信息技術(shù)基礎(chǔ)教程 課件 第2章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

信息技術(shù)基礎(chǔ)教程第2章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)122345

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)制和信息存儲(chǔ)

中英文輸入法2.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)32.1.1計(jì)算機(jī)的定義2.1.2計(jì)算機(jī)的分類2.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用2.1.4計(jì)算機(jī)的芯片的未來發(fā)展趨勢42.1.1計(jì)算機(jī)的定義4廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域321高速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算一種電子設(shè)備接收、存儲(chǔ)、處理和輸出數(shù)據(jù)概念：第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生名字：ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCaculator)研制目的：軍事上的需要誕生時(shí)間：1946年2月運(yùn)算速度：5000次加法/秒采用元器件：電子管（17486個(gè)）意義：宣布了電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來52.1.1計(jì)算機(jī)的定義6

第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：它有18000個(gè)電子管，6000個(gè)繼電器，耗電174千瓦/小時(shí)，運(yùn)算速度5000次/秒，占地170平方米重30噸，造價(jià)約1千萬美元。與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)相比，ENIAC運(yùn)算速度慢，可靠性差，體積大，價(jià)格昂貴2.1.1計(jì)算機(jī)的定義第一代第二代第三代第四代時(shí)間1946—19581959—19641965—19701971年至今內(nèi)部元器件電子管晶體管集成電路超大規(guī)模集成電路參考圖片每秒運(yùn)算次數(shù)5千～4萬幾十萬～百萬百萬～幾百萬幾百萬～幾億存儲(chǔ)容量15萬B20萬B50萬B1000萬B主要用途軍事和科學(xué)研究科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)、科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理以及多媒體技術(shù)應(yīng)用72.1.1計(jì)算機(jī)的定義2．計(jì)算機(jī)的發(fā)展82.1.1計(jì)算機(jī)的定義新型計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且可以在比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更短的時(shí)間內(nèi)解決復(fù)雜的問題。生物計(jì)算機(jī)也稱仿生計(jì)算機(jī)，主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此作為生物芯片來替代半導(dǎo)體硅片，利用有機(jī)化合物存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。9中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展2.1.1計(jì)算機(jī)的定義硬件發(fā)展初期（80年代）發(fā)展中期（90年代）繁榮期（華為21年：巴龍；23年：麒麟9000s）軟件發(fā)展初期（80年代：東軟、用友）發(fā)展中期（90年代：金山、瑞星）繁榮期（華為、騰訊、阿里巴巴、字節(jié)跳動(dòng)）（HarmonyOS、文心一言）分類依據(jù)性能指標(biāo)使用范圍處理數(shù)據(jù)形態(tài)類別巨型機(jī)大型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)(pc)專用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)模混合計(jì)算機(jī)10計(jì)算機(jī)的分類：根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)的不同，計(jì)算機(jī)可以分成各種不同的類型，它們的用途也各不相同，如表所示。2023年5月，中國超級計(jì)算機(jī)天河四號已成功完成測試并正式上線運(yùn)行。其速度已達(dá)每秒百億億次。是目前全球最快的超級計(jì)算機(jī)之一。2.1.2計(jì)算機(jī)的分類2.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用11運(yùn)算速度快計(jì)算精度高存儲(chǔ)容量大邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)自動(dòng)化程度高1.計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算（數(shù)值計(jì)算）

解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的尖端科技計(jì)算數(shù)據(jù)處理（信息加工）對數(shù)據(jù)、資料、情報(bào)等信息進(jìn)行合并、分類、排序、分析、檢索過程控制（自動(dòng)控制）對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和自動(dòng)檢測，如自動(dòng)駕駛技術(shù)

122.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用2.1.4計(jì)算機(jī)芯片的未來發(fā)展趨勢13提供高效的并行計(jì)算能力，以加速機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和推理過程具備并行計(jì)算能力，在科學(xué)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等廣泛應(yīng)用用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，提供高效的運(yùn)算能力和低能耗GPU圖形處理單元NPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元TPU張量處理單元2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)142.2.1計(jì)算機(jī)工作原理 2.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 2.2.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 2.2.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)2.2.1計(jì)算機(jī)工作原理馮·諾依曼構(gòu)想美籍匈牙利數(shù)學(xué)家提出了“存儲(chǔ)程序”的通用計(jì)算機(jī)方案原理：①計(jì)算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件。②計(jì)算機(jī)內(nèi)部應(yīng)采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)。③將編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入內(nèi)存儲(chǔ)器中，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，計(jì)算機(jī)應(yīng)在不需操作人員干預(yù)的情況下，自動(dòng)逐條取出指令和執(zhí)行任務(wù)。152.2.1計(jì)算機(jī)工作原理16計(jì)算機(jī)的工作過程：

執(zhí)行一條指令可分為4個(gè)基本操作：取出指令：從內(nèi)存取出指令送到CPU的指令寄存器；分析指令：把指令送到指令譯碼器，譯出該指令對應(yīng)的微操作；執(zhí)行指令：向各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)控制信號，完成各種操作；程序計(jì)數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計(jì)數(shù)器，重復(fù)步驟①，進(jìn)入下一條指令的執(zhí)行周期。172.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成2.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成2.2.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)：組成計(jì)算機(jī)的物理的設(shè)備總稱。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由5個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。也可以概括地說計(jì)算機(jī)主要由主機(jī)和外部設(shè)備組成。182.2.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)5個(gè)基本部分：（1）運(yùn)算器（ALU）：用來對數(shù)據(jù)或指令快速地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算。它由加法器、移位器及寄存器等部件組成。（2）控制器（CONTROLUNIT）：功能是將指令翻譯成操作的控制代碼，安排操作次序，并發(fā)出適當(dāng)?shù)拿畹接?jì)算機(jī)各部件，協(xié)同工作。通常把運(yùn)算器和控制器總稱為中央處理器（CPU）。（3）存儲(chǔ)器：用于存放程序和數(shù)據(jù)，一般分內(nèi)存和外存兩大類。（4）輸入設(shè)備：用于向計(jì)算機(jī)輸入程序、數(shù)據(jù)、控制信號等的設(shè)備。（5）輸出設(shè)備：計(jì)算機(jī)輸出信息的設(shè)備。外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為外圍設(shè)備（PeripheralEquipment）。192.2.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)：為運(yùn)行、維護(hù)、管理、應(yīng)用計(jì)算機(jī)所編制的所有程序和數(shù)據(jù)的集合，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)重要的組成部分。計(jì)算機(jī)軟件一般可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。201．系統(tǒng)軟件：居于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最靠近硬件的一層，其他軟件都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)和系統(tǒng)支持軟件等。操作系統(tǒng)系統(tǒng)支持軟件212.2.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)22操作系統(tǒng)2．應(yīng)用軟件：為解決某一領(lǐng)域的具體問題而開發(fā)的軟件產(chǎn)品。常見的應(yīng)用軟件有：壓縮軟件（WinRAR、好壓等），辦公軟件（MSOffice、WPSOffice等），看圖軟件，殺毒軟件，播放軟件，聊天軟件等。232.2.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)24應(yīng)用軟件3.計(jì)算機(jī)硬件、軟件與用戶的關(guān)系

軟件是用戶與硬件的接口。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心。應(yīng)用軟件位于系統(tǒng)軟件的外層。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)是不可分割的，只有硬件而沒有軟件，系統(tǒng)是無法工作的。252.2.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)2.3個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2.3.1個(gè)人計(jì)算機(jī)的類型 2.3.2個(gè)人計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 2.3.3個(gè)人計(jì)算機(jī)的選購原則 2.3.4個(gè)人計(jì)算機(jī)的硬件配置臺(tái)式計(jì)算機(jī)（Desktop）一體機(jī)筆記本電腦（Notebook）平板電腦（Tablet）掌上電腦（PDA）

PersonalDigitalAssistant：個(gè)人數(shù)字助手272.3.1個(gè)人計(jì)算機(jī)的類型1．主頻2．運(yùn)算速度3．字長4．內(nèi)存儲(chǔ)器容量5．外存儲(chǔ)器容量282.3.2個(gè)人計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)按用途決定所采購計(jì)算機(jī)的硬件檔次；不要只強(qiáng)調(diào)CPU的檔次而忽視主板、內(nèi)存、顯卡等重要部件的性能，做到配置均衡；硬件選購應(yīng)優(yōu)先考慮信譽(yù)度高的品牌產(chǎn)品，防止假冒和偽劣產(chǎn)品；確保不存在硬件和軟件沖突問題；選擇售后服務(wù)和保修較有保障的經(jīng)銷商。29

2.3.3個(gè)人計(jì)算機(jī)的選購原則

2.3.4硬件配置-1.主板2.3.4硬件配置-2.CPU微處理器是計(jì)算機(jī)的“大腦”，由運(yùn)算器、控制器、寄存器組成。主要進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。存儲(chǔ)器可分為RAM（RandomAccessMemory）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和ROM（ReadOnlyMemory）只讀存儲(chǔ)器。RAM俗稱主存或內(nèi)存，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必不可少的基本部件。2.3.4硬件配置-3.內(nèi)存儲(chǔ)器2.3.4硬件配置-3.內(nèi)存儲(chǔ)器332.3.4硬件配置-4.外存儲(chǔ)器342.3.4硬件配置-5.輸入設(shè)備35圖1-15掃描儀圖1-16數(shù)碼相機(jī)2.3.4硬件配置-5.輸入設(shè)備輸出設(shè)備的功能是用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。2.3.4硬件配置-6.輸出設(shè)備2.3.4硬件配置-6.輸出設(shè)備39計(jì)算硬件系統(tǒng)-看得見，摸得著2.4數(shù)制和信息存儲(chǔ)402.4.1數(shù)制的概念2.4.2常用的數(shù)制2.4.3數(shù)制的轉(zhuǎn)換2.4.4信息存儲(chǔ)的組織形式2.4.5計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示及編碼 2.4.1數(shù)制的概念數(shù)制：也稱計(jì)數(shù)制，是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。數(shù)制特點(diǎn)：（1）逢N進(jìn)一N是指數(shù)制中所需要的數(shù)字字符的總個(gè)數(shù)，稱為基數(shù)。（2）位權(quán)表示法位權(quán)是指一個(gè)數(shù)字在某個(gè)固定位置上所代表的值。位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系是：各進(jìn)位制中位權(quán)的值是基數(shù)的若干次冪。如十進(jìn)制數(shù)的權(quán)值為100，101，102，103，104…，二進(jìn)制數(shù)的單位值是20，21，22，23，24

…412.4.2常用的數(shù)制1．二進(jìn)制數(shù)及其運(yùn)算規(guī)則日常生活中人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，有時(shí)也使用其它進(jìn)制。如六十進(jìn)制、十二進(jìn)制等。在計(jì)算機(jī)中，信息都是采用二進(jìn)制的形式進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)算、處理和傳輸?shù)?。因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則相當(dāng)簡單，如下所示：42（3）乘法運(yùn)算規(guī)則0×0=00×1=01×0=01×1=1（2）減法運(yùn)算規(guī)則0－0=01－0=10－1=1（有借位）1－1=0（1）加法運(yùn)算規(guī)則0＋0=00＋1=11＋0=11＋1=10（有進(jìn)位）2.4.2常用的數(shù)制2．八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)：逢8進(jìn)1，借1當(dāng)8。

數(shù)碼符號：0～7權(quán)值：80，81，102，83，84…十六進(jìn)制數(shù)：逢16進(jìn)1，借1當(dāng)16。數(shù)碼符號：0～9、A～F，其中十六進(jìn)制中的數(shù)碼A，代表十進(jìn)制的數(shù)10，十六進(jìn)制中的數(shù)碼B，代碼十進(jìn)制數(shù)的11，以此類推，為了與標(biāo)識(shí)符區(qū)別，若是以字母開頭的十六進(jìn)制數(shù)，則在字母前加“0”。

權(quán)值：160，161，162，163，164…432.4.2常用的數(shù)制3．不同數(shù)制的表示方法在計(jì)算機(jī)的數(shù)制中，常采用以下兩種方法標(biāo)識(shí)不同數(shù)制的數(shù)。（1）字母后綴二進(jìn)制數(shù)：字母B（binary）表示；八進(jìn)制數(shù)：字母O（octonary）表示；十進(jìn)制數(shù)：字母D（decimal）表示；十六進(jìn)制數(shù)：字母H（hexadecimal）表示。（2）括號外面加下標(biāo)：可用下標(biāo)的形式表示對應(yīng)的數(shù)制。如：(10101001)2、(251)8、(169)10、(0A9)16分別對應(yīng)二、八、十、十六進(jìn)制數(shù)。44十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010452.4.2常用的數(shù)制2.4.3數(shù)制的轉(zhuǎn)換1．二、八、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制按權(quán)展開求和，即將每位數(shù)碼乘以各自的權(quán)值并累加。(1011)2＝1×23+0×22+1×21+1×20＝8+2+0＝(11)10462.4.3數(shù)制的轉(zhuǎn)換2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二、八、十六進(jìn)制將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)，采用除R取余的方法。即不斷除以R取余數(shù)，直到商為0為止，最先得到的余數(shù)為最低位，最后得到的余數(shù)為最高位。例：將(43)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。472.4.3數(shù)制的轉(zhuǎn)換3．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八、十六進(jìn)制數(shù)將二進(jìn)制以小數(shù)點(diǎn)為中心分別向兩邊分組，轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)，則每3位為一組；轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，則每4位為一組，不夠位數(shù)在兩邊補(bǔ)零，再將每組二進(jìn)制數(shù)化成八或十六進(jìn)制數(shù)。例：將(1101010)2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)及十六進(jìn)制數(shù)。(1101010)2＝(152)8＝(6A)16(001，101，010)2＝(152)8(0110，1010)2＝(6A)16482.4.3數(shù)制的轉(zhuǎn)換4．利用“計(jì)算器”對不同數(shù)制的數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換492.4.4信息存儲(chǔ)的組織形式1．?dāng)?shù)字信息的表示（1）位（bit），簡記b

，每個(gè)能夠代表0和1的電子線路稱為一個(gè)二進(jìn)制位，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)信息的最小單位。（2）字節(jié)（byte），簡記B

，計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)信息的基本單位。一個(gè)字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位組成，即1B=8b501KB=1024B=210B1MB=1024KB=210KB=220B=1024×1024B1GB=1024MB=210MB=230B=1024×1024×1024B1TB=1024GB=210GB=240B=1024×1024×1024×1024B（3）字（word），一個(gè)字通常由一個(gè)字節(jié)或若干個(gè)字節(jié)組成，是計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理時(shí)一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長度。字長是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，字長越長，計(jì)算機(jī)一次能處理信息的實(shí)際位數(shù)就越多，運(yùn)算精度就越高。

512.4.4信息存儲(chǔ)的組織形式2．非數(shù)字信息的表示：文本、圖形圖像、聲音之類的信息，稱為非數(shù)字信息。（1）西文字符編碼：西文字符集由字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號和一些特殊符號組成。字符集中的每一個(gè)符號都有一個(gè)數(shù)字編碼，即字符的二進(jìn)制編碼。計(jì)算機(jī)中使用最廣泛的西文字符集是ASCII字符集，其編碼稱為

ASCII

碼，即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼

（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）（2）中文字符編碼：國標(biāo)碼用兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字。522.4.4信息存儲(chǔ)的組織形式高位鍵名低位

012345670<Ctrl>+@<Ctrl>+P空格0@P、p1<Ctrl>+A<Ctrl>+Q!1AQaq2<Ctrl>+B<Ctrl>+R“2BRbr3<Ctrl>+C<Ctrl>+S#3CScs4<Ctrl>+D<Ctrl>+T$4DTdt5<Ctrl>+E<Ctrl>+U%5EUeu6<Ctrl>+F<Ctrl>+V&6FVfv7<Ctrl>+G<Ctrl>+W‘7GWgw8BS(退格)<Ctrl>+X(8HXhx9

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(回車)<Ctrl>+]_=M]m}E<Ctrl>+N<Ctrl>+6.>N^n~F<Ctrl>+O<Ctrl>+—/?O-oDELASCII碼表2.4.5計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示及編碼（課后了解）1．原碼在計(jì)算機(jī)規(guī)定的字長范圍內(nèi)，按上面所述，其最高位為0表示正數(shù)，最高位為1表示負(fù)數(shù)，后面的各位為其數(shù)值，這種數(shù)的表示方法稱為原碼。2．反碼反碼的表示分兩種情況，如果是正數(shù)，反碼與原碼的形式完全一樣；如果是負(fù)數(shù)，則把其原碼除符號位以外的各位取反（即0變1，1變0）3．補(bǔ)碼在補(bǔ)碼的表示中，正數(shù)的表示方法與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼在其反碼的最低有效位上加154

2.5中英文輸入法（課后閱讀）55561．電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在半個(gè)世紀(jì)中雖有進(jìn)步，但一直遵循著一位科學(xué)家提出的基本原理，他就是（

）。A．愛迪生B．馮·諾依曼C．布爾D．圖靈2．為解決某一特定問題而設(shè)計(jì)的指令序列稱為（

）。A．文檔 B．語言 C．系統(tǒng) D．程序3．顯示器顯示圖像的清晰程度，主要取決于其性能指標(biāo)（

）的高低。A．分辨率B．對比度C．尺寸D．亮度4．計(jì)算機(jī)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工與處理的部件，通常稱為（

）。A．控制器B．運(yùn)算器C．存儲(chǔ)器D．顯示器5．用MIPS衡量的計(jì)算