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1、第六章第六章 计算机应用计算机应用本章主要内容本章主要内容n 6.1 计算机的发展与分类计算机的发展与分类n 6.2 计算机的系统组成计算机的系统组成n 6.3 计算机中数据的显示计算机中数据的显示n 6.4 计算机网络计算机网络n 6.5 数据库系统数据库系统6.1计算机的发展与分类计算机的发展与分类 1.计算机的诞生计算机的诞生 1946年年2月第一台数字电子计算机月第一台数字电子计算机 ENIAC（电子数字积分计算机）（电子数字积分计算机）美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学 2.计算机的发展计算机的发展 1)、第一代（、第一代（19461957）电子管计算机）电子管计算机 2)、第二代
2、（、第二代（19581964）晶体管计算机）晶体管计算机 3)、第三代（、第三代（19651970）集成电路计算机）集成电路计算机 4)、第四代（、第四代（19581964）大规模或超大规）大规模或超大规 模集成电路计算机模集成电路计算机3.计算机的分类计算机的分类1)按信息的表示形式分类：按信息的表示形式分类：n 电子数字计算机电子数字计算机n 电子模拟计算机电子模拟计算机n 数模混合计算机数模混合计算机2)按应用范围分类：按应用范围分类：n 专用和通用专用和通用3)按规模分类：按规模分类：n 巨型机、大型机、中型机、小型机、巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和工作站微型机和工作站4.计
3、算机的特点及应用计算机的特点及应用特点：特点：运算速度快可达到运算速度快可达到10亿次亿次/秒；秒；计算精度高；记忆能力强；计算精度高；记忆能力强；复杂的逻辑判断能力；复杂的逻辑判断能力；执行程序的能力。执行程序的能力。应用：应用：科学计算；信息处理；实时控制；科学计算；信息处理；实时控制；计算机辅助设计；人工智能等。计算机辅助设计；人工智能等。6.2 计算机的系统组成计算机的系统组成n计算机硬件系统计算机硬件系统 硬件结构：硬件结构：CPU（运算器和控制器）、（运算器和控制器）、存储器、输入设备、输出设备存储器、输入设备、输出设备n计算机软件系统计算机软件系统n软件系统的组成软件系统的组成:
4、系统软件和应用软件系统软件和应用软件n系统软件包括：系统软件包括：操作系统操作系统 语言处理程序（汇编程序，编译程序，解释程序等）语言处理程序（汇编程序，编译程序，解释程序等）数据库管理系统数据库管理系统 服务程序（诊断程序，纠错程序等）服务程序（诊断程序，纠错程序等）1.由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成；分组成；2.数据和程序以二进制代码形式存放；数据和程序以二进制代码形式存放；3.控制器根据存放在存储器中的程序来工作。控制器根据存放在存储器中的程序来工作。中央处理器是计算机的心脏。中央处理器是计算机的心脏。冯诺依曼结
5、构原始数据原始数据和指令和指令计算结果计算结果微处理器系统的总线结构微处理器系统的总线结构MPURAMROMI/OI/O接口外设ABDBCB2 组成微机系统的各部分通过地址总线组成微机系统的各部分通过地址总线AB、数据、数据总线总线DB和控制总线和控制总线CB联系在一起。联系在一起。1 总线是计算机中各类公共信号线的集合，是计算总线是计算机中各类公共信号线的集合，是计算机系统中各部分联络的规范通道。机系统中各部分联络的规范通道。微处理器是将运算器微处理器是将运算器和控制器以及其它部和控制器以及其它部件集为一体的大规模件集为一体的大规模集成电路。集成电路。微处理器系统的总线结构微处理器系统的总线
6、结构MPURAMROMI/OI/O接口接口外设外设ABDBCB微处理器微处理器MPUMPU包含运算包含运算器和控制器，是微机器和控制器，是微机系统的核心部件。称系统的核心部件。称为中央处理单元为中央处理单元(CPU)(CPU)存储器用来存放数据和程序；存储器用来存放数据和程序；分为只读存储器分为只读存储器ROM(Read ROM(Read Only Memory)Only Memory)和随机存取存和随机存取存储器储器RAM(Random Access RAM(Random Access Memory)Memory)输入输出接口又称为输入输出接口又称为I/OI/O接口接口(Input/Outp
7、ut interface)(Input/Output interface)，是微机系统与外部设备交，是微机系统与外部设备交换信息的电路和通道。换信息的电路和通道。硬件结构硬件结构n运算器：由算术运算器：由算术/逻辑运算单元（逻辑运算单元（ALU）、）、寄存器组、多路转换器和数据总线等组成。寄存器组、多路转换器和数据总线等组成。n控制器：由程序计数器、指令寄存器（控制器：由程序计数器、指令寄存器（IR）、）、指令译码器（指令译码器（ID）、状态和条件寄存器、时）、状态和条件寄存器、时序产生器、微操作信号发生器组成。序产生器、微操作信号发生器组成。n存储器：主存储器（存储器：主存储器（RAM和和R
8、OM）、）、外存储器（软盘、硬盘和光盘等）。外存储器（软盘、硬盘和光盘等）。n输入设备：键盘和鼠标等。输入设备：键盘和鼠标等。n输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。n微型计算机总线：数据总线（微型计算机总线：数据总线（DB）、）、地址总线（地址总线（AB）和控制总线（）和控制总线（CB）。）。以全加器以全加器为基基础，辅之以移之以移位寄存器位寄存器及相及相应控控制制逻辑，完成加、完成加、减、乘、减、乘、除四除四则运运算和各种算和各种逻辑运算运算存放运算存放运算操作数和操作数和结果果寄寄存存器器组组(RS(RS)通用寄存器组通用寄存器组堆栈指针堆栈指针(SP)
9、程序计数器程序计数器(PC)指令寄存器指令寄存器(IR)(IR)指令译码器指令译码器(ID)(ID)累加器累加器(ACC)累加锁存器累加锁存器标志寄存器标志寄存器(FR)暂存器暂存器算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)根据指令根据指令发出控制信号出控制信号地址缓冲器地址缓冲器数据缓冲器数据缓冲器地址总线地址总线数据总线数据总线操作控制器操作控制器(OC)(OC)控制总线控制总线临时存放单临时存放单元：暂时存元：暂时存放数据和地放数据和地址址指示指示栈项栈项地址地址 存放下一条要存放下一条要执行的指令的地址行的指令的地址 寄存寄存ALU操操作作结果果的状的状态指令执行过程图指令执行过程图CBABD
10、BALU累加器累加器ACC暂存器暂存器标志寄存器标志寄存器FR寄存器组寄存器组 操作控制器操作控制器OC指令译码器指令译码器ID指令寄存器指令寄存器IR 操作码操作码,地址码地址码内部总线内部总线地址缓冲器地址缓冲器数据缓冲器数据缓冲器程序计数程序计数器器PC地地址址译译码码读控制读控制B0H5CH04H2EH地址地址1001H1002H1003H内容内容1000H内存储器内存储器MOV AL，5CHADD AL，2EH1CPU外外CPU内内6.2.2 计算机软件系统计算机软件系统n系统软件系统软件操作系统操作系统语言处理程序：汇编程序、编译程序、解释程语言处理程序：汇编程序、编译程序、解释程
11、序等序等数据库管理系统数据库管理系统服务程序：诊断程序、纠错程序等服务程序：诊断程序、纠错程序等n应用软件应用软件文字处理软件、电路设计软件、仿真软件文字处理软件、电路设计软件、仿真软件n1、程序设计语言、程序设计语言机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言n翻译程序（编译程序、解释程序）翻译程序（编译程序、解释程序）4GL语言语言2、系统软件、系统软件n操作系统操作系统操作系统功能（进程管理、存储管理、设备管操作系统功能（进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理）理、文件管理、作业管理）操作系统分类（批处理操作系统、分时操作系操作系统分类（批处理操作系统、分时操作系统、实时操
12、作系统、网络操作系统）统、实时操作系统、网络操作系统）n数据库管理系统数据库管理系统n服务程序服务程序n语言处理程序语言处理程序6.3计算机中数据的显示计算机中数据的显示n计算机中二进制数据计算机中二进制数据n计算机中表示的数据计算机中表示的数据n计算机体系结构计算机体系结构计算机中的二进制数据计算机中的二进制数据n计算机内部采用二进制计算机内部采用二进制0和和1表示数据。表示数据。n原因：原因：n1.电路简单，逻辑电路通常只有两个状态，正好可以用电路简单，逻辑电路通常只有两个状态，正好可以用0和和1 表示。表示。n2.工作可靠工作可靠n3.简化运算简化运算n4.逻辑性强逻辑性强数据单位数据单
13、位1.位位 (bit 比特比特)0和和1，计算机存储数据、表，计算机存储数据、表示数据的最小单位示数据的最小单位n2.字节（字节（byte 简称简称 B），），1 byte=8 bitn1kB=1024B，n1MB=1024KB,n1GB=1024MBn3.字（字（Word）1 W=8 B计算机中表示的数据计算机中表示的数据1.数值数据的编码数值数据的编码n1）机器数与真值）机器数与真值n一个数值数的机内编码称为机器数，而它所一个数值数的机内编码称为机器数，而它所代表的实际值称为机器数的真值。代表的实际值称为机器数的真值。n2）定点数和浮点数）定点数和浮点数n3）原码、反码和补码）原码、反码和
14、补码原码、反码和补码原码、反码和补码n原码：正数的符号位为原码：正数的符号位为 0，负数的符号位为，负数的符号位为 1。如：。如：+3:011 -3:111n反码：正数的反码与原码相同，负数的反码处符号位外的各位反码：正数的反码与原码相同，负数的反码处符号位外的各位按位取反。按位取反。如：如：+3：011 -3:100n 补码：补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码的最低正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码的最低位加位加1如：如：+3：011 -3:1012.符号数据的编码符号数据的编码 符号数据的编码符号数据的编码n1.BCD码：码：8421编码编码如如 5:0101 10:10
15、10n2.ASCII编码编码:采用采用8个二进制位编码，最高位为个二进制位编码，最高位为0，余下的余下的7位进行编码。位进行编码。n3.汉字编码：汉字编码：GB2312-80n汉字输入码：数字编码和拼音编码。汉字输入码：数字编码和拼音编码。n汉字交换吗汉字交换吗n机内码机内码n汉字字模码汉字字模码计算机体系结构计算机体系结构1.早期计算机：冯早期计算机：冯.诺依曼结构诺依曼结构2.现代计算机：现代计算机：1）串行算法改进为并行算法，如：）串行算法改进为并行算法，如：向量计算机、并行计算机、多处理机向量计算机、并行计算机、多处理机 2）面向高级语言和直接执行高级语言）面向高级语言和直接执行高级语
16、言 3）面向操作系统和数据库的计算机）面向操作系统和数据库的计算机 4）指令驱动改进为数据驱动和需求驱动）指令驱动改进为数据驱动和需求驱动 5）容错计算机、专用计算机）容错计算机、专用计算机 6）功能分散化专业化）功能分散化专业化 7）处理非数值信息）处理非数值信息6.4计算机网络计算机网络n计算机通信网计算机通信网1.计算机通信网的概念计算机通信网的概念2.计算机通信网的分类计算机通信网的分类n局域网（局域网（LAN）n城域网（城域网（MAN）n广域网（广域网（WAN）计算机通信网的概念和分类计算机通信网的概念和分类n1.概念：多台计算机和终端，通过通信线路连接起来，实现信概念：多台计算机和
17、终端，通过通信线路连接起来，实现信息交息交换的网络。换的网络。n2.分类：分类：n1）按交换功能分：电路交换、报文交换、分组交换和混合交）按交换功能分：电路交换、报文交换、分组交换和混合交换网。换网。n2）按拓扑结构分：集中式、分散式和分布式。）按拓扑结构分：集中式、分散式和分布式。n3）按通信性能分：资源共享计算机网、分布式计算机网、远）按通信性能分：资源共享计算机网、分布式计算机网、远程通信网。程通信网。n4）按作用范围分：）按作用范围分：LAN、MAN、WANn5）按使用范围分：中国公用计算机互联网和国际计算机互联）按使用范围分：中国公用计算机互联网和国际计算机互联网网局域网局域网 LA
18、Nn局域网具有七层模型的下两层：数据链路层局域网具有七层模型的下两层：数据链路层和物理层的功能。和物理层的功能。n传输距离约为传输距离约为10KM，速率，速率:118Mbit/sn按局域网拓扑结构分为：总线网、环形网、星型网。按局域网拓扑结构分为：总线网、环形网、星型网。n按媒体接入控制处理方式分为：按媒体接入控制处理方式分为：nn令牌总线令牌总线n令牌环路令牌环路城域网城域网MAN和广域网和广域网WANnMAN速率可达速率可达10Gbit/s，传输距离可达，传输距离可达50KM。nWAN是通信子网和主机的集合，速率可达是通信子网和主机的集合，速率可达上百上百Mbit/s。n通信子网包括交换和
19、传输子网。通信子网包括交换和传输子网。6.5数据库系统数据库系统n基本概念基本概念n数据库技术的产生与发展数据库技术的产生与发展n数据库系统结构数据库系统结构n数据库管理系统数据库管理系统n数据库系统数据库系统n数据库新技术数据库新技术基本概念基本概念n信息：现实世界在人脑中的抽象反映。信息：现实世界在人脑中的抽象反映。n数据：文字、符号、声音、图像等的组合。数据：文字、符号、声音、图像等的组合。n数据处理：收集、管理、加工等。数据处理：收集、管理、加工等。n数据管理：数据的处理过程。数据管理：数据的处理过程。n数据库：相互关联的数据集合。数据库：相互关联的数据集合。n数据库管理系统数据库管理
20、系统n数据库系统数据库系统数据库技术的产生与发展数据库技术的产生与发展n数据管理数据管理:如何对数据进行分类组织储如何对数据进行分类组织储存检索及维护。存检索及维护。n数据管理的三个阶段数据管理的三个阶段人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段1、人工管理阶段人工管理阶段 时间：时间：20世纪世纪50年代中期以前年代中期以前 背景：背景：硬件：外存只有卡片纸带磁带硬件：外存只有卡片纸带磁带 软件：汇编语言软件：汇编语言 数据批处理数据批处理 特点：特点：数据不进行保存数据不进行保存 没有专门的数据管理软件没有专门的数据管理软件 数据面向应用数据面向应用 只有
21、程序的概念只有程序的概念 2、文件系统阶段文件系统阶段 时间：时间：20世纪世纪50年代末到年代末到60年代中期年代中期 背景：背景：硬件：磁盘磁鼓等直接存取的外存设备硬件：磁盘磁鼓等直接存取的外存设备 软软件件：操操作作系系统统高高级级语语言言操操作作系系统统中中的的文文件件系系统是专门用于数据管理的软件统是专门用于数据管理的软件 文件批处理联机实时处理文件批处理联机实时处理 特点：特点：数据可以长期保存在磁盘上数据可以长期保存在磁盘上 文件系统提供了数据与程序之间的存取方法文件系统提供了数据与程序之间的存取方法 数据冗余度大数据冗余度大 文件之间缺乏联系，相互孤立文件之间缺乏联系，相互孤立
22、 3、数据库系统阶段数据库系统阶段 时间时间:20世纪世纪60年代末年代末 背景：背景：硬件：大容量的磁盘硬件：大容量的磁盘 联机实时处理联机实时处理 特点：特点：采用特定的数据模型，使数据的结构化采用特定的数据模型，使数据的结构化 数据独立性高数据独立性高数据共享性好，数据冗余度低数据共享性好，数据冗余度低为用户提供了方便的用户接口为用户提供了方便的用户接口 有统一的数据控制功能有统一的数据控制功能数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构分类：数据库系统结构分类：1.从数据库管理系统角度：三级模式结构从数据库管理系统角度：三级模式结构外模式、模式和内模式外模式、模式和内模式2.从数据路最终
23、用户角度：从数据路最终用户角度：n单用户结构单用户结构n主从式结构主从式结构n分布式结构分布式结构n客户客户/服务器结构服务器结构用户用户A用户用户B用户用户n子模式子模式1子模式子模式2子模式子模式n概念模式概念模式内内模模式式用户级用户级概念级概念级存储级存储级图图4.1 数据库分层结构示意图数据库分层结构示意图外模式外模式SQL数据库的结构SQL用户用户1SQL用户用户2视图视图1视图视图2基本表基本表1基本表基本表2基本表基本表3基本表基本表4存储文件存储文件1存储文件存储文件2存储文件存储文件2存储文件存储文件2外模式模式内模式数据库管理系统数据库管理系统1.主要功能：主要功能：n数
24、据库定义，操纵，运行控制，数据库定义，操纵，运行控制，n建立和维护，数据库组织、存储和管理建立和维护，数据库组织、存储和管理n数据通信接口数据通信接口2.组成：由数据库语言和数据库管理的例行程组成：由数据库语言和数据库管理的例行程序组成。序组成。3.工作流程工作流程数据库管理系统的工作流程数据库管理系统的工作流程 应用程序A缓冲区数据库管理系统DBMS 应用程序外模式模式内模式操作系统存储设备12345678910数据库系统数据库系统n1.数据库：由物理数据库和描述数据库组成。数据库：由物理数据库和描述数据库组成。n2.硬件系统硬件系统n3.软件支持系统软件支持系统n4.数据库管理员（数据库管理员（DBA）数据库新技术数据库新技术新一代数据库新技术：新一代数据库新技术：1.整体系统方面：整体系统方面：n面向对象数据库、面向对象数据库、n主动数据库主动数据库n实时数据库实时数据库n时态数据库时态数据库2.体系结构方面：体系结构方面：n分布式数据库分布式数据库n并行数据库并行数据库n内存数据库内存数据库n联邦数据库联邦数据库n数据仓库数据仓库3.应用方面应用方面n工程数据库工程数据库n空间数据库空间数据库n科学与统计数据库科学与统计数据库n超文档数据库超文档数据库