大学计算机基础(第四版)杨振山等.ppt

1 同济大学计算机基础学科研究室 2 目录 第一章计算识与信息社会第二章计算机基础知识第三章微型计算机硬件组成第四章系统软件及其常用操作系统第五章应用软件和办公软件第六章网络基础第七章Internet与Intranet第八章数据库基础第九章多媒体基础第十章数据安全第十一章程序设计基础 3 第一章计算机与信息社会 1 1计算机的发展1 2计算机的分类1 3信息技术概述1 4计算机在信息社会中的应用 4 1812年差分机 查尔斯 巴贝奇1834年设计的分析机 1 1计算机的发展 1 1 1近代计算机 由许多轮子组成的保存数据的存储库 运算装置 能对操作顺序进行控制 并选择所需处理的数据以及输出结果的装置 5 1 1 1近代计算机 6 1 1 2电子计算机的问世 1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 电子数字积分计算机 重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节 7 1 1 3计算机的分代 8 1 1 4计算机的分类 9 1 1 5未来新型计算机 1 光计算机利用光作为信息的传输媒体 2 生物计算机 分子计算机 生物计算机在20世纪80年代中期开始研制 其最大的特点是采用了生物芯片 3 量子计算机是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机 这种多现实态是量子力学的标志 10 1 2信息技术概述1 2 1信息技术基础知识 信息与数据病历卡上记载病人的体温39oC是数据 数据39oC本身是没有意义的 当数据以某种形式经过处理 描述或与其它数据比较时 才能成为信息 某个病人的体温是39oC 这才是信息 信息是有意义的 信息各种事物的变化和特征的反映数据信息的载体 例如 数值 文字 语言 图形 图像等 11 1 2 1信息技术基础知识 信息技术InformationTechnology联合国教科文组织对信息技术的定义应用在信息加工和处理中的科学 技术与工程的训练方法和管理技巧 上述方面和技巧和应用 计算机及其与人 机的相互作用 与之相应的社会 经济和文化等诸种事物 12 1 2 2现代信息技术的内容 1 信息基础技术 微电子技术当今世界新技术革命的基石 光电子技术采用光子作为信息的载体2 信息系统技术 信息获取技术传感技术 遥测技术和遥感技术 信息处理技术计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术光纤通信技术 卫星通信技术等 信息控制技术利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术缩微品 磁盘 光盘通信技术 计算机技术和控制技术合称为3C Communication Computer和Control 技术 3 信息应用技术如信息管理 信息控制 信息决策 13 1 2 3未来信息技术的发展趋势 数字化大量信息可以被压缩 并以光速进行传输 多媒体化文字 声音 图形 图像 视频等信息媒体与计算机集成在一起 以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作 高速度 网络化 宽频带下一代的Internet技术 智能化在超媒体的世界里 软件代理收集任何可能想要在网络上取得的信息 14 1 3计算机在信息社会中的应用 15 思考题 1 计算机的发展经历了哪几个阶段 各阶段的主要特征是什么 2 按综合性能指标 计算机一般分为哪几类 3 信息与数据的区别是什么 4 什么是信息技术 5 为什么说微电子技术是整个信息技术领域的基础 6 信息处理技术具体包括哪些内容 3C的含义是什么 7 试述当代计算机的主要应用 16 第二章计算机基础知识 2 1计算机系统的组成与工作原理2 2数制转换及运算2 3数据在计算机中的表示 17 2 1计算机系统的组成与工作原理2 1 1计算机系统的组成 系统软件应用软件 计算机系统分为 硬件 软件 硬件 软件 18 计算机系统的组成 19 2 1 2计算机硬件组成 计算机硬件包括主机和外设 20 计算机系统的硬件组成 冯 诺依曼思想 二进制程序与数据一样存放在内存五大模块 21 处理器 22 存储器 存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合 每个记忆单元由8位二进制位组成 可读写其中的数据 存储器 存储器通常分为内存储器和外存储器 存放大量信息的外存储器 信息交流中心内存储器 23 存储器 每个记忆单元由8位二进制位组成 1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 24 内存储器的访问过程 地址0001 控制 写 10000000 25 输入设备 常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 常用输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 26 2 1 3计算机基本工作原理 指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码 完成一种操作 数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令其它指令 IfGoto AndOr 对计算机的硬件进行管理等 指令 结构 分类 操作码要完成的操作类型或性质操作数操作的内容或所在的地址 27 计算机基本工作原理 指令的执行过程分为以下4个步骤 取指令按照指令计数器中的地址 从内存储器中取出指令 并送往指令寄存器 分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析 由译码器对操作码进行译码 将指令的操作码转换成相应的控制电位信号 由地址码确定操作数地址 执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息 去完成该指令所要求的操作 一条指令执行完成 指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器 然后回到 28 计算机基本工作原理 29 2 2数制转换及运算2 2 1进位计数制 N an 1 rn 1 an 2 rn 2 a0 r0 a 1 r 1 a m r m r进制数N可表示为 R进制数用r个基本符号 例如0 1 2 r 1 表示数值 基数 权 数码 678 34 6 102 7 101 8 100 3 10 1 4 10 2 30 2 2 2不同进位计数制间的转换 r进制转化成十进制r进制转化成十进制 数码乘以各自的权的累加例 10101 B 24 22 1 21101 11 B 22 1 2 1 2 2 5 75101 O 82 1 6571 O 7 8 1 5101A H 163 16 10 4106 进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制 31 十进制转化成r进制 整数部分 除以r取余数 直到商为0 余数从右到左排列 小数部分 乘以r取整数 整数从左到右排列 100 D 144 O 64 H 1 04 32 二进制 八进制 十六进制数间的相互转换 1101101110 110101 B 1556 65 O 1556651101101110 110101 B 36F D4 H 36FD4 一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八 十六 进制 整数部分 从右向左按三 四 位进行分组小数部分 从左向右按三 四 位进行分组不足补零 33 二进制 八进制 十六进制数间的关系 34 2 2 3二进制数的算术运算 1 二进制数的加法运算 2 二进制数的减法运算 加法运算法则0 0 00 1 1 0 11 1 0 减法运算法则0 0 1 1 01 0 10 1 1 35 二进制数的算术运算 3 二进制数的乘法运算4 二进制数的减法运算 乘法运算法则0 0 00 1 1 0 01 1 1 减法运算法则0 0 00 1 01 1 1 36 2 2 4二进制数的逻辑运算 逻辑非运算 逻辑非的真值表 逻辑与运算 逻辑与的真值表 37 2 2 4二进制数的逻辑运算 逻辑或运算 逻辑或的真值表 38 2 3数据在计算机中的表示 二进制优点 物理上容易实现 运算简单 可靠性 通用性强 39 符号位 0 表示正 1 表示负 定点整数 2 3 1数值 符号数的机器数表示 定点小数 40 浮点数表示 110 011 B 1 10011 2 10 11001 1 2 10 0 110011 2 11 N 数符 尾数 2阶符 阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围 规格化的形式 尾数的绝对值大于等于0 1并且小于1 从而唯一地规定了小数点的位置 定点整数 定点小数 41 3 补码 带符号数的表示 假定一个数在机器中占用8位 1 原码 42 2 3 2字符 西文字符ACSII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 128个常用字符 用7位二进制编码 从0到127控制字符 0 32 127 普通字符 94个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 换行0AH10回车0DH13空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122 43 汉字编码 1 汉字输入码音码类全拼 双拼 微软拼音 自然码和智能ABC等形码类五笔字型法 郑码输入法等 2 汉字国标码 GB2312 80 每个汉字占两个字节 一级汉字 3755个 二级汉字 3008个 汉字分区 每个区94个汉字 3 机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 汉字国标码汉字内码中8680 0101011001010000 B 1101011011010000 B华5942 0011101100101010 B 1011101110101010 B 44 汉字字形编码 4 汉字字形码点阵 汉字字形点阵的代码有16 16 24 24 32 32 48 48等编码 存储方式简单 无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量 存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反 5 汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系 45 UCS编码 最高位为0 基本多文种平面 BMP 0组0平面 包含字母 音节及表意文字等 例如 A 41H ASCII 00000041H UCS 大 3473H GB2312 00005927H UCS 6 其他汉字编码UCS码 Unicode码 GBK码 BIG5码等国际标准 通用多八位编码字符集UCS UniversalCodeSet 世界各种文字的统一的编码方案 一个字符占4个字节 分为 46 其他汉字编码 Unicode码另一国际标准 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字 其字符集内容与UCS的BMP相同 GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准 2字节表示一个汉字第一字节从81H FEH 最高位为1 第二字节从40H FEH 第二字节的最高位不一定是1 BIG5编码台湾 香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准 包括440个符号 一级汉字5401个 二级汉字7652个 共计13060个汉字 47 思考题 1 计算机由哪几个部分组成 2 内存和外存有什么区别 3 指令和程序有什么区别 4 浮点数在计算机中是如何表示的 5 D d 3 和空格的ASCII码值 6 简述媒体和多媒体技术 7 简述多媒体与流媒体的关系 8 WAVE文件与MIDI文件区别 9 矢量图文件与位图图像区别 48 第三章微型计算机硬件组成 3 1微型计算机3 2微型计算机硬件系统 49 3 1微型计算机3 1 1微型计算机概述 1 微型计算机基本结构 系统主板 又称母板 CPU硬盘驱动器DVD ROM驱动器软盘驱动器显示器适配器内存电源 50 3 1 1微型计算机概述 2 微型计算机的主要性能指标 CPU指标CPU字长 时钟频率 运算速度每秒钟所能执行的指令条数 内存容量内存储器存储数据的能力 3 微型计算机的分类1 按组成结构分类 单片机组成部分集成在一个超大规模芯片上 单板机各组成部分装配在一块印刷电路板上 多板机各组成部分装配在多块印刷电路板上2 按用途分类微型计算机按用途可分为台式 便携式 手持式等 51 常见微机系统 计算机 电视 影音三模式 平板电脑 家庭网络计算机 移动计算机 52 3 1 2微型计算机的发展方向 高速化处理器主频 超小型化典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行 多媒体化全新的多媒体处理芯片 多媒体和超媒体系统的开发和标准化 虚拟现实技术和发展多媒体通信等 网络化网络计算机 具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展 隐形化今后将摆脱显示屏 键盘加主机的传统形像 电视计算机 影音计算机等将大量出现 53 微型计算机发展 摩尔定律 54 PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识 方便识别 3 2微型计算机硬件系统3 2 1系统主板 55 3 2 1系统主板 内存 总线插槽 接口卡 CPU 串行接口 USB接口 56 3 2 1系统主板 芯片组决定了主板的结构及CPU的使用 根据芯片的功能 可分为南桥芯片和北桥芯片 南桥芯片主要负责I O接口控制 IDE设备 硬盘等 控制以及高级能源管理等 北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存 AGP PCI数据在北桥内部传输 由于北桥芯片的发热量较高 所以芯片上会装有散热片 57 3 2 2CPU CPU字长 内部各寄存器之间一次能够传递的数据位 位宽与外部设备之间一次能够传递的数据位 x位CPU通常用CPU字长和位宽来称呼CPU 例如 PentiumCPU字长是32位 位宽是64位 称为超32位CPU CPU外频 CPU总线频率 CPU主频 CPU内核电路的实际工作频率 生产工艺技术 通常用微米数字来描述 58 内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高 外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低 3 2 3存储器 微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器 59 1 随机存取存储器 RandomAccessMemory 简称RAM RAM通常指计算机主存 使用动态随机存储器 制作成内存条形式出现 CPU对它们既可读出又可写入数据 2 只读存储器 ReadonlyMemory 简称ROM CPU对它们只取不存 其信息用户无法修改 断电时信息不会丢失 ROM中一般存放计算机系统管理程序 3 高速缓冲存储器Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片 用于解决它们之间的速度冲突问题 内部存储器 60 1 软盘 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时 磁头直接接触盘面 常用软盘容量为1 44MB新型磁盘具有100MB 250MB容量 2 光盘 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速 一倍速率 150KB 秒常用 只读型光盘CD ROM一次性可写入光盘CD R 需要光盘刻录机完成数据的写入后继产品DVD ROM DVD ROM一倍速率是1 3MB 秒 外部存储器 61 硬盘的磁道 扇区 柱面 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时 磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定 硬盘 62 移动存储产品 磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合 Flash存储设备闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上 63 3 2 4总线与接口 总线 微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路 64 总线分类 地址总线 传输地址信息数据总线 传输数据信息控制总线 传输控制信息 内部总线 连接CPU的各个组成部件 芯片内部 系统总线 连接计算机中各大部件外部总线 连接计算机和外部设备 连接对象 传输对象 并行总线 通信速度快 实时性好串行总线 简易 方便 灵活 通信方式 65 总线 微处理器 微处理器 总线 存储器 接口电路和外设逻辑关系 66 PCI总线 67 3 2 5输入 输出设备 I O设备与处理器间的连接 数据寄存器 用来存放主机与外设之间传送的数据控制寄存器 用来存放处理器发给外设的命令信息状态寄存器 用来保存外设及接口的状态信息 68 思考题 1 微型计算机的基本结构由哪几部分构成 主机主要包括了哪些部件 2 微型计算机的发展方向是什么 3 系统主板主要包括了哪些部件 4 衡量CPU性能的主要技术指标有哪些 5 微型计算机的内部存储器按其功能特征可分为几类 各有什么区别 6 外部存储器上的数据能否被CPU直接处理 7 高速缓冲存储器的作用是什么 8 常用的外存储器有哪些 各有什么特点 9 什么是总线 按总线传输的信息特征可将总线分为哪几类 各自的功能是什么 10 什么是接口 计算机上常见的接口有哪些