模塊01 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1、模塊01 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)你你知道嗎？知道嗎？人類自從遠(yuǎn)古時(shí)代就開始了計(jì)算活動(dòng)并隨著人類社會(huì)的發(fā)展發(fā)明了各種各樣的計(jì)算工具，以減少繁瑣復(fù)雜的計(jì)算工作。例如中國的算盤，西方人發(fā)明的手搖計(jì)算器。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的計(jì)算課題越來越復(fù)雜，這些傳統(tǒng)的計(jì)算工具已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足需要。此時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，簡單的說計(jì)算機(jī)就是一種能夠進(jìn)行高速算術(shù)和邏輯運(yùn)算的電子機(jī)器。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的數(shù)與編碼計(jì)算機(jī)的指令和程序設(shè)計(jì)語言項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)是人類在二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它是新技術(shù)革命的一支主力，也是推動(dòng)社會(huì)向現(xiàn)代化邁進(jìn)的積極因素

2、。在如今中，計(jì)算機(jī)廣泛的應(yīng)用于軍事、科研、經(jīng)濟(jì)、文化、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，是人類不可缺少的助手和工具。動(dòng)手做動(dòng)手做1 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)簡介簡介 簡單的說，計(jì)算機(jī)就是一種能夠自動(dòng)進(jìn)行高速運(yùn)算的和邏輯運(yùn)算的電子機(jī)器。 1946年2月，第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）在美國誕生。 世界著名數(shù)學(xué)家馮諾依曼博士首先發(fā)表了電機(jī)計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探的論文，提出了電子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的理論，為一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Comp

3、uter）奠定了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)手做動(dòng)手做2 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況的發(fā)展概況 根據(jù)電子計(jì)算機(jī)采用的物理器件的發(fā)展一般把計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為四個(gè)階段，習(xí)慣上稱為四代，雖然各個(gè)階段的劃分沒有嚴(yán)格的界限，但有個(gè)大致的范圍。第一代計(jì)算機(jī)是電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代，時(shí)間上大約由第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC問世開始到50年代末（1946年1958年）。第二代計(jì)算機(jī)是晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代，時(shí)間上大約從50年代末到60年代初（1959年1964年）。第三代計(jì)算機(jī)是集成電路電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，時(shí)間上大約從60年代中期到70年代初期（1965年1975年）。第四代計(jì)算機(jī)是采用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成

4、電路（VLSI）的計(jì)算機(jī)，時(shí)間從70年代初期至今。動(dòng)手動(dòng)手做做3 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展的發(fā)展 1971年，世界上第一片4位微處理器4004在Intel公司誕生，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)進(jìn)入了微型計(jì)算機(jī)時(shí)代。以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)。通常以微處理器為標(biāo)志來劃分微型計(jì)算機(jī)，如286、386、Pentium 和Pentium 4等。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展史實(shí)際上就是微處理器的發(fā)展史。項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)手做動(dòng)手做4 我國我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況 我國計(jì)算機(jī)技術(shù)研究起步晚、起點(diǎn)低，但隨著改革開放的深入和國家對高新技術(shù)的扶持、對創(chuàng)新能力的倡導(dǎo)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的水平正在逐

5、步提高。 1956年，開始研制計(jì)算機(jī)。1958年，研制成功第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)103計(jì)算機(jī)。1959年，104計(jì)算機(jī)研制成功，這是我國第一臺(tái)大型通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。1964年，研制成功晶體管計(jì)算機(jī)。1971年，研制成功以集成電路為主要器件的DJS系列機(jī)器。這一時(shí)期，在微型計(jì)算機(jī)方面，我國研制開發(fā)了長城、紫金、聯(lián)想系列微型機(jī)。動(dòng)手做動(dòng)手做5 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類的分類 計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天，已是琳瑯滿目、種類繁多，并表現(xiàn)出各自不同的特點(diǎn)。可以從不同的角度對計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類。 1按處理數(shù)據(jù)的類型分類 2按使用范圍分類 3按性能分類項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)手做動(dòng)手做6 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的主要用途的主要用途

6、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要分為數(shù)值計(jì)算和非數(shù)值計(jì)算兩大類。信息處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、過程控制等均屬于非數(shù)值計(jì)算，其應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)值計(jì)算。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前計(jì)算機(jī)有5000多種用途，并且以每年300500種的速度增加。計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以分為以下幾個(gè)方面。 1科學(xué)計(jì)算（數(shù)值計(jì)算） 2信息處理 3過程控制 4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造 5網(wǎng)絡(luò)通信 6人工智能 7數(shù)字娛樂 8嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)手做動(dòng)手做7 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)具有以下特點(diǎn)。 （1）處理速度快。 （2）計(jì)算精度高。 （3）存儲(chǔ)容量大。 （4）可靠性高。 （5）自動(dòng)化工作。計(jì)算機(jī)可以在編制

7、好的程序控制下自動(dòng)工作，不需要人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。 （6）適用范圍廣。計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，常常產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)。項(xiàng)目任務(wù)1-1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)手做動(dòng)手做8 未來未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 21世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，是超高速信息公路建設(shè)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展并進(jìn)入應(yīng)用的年代。那么，計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢是什么?未來新一代計(jì)算機(jī)的類型是什么? 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 （1）巨型化 （2）微型化 （3）網(wǎng)絡(luò)化 （4）智能化動(dòng)手動(dòng)手做做9 信息信息的基本概念發(fā)展的基本概念發(fā)展 信息同物質(zhì)、能源一樣重要，是人類生存和社會(huì)發(fā)展的三大基本資源之一。數(shù)據(jù)處理之后產(chǎn)生的結(jié)果為信息，信息具有針對性、實(shí)時(shí)

8、性，是有意義的數(shù)據(jù)。項(xiàng)目任務(wù)1-2 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的各種物理設(shè)備的總稱，軟件是為了運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)而編制的程序和各種文檔的總和，兩者缺一不可。動(dòng)手做動(dòng)手做1 計(jì)算計(jì)算硬件系統(tǒng)概述硬件系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖所示。 項(xiàng)目任務(wù)1-2 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理動(dòng)手做動(dòng)手做2 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)軟件組成軟件組成 軟件系統(tǒng)是指裝入計(jì)算機(jī)的程序文件和數(shù)據(jù)文件，如操作系統(tǒng)Windows和辦公軟件以及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序等。軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件。硬件和軟件缺一不可，如果沒有硬件，軟件將失去運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，如果沒有軟件，計(jì)算

9、機(jī)硬件也發(fā)揮不了作用。在系統(tǒng)軟件中，操作系統(tǒng)又是所有應(yīng)用軟件的運(yùn)行基礎(chǔ)。目前微型計(jì)算機(jī)常用的操作系統(tǒng)是微軟公司的Windows操作系統(tǒng)。 動(dòng)手動(dòng)手做做3 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)反映了計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部件之間的連接方式。 1直接連接 運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和外部設(shè)備四個(gè)組成部件之間的任意兩個(gè)組成部件，相互之間基本上都有單獨(dú)的連接線路。馮諾依曼在1952年研制的計(jì)算機(jī)ISA基本上就采用了直接連接的結(jié)構(gòu)。 2總線結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)普遍采用總線結(jié)構(gòu)。總線是一級(jí)連接各個(gè)部件的公共通信線，包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備之間進(jìn)行信息交換和控制傳遞需要的全部信號(hào)。項(xiàng)目任務(wù)1-2 計(jì)算

10、機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理動(dòng)手做動(dòng)手做4 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的基本工作原理的基本工作原理 計(jì)算機(jī)開機(jī)后，CPU首先讀取并執(zhí)行BIOS（固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的一部分操作系統(tǒng)程序），它啟動(dòng)操作系統(tǒng)的裝載過程，先把一部分操作系統(tǒng)從磁盤中讀入內(nèi)存，然后再由讀入的這部分操作系統(tǒng)裝載其他的操作系統(tǒng)程序，系統(tǒng)裝載操作系統(tǒng)的過程稱為引導(dǎo)。操作系統(tǒng)被裝載到內(nèi)存后，計(jì)算機(jī)才能接收用戶的命令，執(zhí)行其他的程序。 指令，就是讓計(jì)算機(jī)完成某個(gè)操作所發(fā)出的命令。程序，就是由一系列指令所組成的有序集合，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序就是執(zhí)行這一系列指令。 計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令一般分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存中取出送入CPU；第二個(gè)階段

11、是由CPU對指令進(jìn)行分析譯碼，判斷該條指令要完成的操作，向各部件發(fā)出完成該操作的控制信號(hào)，完成該指令的功能。當(dāng)一條指令執(zhí)行完后就處理下一條指令。一般將第一個(gè)階段稱為取指周期，第二個(gè)階段稱為執(zhí)行周期。 計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，CPU先從內(nèi)存中讀出一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行，指令執(zhí)行完后，再從內(nèi)存中讀出下一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行。CPU不斷地取指令，然后執(zhí)行指令，這就是程序的執(zhí)行過程。項(xiàng)目任務(wù)1-3 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)的硬件資源是指微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以看得見摸得著的物理裝置，即機(jī)械器件、電子線路等設(shè)備，這是微型計(jì)算機(jī)賴以存在的基礎(chǔ)，也是軟件系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的平臺(tái)。動(dòng)手做動(dòng)手做1 微機(jī)微機(jī)的主要性能

12、指標(biāo)的主要性能指標(biāo) 顯然，評定一臺(tái)微機(jī)的優(yōu)劣，不能只依據(jù)一兩項(xiàng)指標(biāo)，一般需要綜合考慮。下面介紹微機(jī)的幾項(xiàng)核心技術(shù)指標(biāo)。 1字長 2時(shí)鐘頻率 3運(yùn)算速度 4存儲(chǔ)容量 5存取周期 項(xiàng)目任務(wù)1-3 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)動(dòng)手做動(dòng)手做2 微機(jī)微機(jī)的基本配置的基本配置 無論是什么品牌和型號(hào)的微機(jī)，其主要組成部分都是相似的，因此其基本配置也相似。了解微機(jī)的基本配置可以從以下項(xiàng)目考慮：制造商、型號(hào)、機(jī)箱樣式、CPU型號(hào)、內(nèi)存、主板、顯卡、硬盤、光驅(qū)、聲卡、網(wǎng)卡、鼠標(biāo)和鍵盤等。這些項(xiàng)目不一定要全部了解，只要抓住幾個(gè)主要配置就可以判斷機(jī)器的性能。動(dòng)手動(dòng)手做做3 微機(jī)微機(jī)的主要硬件系統(tǒng)的主要硬件系統(tǒng) 微機(jī)與其他類型計(jì)

13、算機(jī)的工作原理和組成并無本質(zhì)的區(qū)別。 1主板 2中央處理器 3內(nèi)部存儲(chǔ)器 4外部存儲(chǔ)器 5機(jī)箱和電源 6輸入/輸出設(shè)備 7打印機(jī) 項(xiàng)目任務(wù)1-4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)與編碼 計(jì)算機(jī)要正常工作，就必須存放各種指令及各種類型的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)值，還包括各種字符、文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻等。動(dòng)手動(dòng)手做做1 數(shù)制數(shù)制的基本概念的基本概念 人們在生產(chǎn)實(shí)踐和日常生活中創(chuàng)造了許多種表示數(shù)的方法，如常用的十進(jìn)制、鐘表計(jì)時(shí)中使用的六十進(jìn)制等。這些數(shù)的表示規(guī)則稱為數(shù)制。數(shù)值在計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制表示，這是由計(jì)算機(jī)所使用的邏輯器件所決定，其好處是：運(yùn)算簡單、實(shí)現(xiàn)方便、成本低。 動(dòng)手動(dòng)手做做2 數(shù)制數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

14、間的轉(zhuǎn)換 1非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法是按權(quán)展開。 2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換化為其他進(jìn)制時(shí)，可將此數(shù)分成整數(shù)與小數(shù)兩部分分別轉(zhuǎn)換，然后拼接起來即可。 3二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換 由于16是2的4次冪，所以可以用4位二進(jìn)制數(shù)來表示1位十六進(jìn)制數(shù)。項(xiàng)目任務(wù)1-4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)與編碼動(dòng)手做動(dòng)手做3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的存儲(chǔ) 由于在計(jì)算機(jī)內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)都是用二進(jìn)制數(shù)表示的，因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、處理也都是以二進(jìn)制數(shù)為基礎(chǔ)的。以下為計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的常用單位。 位：一個(gè)二進(jìn)制位，稱為位（bit），是數(shù)據(jù)的最小單位，表示為bit。 字節(jié)：8位二進(jìn)制數(shù)

15、編為一組，稱為一個(gè)字節(jié)（Byte），是信息處理的最基本單位，表示為B。 字：由若干字節(jié)組成的（通常取字節(jié)的整數(shù)倍）。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是以字節(jié)作為處理單位的，如一個(gè)英文大寫字母用一個(gè)字節(jié)表示，而一個(gè)漢字和國標(biāo)圖形字符需用兩個(gè)字節(jié)表示。實(shí)際使用中這樣的單位表示量太小，常用KB、MB、GB和TB作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位。 動(dòng)手做動(dòng)手做4 西文西文字符的編碼字符的編碼 所謂編碼，就是用二進(jìn)制數(shù)來表示數(shù)據(jù)的代碼。 計(jì)算機(jī)中常用的字符（西文字符）編碼有兩種：EBCDIC碼和ASCII碼。IBM系列的大型計(jì)算機(jī)采用EBCDIC碼，微型計(jì)算機(jī)采用ASCII碼。項(xiàng)目任務(wù)1-4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)與編碼動(dòng)手做動(dòng)手做5 漢字漢字的編碼的編碼 為使計(jì)算機(jī)可以處理漢字，也需要對漢字進(jìn)行編碼。計(jì)算機(jī)進(jìn)行漢字處理的過程，實(shí)際上是各種漢字編碼間的轉(zhuǎn)換過程。漢字編碼有漢字信息交換碼、漢字輸入碼、漢字內(nèi)碼、漢字字形碼和漢字地址碼等。下面分別介紹各種漢字編碼。 1漢字信息交換碼 2漢字輸入碼 3漢字內(nèi)碼 4漢字字形碼 5漢字地址碼項(xiàng)目任務(wù)1-5 計(jì)算機(jī)指令和程序設(shè)計(jì)語言 計(jì)算機(jī)能按照要求自動(dòng)完成工作是因?yàn)椴捎昧舜鎯?chǔ)程序控制。那么，什么是程序呢？程序又是用何種工具編寫的呢？動(dòng)手動(dòng)手做做1 計(jì)算機(jī)指令計(jì)算機(jī)指令 指令就是用戶給計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令，它告訴計(jì)算機(jī)要干什么，所要用到的數(shù)據(jù)在哪里，操作結(jié)果又將送往何處。所以，指令包括操作