1 / 125

第 1 章 计算机基础知识

第 1 章 计算机基础知识. 1.1 计算机概述 一、什么是计算机 计算机是一种能对各种信息进行存储和高速处理的工具或电子机器。 对上述定义要强调两点： ①计算机不仅是一个计算工具，而且还是一个信息处理机。 ②计算机不同于其它任何机器，它能存储程序，并按程序的引导自动存取和处理数据。. 1.1 计算机概述 (1). 二、计算机的发展简史 1. 早期的计算工具 东方的创造：算筹、算盘 西方的灵感：机械式计算工具 机械 - 电动式计算机 2. 电子计算机的诞生

sylvie
Télécharger la présentation

第 1 章 计算机基础知识

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第1章 计算机基础知识 • 1.1 计算机概述 • 一、什么是计算机 • 计算机是一种能对各种信息进行存储和高速处理的工具或电子机器。 • 对上述定义要强调两点： • ①计算机不仅是一个计算工具，而且还是一个信息处理机。 • ②计算机不同于其它任何机器，它能存储程序，并按程序的引导自动存取和处理数据。

  2. 1.1 计算机概述(1) • 二、计算机的发展简史 • 1.早期的计算工具 • 东方的创造：算筹、算盘 • 西方的灵感：机械式计算工具 • 机械-电动式计算机 • 2.电子计算机的诞生 • 1946年2月,美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和电气工程师埃克特研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机(ENIAC)。

  3. 1.1 计算机概述(2) • ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator) • 电子数值积分计算机 电子管:18800只 电阻:70000个 电容:10000只 继电器:1500个 耗电:140kW/h 占地:170m2 重量:30吨 速度:5000次/秒

  4. 1.1 计算机概述(3) ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。 当ENIAC公开展出时,一条炮弹的轨道用20 秒就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。

  5. 1.1 计算机概述(4) • 冯·诺依曼(Von Neumann)与计算机结构理论 ①1946年6月发表“电子计算机装置逻辑结构初探”论文 ②采用电子元件的计算机应使用二进制 ③程序应保存在存储器中(存储程序) ④EDVAC(离散变量自动电子计算机) 图灵(Turing)与现代计算机的设计思想 ①1936年提出“理想计算机”，论文题目是论可计算数及其在判定问题的应用 ②加、减和比较运算能完成许多数学计算 ③通用图灵机是现代通用数字计算机的数学模型，它把程序和数据都以数码形式存储，属“存储程序”型计算机

  6. 1.1 计算机概述(5) • 3.计算机的发展阶段

  7. 1.1 计算机概述(6) • 4.计算机的发展趋势 • ⑴巨型化(功能巨型化) • 巨型化是指具有高速运算、大存储容量和功能强大的巨型计算机系统。如ILLIAC-IV、银河机。 • ⑵微型化(体积微型化) • 包括台式微机、笔记本电脑、掌上电脑。 • ⑶网络化(资源网络化) • 网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分散在不同地点的计算机互联起来，按照网

  8. 1.1 计算机概述(7) • 络协议相互通信，以使所有用户均可共享软件、硬件和数据资源的目的。如Internet。 • ⑷智能化(处理智能化) • 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力。如专家系统和智能机器人。 • 5.未来计算机的展望 • ⑴神经网络计算机：神经元 • ⑵生物计算机：生物芯片 • ⑶光子计算机：光子代替电子

  9. 1.1 计算机概述(8) • 三、计算机的特点 • 1.运算速度快(每秒数万亿次) • 2.计算精度高(理论上不受限制) • 3.存储能力强(中等规模图书馆) • 4.具有逻辑判断能力 • (算术运算、逻辑运算、判断比较) • 5.具有自动执行能力(无需人工干预)

  10. 1.1 计算机概述(9) • 四、计算机的分类 • 1.按计算机用途分类 • ⑴通用计算机：它是为了能解决多种类型的问题，具有较强的通用性而设计的计算机。 • ⑵专用计算机：它是为了解决一个特定的问题而专门设计的计算机。 • 2.按计算机性能分类 • ⑴巨型机(Giant Computer) • 它是指运算速度超过每秒1亿次的高性能计算机，如Cray系列机、银河系列机。

  11. 1.1 计算机概述(10) • ⑵大型机(Large-Scale Computer) • 它是指运算速度在每秒100万次～几千万次的计算机,如IBM,DEC,日立等都是大型机厂商。 • ⑶中型机(Medium-Scale Computer) • ⑷小型机(Minicomputer) • DEC PDP-11, VAX-II, DJS-130 • ⑸微型机(Microcomputer) • IBM PC/XT/AT,386,486,Pentium,苹果机

  12. 1.1 计算机概述(11) • 五、计算机的应用领域 • 1.科学计算 • 它是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。 • 2.信息处理 • 信息处理是指对各种信息进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用和传播等一系列活动的统称。 • 3.过程检测与控制 它是指用计算机及时采集检测数据，按最

  13. 1.1 计算机概述(12) • 优值迅速地对控制对象进行自动调节或控制。 • 4.辅助技术与制造 • ⑴计算机辅助设计--CAD • ⑵计算机辅助制造--CAM • CIMS--计算机集成制造系统 • ⑶计算机辅助教学--CAI • 5.人工智能 • 人工智能是用计算机来模拟人的感应、判断、理解、学习、问题求解等人类智能活动。 • 6.网络应用

  14. 1.2 数制与编码(1) • 一、数制及其转换 • 1.什么是进位计数制 • ⑴非进位计数制 • 其特点是：表示数值大小的数码与它在数中的位置无关。典型的非进位计数制是罗马数字，例如,罗马数字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ • ⑵进位计数制 • 其特点是：表示数值大小的数码与它在数中的位置有关。例如，十进制数 123.45

  15. 1.2 数制与编码(2) • 任何进位计数制的要素： • ①基数：它是指各种进位计数制中允许选用基本数码的个数。例如十进制的数码有：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9则十进制的基数为10。 • ②权值：每个数码所表示的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数叫做权值。例如：123.4=1×102+2×101+3×100+4×10-1

  16. 1.2 数制与编码(3) • 2.几种进位计数制 ③几种进位计数制的对应关系

  17. 1.2 数制与编码(4) 几种进位计数制的对应关系

  18. 1.2 数制与编码(5) • 3.不同进制之间的转换 • ⑴二进制数与十进制数的互换 • ①二进制数转换成十进制数 采用按权展开式求和，就可把二进制数转换成十进制数。例如：(101.1)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1=(?)10 • ②十进制数转换成二进制数 • 十进制数有整数和小数两部分。在转换时,整数部分采用除2取余法,小数部分采用乘2取整法。例如：(105.625)10=(?)2

  19. 1.2 数制与编码(6) • ⑵二进制数与八进制数的互换 • ①二进制数转换成八进制数 • 可概括为三位并一位。即以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每三位一组，不足三位添0补足,然后把每组的三位二进制数按权展开相加，得到相应的一位八进制数码，再按权的顺序连接即得相应的八进制数。例如:(1011100.00101011)2=(?)8 • (001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8 1 3 4 . 1 2 6

  20. 1.2 数制与编码(7) • ②八进制数转换成二进制数 • 可概括为一位拆三位。即把每一位八进制数写成对应的三位二进制数，然后按权连接即可。例如： • (123.67)8=(?)2 • 1 2 3 . 6 7 (八进制) 001,010,011.110111 (二进制) • (123.67)8=(1010011.110111)2

  21. 1.2 数制与编码(8) • ⑶二进制数与十六进制数的互换 • ①二进制数转换成十六进制数 • 可概括为四位并一位。即以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每四位一组，不足四位添0补足,然后把每组的四位二进制数按权展开相加，得到相应的一位十六进制数码，再按权的顺序连接即得相应的十六进制数。例如：(1011110.00011)2=(?)16 • (0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)16 5 E . 1 8

  22. 1.2 数制与编码(9) • ②十六进制数转换成二进制数 • 可概括为一位拆四位。即把一位十六进制数写成对应的四位二进制数，然后按权连接即可。例如： (123.EF)16=(?)2 • 1 2 3 . E F (十六进制) 0001,0010,0011.1110,1111 (二进制) • (123.EF)16=(100100011.11101111)2 • 十进制数:512D或512 二进制数:1011B八进制数:127Q 十六进制数:A8H

  23. 1.2 数制与编码(10) • 4.计算机采用二进制的原因 • ⑴电路简单：计算机是由逻辑电路组成，而逻辑电路通常只有两个状态。 • ⑵可靠性高：两个状态表示的二进制两个数码，数字传输和处理不容易出错。 • ⑶运算简单：二进制运算法则简单。 • ⑷逻辑性强 计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。

  24. 1.2 数制与编码(11) • 二、二进制的算术运算 • 1.加法运算 • 法则：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(逢二进一) • 例如：(1011011)2+(1010.11)2=(?)2 • 1011011 +) 1010.11 1100101.11 • (1011011)2+(1010.11)2=(1100101.11)2

  25. 1.2 数制与编码(12) • 2.减法运算 • 法则：0-0=0 0-1=1(借一当二) 1-0=1 1-1=0 • 例如：(1010110)2-(1111.11)2=(?)2 • 1010110 -) 1111.11 1000110.01 • (1010110)2+(1111.11)2=(1000110.01)2

  26. 1.2 数制与编码(13) • 3.乘法运算 • 法则：0×0=0 1×0=0 0×1=0 1×1=1 • 例如：(1011.01)2×(101)2=(111000.01)2二进制乘法运算可归结为加法与移位。 • 4.除法运算 • 法则：0÷0=0 1÷0=(无意义) 0÷1=0 1÷1=1 • 例如：(100100.01)2÷(101)2=(111.01)2二进制除法运算可归结为减法与移位。

  27. 1.2 数制与编码(14) • 三、二进制的逻辑运算 • 1.什么是逻辑运算 • 逻辑是指条件与结论之间的关系，因此逻辑运算是指对因果关系进行分析的一种运算。 • 逻辑运算的结果并不表示数值大小，而是表示一种逻辑概念，若成立用真或1表示,若不成立用假或0表示。 • 2.三种基本逻辑运算 • ⑴与运算(逻辑乘法)两个二进制数进行与运算是按位进行的。

  28. 1.2 数制与编码(15) • 与运算规则： 0∧0=0 0∧1=0 1∧0=0 1∧1=1例如：10111001∧11110011 = ? • 10111001 ∧) 11110011 10110001 • 10111001∧11110011 = 10110001

  29. 1.2 数制与编码(16) • ⑵或运算(逻辑加法)或运算规则： 0∨0=0 0∨1=1 1∨0=1 1∨1=1例如：10100001∨10011011 = ? • 10100001 ∨) 10011011 10111011 • 10100001∨10011011 = 10111011

  30. 1.2 数制与编码(17) • ⑶非运算(逻辑否定) • 非运算实现逻辑否定，即进行求反运算。 非运算规则： 0 = 1 1 = 0例如：10111101 = 01000010 • 3.逻辑运算的应用(A=b7b6b5b4b3b2b1b0) • ⑴对指定位进行运算 若将A的b5位置1,则 A∨(00100000)→A • ⑵对一个字节进行运算 若将A各位全部清0,则 A∧(00000000)→A

  31. 1.2 数制与编码(18) • 四、信息存储单位 • 1.位(bit) • 位是计算机存储信息的最小单位，表示一位二进制数据。 • 2.字节(Byte,拜特) • 字节是信息处理的基本单位，一个字节由八位二进制数组成，即1Byte=8bit。 • 计算机存储器容量大小是以字节数来度量的，常用的单位有KB、MB或GB。

  32. 1.2 数制与编码(19) • 1KB=210=1024B • 1MB=210×210=1024×1024=1048576B • 1GB=210×210×210=1024×1024×1024 =1073741824B • 3.字(Word) • 字是CPU通过数据总线一次存取、加工和传送数据的长度。一个字通常由一个或若干个字节组成，字长越长，性能越强。 • 常用的字长有8位、16位、32位、64位。

  33. 1.2 数制与编码(20) • 五、信息编码 • 1.ASCII码ASCII码是American Standard Code for Information Interchange,即美国标准信息交换代码的简称,它被国际标准化组织ISO采纳为 国际通用的信息交换标准代码,称为ISO 646。 • ASCII码是用七位二进制表示一个字符,它可表示128个不同的字符，即 • 0000000→1111111

  34. 1.2 数制与编码(21) 高三位 b6b5b4 ASCII码表(7位) 低四位 b3b2b1b0

  35. 1.2 数制与编码(22) 编码位 奇偶校验位 • 一个字节中ASCII编码位的使用 [例]将China五个字 符的ASCII码查出并 存放在内存中。

  36. 1.2 数制与编码(23) • [例]有一个ASCII码为 b70110010问：①该字符= ②当采用偶校验时，b7= • 2.汉字编码 • ⑴汉字编码标准 • ①汉字编码基本集(GB2312-80,国标码) • 信息交换用汉字编码字符集--基本集 • 一级汉字3755个(按拼音排序)二级汉字3008个(按部首排序)英文字母、数字和特殊图形记号等 2 1 图形字符 (7445个)

  37. 1.2 数制与编码(24) 0 1 0 1 XXX XXXX XXX XXXX 国标码 内码 • 国标码规定：一个汉字采用两个字节来表示，两个字节可以组成一个编码平面。 • 第一字节 第二字节 • 汉字内码＝汉字国标码＋8080H例如“啊”的内码为3021H+8080H=B0A1H • ②汉字内码扩展规范(GBK) • 1996年3月全国信息标准化技术委员会公布了《汉字内码扩展规范》，包含GB2312、BIG5、ISO10646/CJK。

  38. 1.2 数制与编码(25) • ⑵汉字编码分类 • 利用计算机处理汉字首先要解决汉字输入、内部处理和输出问题。 • ①输入码 • 它是一种用计算机标准键盘上按键的不同排列组合来对汉字进行编码。目前可将各种汉字输入码分成四类，它们分别是： • 汉字流水码：电报码、区位码、国标码 • 汉字拼音码：全拼、简拼、双拼 • 汉字拼形码：五笔字型、郑码、表形码

  39. 1.2 数制与编码(26) • 汉字音形码：自然码、钱码、智能ABC • ②机内码 • 不论使用哪种输入码，汉字进入计算机后必须转换为机内码。机内码是在设备和信息处理系统内部存储、处理、传输汉字用的代码。 • 目前我国使用的机内码是国标码或GBK。 • ③字形码 • 字形码是一种用点阵表示汉字字形的编码，是汉字的输出形式。常用的点阵有16×16、24×24、32×32、48×48或更高。

  40. 1.2 数制与编码(27) • 以16*16点阵为例,把一个方块横向和纵向都分为16格。若用1表示黑点,用0表示白点,则一个16*16的点阵汉字可用256位二进制数来表示，存储时占用32B。汉字“宝”的16*16点阵的数字化信息可用下列一串十六进制数表示。 02H 00H 01H 04H 7FH FEH 40H 04H 80H 08H 00H 00H 3FH F8H 01H 00H 01H 00H 1FH F0H 01H 00H 01H 40H 01H 20H 01H 20H 7FH FCH 00H 00H 所有不同字体、字号的汉字 字形码的集合构成汉字库。

  41. 1.2 数制与编码(28) 流水编码 字音编码 字形编码 交 换 码 (国 标 码) 内 码 字 形 码 显示汉字 打印汉字 • ⑶各种汉字编码的关系 • 汉字编码转换都需要各自的转换程序来实现。

  42. 1.3 计算机基本结构(1) • 一、计算机硬件组成 • 1.冯·诺依曼的设计思想 • 冯·诺依曼设计思想可概括为以下三点： • ⑴计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成 • ⑵计算机应采用二进制来表示指令和数据 • ⑶计算机能自动逐条取出指令和执行任务 • 上述设计思想集中到一点，就是“存储程序”的概念。这样的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。

  43. 1.3 计算机基本结构(2) 程序或数据 结果 输入设备 存储器 输出设备 运算器 控制器 数据传送线 控制信号线 • 2.计算机原理框图 • 按“存储程序”思想组成的计算机应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成，其原理框图是：

  44. 1.3 计算机基本结构(3) • 3.计算机的基本部件 • ⑴运算器(Arithmetic Logic Unit--ALU)它是用来对数据进行算术运算或逻辑运算的部件。即在控制器的操纵下，它对取自内存或内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算，其结果暂存内部寄存器或送到内存。 • ⑵控制器(Controller)控制器的功能是使计算机能够自动执行程序，并控制各部件协调工作。即程序执行时，控制器按顺序先从内存取出一条指令，并对指令进行分析，然后向有关部件发出控制命令，

  45. 1.3 计算机基本结构(4) • 控制它们执行这条指令所规定的任务。这样周而复始，保证了计算机自动、连续地工作。 • ⑶存储器(Memory)它是用来存放大量程序或数据的部件。 存储器可分为内部存储器和外部存储器两类。内存的特点是存取速度快、存储容量小；外存的特点是存取速度慢、存储容量大。 • ⑷输入设备(Input Device)输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机能识别的形式存放的内存中。

  46. 1.3 计算机基本结构(5) • 常用的输入设备有：键盘、鼠标器、扫描仪、触摸屏、光笔、磁盘机等。 • ⑸输出设备(Output Device)输出设备是用来将处理结果转变为人们或现场所能接受的形式。 常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、磁盘机等。 • 4.名词术语 中央处理器(CPU)=运算器+控制器 主机=CPU+内部存储器 外部设备=输入设备+输出设备

  47. 1.3 计算机基本结构(6) • 二、计算机工作原理 • 1.指令和程序的概念 • 指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令。一台计算机的基本指令的集合称为该计算机的指令系统。 • 一条指令是用一串二进制代码表示，它可分成两部分： • 操作码 操作数 • 程序是指用户根据某一问题的解决步骤，选用一条条指令进行有序排列的集合。

  48. 1.3 计算机基本结构(7) • 2.指令的执行过程 • 计算机执行指令可分为两个阶段：一是将要执行的指令从内存取到CPU中；二是CPU对该指令进行分析译码，再向各部件发出完成该操作的控制信号。 • 例如：要求计算简单算题5+4=?

  49. 计算程序文字简写形式 指令操作码表 操作数存放单元

  50. 用二进制表示的计算程序 存储单元地址 存储单元内容 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 ┋ 5 4 计算结果 取数指令 加法指令 存数指令 打印输出指令 存储器布局

More Related