计算机文化基础 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机发展简史 二进制和存储程序控制计算机的产生 计算机发展的几个阶段 第一台电子数字计算机—ENIAC 冯·诺依曼结构计算机 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

Electronic Numerical Integrator And Calculator 第一台电子计算机—ENIAC 电子数字积分与计算机，ENIAC (1943～1946) Electronic Numerical Integrator And Calculator 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

第一台电子计算机—ENIAC 5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

Electronic Delay Storage Automatic Computer 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机发展的几个阶段 第一代 第二代 第三代 第四代 1946~1955 1956~1963 电子管 晶体管 1964~1971 几千条指令/秒 几兆条指令/秒 第三代 第四代 1964~1971 1972~Now 中小规模集成电路 大规模和超大规模集成电路 几千万指令/秒 几亿条指令/秒 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

指令和指令系统 指令 指令系统 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

程序 (Program) 程序 计算机的两个基本能力 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机的基本组成 计算机结构示意图 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

中央处理器 (CPU) 运算器 控制器 中央处理器 对数据进行程序中指令所规定的运算操作 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

总线 (Bus) 总线 根据所连接部件的不同 根据所传送信息的类别 在计算机基本部件之间传送信息的通路 输入输出总线、存储器总线、CPU总线 地址总线 (AB, Address Bus) 控制总线 (CB, Control Bus) 数据总线 (DB, Data Bus) 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

CPU的工作原理 CPU原理框图 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 非数值信息的表示 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

信息存储单位 信息存储单位 数量级前缀 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 = 210 1M = 1024K = 220 1G = 1024M = 230 1T = 1024G = 240 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 位值制 每位的权值与位置有关，即 当r=2时，即为二进制，有 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

几种常用进制 进制 r 基本符号 后缀 二进制 (Binary) 2 0,1 B 八进制 (Octal) 8 0,1,2,3,4,5,6,7 Q 十进制 (Decimal) 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 D 十六进制 (Hexadecimal) 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F H 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

数制转换 二、八、十六进制转换为十进制 二、八、十六进制之间的转换 十进制转换为二、八、十六进制 按照r进位值制的定义进行转换 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

2、8、16进制转换为10进制 1100.0101B = 1×23+ 1×22+0×21+0×20+ 0×2-1 = 1×23+ 1×22+0×21+0×20+ 0×2-1 +1×2-2+0×2-3+1×2-4 = 12.3125D 31A.7H = 3×162+1×161+10×160+7×16-1 = 794.4375D 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

2、8、16进制之间的转换 二、八、十六进制之间的对应关系 转换方法 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) 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

2、8、16进制之间的转换 1011011.1B转换为八进制和十六进制 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

整数转换法—除基取余法 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

小数转换法—乘基取整法 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

数值数据的表示 定点表示方法 浮点表示方法 数值数据的编码 定点整数 定点小数 原码 反码 补码 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

非数值信息的表示 西文字符编码方案 中文字符编码方案 Unicode 其他非数值信息 ASCII GB2312-80 / GBK 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

中文字符编码方案 GB2312-80标准 (国标码) GBK (汉字内码扩展规范) 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机的类型与分工 按照用途分 按照综合性能指标分 通用机 能适应多种用途的需要 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

巨型机—地球模拟器 地球模拟器 35.6万亿次运算/秒 占地3250m2 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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CPU 644GB内存 100TB磁盘容量 … … 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

软件和硬件 计算机系统由硬件和软件两部分组成 硬件 软件 组成计算机的物理实体 包括CPU、存储器、外部设备等 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

系统软件和应用软件 系统软件 应用软件 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机的软硬件层次 一般用户 应用软件 其他系统软件 操作系统 裸机 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 常用的操作系统 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 DOS Windows95/98/ME、Windows NT/2K/XP Unix、Linux… 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机程序设计语言 高级 高级语言 C语言 汇编语言 低级 机器语言 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

计算机程序设计语言 机器语言 汇编语言 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 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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

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 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

汇编、编译、解释和连接 汇编语言程序 高级语言程序 (编译型) 高级语言程序 (解释型) 汇编 连接 源程序 目标文件 可执行文件 执行 解释程序 源程序 逐条解释执行 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

主要高级语言 C 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、gcc… C++ 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 … 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

主要高级语言 BASIC FORTRAN PASCAL 解释执行，容易学习，不太适合开发系统软件 Visual Basic … 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… 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识

The End 2018/11/19 计算机文化基础 - 第一章 计算机的基础知识