計(jì)算機(jī)的組成

計(jì)算機(jī)的組成一、教學(xué)目標(biāo)：計(jì)算機(jī)硬件與軟件的基本概念。了解計(jì)算機(jī)的基本工作原理。二、教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的硬件及基本工作原理以及信息的數(shù)字化表示方法及相互間的換算。三、教學(xué)難點(diǎn)：信息的數(shù)字化表示方法及相互間的換算。四、課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。五、教學(xué)過(guò)程：教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)※引入以提問(wèn)方式引入本節(jié)課：計(jì)算機(jī)是由哪幾部分組成的呢？※新課1．在學(xué)生回答時(shí)，教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生回答并作出補(bǔ)充。2．要求學(xué)生了解和理解計(jì)算機(jī)硬件主要由輸入設(shè)備、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸出設(shè)備五大部分組成以及它們之間的關(guān)聯(lián)。A.計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的提出者：美籍著名數(shù)學(xué)家馮?諾依曼B．提出了“存儲(chǔ)程序”的設(shè)計(jì)思想馮?諾依曼計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本部分，即輸入設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)硬件(computerhardware)主要由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器五大部分組成。(1)輸入設(shè)備若要計(jì)算機(jī)按我們的要求進(jìn)行工作，計(jì)算機(jī)必須接受外部的信息。使計(jì)算機(jī)從外部獲得信息的設(shè)備，稱為輸入設(shè)備(inputdevice)。常用的輸入設(shè)備包括鍵盤、光筆、鼠標(biāo)器、掃描儀、話筒等，通過(guò)它們可以輸入文字、圖像、聲音等不同的信息。輸入設(shè)備種類很多，近幾年來(lái)出現(xiàn)了觸摸屏、手寫漢字輸入設(shè)備、自然語(yǔ)言輸入設(shè)備、數(shù)碼照相機(jī)等。輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)把信息處理的結(jié)果以人們能夠識(shí)別的形式表示出來(lái)的設(shè)備，稱為輸出設(shè)備(outputdevice)o例如，顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)在處理信息的過(guò)程中，許多信息被存放在存儲(chǔ)器(memory)中。存儲(chǔ)器又分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩種。內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱內(nèi)存，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存儲(chǔ)器又可分為兩類：一類是只讀存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱ROM)，用于永久存放特殊的專用信息，只能讀出信息，不能寫入信息。當(dāng)計(jì)算機(jī)斷電后，ROM中的信息不會(huì)丟失，所以它是一種永久存儲(chǔ)器。另一類是隨機(jī)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱RAM)，RAM的信息可讀、可寫、可修改，在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確地保存信息，但是計(jì)算機(jī)一旦斷電，RAM中的信息將消失。目前，計(jì)算機(jī)上使用的外存儲(chǔ)器主要是磁盤和光盤(opticaldisc)o磁盤又分為軟磁盤(floppydisk)和硬磁盤(harddisk)兩種。軟磁盤帶有保護(hù)套的圓形薄膜，是在圓形聚酯膜的軟基底上涂敷磁性層作為記錄媒體的盤片，現(xiàn)在常用的有3.5英寸盤。硬磁盤是一種硬質(zhì)圓形磁表面存儲(chǔ)媒體，不但存儲(chǔ)量大，而且讀寫速度快,是目前計(jì)算機(jī)主要的存儲(chǔ)設(shè)備。光盤的優(yōu)點(diǎn)是容量大、耐用、方便。按光盤的讀/寫功能來(lái)分有三大類，它們分別是只讀光盤CD-ROM，一寫多讀(write-once-read-many)型光盤及可擦型光盤等。存儲(chǔ)容量的基本單位是字節(jié)(Byte，B)，一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)。表示存儲(chǔ)容量的單位還有千字節(jié)(KiloByte,KB)、兆字節(jié)(MegaByte,MB)、吉字節(jié)(GigaByte,GB)等，它們之間的換算關(guān)系是:1KB=210B=1024B1MB=210KB=24KB1GB=210MB=1024MB運(yùn)算器運(yùn)算器(arithmeticunit)是計(jì)算機(jī)實(shí)施算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷的主要部件。它能按照計(jì)算機(jī)程序的要求，在控制器的控制下，進(jìn)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算和進(jìn)行判別數(shù)的符號(hào)，比較數(shù)的大小等邏輯運(yùn)算?？刂破骺刂破?controller)是指揮、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的中心。它從存儲(chǔ)器中取出信息并進(jìn)行分析，然后根據(jù)指令向計(jì)算機(jī)各個(gè)部分發(fā)出各種控制信息，使計(jì)算機(jī)按照要求自動(dòng)、協(xié)調(diào)地完成任務(wù)。一般將運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(簡(jiǎn)稱CPU)。由于CPU是微型計(jì)算機(jī)的核心，我們習(xí)慣上用CPU來(lái)表示計(jì)算機(jī)的檔次，例如：80286、80486、Pentium、PentiumII、Pentiumlll和Pentium4等。E.計(jì)算機(jī)僅有硬件還不能進(jìn)行信息處理，必須有為計(jì)算機(jī)編制的各種程序。程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)文檔資料稱為軟件。軟件可以分為系統(tǒng)軟件(systemsoftware)和應(yīng)用軟件(Applicationsoftware)兩大類。系統(tǒng)軟件是為方便使用和管理計(jì)算機(jī)提供的軟件，常用的系統(tǒng)軟件有以下幾種：操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)(operatingsystem,OS)的主要目標(biāo)是管理計(jì)算機(jī)資源，讓我們方便地使用計(jì)算機(jī)。常用的有DOS、XENIX、UNIX、Linux和Windows等。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(databasemanagementsystem)有FoxBASE、FoxPro、VisualFoxPro和Access等。各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的翻譯程序程序語(yǔ)言和編譯系統(tǒng)的主要目標(biāo)是研制開(kāi)發(fā)容易編寫、表達(dá)能力好和便于產(chǎn)生高效的目標(biāo)程序的程序語(yǔ)言，以及非常便于使用的編譯系統(tǒng)。應(yīng)用軟件是為某一應(yīng)用目的而編制的軟件，經(jīng)常使用的有以下幾種：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，可以幫助教師和學(xué)生進(jìn)行課堂教學(xué)和課外復(fù)習(xí)，從而提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件幫助人們進(jìn)行繪制、修改工程圖紙。最常用的有AutoCAD等。文字處理軟件文字處理軟件主要用于輸入、存儲(chǔ)、編輯、打印文字資料，常用的有WPS、Word等。信息管理軟件信息管理軟件有工資管理軟件、人事檔案管理軟件、學(xué)校管理軟件、計(jì)劃管理軟件等。利用這些軟件能夠高效地管理信息。自動(dòng)化控制軟件自動(dòng)化控制軟件主要用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)裝置，能夠高質(zhì)量、高效率地完成生產(chǎn)任務(wù)。注意幾個(gè)名詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)——CAI3.信息的數(shù)字化表示信息時(shí)代幾乎一切信息都要轉(zhuǎn)換成數(shù)字，才能用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)進(jìn)行傳播和交流。用數(shù)字表示各種信息，叫做信息的數(shù)字化表示，也叫信息的編碼，這是信息技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。這節(jié)課我們一起來(lái)學(xué)習(xí)：數(shù)的編碼方式。(1)十進(jìn)制數(shù)我們最常用的記數(shù)制是十進(jìn)數(shù)制，有1、2、3、4、5、6、7、8、9、0十個(gè)數(shù)字符號(hào)，并按照“逢十進(jìn)一”規(guī)則組成。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)值實(shí)際上是由它們?cè)谶@個(gè)數(shù)中所處的位置來(lái)決定的。所以，十進(jìn)制是一種位置記數(shù)法。例如，2568.65這個(gè)數(shù)，用十進(jìn)制表示，可以寫成如下的形式。72568.65=7x104+2x103+5x102+6xl0i+8x10。+6x10」+5x10-2由此，我們可以看到，每個(gè)位數(shù)都帶有一個(gè)“權(quán)”，即萬(wàn)位數(shù)的權(quán)是104，千位數(shù)的權(quán)是103等。十進(jìn)制數(shù)的各個(gè)權(quán)都是10的乘冪項(xiàng)，10叫做它的基數(shù)。這樣任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)：N=aa...aa?aa_a...aann-110-1-2-m+1-m可以寫成以下的形式：N=a10n+a10n-1+.+a101+a100+a10-1+a10-2+.+a 10-m+1+a10-mnn-11-0-1-2-m+1-m即：其中，a.是0~9十個(gè)數(shù)字中的任意一個(gè)，m、n為正整數(shù)。i這里，我們把10稱為基數(shù)，為了區(qū)別通常用一個(gè)下標(biāo)來(lái)表示數(shù)的進(jìn)位制。例如：58(10)、69.25(10)等是表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。(2)二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)男畔⒕捎枚M(jìn)制(binary)代碼來(lái)表示，二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，所以運(yùn)算起來(lái)很簡(jiǎn)單，其運(yùn)算規(guī)則是逢二進(jìn)一。在二進(jìn)制中，基數(shù)是2,所以可以把任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N寫成：N=a2n+a2n-1+...+a21+a20+a2-1+a2-2+...+a2-m+1+a2-mnn-1 1 -0 -1 -2 -m+1 -m即：其中，ai是0?1兩個(gè)數(shù)字中的任意一個(gè)，m、n為正整數(shù)。i例如：11012=1x23+1x22+0x21+1x2011．11 =1x21+10x2+1x2-1+1x2-2(2)二進(jìn)制數(shù)具有以下特點(diǎn)：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，信息的存儲(chǔ)、處理和傳遞均采用二進(jìn)制代碼。這是因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)便且用電子元件容易實(shí)現(xiàn)。二進(jìn)制數(shù)中只有0和1兩個(gè)數(shù)字，可以方便地采用具有兩個(gè)不同的穩(wěn)定物理狀態(tài)的元件來(lái)表示。例如：電容的充電和放電，電位的高和低，指示燈的開(kāi)和關(guān)，晶體管的截止和導(dǎo)通；脈沖電位的低和高等等，分別表示二進(jìn)制數(shù)字中的0和1。具有上述這些兩個(gè)狀態(tài)的元件制造容易，可*性也高。二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，使得計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算部件結(jié)構(gòu)相應(yīng)變得比較簡(jiǎn)單。二進(jìn)制數(shù)的加法法則和乘法法則都只有四條：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=100x0=0 0x1=0 1x0=0 1x1=1二進(jìn)制數(shù)中的0和1與邏輯代數(shù)的邏輯變量一樣，可以采用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并應(yīng)用邏輯代數(shù)作為工具來(lái)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)中的邏輯電路，使得邏輯代數(shù)成為設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的互相轉(zhuǎn)換①把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)：把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，只要將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)求和。[例1－1]把11011.01(2)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)(2)解：11011.012=1x24+1x23+0x22+1