。 1.1 计算机基础知识 Deepblue Garry Kasparov 1996年 2月 10日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝” 1997年 5月 12日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝” 计算机系统 硬件 软件 系统软件 应用软件 中央处理器 运算器 控制器 存储器 内存 外存 输入 /输出设备 1.2 计算机系统构成 1.2.1 计算
11、机硬件系统 1.2 计算机系统构成 冯 诺依曼计算机结构 计算机由运算器 、 控制器 、 存储器 、 输入设备 、输出设备五大部分组成 。 控制信号流 数据流 应用软件 其它系统软件 操作系统 硬 件 应用软件是指用户为解决各种实际问题而编写的程序 。 应用软件可分为两类：一类是针对某个应用领域的具体问题开发的程序；第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件 。 系统软件位于计算机系统最靠近硬件的一层 ， 其他软件一般都通过系统软件发挥作用 ， 系统软件主要包括： (1) 操作系统 。 (2) 语言处理程序 。 (3) 监控管理程序 、 调试程序 、 故障检查和诊断程序等 。 1.2.2
12、 计算机软件系统 1.2 计算机系统构成 1.3.1 信息技术概念 1.3 信息技术基础知识 信息 数据 现代信息技术： 计算机技术微电子技术通信技术 信息 、 材料 、 能源是组成社会物质文明的三大要素 。 信息是一种知识 ， 是接受者事先不知道不了解的知识 。 数据是信息的载体 。 数值 、 文字 、 语言 、图形 、 图像等都是不同形式的数据 。 计算机加工处理的对象是数据 。 除了数学上的数值以外 ， 象字符 、 汉字 、 符号 、 声音 、图形 、 图像等在进行数字编码后都可称之为数据 。 不同类型的数据在计算机内部有着不同的存储和处理方式 。 本章主要介绍计算机中采用的二进制及其运
13、算规则 ， 二进制与其它进制之间的转换；计算机中度量信息的数据单位；不同类型的数据采用的信息编码等 。 2.1计算机信息技术 2.1 计算机所使用的数制 2.1.1 数制的概念 基数： R进制的基数 =R 位权：是一个与数字位置有关的常数，位权 =Rn 其中 n取值：以小数点为界，向左 0， 1， 2， 3 ， 向右 -1， -2， -3 例： (275.8)10=2 102 7 101 5 100 8 10-1 常用数制 十进制 二进制 八进制 十六进制 数字符号 0 9 0， 1 0 7 0 9,A,B,C,D,E,F 基 数 10 2 8 16 (1011.1)2 = 1 23 + 0
14、22 + 1 21 + 1 20 + 1 2-1 2.1 计算机所使用的数制 十进制 二进制 八进制 十六进制 0 0 0 0 1 1 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10 常 用 数 制 的 对 应 关 系 2.1 计算机所使用的数制 2.1.2 二进制的运算 二进制的算术运算
15、 加： 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 减： 0-0=0 0-1=1 1-0=1 1-1=0 乘： 0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1 除： 0 0=0 0 1=0 1 0(无意义 ) 1 1=1 本位为 0， 向高位进位 1 本位为 1， 向高位借 1当 2 二进制的逻辑运算 与 AND： 0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1 或 OR： 0 0=0 0 1=1 1 0=1 1 1=1 非 (取反 )： 0=1 1=0 0表示“假、否”， 1表示“真、是” 2.1 计算机所使用的数制 表示串联， 表示并联 十进制数 二、八、十六进制的转换 由一种数制转换成另一种数制 2.1 计算机所使用的数制
