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计算机文化基础,上海交大网络教育学院,计算机文化基础,主讲:刘振宇E-MAIL:zyliu上海交通大学继续教育学院,我们的课程将从一个故事开始,这是什么？,世界上第一个鼠标是用木头和小铁轮制作的,鼠标和它的三个“父亲”的故事,鼠标的生父-道格恩格尔巴特,美国增益研究中心”的主持人1963年，恩格尔巴特在自己建立的斯坦福研究所发展研究中心里，用木头和小铁轮制成了最初的鼠标目的：希望通过新的技术手段，使用电脑更得心应手，电脑成为图形指示的工具,鼠标的养父-史蒂夫乔布斯,苹果公司创始人在之前，施乐公司的ALTO采用鼠标，但只有内部使用，没有得到推广1983年苹果公司推出加入了鼠标操作和具备视窗功能的个人电脑自此鼠标与个人电脑结下了不解之缘，可是苹果电脑的受众群还是不够广,鼠标的教父-比尔盖茨,微软公司创始人电脑的“傻瓜”化使得鼠标进入普通百姓家庭成为可能在微软公司推出WINDOWS95以后，小老鼠伴着Windows步入了千家万户现在在使用计算机方面，我们已经基本离不开鼠标了！,这个故事告诉我们：,一个新的技术（或系统）的产生需要有一个演变和发展的过程只要目标明确，坚持并把握住机会，就会有成功的一天当我们开始新的学习，该怎么做？知识点知识面综合能力为将来我们怎么学习大学课程？目的（目标）条件WHY,我们的课程责任教务老师,朱晓文计算机团队成员计算机统考辅导老师机考系统主要负责人,我们的助教老师,叶佳幸上海交通大学毕业技术部门骨干微软认证资格教师P2P研发主要人员,第1章计算机基本知识,本章学习目标1.1计算机的发展及应用1.2计算机中信息的表示1.3计算机系统的组成小练习,本章学习目标,本章主要讲解计算机的基本概念、计算机中信息的表示、计算机系统的组成、微型计算机的硬件组成。通过本章学习，读者应该掌握以下内容：数字计算机的主要特点计算机系统的基本组成理解位、字节、子、子长以及存储单元地址的概念计算机的主要用途,返回本章首页,1.1计算机的发展及应用,1.1.1计算机发展的几个阶段及发展方向1.1.2计算机的主要特点1.1.3计算机的分类1.1.4计算机的主要应用,返回本章首页,1.1.1计算机发展的几个阶段及发展方向,5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW,1946年美国研制出第一台数字式电子计算机（ENIAC),第一代（19461958）电子管5千4万（次/秒）,第二代（19581964）晶体管几十万百万（次/秒）,第三代（19641975）中小规模集成电路百万几百万（次/秒）,第四代（1975至今）超大规模集成电路几百万几亿（次/秒）,一.计算机发展的几个阶段,计算机发展的几个阶段及发展方向,二.计算机的发展趋势,巨型化微型化网络化智能化多媒体,计算机发展的几个阶段及发展方向,CRAY-,计算机发展趋势巨型化,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。,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”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”,银河,计算机发展的几个阶段及发展方向,Altair8800,计算机发展趋势微型化,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。,计算机发展的几个阶段及发展方向,计算机发展趋势网络化,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。,计算机发展的几个阶段及发展方向,计算机发展趋势智能化,“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”,计算机发展的几个阶段及发展方向,返回本节首页,计算机发展趋势多媒体,通信方面：可视电话，视频会议，信息高速公路出版与图书方面：E-BOOK、E-Newspaper、E-Magazine商业方面：商品简报、查询服务、产品广告演示家用多媒体在网络教育领域中的应用,1.1.2计算机的主要特点,1.运算速度快2.计算精度高3.具有“记忆”和逻辑判断能力4.高度自动化,返回本节首页,1.1.3计算机的分类,按原理分电子数字计算机电子模拟计算机混合式计算机按用途分通用机专用机,按规模分（字长、运算速度、存储容量）巨型机大中型机小型机工作站微型机,返回本节首页,1.1.4计算机的主要应用,1.科学计算2.过程检测与控制3.信息管理4.计算机辅助系统计算机辅助设计(CAD)计算机辅助制造(CAM)计算机辅助测试(CAT)计算机辅助教学(CAI)5.娱乐休闲,返回本节首页,1.2计算机中信息的表示,1.2.1信息与数据的关系1.2.2计数制的基本概念1.2.3计算机中的常用计数制及转换1.2.4字符编码,返回本章首页,1.2.1信息与数据的关系,信息人们进行各种活动所需和所获取的知识数据为识别信息而记录下来的符号。在计算机中是以二进制数据形式来表示信息的。数据与信息的关系数据是信息的表示形式，是信息的载体；信息是数据所表达的含义，是人们通过对数据的分析和理解得到的。,数值数据与非数值数据,数值数据：是可以参加数值计算的数据。在计算机中以二进制数的形式存在。非数值数据（字符）：不表示数值的大小，它只代表一个符号，如：数字符号09、大小写英文字母、算术运算符、标点符号、显示不出来的控制符号、汉字。在计算机中以二进制形式存在，,返回本节首页,十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2，可使用0,1八进制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一，借一当R”,1.2.2计数制的基本概念,基数：R位权:基数的若干次幂,一个数可按权展开成为多项式。(234.13)1021023101410011013102,返回本节首页,1.2.3计算机中的常用计数制及转换,1、二进制（信息的存储、处理、传送）2、十六进制（书写方便）3、八进制（书写方便）4、进制间的转换,1、二进制,二进制数：逢2进一，基数为2，权为2的若干次幂。两个数字符号：0，1,不论指令还是数据,若想存入计算机中,都必须采用二进制编码形式,在二进制系统中只有两个数0和1,即便是多媒体信息(声音、图形等)也必须转换成二进制的形式,才能存入计算机,一个二进制数在计算机中是以电子器件的两个物理状态来表示。,计算机中的常用计数制及转换,二进制（续）,易于物理实现，使电子线路制造计算机成为可能运算规则简单（R(R+1)/2）机器可靠性高，通用性强,优点：,计算机中的常用计数制及转换,二进制（续）,二进制转换为十进制（按权展开）(10010)2124023022121020(18)10十进制转换为二进制除2取余法：1.将十进制数除以2，得到一个商数和一个余数；2.再将商数除以2，又得到一个商数和一个余数；3.继续这个过程，直到商数等于零为止。每次得到的余数(必定是0或1)就是对应二进制数的各位数字。注意：第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后一次得到的余数为二进制数的最高位。,计算机中的常用计数制及转换,例：(75)10？2,结果为：1001011,75,2,37,1,2,18,1,2,0,9,2,4,1,2,2,0,2,1,0,2,0,1,二进制（举例）,计算机中的常用计数制及转换,*2、十六进制,十六进制数：逢16进一，基数为16，权为16的若干次幂。16个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,B,C,D,E,F一.十六进制转换为十进制（按权展开）(1CB)1611621216111160(459)10(FF)161516115160(255)10,计算机中的常用计数制及转换,*十六进制（续）,二.十进制转换为十六进制除16取余法：1.将十进制数除以16，得到一个商数和一个余数；2.再将商数除以16，又得到一个商数和一个余数；3.继续这个过程，直到商数等于零为止。每次得到的余数(必定是09或AF之一)就是对应十六进制数的各位数字。但必须注意：第一次得到的余数为十六进制数的最低位，最后一次得到的余数为十六进制数的最高位。,*十六进制（举例）,*十六进制（举例）,*3八进制,八进制数：逢8进一，基数为8，权为8的若干次幂。8个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7一.八进制转换为十进制（按权展开）(154)8182581480(108)10(76)8781680(62)10,*八进制（举例）,二.十进制转换为八进制除8取余数：,4、各种计数制之间的转换,计算机中的常用计数制及转换,二进制八进制,二进制十六进制,*二、八与十六进制之间的转换,整数从右向左三位并一位小数从左向右三位并一位,整数从右向左四位并一位小数从左向右四位并一位,100110110111.010100(4667.24)8,100110110111.0101(9B7.5)16,*示例：,返回本节首页,1.2.4字符编码,西文字符编码汉字编码各种汉字编码之间的关系,一、西文字符编码ASCII码（美国标准信息交换码），8位二进制码，最高位为0。7位可表示128个不同的字符。字符0（0110000）2(48)10字符1(49)10字符A（1000001）2(65)10字符B(66)10字符a（1100001）2(97)10,字符编码,二、汉字编码,输入码：从键盘输入的代表汉字的编码.国标码（交换码）二字节码，用两个七位表示一个汉字，把区位码的区码与位码的基础上分别加00100000（20H)。内码占用两个字节，把国标码两个字节的最高位分别置为1（与ASCII码相区别）。字形码汉字库（字模点阵）。用点阵、矢量函数等方式表示的汉字字型的字模码。“补”字的代码：国标码：3239H（0011001000111001B）内码：b2b9H（1011001010111001B）,字符编码,汉字的输出（字库）,字符编码,三、各种汉字编码之间的关系,数字编码,字音编码,字形编码,内码,字形码,国标码,显示汉字,打印汉字,字符编码,返回本节首页,1.3计算机系统的组成,1.3.1计算机系统的组成1.3.2计算机硬件系统1.3.3计算机的软件系统1.3.4微型计算机的分类与主要性能指标,返回本章首页,1.3.1计算机系统的组成,计算机系统,硬件（hardware）是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。软件（software）是指实现算法的程序、数据和相关文档，软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。,返回本节首页,JohnvonNeumann,冯诺依曼计算机,“存储程序”工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,1.3.2计算机硬件系统,一、计算机硬件基本组成,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入设备,输出设备,运算器,图1-12计算机工作原理,计算机的工作原理,计算机硬件基本组成,二、中央处理器（CPU）,中央处理器包括：运算器和控制器。运算器（算术逻辑运算单元）：完成各种算术运算与逻辑运算。控制器：负责从内存读取各种指令，对指令进行分析，根据指令的具体要求向计算机的各个部件发出控制信号，协调计算机各个部件的工作。主要包括:寄存器、程序计数器、译码器、时序信号发生器、操作控制信号等。CPU性能指标：主频：主时钟的频率。机器字长：CPU能够同时处理的数据的二进制位数，一般指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等。,微处理器芯片的组成结构,在微机中，把CPU制作在一块超大规模集成电路芯片上，称微处理器（MPU),中央处理器,三、内存储器（内存、主存）,一般用半导体组成，通过电路与CPU相连。用来存放当前运行的程序、待处理的数据以及运算结果。它可直接跟CPU进行数据交换，存储速度快。存储器的容量是以字节为基本单位的，存储容量单位：K字节1KB=1024byteM（兆）字节1MB=1024KBG（吉）字节1GB=1024MBT（太）字节1TB=1024GB存储器的每一个存储单元对应一个唯一的地址(按字节寻址），CPU按地址来存取存储器中的数据。,位,字，字长,位、字节、字及字长,字节（8位）,1、数据存储的组织形式,机器字长：CPU能够同时处理的数据的二进制位数一般指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等。,度量数据的最小单位,0000H0001H0002HFFFFH,存储单元（字节）,图1-9存储体结构图,2、内存储器分类,只读存储器（readonlymemory）：简称ROM，CPU对它们只取不存，用于永久存放特殊的专用数据。例如：BIOS（BasicInput/OutputSystem）：启动计算机，负责通电时自检（显卡、RAM、键盘、驱动器）并把操作系统引导到机器中（执行BIOS中的指令来搜索磁盘中的操作系统文件，把这些文件调入RAM），内含基本输入输出设备（键盘、显示器、系统时钟等）的驱动程序。随机存储器（randomaccessmemory）：简称RAM，CPU对它们可存可取，是内存的主要部分一旦切断计算机的电源（关机或事故），其中的所有数据便随即丢失。例如：COMS用来存放机器系统设置的基本信息。用户可进入COMSsetup程序来修改其中信息。,内存储器,存储容量：存储周期：对存储器进行一次完整的读或写操作所需的时间。微机中存储周期一般为几十到几百纳秒（ns)。,计算机的硬件,3、主要技术指标,四、外存储器(辅存）,容量比内存大，可移动。有磁盘（硬盘和软盘）、光盘、磁带等。1、软盘：5.25英寸,3.5英寸软盘存储系统：软盘、软盘驱动器和软盘控制器适配卡。软盘分：单面单密（SS,SD)、单面双密（SS,DD)、双面单密（DS,SD)、双面双密(DS,DD)、双面高密（DS,HD)。3.5英寸（DS,HD）：1.44MB。2、硬盘（温盘）：由若干硬盘片组成的盘片组，且存储介质与驱动机构密封在同一盘体内。微机常用的3.6G-80GB。,软盘,硬盘,外存储器,3、CD光盘：只读、一次写入光盘和可抹性光盘。只读光盘（CDROM):650MB数据传输率：单速（150Kbps）、倍速、四倍速、8倍速、12倍速、24倍速等。4、DVD光盘:单面单层：4.7GB;单面双层8.5GB;双面双层17GB；数据传输率：单速（1.38Mbps）,Eject(Open/Close),外存储器(辅存）,五、输入设备,用来将数据输入到计算机中的外部设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪和数码相机等。1.键盘：计算机输入的主要设备。2.鼠标器：是为适应图形操作界面而使用的一种输入设备。种类有机械鼠、光电鼠、光学机械鼠。,鼠标,六、输出设备,1.显示器作用：输出程序运行的最终结果和中间结果；对数据的输入和编辑进行监督。阴极射线管和液晶显示，显示器尺寸14、15、17等多种规格显示器的分辨率：指显示器所能显示像素点的多少。一般用显示器每行像素点与每列像素点的乘积来表示，乘积越大，分辨率越高。显示适配卡：接收CPU的显示数据，控制显示器显示出来。分辨率：640 x480、800 x600、1024x768显示颜色：16种、256种，真彩色（24位或32位）。显示颜色由表示颜色的位数决定的。2.打印机用来把计算机的输出结果在打印纸上打印出来，以提供可长久保留的可阅读文件的输出设备。点阵打印机喷墨打印机激光打印机,显示器,打印机,七、主板、总线与接口,微机硬件结构,主机箱,立式机箱,卧式机箱内部构造,微机主机箱及内部构造,1、主机系统,2、微机主板,CPU插座,Cache插槽,4个ISA总线扩展槽,3个PCI总线扩展槽,4个内存条插槽,2个IDE接口,1个软驱接口,电源连接,键盘接口,并行接口,串行接口,主板是一块印制电路板，CPU、内存储器及数据输入输出接口等均安装在主板上，磁盘存储器、CD-ROM等通过电缆与主板相连。总线（bus）是连接计算机中CPU、内存、外存和I/O设备的一组物理信号线及其相关的控制电路。总线由三部分组成：地址总线：传送地址信息，地址总线的位数决定了可直接寻址的内存范围。如16位地址总线，可构成21665536个地址。或可直接寻址空间为64KB。数据总线：传送数据信息，数据总线的位数与微机的字长一致。如32位的CPU,其数据总线也是32位。控制总线：各种控制信号。包括CPU送往内存的和外设接口的控制信号，以及其它部件送到CPU的信号（时钟信号、中断请求信号）,微机主板,为了提高产品的通用性，PC机上常用的总线标准有：ISA总线：工业标准体系结构（16位数据总线）数据传输率为8Mpbs。EISA总线：扩展工业标准体系结构PCI总线：外围设备部件连接。它是一种先进的局部总线，具有性能高、成本低的特点，是当前使用最多的总线标准，提供32位或64位数据通道，数据传输率为132528Mpbs。AGP总线(加速图形接口）：数据传输率达533Mpbs。,微机主板,接口外设通过接口才能连接到总线上，接口电路具有设备选择、信号变换及缓冲等功能。接口类别：1总线接口：提供多种总线类型的扩展槽，供用户插入相应的适配器(功能卡：显卡、声卡、网卡）2串行口：只能依次传送1路信号，提供COM1、COM2。鼠标一般连在串行口上。3并行口LPT：一次同时传送8路信号。打印机一般连在并行口上。4USB接口（通用串行总线）：新型接口标准，支持即插即用。,微机主板,微机各部件采用总线结构的连接方式,微机主板示例,返回本节首页,1.3.3计算机的软件系统,计算机的软件系统系统软件应用软件操作系统程序设计语言及其处理程序,系统软件,应用软件,一、计算机软件系统,二、系统软件,管理、监控和维护计算机资源（硬件资源和软件资源）的软件。1.操作系统：是系统软件主要的构成部分。提供计算机同用户的接口。2.程序设计语言与语言处理程序程序设计语言：机器语言、汇编语言和高级语言三类。语言处理程序：编译程序、汇编程序、解释程序。3.工具软件(服务软件)：是为应用软件和用户加工自己的程序和数据提供服务，并为系统管理人员提供日常维护手段的系统软件。(1)诊断程序(2)调试程序(3)编辑程序,三、应用软件,应用软件是为解决用户某一特定的任务而编制的程序。常见的应用软件有以下几种:(1)各种信息管理软件；(2)办公自动化系统；(3)各种文字处理软件；(4)各种辅助设计软件以及辅助教学软件；(5)各种软件包。,四、程序设计语言及其处理程序,1、计算机的指令系统:指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。程序：就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码。指令系统：一种计算机所能识别的一组不同指令的集合称为该种计算机的指令集或指令系统。,图1-13程序的执行过程,2、程序的执行过程,地址,0000000000000001000000100000001100000100,内存,1）机器语言每条指令是由“0”和“1”组成的二进制指令代码，如：用于清除累加器0110110000000000000000011101012）汇编语言用助记符来表示每一条机器指令，如清除累加器：CLA00017,3、计算机程序设计语言,3）高级语言：用人们熟悉的自然语言和数学语言来描述，可读性强，编程方便。例X=（A+B）/（C+D）,常用的高级语言,4、程序设计语言处理程序,1).汇编程序2).编译程序3).解释程序,五、计算机系统层次结构,图1-14计算机系统层次结构,计算机硬件,用户,应用软件,系统软件,用户与硬件软件之间的关系,用户与硬件软件之间的关系,返回本节首页,1.3.4微型计算机的分类与主要性能指标,一、微型计算机的分类二、微型计算机的主要性能指标,一、微型计算机的分类,1.按字长分8位机、16位机、32位机、64位机等。2.按结构分单片机、单板机与多芯片机、多板机等。3.按用途分工业过程控制机与数据处理机等。4.按CPU芯片型号分286、386、486与Pentium系列，赛扬等。,二、微型计算机的主要性能指标,1.机器字长CPU能够同时处理的数据的二进制位数，一般指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等。Pentium系列均为32位。2.运算速度每秒钟所能执行的指令条数。一般用百万次/秒(MIPS)来描述。3.时钟频率(主频)CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数,以兆赫（MHz)为单位。目前高档微机主频已达GHz。4.内存容量：64M,128M,256M,返回本节首页,