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1、第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识 1.1 计算机概述 1.1.1 计算机的产生和发展 1.1.2 计算机的分类 1.1.3 计算机的特点 1.1.4 计算机的应用 1.2 数据在计算机中的表示 1.2.1 数制 1.2.2 各进制数间的转换 第一章计算机基础知识1.2.3 非数值数据的表示 1.2.4 计算机中的信息单位1.3 计算机系统的组成 1.3.1 计算机系统的组成概述 1.3.2 计算机的硬件系统 1.3.3 计算机的主要性能指标 1.3.4 计算机的软件系统1.1.1计算机的产生和发展计算机的产生和发展1.1.1计算机的产生和发展o1.计算机的产生 世界上第一台电子计算机E
2、NIAC5000次加法次加法/秒秒重重28吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW价值价值40万美元万美元1.1.1计算机的产生和发展o2.计算机的发展冯诺伊曼理论体系：(1)计算机由5个基本部分组成：运算器运算器、控控制器制器、存储器存储器、输入设备输入设备和输出设备输出设备；(2)采用二进制形式表示计算机的指令和数据；(3)将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序这就是“存储程序存储程序”思想的基本定义。1.1.1计算机的产生和发展|按硬件划分硬件划分计算机年代(四代电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超
3、大规模集成电路)第一代第一代（19461958）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19591964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（1971至今）至今）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）1.1.1计算机的产生和发展o3.计算机的发展趋势、巨型化：超级计算机1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算机“Cray-I”中国早期的超级计算机：中国早期的超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、“银河银河2
4、号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000”、“曙光曙光200I”和和“曙光曙光3000”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。1.1.1计算机的产生和发展计算机的产生和发展2014年6月，比较全球超级计算机性能的专家机构“TOP500组织”发布计算速度的最新排行榜，中国国防科学技术大学研发的“天河2号”实现三连冠。IBM蓝色基因日本日本“京京”计算机计算机1.1.1计算机的产生和发展o3.
5、计算机的发展趋势2、微型化随着微电子技术的进一步发展，微型计算机将发展得更加迅速，其中笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。智能手机就是计算机微型化的典型代表。1.1.1计算机的产生和发展o3.计算机的发展趋势3、多媒体化 多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联网和信息资源共享，因此被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。1.1.1计算机的产生和发展o3.计算机的发展趋势4、智能化 计算机智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和
6、思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险环境的劳动，运算速度为每秒约十亿次的“深蓝”计算机在1997年战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。DeepblueDeepblueGarryKasparovGarryKasparov 1.1.1计算机的产生和发展o3.计算机的发展趋势5 5、网、网络络化化 网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，按照一定的网络协议相互通信，以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。1.1.2计算机的分类按处理数据的方
7、式分类：模拟计算机和数字计算机；按应用范围分类：专用计算机和通用计算机；按规模分类：根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类：o1巨型计算机o2.大型计算机o3.中型计算机o4.小型计算机1.1.2计算机的分类o5工作站工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。o6微型计算机 微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。1.1.3计算机的特点1、运算速度
8、快、运算速度快2、计算精度高算精度高3、记忆能力能力强 计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。4、逻辑判断能力判断能力计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能5、自、自动控制能力控制能力计算机是自动化电子装置，在工作中无需
9、人工参计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。1.1.3计算机的特点1.1.4计算机的应用1、科学、科学计算算科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如数值计算，如军事军事军事
10、军事、航天航天航天航天、气象气象气象气象、地震探测地震探测地震探测地震探测等，都离不开计等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。间。2、数据、数据处理理数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方
11、面。星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。1.1.4计算机的应用 3、过程控制程控制过过程程控控制制也也称称为为实实时时控控制制，主主要要是是指指计计算算机机在在工工业业和和军军事事方方面面的的应应用用。计计算算机机能能及及时时采采集集检检测测数数据据并并按按最最优优方方案案实实现现自自动动控控制制，如如炼炼钢钢过过程程的的计计算算机机控控制制、导导弹弹自自动动瞄瞄准准系系统统、飞飞行行控制调动等。控制调动等。4、计算机算机辅助系助系统计算机辅助设计计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)计算机辅助制造计算机辅助制造(Computer Aided M
12、anufacturing，CAM)计算机辅助教学计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI)计算机辅助工程计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)1.1.4计算机的应用机器人。机器人。机器人。机器人。主要分为主要分为“工业机器人工业机器人”和和“智能机器人智能机器人”两类。两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业作业(如如海底海底海底海底、井下井下井下井下、高空作业高空作业高空作业高空作业等等)；后者具有某些智能，具；后者具有某些智能，具有感知和识别
13、能力，能有感知和识别能力，能“说话说话”和回答问题。和回答问题。专家系统。专家系统。专家系统。专家系统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医医疗专家系统能模拟医医疗专家系统能模拟医医疗专家系统能模拟医生分析病情生分析病情生分析病情生分析病情、开出药方和假条开出药方和假条开出药方和假条开出药方和假条。模式识别。模式识别。模式识别。模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人机器人机器人机器人的视觉器官和听觉器官的视觉器官和听觉器官
14、的视觉器官和听觉器官的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器公安机关的指纹分析器公安机关的指纹分析器公安机关的指纹分析器，识别手写识别手写识别手写识别手写邮政编码的自动分信机邮政编码的自动分信机邮政编码的自动分信机邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。等，都是模式识别的应用。5、人工智能、人工智能十进制十进制R R=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制R R=2，可使用，可使用0,1八进制八进制R R=8，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制R R=16，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢R进进一一，借，借一一当
15、当R”1.2.1数制数制表表1.2 各进制之间各进制之间数值的对应关系数值的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111十进制数转换成二进制数具体规则如下：十进制数转换成二进制数具体规则如下：除除2取余，直到商为取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余；先取的余数在低位，后取的余数在高位。数在高位。1、十进制转
16、换成二进制数1.2.2 各进制数之间的转换各进制数之间的转换2、二、二进制数制数转换成十成十进制数制数 1.2.2 各进制数之间的转换各进制数之间的转换 十进制数转换成八进制数和十六进制数与转换成二进制数相十进制数转换成八进制数和十六进制数与转换成二进制数相似，具体规则如下：似，具体规则如下：除以除以 8(或或 16)取余，直到商为取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余；先取的余数在低位，后取的余数在高位。数在高位。3、十进制数转换成八进制数和十六进制数 4、八、八进制数和十六制数和十六进制数制数转换成十成十进制数制数八八进进制制数数和和十十六六进进制制数数转转换换成成十十进进制制数数，
17、只只需需以以8(或或16)为为基基数数，按按权权展展开求和即可。开求和即可。1.2.2 各进制数之间的转换各进制数之间的转换二进制数转换成八进制数的方法是：二进制数转换成八进制数的方法是：从低位向高位每从低位向高位每3位一组，高位不足位一组，高位不足3位用位用0补足补足3位，然后每组分别按权展开求和即可。位，然后每组分别按权展开求和即可。二进制数转换成十六进制数的方法是：二进制数转换成十六进制数的方法是：从低位向高位每四位一组，高位不足四位用从低位向高位每四位一组，高位不足四位用0补足补足四位，然后每组分别按权展开求和即可。四位，然后每组分别按权展开求和即可。5、二进制数转换成八进制数和十六进
18、制数 1.2.2 各进制数之间的转换各进制数之间的转换6、八、八进制数和十六制数和十六进制数制数转换成二成二进制数制数 1.2.2 各进制数之间的转换各进制数之间的转换八进制数和十六进制数转换成二进制数的方法八进制数和十六进制数转换成二进制数的方法是：将八进制数是：将八进制数(或十六进制数或十六进制数)的每一位用相应的每一位用相应的的3位位(或或4位位)二进制数代替即可二进制数代替即可 高三位低四位01001110010111011100000P、p0001！1AQaq00102BRbr0011#3CScs0100$4DTdt0101%5EUeu0110&6FVfv01117GWgw1000(
19、8HXhx1001)9IYiy1010*：JZjz1011+；Kk1100，Nn1111/?O-oDEL1.2.3 非数值数据的表示非数值数据的表示1、ASCII编码1 输入码输入码输入码所解决的问题是如何使用西文标准键盘把汉字输输入码所解决的问题是如何使用西文标准键盘把汉字输入到计算机内。输入码主要可以分为三类：数字编码、入到计算机内。输入码主要可以分为三类：数字编码、拼音编码和字型编码。拼音编码和字型编码。2 国标码国标码国标码又称为汉字交换码，用两个字节来表示，每个汉国标码又称为汉字交换码，用两个字节来表示，每个汉字的国标码是唯一的。字的国标码是唯一的。1.2.3 非数非数值数据的表示数
20、据的表示2、汉字编码体系3 内码内码汉字内码是在设备和信息处理系统内部存储、加工处理、汉字内码是在设备和信息处理系统内部存储、加工处理、传输统一使用的代码。无论使用何种输入码，进入计算传输统一使用的代码。无论使用何种输入码，进入计算机后就立即被转换为机内码。机后就立即被转换为机内码。4汉字字形字字形码 汉字的内码代表的是汉字惟一性的交换码，即给出汉字一汉字的内码代表的是汉字惟一性的交换码，即给出汉字一个名，而这个汉字的外形如何却不在内码之内。汉字笔画多、个名，而这个汉字的外形如何却不在内码之内。汉字笔画多、外形千差万别，这就需要为每个汉字给出一个外形，一般用外形千差万别，这就需要为每个汉字给出
21、一个外形，一般用点阵表示，这就是汉字字模。点阵表示，这就是汉字字模。1.2.3 非数值数据的表示非数值数据的表示如图所示是如图所示是“啊啊”字的点阵外字的点阵外形。图形。图1.2中有中有1616个方格，个方格，称称1616点阵，每一个方格用点阵，每一个方格用一个二进制代码表示，用一个二进制代码表示，用1表示表示黑点，用黑点，用0表示白点。表示白点。各种各种各种各种汉汉字字字字编码编码的关系如的关系如的关系如的关系如图图所示所示所示所示1.2.4 计算机中的信息单位o计算机中常用的信息单位有：位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、KB、MB、GB、TB。o位：（bit）计算机中表示信息
22、的最小数据单位，1位即一个二进制基本元素(0或1)。如字母“A”在电脑中用二进制表示就是01000001，共有8个二进制位。o字节：（Byte）字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。8个二进制位称为一个字节。在计算机和通信领域，通常用B表示byte,用b表示bit。英文字母的ASCII码占用1个字节，汉字的机内码占用2个字节。1.2.4 计算机中的信息单位o千字节：（KiloBytes，KB）1KB等于1024字节。如在WINDOWS XP中，WINGDOWS目录下的notepad.exe大小为65KB。o兆字节：（Mega Bytes，MB）1MB等于1024KB。如一条内存
23、的容量为512MB，一个U盘的容量为1024MB。oGB：Giga Bytes1GB等于1024MB。如一个硬盘容量为120GB。oTB：Tera Bytes1TB等于1024GB目前，该数量级的存储设备较为罕见。2007年，日立推出了全球首款1TB容量的硬盘。1.3 计算机系算机系统的的组成成1.3.1 计算机系统组成概述计算机系统组成概述1.3.1 计算机系统组成概述计算机系统组成概述硬件就是泛指的实际的物理设备，主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分。只有硬件的计算机称为裸机，裸机是无法运行的。计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。
24、计算机是依靠硬件系统和软件系统的协同工作来执行给定任务的。（外）存储器（外）存储器（外）存储器（外）存储器（内）存储器内）存储器内）存储器内）存储器控制器控制器数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统1 1、CPUCPU中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），计算机系统中必备的核心部件。CPU由运算器和控制器组成，分别由运算电路和控制电路实现。1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统2 2、存、存、存、存储储器器器器存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存取速度快而容量小
25、的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。主存储器，也称为内存储器（简称内存），内存直接与CPU相连接，是计算机中主要的工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统外存储器（简称外存），计算机执行程序和加工处理数据时，外存中的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用，即计算机通过外存与内存不断交换数据的方式使用外存中的信息。1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统3 3、输输入入入入设备设备4 4、输输出出出出设备设备1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统5 5、总线总线1.3
26、.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统CPU内存内存I/O控制器控制器I/O控制器控制器I/O控制器控制器I/O控制器控制器6 6、主板、主板、主板、主板1.3.2 计算机的硬件系统计算机的硬件系统字长：字长：字长：字长：指计算机能直接处理的二进制信息的位指计算机能直接处理的二进制信息的位数。当前计算机的字长有数。当前计算机的字长有16位、位、32位和位和64位。位。运算速度：运算速度：运算速度：运算速度：指计算机能直接用可以执行的百指计算机能直接用可以执行的百万条指令数每秒万条指令数每秒(MIPS)来衡量。来衡量。时钟频率时钟频率时钟频率时钟频率(主频主频主频主频)：指指CPU在单位时间在单
27、位时间(秒秒)内所内所发出的脉冲数，单位为兆赫兹发出的脉冲数，单位为兆赫兹(MHz)。1.3.3 计算机的主要性能指标计算机的主要性能指标 内存容量：内存容量：内存容量：内存容量：内存的大小表示存储数据的容量大内存的大小表示存储数据的容量大小，在微型机中一般以字节为单位。小，在微型机中一般以字节为单位。存取速度存取速度存取速度存取速度 ：存储器完成一次读存储器完成一次读/写操作所需的写操作所需的时间称为存储器的存取时间或访问时间，存储时间称为存储器的存取时间或访问时间，存储器连续进行读器连续进行读/写操作所允许的最短时间间隔写操作所允许的最短时间间隔称为存取周期。存取周期越短，则存取速度越称为
28、存取周期。存取周期越短，则存取速度越快。快。磁盘容量磁盘容量磁盘容量磁盘容量 ：硬盘和软盘存储量的大小。硬盘和软盘存储量的大小。1.3.3 计算机的主要性能指标计算机的主要性能指标1.3.4 计算机的软件系统计算机的软件系统计算机软件(Computer Software，也称软件，软体)是指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。软件被划分为系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。(1)系统软件系统软件为计算机使用提供最基本的功能，可分为操作系统和支撑软件，其中操作系统是最基本的软件；(2)应用软件系统软件并不针对某一特
29、定应用领域，而应用软件则相反，不同的应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能。1.3.4 计算机的软件系统计算机的软件系统 单用户操作系统单用户操作系统：DOS、Windows 95 批处理操作系统批处理操作系统：IBM的的DOS/VSE。分时操作系统分时操作系统：UNIX、VMS 实时操作系统：实时操作系统：RDOS 网络操作系统网络操作系统：NetWare、Linux、Windows NT、Windows 2000 Server 等等 分布式操作系统分布式操作系统：MDS、CDCS1.3.4 计算机的软件系统计算机的软件系统操作系统：1.3.4 计算机的软件系统计算机的软件系统应用软件
30、：行业管理软件：如开龙IT200 商软ERP等；文字处理软件：如Office、WPS等；信息管理软件：如Assces数据库；辅助设计软件：如AutoCAD、Photoshop；媒体播放软件：如暴风影音、豪杰超级解霸、Windows MediaPlayer等；系统优化软件：如windows优化大师、超级兔子；图形图像软件：coreldraw；后期合成软件：after effects,combustion,shake,flame；杀毒软件：如卡巴斯基、瑞星、金山毒霸等。机器语言机器语言：一种用二进制代码，以0和1表示的、能被计算机直接识别和执行的语言。汇编语言汇编语言：一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。高级语言高级语言：一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言。高级语言编写的程序，要被计算机执行，必须经高级语言编写的程序，要被计算机执行，必须经过解释或者编译才行过解释或者编译才行计算机语言：