《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》 課件 第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解計(jì)算機(jī)的起源及發(fā)展歷史，目前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向。了解計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制的意義，掌握不同數(shù)制的表示方法和相互轉(zhuǎn)換。掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件構(gòu)成及其功能，掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要性能指標(biāo)。掌握查找硬件和操作硬件的方法。了解計(jì)算機(jī)軟件的作用、分類。2目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.1.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1.手動(dòng)計(jì)算工具世界歷史中出現(xiàn)時(shí)間最早、使用時(shí)間最長(zhǎng)、功能最單一的一類計(jì)算器具。特點(diǎn)：計(jì)算過程主要依賴手動(dòng)，沒有明確的輸入和輸出裝置。例如：中國的算籌與算盤、俄羅斯的算盤及歐洲的杰特計(jì)算籌碼。41.1.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程2.機(jī)械計(jì)算機(jī)利用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)、模擬運(yùn)算過程。中國古代的記里鼓車韋伯加法器將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)化為數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)位，進(jìn)行加減運(yùn)算。萊布尼茨計(jì)算機(jī)階梯鼓輪的互動(dòng)模型進(jìn)行乘法、除法、自乘的演算，是世界上第一臺(tái)能直接進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械計(jì)算器“奧德涅爾輪”結(jié)構(gòu)奧德涅爾計(jì)算器是現(xiàn)代意義上的第一臺(tái)手搖計(jì)算機(jī)。51.1.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程3.電子計(jì)算機(jī)1946年，世界上第一臺(tái)現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)ENIACENIAC，全稱為ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，即電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)；完全的電子計(jì)算機(jī)，能重新編程，并解決各種計(jì)算問題。61.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程4.在ENIAC誕生后的短短60多年中，計(jì)算機(jī)所采用的基本電子元器件經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路四個(gè)發(fā)展階段，通常稱為計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的四個(gè)階段。階段年份電子器件第一代1946～1955電子管第二代1956～1963晶體管第三代1964～1971集成電路第四代1972～今天大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路71.1.2

計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類很多，一般可以從下面幾個(gè)方面來劃分：1.計(jì)算機(jī)規(guī)模：有超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。2.信息表現(xiàn)形式：有數(shù)字計(jì)算機(jī)（數(shù)字量、離散的）、模擬計(jì)算機(jī)（模擬量、連續(xù)的）、數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)。3.主機(jī)形式：有臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本式機(jī)、手掌式機(jī)。81.1.3

未來的計(jì)算機(jī)1.未來的計(jì)算機(jī)技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展。2.計(jì)算機(jī)將具備更多的智能成分，感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。3.傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)、光盤存儲(chǔ)容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲(chǔ)技術(shù)趨于成熟，新型的存儲(chǔ)器每立方厘米存儲(chǔ)容量可達(dá)10太字節(jié)。以一本30萬字的電子書計(jì)算，1TB可存儲(chǔ)約1700萬本。4.硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時(shí)也意味著硅技術(shù)越來越接近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)。新型的量子計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等或?qū)?huì)遍布人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。9目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.2.1數(shù)制在生產(chǎn)時(shí)間和日常生活中，有多種表示數(shù)的方法，這些數(shù)的表示規(guī)則稱為數(shù)制，其中按照進(jìn)位方式計(jì)數(shù)的數(shù)制叫做進(jìn)位計(jì)數(shù)制。例如，常用的十進(jìn)制；鐘表計(jì)時(shí)使用的1小時(shí)等于60分鐘的六十進(jìn)制；計(jì)算機(jī)中使用的二進(jìn)制等。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的定義一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制包含基數(shù)、位權(quán)和數(shù)值按位展開表達(dá)式。2.常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制十進(jìn)制基數(shù)為10，逢十進(jìn)一，位權(quán)為10i，其中i為自然數(shù)。二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制也都是計(jì)算機(jī)中常見的數(shù)制。111.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，通常采用按權(quán)求和法，把二進(jìn)制數(shù)按位權(quán)形式展開多項(xiàng)式和的形式，求其最后的和，就是其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換——除2取余法；小數(shù)轉(zhuǎn)換——乘2取整法例如，將十進(jìn)制數(shù)106.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，精確到小數(shù)點(diǎn)第3位。整數(shù)轉(zhuǎn)換小數(shù)轉(zhuǎn)換

1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換用3位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)表示1位八進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制1.2.2各類數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換與八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制注意：十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制或十六進(jìn)制，通常可以借助二進(jìn)制作為橋梁完成。1.2.3計(jì)算機(jī)與二進(jìn)制1.二進(jìn)制的信息表示當(dāng)一個(gè)程序要求用戶在終端上輸入一個(gè)十進(jìn)制數(shù)“10”時(shí)，這個(gè)數(shù)值信息怎樣傳遞給程序呢？用戶在鍵盤上先后按下“1”和“0”兩個(gè)鍵。終端的編碼電路依次接收到這兩個(gè)鍵的狀態(tài)變化，并先后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于“1”和“0”的用ASCII碼表示的字符數(shù)據(jù)（31H和30H），然后送往主機(jī)。主機(jī)終端接口程序一方面將接收到的兩個(gè)ASCII碼回送給終端（這樣，當(dāng)用戶敲入“1”時(shí)，終端屏幕上就顯示出“1”），另一方面將他們依次傳給有關(guān)程序。程序根據(jù)數(shù)據(jù)類型的定義，將這兩個(gè)字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示（00001010）。1.2.3計(jì)算機(jī)與二進(jìn)制2.信息存儲(chǔ)的單位在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，信息釆用二進(jìn)制的形式進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)算、處理和傳輸。信息的基本存儲(chǔ)的單位有：位（bit）、字節(jié)（Byte，B）和字（Word）。

1KB=1024B=210B lMB=1024KB=210KB=220B 1GB=1024MB=210MB=220KB=230B 1TB=1024GB=210GB=220MB=230KB=240B 1PB=1024TB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B3.二進(jìn)制的優(yōu)勢(shì)易于物理實(shí)現(xiàn)；二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)單；機(jī)器可靠性高；通用性強(qiáng)目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.3.1計(jì)算機(jī)的工作原理1946年，美國科學(xué)家馮·諾依曼提出了程序存儲(chǔ)式電子數(shù)字自動(dòng)計(jì)算機(jī)的方案，并確定了計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的五個(gè)基本部件。其思想可概括為：

(1)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令；(2)采用存儲(chǔ)程序方式；(3)

5個(gè)基本硬件包括：運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備1.3.2計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模型演變1.人們通過輸入設(shè)備把需要處理的信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過中央處理器把信息加工后，再通過輸出設(shè)備把處理后的結(jié)果告訴給人們。2.為了處理大量數(shù)據(jù)，在中央處理器旁邊加了一個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器。3.但是內(nèi)部存儲(chǔ)器存在易失性，為了擴(kuò)大內(nèi)存儲(chǔ)器的容量并長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，又引入了外存儲(chǔ)器。

（1）最初模型

（2）添加了內(nèi)部存儲(chǔ)器模型（3）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)模型目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.4.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)硬件硬件（Hardware）是計(jì)算機(jī)硬件的簡(jiǎn)稱，是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，為計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。1.4.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)功能的強(qiáng)弱或性能的好壞，不是由某項(xiàng)指標(biāo)來決定的，而是由它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、硬件組成、軟件配置等多方面的因素綜合決定的。但對(duì)于大多數(shù)普通用戶來說，可以從以下幾個(gè)指標(biāo)來大體評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能。（1）運(yùn)算速度，通常指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。（2）字長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)計(jì)算機(jī)的“字”，而這組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)就是“字長(zhǎng)”。（3）內(nèi)存儲(chǔ)器的容量，是指CPU可以直接訪問的存儲(chǔ)器容量。（4）外存儲(chǔ)器的容量，是指硬盤容量（包括內(nèi)置硬盤和移動(dòng)硬盤）。（5）可靠性，通常用“平均無故障時(shí)間”（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）和“平均維修時(shí)間”（Meantimetorepair，MTTR）來衡量。目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件(ComputerSoftware，CS)，簡(jiǎn)稱軟件，是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序及其文檔。程序是計(jì)算任務(wù)的處理對(duì)象和處理規(guī)則的描述；文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料，一般不需要安裝就可提供瀏覽功能。計(jì)算機(jī)軟件兩大類：1.5.1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使得它們能協(xié)調(diào)工作。1.操作系統(tǒng)(OperatingSystem，OS)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序。2.語言處理系統(tǒng)分為機(jī)器能直接識(shí)別的機(jī)器語言，與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)的符號(hào)指令和簡(jiǎn)單語法組成的匯編語言和自然語言比較接近的高級(jí)語言。3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫。4.服務(wù)性程序是指為了幫助用戶使用與維護(hù)電腦，提供服務(wù)性手段并支持其他軟件開發(fā)而編制的一類程序。1.5.2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件（Application）是為了某種特定的用途而被開發(fā)的軟件，是用戶可以使用的各種程序設(shè)計(jì)語言，以及用各種程序設(shè)計(jì)語言編制的應(yīng)用程序的集合。應(yīng)用軟件可分為用戶程序與應(yīng)用軟件包。1.用戶程序是用戶為了解決特定的具體問題而開發(fā)的軟件。2.應(yīng)用軟件包是為實(shí)現(xiàn)某種特殊功能而精心設(shè)計(jì)的、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的獨(dú)立系統(tǒng)。信息管理類軟件輔助設(shè)計(jì)類軟件文檔處理類軟件即時(shí)通信軟件27目錄1.4計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1.2數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.1認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.6計(jì)算機(jī)新發(fā)展1.人工智能是研究使計(jì)算機(jī)來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科。2.云計(jì)算（CloudComputing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。3.大數(shù)據(jù)的特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘，依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)。4.物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT），即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。5.區(qū)塊鏈，就是一個(gè)又一個(gè)區(qū)塊組成的鏈條。每一個(gè)區(qū)塊中保存了一定的信息，它們按照各自產(chǎn)生的時(shí)間順序連接成鏈條。其特點(diǎn)：一是數(shù)據(jù)難以篡改、二是去中心化。區(qū)塊鏈?zhǔn)切乱淮畔⒓夹g(shù)的重要組成部分，是分布式網(wǎng)絡(luò)、加密技術(shù)、智能合約等多種技術(shù)