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计算机文化基础,第一章 计算机的基础知识,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,2,目录,计算机发展简史计算机的组成及工作原理信息的表示与存储计算机的类型与分工计算机软件系统,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,3,计算机发展简史,二进制和存储程序控制计算机的产生第一台电子数字计算机ENIAC冯诺依曼结构计算机计算机发展的几个阶段电子管时代晶体管时代中小规模集成电路时代大规模及超大规模集成电路时代,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,4,第一台电子计算机ENIAC,电子数字积分与计算机，ENIAC(19431946)Electronic Numerical Integrator And Calculator,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,5,第一台电子计算机ENIAC,5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW,ENIAC(19431946),13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,6,冯诺依曼结构计算机,存储程序控制原理五个基本部件运算器控制器存储器输入设备输出设备,冯诺依曼John von Neumann,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,7,第一台存储程序控制计算机,电子延迟存储自动计算机，EDSAC(1949)Electronic Delay Storage Automatic Computer,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,8,计算机发展的几个阶段,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,9,计算机的组成与工作原理,指令、指令系统和程序存储程序控制原理计算机的基本组成CPU的工作原理,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,10,指令和指令系统,指令计算机所能识别并执行的一条操作命令每条指令都规定了计算机所要执行的一种基本操作指令是对计算机进行程序控制的最小单位指令系统一台计算机所有指令的集合不同种类的计算机，其指令系统也不尽相同,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,11,程序(Program),程序完成某项既定任务而编写的一组指令序列计算机按照程序规定的流程依次执行指令，才能完成相应的计算任务计算机的两个基本能力能够存储程序能够自动执行程序,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,12,指令的格式与类型,指令格式指令类型传送指令 数据存取、数据传送算术逻辑运算指令 基本的算术逻辑运算输入/输出指令 从外部设备读取或写入数据程序控制指令 实现控制转移功能，如跳转,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,13,存储程序控制原理,存储程序控制原理计算机用存储器按地址存放所要执行的程序和数据，用CPU按地址从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析，执行指令规定的操作存储程序控制原理是计算机内在的基本工作原理存储程序控制原理决定了人们使用计算机的主要方式编写并运行程序,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,14,计算机的基本组成,计算机结构示意图,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,15,中央处理器(CPU),运算器对数据进行程序中指令所规定的运算操作控制器对其他四个部件发出控制信号，以控制全机完成指令规定的处理任务中央处理器运算器和控制器通常在一个机柜或一个集成电路芯片中，统称为中央处理器(CPU)中央处理器是计算机执行指令和程序的中心,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,16,存储器(Memory),存储器存放程序和数据，包括运算的中间结果和最终结果存储器又称为“内存”或“主存”在存储器中，程序和数据的存放是没有任何区别的,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,17,外部设备,外部设备输入设备和输出设备统称为“外部设备”或“I/O设备”常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等常见的输出设备有显示器、打印机等外部存储器(简称“外存”)是一种特殊的外部设备，包括磁带、软盘、硬盘、光盘等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,18,总线(Bus),总线在计算机基本部件之间传送信息的通路根据所连接部件的不同输入输出总线、存储器总线、CPU总线根据所传送信息的类别地址总线(AB,Address Bus)控制总线(CB,Control Bus)数据总线(DB,Data Bus),13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,19,CPU的工作原理,CPU原理框图,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,20,信息的表示与存储,二进制字长与信息存储单位数值信息的表示及数制转换二、八、十六及十进制整数转换法除基取余法小数转换法乘基取整法非数值信息的表示中西文字符的表示,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,21,二进制(Binary),二进制二进制可以方便的用具有两种稳定状态的物理量表示，如电压的高低、电流的有无等二进制的四则运算规则简单二进制便于表示逻辑量和逻辑运算计算机用二进制方式存储各种信息计算机与人交互时，把二进制信息转换为人们熟悉的形式，如十进制数、文字、图象等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,22,字长,字长字长指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数字长代表了机器的精度机器的功能设计决定了机器的字长大型机需要字长为32位、64位等微型机一般字长为16位、32位等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,23,信息存储单位,信息存储单位位(b,bit)一位二进制信息，度量数据的最小单位字节(B,byte)八位二进制信息，信息存储中最常用的基本单位数量级前缀1K=1024=2101M=1024K=2201G=1024M=2301T=1024G=240,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,24,数值信息的表示,r进位值制r进制 逢r进一位值制 每位的权值与位置有关，即当r=2时，即为二进制，有,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,25,几种常用进制,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,26,数制转换,二、八、十六进制转换为十进制按照r进位值制的定义进行转换二、八、十六进制之间的转换根据二、八、十六之间的关系进行转换8=23，16=24十进制转换为二、八、十六进制整数部分：除基取余法小数部分：乘基取整法,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,27,2、8、16进制转换为10进制,1100.0101B=123+122+021+020+02-1+12-2+02-3+12-4=12.3125D31A.7H=3162+1161+10160+716-1=794.4375D,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,28,2、8、16进制之间的转换,二、八、十六进制之间的对应关系8=23，16=24一位八进制数相当于三位二进制数一位十六进制数相当于四位二进制数转换方法二进制数各位以小数点为中心向两边划分，每3(4)位为一组，转换为一个8(16)进制数两边不够时，应补0凑足分组位数(3或4),13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,29,2、8、16进制之间的转换,1011011.1B转换为八进制和十六进制,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,30,10进制转换为2、8、16进制,整数部分和小数部分分别进行转换整数部分采用“除基取余法”小数部分采用“乘基取整法”十进制小数不一定能转换为二进制有限不循环小数可以先把十进制数转换为二进制，然后再转换为八进制或十六进制,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,31,整数转换法除基取余法,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,32,小数转换法乘基取整法,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,33,数值数据的表示,定点表示方法定点整数定点小数浮点表示方法数值数据的编码原码反码补码,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,34,非数值信息的表示,西文字符编码方案ASCII中文字符编码方案GB2312-80/GBKUnicode其他非数值信息多媒体数据：图形、图像、音频、视频其他数据：各种软件自定义的数据,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,35,西文字符编码方案ASCII,ASCII码American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准码标准ASCII码 占1个字节，最高位为0，用剩余7位编码，可以表示27=128个字符，包括数字、英文字母、标点符号、控制字符等扩展ASCII码 扩展了最高位为1的部分，共28=256个字符，除标准ASCII外，还包括了其他西文字母形式、制表符、数学符号等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,36,中文字符编码方案,GB2312-80标准(国标码)每个汉字用两个字节表示，每个字节的最高位为1，剩余7位用于编码共收录一级汉字3755个，二级汉字3008个，其他语言字符和图符682个GBK(汉字内码扩展规范)在GB2312的基础上，增加了生僻的人名、地名、古籍用字、繁体字、日韩用汉字、其他非汉字符号等，共两万多个,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,37,Unicode,采用16bit进行编码收录世界各种古今语言的文字、字母、文字变化形式、标点符号、各学科使用的科学技术符号、盲文、装饰图形等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,38,计算机的类型与分工,按照用途分通用机 能适应多种用途的需要专用机 功能单一，配有解决特定问题的软硬件，并能高速、可靠的解决特定问题按照综合性能指标分巨型机 军事、航天、地质、天气预报等大型机 政府、社会管理部门、企业、银行等小型机 要求较低的企业级应用微型机 办公、个人计算机、一般应用场合等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,39,巨型机地球模拟器,地球模拟器,35.6万亿次运算/秒占地3250m2,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,40,巨型机曙光4000L,曙光天潮4000L超级服务器峰值浮点运算速度3万亿次/秒40个机柜644个CPU644GB内存100TB磁盘容量,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,41,计算机软件系统,软件和硬件操作系统简介计算机算法基本概念计算机程序设计语言,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,42,软件和硬件,计算机系统由硬件和软件两部分组成硬件组成计算机的物理实体包括CPU、存储器、外部设备等软件程序、文档、使用说明书等软件一般分为系统软件和应用软件两大类,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,43,系统软件和应用软件,系统软件计算机系统开发和执行应用程序所必需的软件集合，为用户提供一个友好的操作界面包括操作系统、语言处理程序、实用程序、常用工具软件等应用软件专业人员或用户为各种应用而编制的程序如办公自动化软件、科学计算软件等,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,44,计算机的软硬件层次,裸机,操作系统,其他系统软件,应用软件,一般用户,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,45,操作系统简介,操作系统是最基本的系统软件操作系统的功能对计算机系统中的软件和硬件资源进行有效的管理，合理组织计算机有效的工作，为用户提供一个使用计算机的支持环境常用的操作系统DOSWindows95/98/ME、Windows NT/2K/XPUnix、Linux,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,46,计算机算法基本概念,算法解决某个问题的精确而完整的描述程序是利用计算机语言实现的算法算法是抽象的解题方法程序是这种解题方法的具体实现算法的主要特征包括确定性、有限性、能行性、输入和输出编程中应注意选择有效的算法,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,47,计算机程序设计语言,汇编语言,机器语言,高级语言,低级,高级,C语言,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,48,计算机程序设计语言,机器语言计算机硬件能理解的语言表现为一组二进制编码形式不同的CPU有不同的机器语言汇编语言用助记符表示每一条机器指令与机器的相关性仍然很强汇编程序需要汇编成机器语言程序才能执行,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,49,计算机程序设计语言,高级语言与自然语言和数学语言更接近，可读性强，编程方便高级语言程序可以在具有该种语言编译系统的不同计算机上使用高级语言程序必须编译或解释成机器语言才能执行编译程序和解释程序是系统软件中的重要组成部分,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,50,汇编、编译、解释和连接,源程序,目标文件,可执行文件,汇编,连接,执行,汇编语言程序,源程序,目标文件,可执行文件,编译,连接,执行,高级语言程序(编译型),源程序,逐条解释执行,高级语言程序(解释型),解释程序,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,51,主要高级语言,C适合开发系统软件，目前其应用领域已经非常广泛，成为最流行的程序设计语言之一Turbo C 2.0、Borland C 3.1、gccC+面向对象的语言，由C发展而来Visual C+、Turbo C 3.0、Borland C 3.1、C+Builder,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,52,主要高级语言,BASIC解释执行，容易学习，不太适合开发系统软件Visual Basic FORTRAN主要用于科学计算PASCAL主要用于教学、算法描述等，也用于软件开发Delphi,13.04.2023,计算机文化基础-第一章 计算机的基础知识,53,The End,
