1-计算机基础知识

,2011/9/18,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,课程组,1,计算机基础知识,计算机基础,内容,计算机概述,1,计算机中的数制及编码,2,计算机系统的组成,3,软件系统,4,3,计算机工作基础,5,计算机层次结构,6,计算机概述,计算机的定义,计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置,计算机基础,4,计算机概述,计算机的发展,自古至今，人们不断探索计算的方法和运算工具的研制,从算盘到今天的计算机,计算机的发展到今天经历了四个阶段,计算机基础,5,计算机的发展演化（一）,算盘,七珠,-,十六进制；五珠,-,十进制,算珠的上下拨动与计算机的,up and down,和,on and off,概念,公元,650,年印度人发明以,0,符号作为进位的运算，让计算机的基础运算概念更趋于完整,计算尺,十七世纪初，欧洲开始文艺复兴运动，自然科学因而蓬勃发展，由许多科学定理所建立的近代科学基础理论被陆续公开,世人需要快速乘除计算,公元,1630,年欧佛德,(W.Oughted),依据比例及对数的原理，发明了计算尺,计算机基础,6,计算机的发展演化（二）,加法器的发明,(,由,PASCAL,发明,),世界上最古老的计算器，是在十七世纪中叶由帕斯卡尔发明的，能执行加、减的运算,其次是由莱布尼兹,(Leibniz),所完成能计算乘除的计算器,经过长期的使用演进，才出现近代的手摇计算器,计算机基础,7,计算机的发展演化（三）,数值统计机的发明,由赫莱瑞兹,(Hollerith),所发明，用作人口调查的统计机，就是今日计算机的起源,此种开创新纪元的机器，具有数据输入的打卡机，电子阅读机及累加器等设备,计算机基础,8,计算机的发展演化（四）,继电器式计算器,Mark I,的发明,马克一号,(Mark ),由哈佛大学与,IBM,公司合作发展出来，于,1944,年正式启用,以继电器为主要组件的自动过程控制计算器,其内部有,72,个储存记录器,每秒可执行,3,个加法运算,计算机基础,9,计算机的发展演化（五）,第一台电子计算机,电子数值积分计算器,(ENIAC),ENIAC,是美国宾州大学领导发展出来的,以真空管为主要组件,是世界上第一部电子数字计算机,具有,20,个储存记录器及程序记忆单元,计算机基础,10,计算机的发展演化（六）,第一台电子计算机,5000,次加法运算,/,秒,体重约,30,吨,占地,140M,2,18800,只电子管,1500,个继电器,耗电,150KW,计算机基础,11,计算机四个阶段,-,硬件特点,计算机基础,12,发展阶段,年 代,元器件,运算速度,第一代,1946-1957,电子管,5000,次加法运算,/,秒,第二代,1958-1964,晶体管,几万次到几十万次,第三代,1965-1970,集成电路,几十万次到一百万次,第四代,1970-,大规模和超大规模集成电路,千万次到百亿次以上,计算机四个阶段,-,软件特点,计算机基础,13,发展阶段,系统软件,编程语言软件,第一代,无,机器语言和汇编语言,第二代,有了雏形（监控程序），提出操作系统概念,出现高级语言，如,FORTRAN,、,ALGOL 60,等,第三代,分时操作系统,结构化程序,第四代,操作系统不断完善,日益丰富，面向对象方法,计算机网络和多媒体技术不断发展,电子管与晶体管,电子管的缺点,体积大,耗能高、散热量大,晶体管的优点,体积小,耗能低,性能稳固,晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的,计算机基础,14,电子管,晶体管,-,划时代的实验装置,晶,体,管,数,目,4004,奔腾,4,420,000,000,2,300,将电脑浓缩在一颗芯片上,0.18,微米芯片,10,微米芯片,计算机基础,15,微处理器的集成度,（晶体管数,/,片 单位：万）,1982,年,80286 13.4,1985,年,80386 27.5,1989,年,80486 120,1993,年,Pentium 310,1997,年,Pentium 750,1999,年,Pentium 950,2000,年,Pentium 4200,2002,年,Itanium 22000,Core i7,拥有,7.31,亿个晶体管,制作工艺由开始的,10,微米,到现在的,45,纳米,半导体晶体管尺寸的极限,4,到,6,纳米之间,计算机基础,16,计算机第一定律,摩尔定律,摩尔定律是由英特尔,（,Intel,）,创始人之一戈登,摩尔,（,Gordon Moore,）,提出来的,内容,集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔,18,个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时,或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔,18,个月翻两倍以上,这一定律揭示了信息技术进步的速度,计算机基础,17,每,18,个月芯片能力增长一倍,计算机第一定律,摩尔定律,计算机基础,18,晶,体,管,数,单,位,时,间,执,行,的,指,令,数,百万条,/,每秒,计算机概述,计算机的发展,第五代计算机,智能化计算机正在研制,计算机发展趋势,巨型化,微型化,网络化,智能化,多功能化,计算机基础,19,CRAY-,计算机发展,巨型化,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机,1975,年世界上第一台超级计算机“,Cray-I”,超级计算机应用,天气预报,地震机理研究,石油和地质勘探,卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域,计算机基础,20,计算机发展,巨型化,中国超级计算机,国防科技大学研制的“银河,1,号”、 “银河,2,号”和“银河,3,号”,1983,银河,1,号,1,亿次,/,秒,1993,银河,2,号,10,亿次,/,秒,1997,银河,3,号,130,亿次,/,秒,国家职能计算机中心推出的“曙光,1000”,和“曙光,2000I”,2004,曙光,4000A 11,万亿次,/,秒 （曙光）,计算机基础,21,银河,曙光,4000A,计算机发展,巨型化,2010,年,6,月曙光“星云”超级计算机发布 ，性能居全球第二,星云”系统实测峰值达每秒,1271,万亿次（每秒执行,1271,万亿条指令）（,1.271PFlops,）,世界上最快的计算机是,Cray Jaguar,位于美国田纳西州橡树岭国家实验室,去年,11,月份测定的处理速度是,1.75,千万亿次计算,“天河一号”是我国首次进入全球超级计算机,500,强排行榜,它是中国首台千万亿次超级计算机系统,其系统峰值性能为每秒,1206,万亿次双精度浮点运算,计算机基础,22,Altair 8800,计算机发展,微型化,计算机基础,23,计算机不再是单一的计算机器，而是一种,信息机器，一种个人的信息机器,计算机发展,网络化,计算机网络,计算机技术与通信技术结合的产物,计算机网络的发展动力,使用远程资源,共享程序、数据和信息资源,网络用户的通讯和合作,计算机基础,24,计算机发展,智能化,“,总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来”,笛卡尔（,1637,）,人类第一个“工业机器人”,一头在纺织机上挑纱的“驴”（,1742,年）,第一代机器人,机械手（,1962,年出现）,第二代机器人,具有“感觉”的机器人,第三代机器人,装有启发式计算机的“智能机器人”,Deepblue,Garry Kasparov,计算机基础,25,计算机世界中的中国,1952,年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组,组长 闵大可电机系教授,1954,年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所,负责人 钱三强,计算机基础,26,计算机世界中的中国,1958,年完成第一台小型通用数字电子计算机,-103,机,1959,年完成大型通用数字电子计算机,-104,机,计算机基础,27,计算机世界中的中国,1959,年中国自行设计、研制的小型通用数字电子计算机,107,计算机问世,1965,年中国开始研制第三代计算机（集成电路）,计算机基础,28,111,机，我国第一批小规模集成电路通用数字电子计算机,计算机世界中的中国,1977,年研制成功中国第一台微机,DJS050,曙光、银河等系列高性能计算机系统，达到国际先进水平,计算机基础,29,计算机世界中的中国,改革开放以来，中国的计算机工业得到了飞速发展,大批企业涌现,电子商务和电子政务,国民生产的支柱产业,计算机基础,30,计算机世界中的日本,辉煌,打败,Intel,的芯片巨人，迫使,Intel,于,1985,年另辟战场（微处理器）,笔记本电脑的领军人物,失误,第五代计算机（智能计算机）的开发者,高清晰度模拟电视,计算机基础,31,计算机世界中的印度,世界软件产业王国,1985,年，印度软件业产值为,1000,万美元,1994,年，印度软件业产值为,10,亿美元,2000,年，印度软件业产值为,50,亿美元,在软件出口规模和质量与总产值的比例上，印度居世界第一,计算机基础,32,硅谷,慧谷,计算机世界中的韩国,计算机芯片及硬件制造基地,内存,硬盘,光驱,显示器,主要企业,三星、,LG,、现代,计算机基础,33,计算机世界中的台湾,计算机芯片及硬件制造基地,主板,芯片,各种板卡,声卡、显示卡、网卡,显示器,主要企业,华硕、威盛、宏基、明基,企业正在大规模向大陆转移,计算机基础,34,计算机文化与道德,计算机是一种“可以传授人和知识的工具”，也是一种“无比有力的知识工具”,真正对人类生活带来直接冲击的，不是计算机硬件本身，而是来自软件这种人类知识的产物,计算机基础,35,计算机系统,计算机系统的组成,计算机基础,37,计算机系统,硬件系统,软件系统,计算机主机,外部设备,系统软件,应用软件,计算机硬件,组成一台计算机的物理设备的总称,计算机基础,38,计算机硬件系统,外部设备,主 机,硬 件,运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备,内存储器,外存储器,计算机基础,39,CPU,运算器,又称算术逻辑部件，简称,ALU,计算机用来进行数据运算的部件,数据运算包括,算术运算,逻辑运算,计算机基础,40,控制器,用于分析指令、协调,I/O,操作和内存访问,计算机的指挥系统,计算机基础,41,存储器,计算机中具有记忆能力的部件,用于存储程序、数据和指令等,计算机基础,42,输入设备,输入程序和数据到计算机中的设备，如,键盘,鼠标,扫描仪等,计算机基础,43,输出设备,从计算机输出原程序、数据、运行结果和文档等的设备，如,打印机,绘图仪等,计算机基础,44,CPU,CPU,(Central,Processing Unit),，是中央处理器的英文缩写,运算器和控制器的统称,计算机的核心和关键,计算机的性能主要取决于,CPU,计算机基础,45,内存储器,简称内存，又称主存,是,CPU,能根据地址线直接寻址的存储空间,由半导体器件制成,特点是存取速度快，基本上能与,CPU,速度匹配，但容量有限,按功能和存储信息的原理可分为两大类,随机存储器,RAM,(Random Access Memory),既可读也可随时写入信息,断电后信息丢失,只读存储器,ROM,(Read Only Memory),只能读出信息，不能写入,断电后信息不会丢失,计算机基础,46,外存储器,简称外存,辅助存储设备，主要用来存储一些暂时不用而又需要长期保存的程序和数据,特点是存取速度较内存慢，但容量大,当执行外存中的程序和数据时，必须通过,CPU,的输入,/,输出指令将其调入到,RAM,中后被,CPU,执行和处理,如：硬盘、光盘、磁带等,计算机基础,47,主机,CPU,、内存和连接输入,/,输出设备的接口，统称为主机,如：微机的主机就是通常所说的主机板，简称主板,计算机基础,48,外部设备,输入,/,输出设备统称外部设备,简称,I/O,(Input/Output),设备,I/O,接口,外设与主机相联接的接口电路,总线,BUS,一组连接各个部件的公共通信线,分为,地址总线,数据总线,控制总线,计算机基础,49,计算机软件系统,软件是指计算机程序及有关程序的技术文档资料,计算机基础,50,计算机软件系统,计算机软件,系统软件,应用软件,操作系统,语言处理,程序,数据库管理,软件,各种服务,性程序,应用软件包,用户程序,计算机基础,51,系统软件,管理、控制和维护计算机系统资源的程序集合,常用系统软件,操作系统 （核心）,各种语言处理程序,数据库管理软件,一些服务性程序等,计算机基础,52,应用软件,为解决计算机应用中的实际问题而编制的程序集合,应用软件分类,应用软件包,如：,Office,套件、标准函数库、,CAD,软件、图形处理软件、财务软件、防病毒软件、多媒体制作软件等,用户程序或文档,用户程序：利用系统软件或应用软件二次开发的程序,文档：利用应用软件创建的磁盘文件,计算机基础,53,计算机组成工作示例,炒菜,炉子（火）,锅,菜盆,盘子、碗,厨师,运算器,内存,外存储器、输入系统,外存储器、输出系统,控制器,计算机基础,54,计算机系统层次结构,硬 件,操作系统,软 件,用户程序或文档,计算机基础,55,计算机工作原理,计算机工作原理,计算机工作过程就是执行程序的过程,计算机的发展融入了多学科及许许多多的科学家的理论发现，特别是数学领域的重大发现,计算机基础,57,计算机发展中的重要人物和思想,香侬,(,Claude Shannon),现代信息论的著名创始人,1938,年，在其发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现,计算机基础,58,计算机发展中的重要人物和思想,阿塔纳索夫,提出了计算机的三条原则,以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度,利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运算，以保证计算速度,采用把计算功能和二进制数更新存储的功能相分离的结构,计算机基础,59,计算机发展中的重要人物和思想,图灵,(,Turing,),提出计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务,图灵机,一种思想模型，它由三部分组成,一个控制器,一条可以无限延伸的带子,一个在带子上左右移动的读写头组成,为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于,1966,年设立了“图灵奖”,计算机基础,60,计算机发展中的重要人物和思想,冯,诺依曼,提出了计算机的工作原理,计算机工作过程就是执行程序的过程,冯,诺依曼的“程序存储”设计思想,计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件,计算机内部采用二进制来表示指令和数据,编好的程序送入内存储器中，计算机能自动逐条取出指令和执行指令,计算机基础,61,计算机工作原理,I/O,设备,内存储器,运算器,控制器,原始数据,命令,/,程序,取数,结果,存数,指令,存取命令,运算命令,输入,/,输出命令,读,写,计算机基础,62,计算机工作原理,输,入,设,备,控制器,输,出,设,备,CPU,存储器,运算器,ALU,读,写,数据,命令,计算机基础,63,计算机工作过程,计算机工作的过程实质上是执行程序的过程,程序由若干条语句组成,每个语句对应一条或多条机器指令,CPU,逐条执行指令,计算机基础,64,计算机工作原理,程 序,从存储器取一条指令,分析指令？,执行指令,结 束,计算机基础,65,示例：人类运算过程,计算,5+3=,？的过程,计算机基础,66,计算机的特点,运算速度快,计算精度高,具有“记忆”能力,逻辑判断能力,内部操作是自动化的,计算机基础,67,计算机的应用,科学计算,数据处理,过程控制,人工智能,计算机辅助工程,计算机辅助设计,/,制造（,CAD/CAM,）,计算机基础教育,CBE,（,CAI,、,CAT,、,CMI,）,电子设计自动化（,EDA,）,信息高速公路,电子商务,娱乐,计算机基础,68,计算机的分类,计算机基础,69,Thank You !,