1、1,第一节计算机的发展史第二节计算机的运算基础第三节计算机硬件第四节计算机软件,第二章 MIS的软硬件基础知识,2,计算机的发展,1、 计算机的创始与发展 (1)从原始计算法到机械计算机 远古时代：手、石子、贝壳等，不但用来计数，而且还能保留下计算的结果。 约1000多年前：中国开始使用算盘，有了进位计算的概念。 1342年：19岁的法国数学家布莱斯.帕斯卡(Blaise Pascal)发明了装有手转圆轮的机械加法器。 1833年：41岁的英国数学家查尔斯.巴贝奇(Charles Babbage)设计了微分分析机(Differential Analyzer)，在方案中他天才地提出计算工具至少必
2、须具备5个部分： 输入部分 送入需要处理的问题和数据； 存储库 保存数据，以便机器使用； 运算室 能进行各种实际的运算； 控制器 指挥机器按顺序工作； 输出部分 送出问题处理的结果。,3,3.1 计算机的发展,巴贝奇的许多观点被一位女伯爵、著名女诗人Augusta Ada Byron记载下来，并深入分析。程序设计语言Ada因她而命名。 1943年，ENIAC诞生，迎来电子计算机时代。 (2)电子计算机时代 第一代，电子管(Electron Tube)时代，约从19431958年。其基本元件是电子管，速度每秒几千次至几万次。 第二代，晶体管(Transistor)时代，约从19591933年。其
3、基本元件是晶体管，速度达到几十万次，体积减少，可靠性提高。 第三代，集成电路(Small-Scale Integration,SSI)时代，约从19341979年。其基本器件是芯片(Chip)，即在几平方毫米的单晶硅片上集成数百个晶体管组成的逻辑电路，速度提高到几百万次，多道和分时系统的出现标志着操作系统的正式形成。 第四代，大规模集成电路(Large-Scale Integration,LSI)时代，从1979年至今。这期间，超大规模集成电路(Very Large-Scale Integration，VLSI)技术也逐步成熟，能在一个芯片上集成数万个,4,3.1 计算机的发展,晶体管，半导体
4、存储器代替了早年的磁芯存储器，CPU的所有部件能集成到一个芯片上，运算速度和存储速度大大加快。3.1.2 计算机的创始与发展 (1)计算机的分类 按处理能力 处理能力主要指运算速度和存储容量。 巨型机(Supercomputer)，大型机(Mainframe)，小型机(Minicomputer)，微机(Microcomputer)。 目前，随着小型机体积的缩小和微机处理能力的提高，小型机与微机之间的差别已越来越小。 按应用类型 主机(Mainframe)，服务器(Server)，工作站(Workstation)，客户机(Client) 。 (2)微型计算机及其应用 微型计算机也称为个人计算机(
5、Personal Computer)，是终端,5,3.1 计算机的发展,用户最常用的计算机。包括笔记本式、台式和立式等。其应用领域如下： 字处理(Word)；电子表格(Excel)；企业数据库系统(Access, SQL Server)；绘图(CAD, CoreDraw)；通信(E_Mail)；娱乐(Multimedia, Game)；工程计划(Project)；应用开发(Application)等。 (3)小型机及其应用 小型计算机无论是体积、重量还是功能和价格，都介于大型计算机与微型机算计之间。 小型机主要用在科学研究、建筑系统、工程分析和工业过程控制等方面。 (4)巨型机、大型机及其应用
6、 可以有多个处理器(CPU)，运算速度可达每秒千亿次，内存容量可达几个GM字节，可同时供几百个用户上机。 主要用在军事、气象、航天、银行和石油等部门或行业。,6,微型计算机的发展时代,微型计算机的发展史：（PC最初是IBM公司的微机商标名）第一代：4位和底档8位微处理器时代（始于1971年）第二代：8位微处理器时代（始于1973年）第三代：16位微处理器时代（始于1978年）第四代：32位微处理器时代（始于1981年）,7,Intel 芯片介绍,1）intel8088是一种准16位微处理器，是在8位8080基础上发展起来的。2）intel80286是一种16位微处理器，它在CPU的体系结构上发
7、生了很大的变化，标示着新一代微处理器的开始。3）intel80386是新一代的32位微处理器，可处理8位、16位、32位等多种类型的数据。4）intel80486是典型的32位微处理器，其性能比386高3倍以上。5）intel奔腾（586）及更高档的微处理器，奔腾CPU是典型的64位处理器，是多媒体微机较好的产品。,8,Intel公司一改往常的做法，将其命名为Pentium(奔腾)，其主频有133MHz、166200MHz。1996年上市的PentiumII，主频高达233MHz、266MHz等。,9,3.2 计算机的运算基础,3.2.1 计算机系统原理 (1)冯.诺依曼计算机结构的基本思想
8、1945年，冯.诺依曼(Von Neumann)提出了两个极其重要的思想：存储程序和二进制。 存储程序(Stored Program)：程序应该象数据一样存储在存储器里，并由机器来执行。问题算法程序(由多条指令组成)指令(计算机能实现的基本操作)。指令和数据按二进制存储一次取出一条指令执行顺序执行下一条指令，直到程序结尾完成一个复杂运算。 二进制(Binary System)：计算机指令和数据均以二进制编码的形式存储。二进制只有“0”和“1”两个数字，可方便地用电子器件的高电平和低电平来表示。 (2)计算机系统的基本结构 计算机通常由输入设备、控制器、运算器、存储器和输出设备五个部分组成。如图
9、3.1所示。,10,3.2 计算机的运算基础,输入设备,CPU,内存(一级存储单元),主机,输入设备,外存(二级存储),图3.1 计算机系统组成,输入设备(Input Equipment) ：包括键盘、触摸式屏幕、光笔、鼠标、扫描仪等，用来输入信息到计算机中。 中央处理器(Central Processing Unit,CPU)：由控制器和运算器组成，协调各功能部件的联系，解释和执行指令，存取数据。,11,3.2 计算机的运算基础,输出设备(Output Equipment) ：包括显示器、打印机、音箱等，用来输出计算机中的任何信息。 存储器(Memory，Storage)：包括内存和外存，用
10、来存储程序和数据。3.2.2 计算机中数据表示方法 任何数据，包括图形、图象、表格、声音、文字、数字等在计算机中皆以二进制表示。二进制电子线路设计的理论基础是取值范围仅为“0”和“1”的逻辑代数(布尔代数)。 二进制的优越性： 只有0和1两个数字符号，因此在现实世界中易找到有两个既对立又稳定状态的物理器件来表示，如晶体管的导通和截组。 二进制运算法则简单，加法：0 + 0=0，0 + 1=1，1 + 0=1，1 + 1=10；乘法：0 x 0=0，0 x 1=0，1 x 0=0，1 x 1=1；逻辑与：0 & 0=0，0 & 1=0，1 & 0=0，1 & 1=1；逻辑或：0 | 0=0，0
11、| 1=1，1 | 0=1，1 | 1=1；逻辑非：0 = 1，1 = 0。 逻辑运算和算术运算取值范围相同，可共享一个运算器。,人类最直接的计数工具是手指，所以人们在日常生活中采用10进制计数,二进制原理,0123456789,0123456789,1,十进制,电计算机采用磁光等方式来工作，所以其数方式为,二进制原理,101010101010,1,01,01,二进制,十进制数,十进制换算,各位权值,值的计算,结果,二进制数,二进制与十进制换算,各位权值,值的计算,二进制十进制,二进制十进制（练习）,二进制十进制（练习）,84,168,42,10001011,十进制二进制,.6875,十进制二
12、进制（小数部分）,二进制的运算,由于二进制数通常位数比较多，读和写时容易出错，因此人们又采用了另外一些进制的方法来书写数值，这些进制的数通常与二进制的数有良好的对应关系八进制数是将二进制的三位一组，进行合并后来记录数值的计数方法十六进制数是二进制的四位一组，进行合并后来记录数值的计数方法必须明确一点：真正由计算机可以直接存贮和处理的数只能是二进制的。,更多的进制,八进制数,八进制,十六进制数,十六进制,值：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15表示：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ,25,两点需要说明的问题,注意：在进行八、十六进制数之间的转换时，往
13、往利用二进制作为中介。即先把原数转换为二进制，再把得到的二进制转换为目标进制。 为区分不同数制表示的数，在书写时采用字母B（Binary）表示二进制，用字母O（Octal）表示八进制，用D（Decimal）表示十进制，用字母H（Hexadecimal）表示十六进制。,计算机使用它的存贮器来存贮信息，所以必须对存贮器进行单位划分及容量衡定存贮器中，可以存贮1位二进制数（即0或1）的最小单位称为“位”（Bit)人们通常将8个二进制位称为一个字节（Byte），一个字节能存贮1个字符，所以，字节衡定计算机存贮容量的基本单位,信息单位,27,几种常用的进位计数制,数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统
14、一的规则来表示数值的方法。按进位的方法进行计数，称为进位计数制在计算机中，我们最常用的是十进制、二进制、八进制与十六进制在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。,28,十进制、二进制、八进制、十六进制,2、十进制与二进制、八进制、十六进制如(819.18)10=8102+1101+9100+1 10-1+810-2(101.01)2=122+021+120+0 2-1+12-2（5.25）10（123.24）8 182+281+380+2 8-1+48-2（83.3125）10（3AB.48）16= 3162+A161+B160+4 16-1+816-2=(939.28125)10,29,=
15、8*10*10+1*10+9*1+1*1/10+8*1/(10*10)1*8*8+2*8+3*1+2*1/8+4*1/(8*8)=3*16*16+10*16+11*1+4*1/16+8*1/(16*16),30,二进制与计算机,二进制编码形式与机器中的电子元件状态相对应1、可行性：采用二进制，它只有0和1两个状态，这在物理上是极易实现的。2、简易性：二进制的运算法则简单。3、逻辑性：1和0与逻辑代数中真和假相对应4、可靠性：0和1在存储、传输和处理时不容易出错，这使计算机具有高可靠性得到了保障。,31,数据的单位,1、位(bit)2、字节（Byte)1B8bits1kB=210B=1024B1
16、MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB3、字（Word）：字是由若干字节组成的（通常取字节的整数倍）,位与字节,该字节代表：数值65或字母A,由于计算机的存贮容量通常相当大，有时达数千万或数亿字节，这样用字节这个单位来表达该容量就显得太小，因此人们还常用：K字节(千)：1K=1024ByteM字节(兆)：1M=1024KG字节(吉)：1G=1024MT字节：1T=1024G,存贮容量单位,字与字长,该计算机字长为32位,ASCII代码表,代码：100 0001 = 65,36,汉字信息处理,图1-15 汉字处理过程,GB2312-80汉字代码表,38,及汉字的字形码及字库,
17、一个2424汉字需要576位，共576/8=72字节。 一个6763个汉字的字库需要72X6763字节的存储空间。,图1-16 2424点阵的汉字字模“跑”,39,汉字的机内码,ASCII编码的每字节最高位为0，为使汉字编码与ASCII码相区别，通常把汉字交换码(即国标码)两字节的最高位均置为1，就变为了相应汉字的机内码。例如：“中”国标码对应的二进制为（0101 0110 0101 0000），相应十六进制为5650H，它对应的内码二进制为（1101 0110 1101 0000），相应十六进制为D6D0H。,40,数据的各种单位的几种说法,计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位。字节是计
18、算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。字是计算机进行数据存储和数据处理的运算单位。,41,3、字符的编码,计算机的信息都是用二进制编码表示的。计算机中常用的字符编码有BCD（Binary-Coded Decimal)编码和ASCII(American Standard Code for Information Interchange)，我们常用ASCII。,42,计算机硬件,中央处理器存储系统输入与输出设备,43,3.3 中央处理器,硬件是计算机物理设备的总称。它们通常是指电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置。一台微机的系统结构见图3.3。,中央处理器(CPU)是计算机的主要部件，
19、它由两个主要部分组成：运算器和控制器。3.3.1 运算器 运算器(Arithmetic Section)，由算术逻辑单元(Arithmetic and Logical Unit, ALU)，累加器、状态寄存器和通用寄存器组成。,中央处理器(运算器 + 控制器)CPU,内存储器,主机,I/O接口1,外设1,I/O接口n,网络接口,外设n,图3.3 微机的系统结构,44,3.3 中央处理器,ALU主要用于完成算术、逻辑操作；累加器用于暂存操作数或运算结果；状态寄存器也称标志寄存器，存放ALU运算后产生的状态信息，如溢出和进位等；通用寄存器用于暂存操作数与数据地址。3.3.2 控制器 控制器(Con
20、troller)：是计算机的神经中枢，按照主频的节拍产生各种控制信息，以完成指令的操作。 主频速度一般与CPU型号相关，主频越高，运行速度越快。 控制器按顺序从内存取出各条指令并执行之。其步骤如下： 从内存经总线取出指令暂存于CPU的指令寄存器； 将指令操作码送到指令译码器，分析和解释指令； 将解释结果传给微操作控制电路，由它向各功能部件发出控制信息； 当各部件完成操作，程序计数器增加“1”单位，指向下一条指令地址。,45,3.3 中央处理器,3.3.3 CPU的发展 当前，许多计算机都使用了多处理机技术。 (1)辅助处理器：帮助主处理器执行多种功能。例如，浮点运算协处理器、视频显示控制器、声
21、音处理器和磁盘控制器等。 (2)并行处理器：一台计算机中有多个CPU，可以并行处理任务和指令，速度成倍增加。 (3)RISC处理器：精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer，RISC)。相对于复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer，CISC)而言，RISC指令数减少，但运行速度提高，处理时间缩短。,46,3.4 存储系统,3.4.1 计算机存储系统及其发展 计算机存储器分为主存储器(主存)和辅存储器(辅存)两种。 主存(Main Memory)：亦称为内存(Internal Memory)或一级存储器，直接与
22、CPU打交道。主要由半导体器件组成。 辅存(Auxiliary Memory)：亦称为外存(External Memory)或二级存储器，间接与CPU打交道。主要有磁带、磁盘、磁鼓、光盘等。3.4.2 主存储器 主存储器主要由半导体存储器组成。分为两大类：只读存储器ROM(Read Only Memory)，只能从中读出信息，不能往里写信息。随机存取存储器RAM(Random Access Memory)，可以任意时刻从/往任意存储单元读/写信息。 高速缓存(Cache)：介于CPU与主存间，存最常用数据和程序。3.4.3 二级存储器 磁盘和光盘已成为计算机主要的海量存储介质。磁盘分软盘和硬盘
23、两种。光盘有CD-ROM、WORM(Write Once Read Many)和EOD (Erasable Optical Disk)等。新有USB接口的Flash存储芯片(13M-2G)。,47,3.4 输入/输出设备,外围设备(Peripheral Equipment)是所有输入/输出设备和二级存储器的总称。它们通过各种I/O接口和CPU连接并通信。3.3.1 输入设备 (1)键盘(Keyboard)：最常用的击打式输入设备。 (2)点触式(Pointing)设备：鼠标、操纵杆和触摸屏等。 (3)电脑笔：一种在屏幕或画板上手写输入信息的笔状设备。 (4)光磁识别：扫描仪，带条形码、磁性字符
24、和磁条的物体。3.3.2 输出设备 (1)显示器：阴极射线管(Cathodal Ray Tube,CRT)，液晶显示器(Liquid Crystal Display)，等离子显示器(Plasma Display)，投影仪等。 (2)打印机：点阵打印机(Matrix Printer)，激光打印机(Laser Printer)，喷墨打印机(Ink Jet Printer)等。3.3.3 声音、视频输入/输出设备 (1)声音：输入来自人或合成器的声音；输出声音文件到音箱中。(2)视频：输入来自TV、录象机、摄象机的信息；输出影象、影音文件到TV中。,48,计算机软件,软件的概念系统软件程序设计语言,
25、49,软件的概念,软件分类 计算机软件总体上分为两大类，一类是系统软件，一类是应用软件。它们的细分如图8.1所示。 系统软件：管理与支持计算机系统资源及操作的程序。 应用软件：直接处理用户常规任务或特定应用的程序。,计算机软件,系统软件,系统管理程序, BIOS系统 操作系统 数据库 管理系统,系统支持程序, 驱动程序 安全程序 通信系统,应用软件,通用应用程序, 字处理 电子表格 绘图程序,专业应用程序, 会计系统 库存系统 采购系统 销售系统,图8.1计算机软件的分类,50,软件的概念,软件发展趋势 首先，应用软件由组织自己开发转由软件公司提供满足组织需求的通用软件包。 其次，程序设计语言
26、由面向过程的高级语言逐步朝面向对象的高级语言和人机交互的自然语言方向发展。,系统软件,系统软件的分类 系统软件分为三类： (1)系统管理程序 在计算机系统执行各种用户任务时,这种程序用于管理系统的硬件、软件和数据资源。 (2)系统支持程序 这类程序对计算机系统的操作和管理提供各种支持。 (3)系统开发程序 这类程序主要帮助用户开发信息系统或应用程序。,51,系统软件,8.2.2 操作系统(Operating System，OS) 操作系统：调度和管理计算机系统资源，对用户和应用程序提供各种服务的一种软件。 (1)重要性 是硬件和用户之间必不可少的一部分；向用户提供最有效的操作方式；最大化计算机
27、的生产效率；最小化计算机的响应时间。 (2)功能 OS有五大功能：用户界面、资源管理、文件管理、任务管理、实用程序与支持服务。 用户界面 帮助用户实现与计算机系统的交流。三种：命令(Command)、菜单(Menu)、图形用户界面(Graphic User Interface ,GUI)。 资源管理 管理CPU、I/O设备、存储器的分配和使用。 文件管理 控制数据文件和程序文件的生成、存取和删除。 任务管理 对终端(Terminal)用户的任务进行调度和时间片(Time Slice)分配。 实用程序与支持服务 提供常用的命令和工具程序。,52,系统软件,(3)操作系统的类型 按功能划分：批处理
28、OS、分时OS(UNIX)、实时OS(导弹用OS)。 按配置划分：单机OS、网络OS。 按用户划分：单用户OS(DOS 3.1)、多用户OS(Windows 3.1)。 按任务数量划分：单任务OS、多任务OS(Windows 98)。其它系统程序 (1)数据库管理系统(DataBase Management System,DBMS) 帮助企业或组织开发、使用和维护管理信息系统。 (2)编译程序(Compiler) 把高级语言编写的源程序翻译成由CPU能够识别的机器指令组成的目标文件(.OBJ文件)。 (3)连接程序(Linker) 把不同目标文件或目标文件与库函数连接和装配起来生成可执行的文件
29、(.EXE或.COM文件)。,53,（3）流行的操作系统,54,程序设计语言,机器语言 早期的计算机不配置任何软件,被称为“裸机”(Bare Machine)。裸机只认识“0”和“1”两种代码。 机器语言：指令代码由“0”和“1”组成的语言。 优点：执行效率高、速度非常快。缺点：使用太不方便。汇编语言 机器语言：又称符号语言，其指令的操作码和操作数地址全部用符号(助记符)来表示。 用汇编语言编写的源程序必须经汇编程序(Assembler)翻译成机器指令代码后才能运行。 优点：执行速度快。缺点：需记忆的符号太多，缺乏通用性。高级语言 高级语言：采用英文单词或类英文单词作为语句的语言。 优点：便于
30、理解、记忆和掌握；源程序易于编写和修改；基本上与具体的计算机无关，通用性强。,55,程序设计语言,高级语言源程序不能直接在计算机中运行，必须先翻译成机器指令才能运行。有两种翻译方式： 解释方式：源程序在解释程序(Interpreter)环境中边翻译边执行，不生成中间文件。 编译方式：源程序经编译程序(Compiler)翻译成目标文件、目标文件再经连接后生成可执行文件。第四代语言 第四代语言：使用非过程化的语言或类自然语言来说明用户的要求，而后由计算机决定实现这个要求的指令序列。它是相对于第一代机器语言、第二代汇编语言、第三代高级语言而言。面向对象的语言 面向过程的编程语言：以过程(活动)为单位
31、，把数据与对象结合起来赋予过程。例如，Pascal语言。 面向对象的编程语言(Object-Oriented Programming Language, OOPL)：以对象为单位，把数据与过程(活动)结合起来赋予对象。例如，C+语言、 JAVA语言。,56,程序设计语言,程序设计工具 程序设计工具：提供程序编辑、图形编辑、错误查找、故障诊断、代码生成、代码重用及原型复用等功能的一种软件。例如，Visual C+，Visual Foxpro等。 这类工具大多数属于计算机辅助软件工程(Computer-Aided Software Engineering,CASE)软件包的一部分。 重要性：提高程序员的效率和效益，降低程序设计的单调与乏味，提高程序的正确性。,57,软件介绍（系统软件、应用软件）,计算机软件系统层次关系,
