计算机基础知识ppt课件完整版.pptx
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1、2022/7/7,1,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展与应用1.2 微型计算机系统的组成及功能原理1.3 微型计算机的主要技术指标1.4 计算机中数据的表示1.5 信息技术概述1.6多媒体简介,2022/7/7,2,1.1 计算机发展概况与功能特点,电子计算机是20世纪人类最伟大、最卓越的技术发明之一。计算机使得人们对信息的获取、存储、处理、传递和利用都发生质的飞跃。那么,什么是计算机呢? 对于计算机(computer)的定义,人们有不同的见解和描述。较公认的说法是:电子计算机是一种能存储程序,并能够按预先存储的程序,快速而高效地自动完成信息处理的电子设备。,2022/7/7,3,
2、1.1.1 计算机的产生和发展,世界上公认的第一台计算机于1946年1月在美国宾夕法尼亚大学诞生,由莫奇莱(J.Mauchly)教授和埃克特(J.P.Eckert)博士研制,取名为“电子数字积分计算机”(Electroronic Numerical Integrator And Calculator),缩写为: ENIAC(埃尼阿克)。,2022/7/7,4,第一台电子计算机埃尼阿克,5000次加法/秒体重30多吨占地170m21500个继电器18800只电子管功率150KW耗资48万美元,2022/7/7,5,1.1.1 计算机的产生和发展,一、传统计算机的发展 依据计算机性能和当时软硬件技
3、术(主要是根据计算机所采用的物理器件),一般把电子计算机发展分成这样四个时代:1、第一代计算机(19461957) 特征是采用电子管作为逻辑线路主要元件;主存储器为磁鼓,外存储器用纸带、卡片、磁带;软件方面确定了程序设计的概念,主要采用机器语言或汇编语言。主要应用于军事领域或科学计算。,2022/7/7,6,1.1.1 计算机的产生和发展,2、第二代计算机(19571964) 特征是采用晶体管作为逻辑线路主要元件;主存储为磁芯,外存储器主要使用磁带;软件方面出现了一系列高级程序设计语言,并建立批处理程序,提出了操作系统概念;应用范围扩大到数据处理和事务管理等方面。3、第三代计算机(196419
4、70) 采用中、小规模集成电路;主存储器逐渐用关导体存储器替代了磁芯存储器,外存储器以磁盘为主;软件方面形成了三个独立的系统:操作系统、编辑系统和应用程序。,2022/7/7,7,1.1.1 计算机的产生和发展,4、第四代计算机(1970至今) 采用大规模、超大规模集成电路为计算机主要功能元件;主存储器彩了集成度更高的半导体存储器,外存储器使用大容量磁盘;软件方面操作系统不断发展和完善,数据库系统、高效而可靠的高级语言以及软件工程式标准化进一步发展,并逐渐形成软件产业部门 。,2022/7/7,8,1.1.1 计算机的产生和发展,一、未来计算机的展望1.光子计算机 光子计算机利用光子取代电子进
5、行数据运算、传输和存储。在光子计算机中,不同波长的光代表不同的数据,这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算,可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。,2022/7/7,9,1.1.1 计算机的产生和发展,一、未来计算机的展望2.生物计算机 生物计算机采用生物芯片。它完成一项运算,所需的时间仅为10微微秒,比人的思维速度快100万倍。生物计算机具有惊人的存贮容量,1立方米的DNA溶液,可存储1万亿亿的二进制数据。生物计算机消耗的能量非常小,只有电子计算机的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以生物计算
6、机既有自我修复的功能,又可直接与生物活体相联。,2022/7/7,10,1.1.1 计算机的产生和发展,一、未来计算机的展望3.量子计算机 量子计算机是基于量子效应基础上开发的,它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态,利用激光脉冲来改变分子的状态,使信息沿着聚合物移动,从而进行运算。量子计算机中数据用量子位存储。一个量子位可以存储2个数据,同样数量的存储位,量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算,其运算速度可能比目前个人计算机的Pentium晶片快10亿倍。,2022/7/7,11,1.1.2 计算机功能特点和分类,1. 计算机的特点 (1)计算机具
7、有高速运算能力。 (2)计算机具有自动控制能力。 (3)计算机具有记忆能力和逻辑判断能力。 (4)计算机通用性强。 (5)计算机通用性强。,2022/7/7,12,1.1.2 计算机功能特点和分类,2. 计算机的分类(1) 按处理方式分类 可以分为模拟计算机、数字计算机以及数字模拟混合计算机。(2) 按功能分类 一般可分为专用计算机与通用计算机。(3) 按规模分类 通常将计算机分为巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机等。(4) 按照其工作模式分类 可将其分为服务器和工作站两类。,2022/7/7,13,1.1.3 计算机在信息社会的应用,1.科学计算机(数值计算) 科学计
8、算也称为数值计算,通常指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。科学计算是计算机最早的应用领域。 2. 数据处理(信息处理) 数据处理也称为非数值计算的信息处理,是指对大量的数据进行加工处理。 3. 过程控制(实时控制) 过程控制又称实时控制,指用计算机对操作数据进行实时采集、检测、处理和判断,按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节的过程。,2022/7/7,14,1.1.3 计算机在信息社会的应用,4. 计算机辅助系统(CAD/CAM/CIMS)。 计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM 计算机集成制造系统CIMS5. 多媒体技术 多媒体技术是以计算机技术为核心,将现代
9、声像技术和通信技术融为一体,以追求更自然、更丰富的接口界面,因而应用领域十分广泛。,2022/7/7,15,1.1.3 计算机在信息社会的应用,6. 虚拟现实 当代的虚拟现实是利用计算机生成的一种模拟环境,通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与环境直接进行交互的目的。 这种模拟环境是用计算机构成的具有表面色彩立体图形,它可以是某一特定现实世界的真实写照,也可以是纯粹构想出来的世界。,2022/7/7,16,1.1.3 计算机在信息社会的应用,7. 人工智能方面的研究和应用。 人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)是指计算机模拟人类某些智力行为的理论、
10、技术和应用。人工智能是计算机应用的一个新的领域,这方面的研究和应用正处于发展阶段。8. 电子商务 电子商务(Electronic Commerce,简称EC;或Electronic Business,简称EB)是指利用计算机和网络进行的商务活动,具体地说,是指综合利用LAN(局域网)、Intranet(企业内部网)和Internet进行商品与服务交易、金融汇兑、网络广告或提供娱乐节目等商业活动。,2022/7/7,17,1.2 微型计算机系统的组成及工作原理,1.2.1 微型计算机系统的基本组成 一个完整的微型计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的 。 硬件系统是组成计算机系统的所有物理
11、部件的总称。如CPU、存储器、I/O设备等,是看得见摸得着的东西,它是微型机系统的物质基础。软件系统是指计算机运行时所需的各种程序、数据和文档的总称,它是使微型机系统正常运转的技术和知识资源。,2022/7/7,18,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成,也称计算机的五大部件。控制器和运算器合称为中央处理器,中央处理单元(CPU),它是计算机的核心。存储器和CPU合称为主机。,2022/7/7,19,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统(1)运算器 运算器又称算术逻辑单元(Arithm
12、etic Logic Unit,简称ALU ),是计算机对数据进行加工处理的部件,它的主要功能是对二进制数码进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运算,实现逻辑判断。运算器在控制器的控制下实现其功能,运算结果由控制器指挥送到内存储器中。,2022/7/7,20,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统(2)存储器 存储器具有记忆功能,用来保存信息,如数据、指令和运算结果等。 存储器的存储容量以字节为基本单位,每个字节都有自己的编号,称为“地址”,如要访问存储器中的某个信息,就必须知道它的地址,然后再按地址存入或取出信息。,2022/7/7,21,1.2.1 微型计
13、算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统(2)存储器 为了度量信息存储容量,将8位二进制码(8 bits)称为一个字节( Byte,简称B ),字节是计算机中数据处理和存储容量的基本单位。,1B=8b 一个字节有8位1KB=210B=1024B 千字节1MB=210KB=220B 兆字节1GB=210MB 吉字节1TB=210GB 太字节 注意:各度量单位之间是以210为数量级的。,2022/7/7,22,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统(3)控制器 控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成,控制器是用来控制计算机各部件协调工作,并使整个处理过程有
14、条不紊地进行。 它的基本功能就是从内存中取指令、编译指令和执行指令,即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码,然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令,执行该指令。另外,控制器在工作过程中,还要接受各部件反馈回来的信息。,2022/7/7,23,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1、计算机的硬件系统(4)输入输出设备 输入输出设备简称IO ( Input/Output )设备。用户通过输入设备将程序和数据输入计算机,输出设备将计算机处理的结果(如数字、字母、符号和图形)显示或打印出来。常用的输入设备有:键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪等。常用的输出设备有:显示器、打印机、
15、绘图仪等。,2022/7/7,24,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,1. 计算机软件概念 计算机软件是计算机程序和对该程序的功能、结构、设计思想以及使用方法等整套文字资料的说明(即文档)。 2. 软件系统的分类 通常分为系统软件和应用软件两大类。,2022/7/7,25,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,2. 软件系统的分类 系统软件:系统软件是指管理、控制和维护计算机及外部设备,提供用户与计算机之间的接口界面,支持、开发各种应用软件的程序。 主要包括:操作系统、计算机语言及语言处理程序、数据库管理系统和软件工具等。,2022/7/7,26,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,2.
16、 软件系统的分类 应用软件:应用软件是用户利用计算机的系统软件开发的解决各种实际问题的程序和软件。 例如:字、表处理软件、各种计算机辅助软件(如:CAD、CAT、CAM、CAI)、数据处理软件和用户程序等。,2022/7/7,27,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,2. 软件系统的分类(3)语言处理系统 用汇编语言和高级语言编写的程序(称为源程序),计算机并不认识,更不能直接执行,而必须由语言处理系统将它翻译成计算机可以理解的机器语言程序(即目标程序),然后再让计算机执行目标程序。语言处理系统一般可分为三类:汇编程序、解释程序和编译程序。,2022/7/7,28,1.2.1 微型计算机系统
17、的基本组成,3. 操作系统 操作系统是系统软件的核心。操作系统是为了对计算机系统的硬件资源和软件资源进行控制和有效管理,合理地组织计算机的工作流程,以便充分发挥计算机系统的工作效率和方便用户使用计算机而配置的一种系统软件。在操作系统中,通常都设有处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理五大功能模块。,2022/7/7,29,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,4. 计算机语言 计算机只能按照人的意图、人规定的操作步骤去工作。为了使计算机能理解人的意图,人和计算机之间就必须有交流信息的语言,这种语言常称为计算机语言或程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。
18、,2022/7/7,30,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,4. 计算机语言机器语言机器语言(Machine Language)是用二进制代码指令(由0和1组成的计算机可识别的代码)来表示各种操作的计算机语言。用机器语言编写的程序称为机器语言程序。机器语言的优点是它不需要翻译,可以为计算机直接理解并执行,执行速度快,效率高;其缺点是这种语言不直观,难于记忆,编写程序繁琐而且机器语言随机器而异,通用性差.,2022/7/7,31,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,4. 计算机语言汇编语言汇编语言是一种用符号指令来表示各种操作的计算机语言。汇编语言编写的源程序,不能为计算机直接识别执行,必
19、须翻译(编译)为机器语言程序(目标程序)才能为计算机执行。把汇编语言源程序翻译为机器语言目标程序的过程,称为汇编,汇编是由专门的汇编程序(编译系统)完成的。机器语言和汇编语言均是面向机器(依赖于具体的机器)的语言,统称为低级语言。,2022/7/7,32,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,4. 计算机语言高级语言高级语言是一种接近于自然语言和数学语言的程序设计语言,它是一种独立于具体的计算机而面向过程的计算机语言,如BASIC、FORTRAN、C等。用高级语言编写的程序可以移植到各种类型的计算机上运行(有时要作少量修改)。高级语言的优点是其命令接近人的习惯,它比汇编语言程序更直观,更容易编
20、写、修改、阅读,使用更方便。,2022/7/7,33,1.2.1 微型计算机系统的基本组成,4. 计算机语言注意:解释程序与编译程序的区别 解释程序的工作原理:每当遇到源程序的一条语句,就将它翻译成机器语言并逐句逐行执行,非常适用于人机会话。 高级编译程序的工作原理:它对源程序先整体进行编译,最后运行。,2022/7/7,34,1.2.2 计算机的基本工作原理,计算机的工作原理可以概括为存储程序和程序控制。把人们事先编好的程序及处理中所需的数据,通过输入设备送到计算机的内存储器中,即存储程序。开始工作时,控制器从内存储器中逐条读取程序中的指令,并按照每条指令的要求执行所规定的操作。这一过程称为
21、程序控制。 “存储程序和程序控制”,这一计算机工作原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯依曼教授提出来的,故称为冯诺依曼原理。,2022/7/7,35,1.2.3 微型机的硬件基本结构,计算机的各部件之间是通过总线连接的。所谓总线(Bus)是计算机各部件之间传输信息的公共通道,由多根导线组成。根据传输信息种类的不同,总线又可分为以下三种。地址总线AB(Address Bus):用于传输内存储器的单元地址或输入输出设备的接口地址信息。 数据总线DB(Data Bus):用于CPU、存储器和输入输出设备之间传递数据。3. 控制总线CB(Control Bus):用于传输CPU发出和接收的各种控制信息
22、。,2022/7/7,36,1.3.1 微型机的主要技术指标,1.3.1 主要的技术指标 1、CPU型号(CPU type) 2、字长 3、主频 4、寻址能力 5、运算速度 6、存储容量和存取速度 7、总线结构 8、可靠性与可维护性 9、外部设备配置 10、软件配置,2022/7/7,37,1.3.1 微型机的主要技术指标,1、CPU型号(CPU type) CPU型号是指微型机的微处理器的类型,而微处理器的性能又决定了微型机系统的档次。微型机的核心是微处理器(CPU),因此微型机的发展历程,从根本上说也就是微处理器的发展历程。,2022/7/7,38,1.3.1 微型机的主要技术指标,2、字
23、长 (word lengh) 是指计算机的运算部件能够同时处理的二进制位数。字长决定了计算机的精度、寻址速度和处理能力。 一般情况下,字长越长,计算精度越高,处理能力越强。微型机按字长可分为:8位、16位、32位和64位。,2022/7/7,39,1.3.1 微型机的主要技术指标,3、主频 (master clock frequency) 是指CPU的时钟频率,通常以时钟频率来表示系统的运算速度。 如586/166,其中586是指CPU的类型,166则是CPU的主频率,单位是MHz。 主频越高,计算机的处理速度越快。,2022/7/7,40,1.3.1 微型机的主要技术指标,4、寻址能力 寻址
24、能力主要是指CPU可访问的最大内存地址空间。该能力是由其地址总线的条数所决定的。例如,8088CPU的地址总线是20条,决定了它的最大寻址空间为1MB;而486CPU的地址总线有32条,可直接访问4GB的内存空间。 此外,寻址能力还和CPU本身所具有的各种寻址方式有关。,2022/7/7,41,1.3.1 微型机的主要技术指标,5、运算速度 是指CPU每秒能执行多少条指令。单位用MIPS表示。 虽然主频越高运算速度越快,但它不是决定运算速度的唯一因素,不在很大程度上取决于CPU的体系结构以及其它技术措施。,2022/7/7,42,1.3.1 微型机的主要技术指标,6、存储容量和存取速度 是指微
25、型机新配置的内存总字节数。它决定计算机能否运行较大程序,并直接影响运行速度,在系统中直接与CPU交换数据,向CPU提供程序和原始数据,并接受CPU产生的处理结果数据。 内存容量的大小也影响系统处理信息的能力和综合速度。在实际应用中,很多软件要求有足够大的内存空间才能运行,如WIN95/98。,2022/7/7,43,1.3.1 微型机的主要技术指标,7、总线结构 系统总线的传输速率直接影响计算机输入输出的性能,它与总线中的数据宽度及总线周期有关。目前计算机系统总线有以下几种标准:(1)ISA总线。(2)MCA总线。(3)EISA总线。(4)VESA总线。(5)PCI总线。(6)AGP总线。,2
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