学习情境一计算基础知识

1.1 计算机概论,基本概念很重要，如下： 数字 数据,1.1.1 计算机的产生与发展,计算机的产生 算盘时代 机械时代 机电时代 计算机的发展,计算机的发展史,3,美籍匈牙利数学家冯·诺依曼,英国科学家查尔斯·巴贝奇 剑桥“路卡辛讲座”的数学教授, 天文学会金质奖章获得者。 (1) 1822年设计了差分机。 (2) 1834年设计了分析机。,英国科学家艾兰·图灵 (1)建立图灵机（Turing machine）模型，奠定了可计算理论的基础。 (2)提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 。,计算机的发展史,1.第一台电子计算机 1946年2月由美国宾州大学研制成功的ENIAC。,Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,重达30 t 占地250 m2 功耗150 000 W 18 000个电子管 保存80个字节,主要缺点: 耗时长:人工连接线路,计算机的发展史,美籍匈牙利数学家 John von Neumann 冯·诺依曼,冯·诺依曼计算机 (1)硬件思想：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个部分组成。 (2)软件思想：计算机中程序和数据以二进制数的形式存放在同一个存储器中。,当今计算机的基本体系结构和作用机制仍然沿袭着这种构思和设计。,计算机的发展史,2.计算机的发展,计算机的发展史,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 性能稳定,ENIAC是电子管的代表,计算机的发展史,将计算机浓缩在一颗芯片上,4004芯片,Pentium 4,420 000 000,我国研制计算机的情况,我国计算机事业始于1953年，经过几十年的发展，取得了令人瞩目的成就 1958年，第一台计算机研制成功 1964年，研制出晶体管计算机 1970年，研制出集成电路计算机 1983年，研制出“银河-I”号巨型计算机（每秒钟1亿次） 1992年，“银河-II”巨型计算机研制成功（每秒10亿次） 1997年，“银河-III”每秒百亿次巨型计算机研制成功 1999年，银河四代巨型机研制成功 2000年，我国研制成功“神威I”（每秒3480亿次),我国研制计算机的情况,2010年11月，在国际超级计算机TOP 500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排名中，中国在前十中占有席，“天河一号”排名第一，“曙光星云”排名第三。,天河一号,Cray代号为“Jaguar”（美洲虎）XT5 “曙光星云”,1.1.2 计算机的特点,快速的运算能力 足够高的计算精度 超强的“记忆”能力 复杂的逻辑判断能力 按程序自动工作的能力,1.1.3 计算机的分类,按规模、功能划分,巨型机：指运算速度在每秒亿次以上的计算机。例如：曙光4000L 。,大型机：通常作“客户机/服务器”的服务器。,小型机：规模小、结构简单，运算几百万次/秒。,单片计算机：单片计算机则只由一片集成电路制成，其体积小，重量轻，结构简单 。,微型计算机：也称为个人计算机（PC）。特点是小、巧、轻、使用方便、价格便宜。,按信息的表示方式分类：数字计算机和模拟计算机。 按功能分类：专用计算机和通用计算机。,按工作模式分类：服务器和工作站两类。,1.1.4 计算机的应用领域,科学计算 数据处理 过程控制 计算机辅助系统 人工智能 家庭生活,计算机辅助教学CAI 远程教学与网络教学,计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM,1.2 案例配置一台微机,任务单2,1.2.1 案例情境,1.2.1 案例情境,学完本案例后可以较深入的了解以下知识： 计算机中信息是如何表示的以及各种数制之间如何转换 计算机中数据是如何编码的 计算机系统的组成及其工作原理 微机系统的组成 微型计算机的主要性能指标 如何配置微机系统 计算机中各部件如何连接,1.2.2 相关知识点,1. 计算机中信息的表示及数制转换,（1）进位计数制 （2）计算机中的常用进制 十进制（D）：基数为10，各个位置的有效数字为09，位权为10的N次幂。 二进制（B）：基数为2，各个位置的有效数字为0和1，位权为2的N次幂。 八进制（O）：基数为8，各个位置的有效数字为07，位权为8的N次幂。 十六进制（H）：基数为16，各个位置的有效数字为09和AF，位权为16的N次幂。,1.2.2 相关知识点,计算机中信息的表示及数制转换,（3）进制转换 将R进制转换成十进制（R可以是2、8、16） 方法：按权展开，然后相加。 将十进制数转换成R进制数（R可以是2、8、16） 方法：整数与小数两部分分别转换，然后再拼接起来。 整数部分：除R求余，直到商为零，先余为低位，后余为高位。 小数部分：乘R取整，直到小数位为零或达到精度要求，先整为高位，后整为低位。,1.2.2 相关知识点,计算机中信息的表示及数制转换,（3）进制转换 将二进制数转换为八、十六进制数 方法：以小数点为中心，向左或向右每三位（四位）二进制数一组，每组分别转换成它们所对应的八进制（十六进制）数字。位数不足时，整数部分左补零，小数部分右补零。 将八、十六进制数转换成二进制数 方法：将每个八（十六）进制数用三位（四位）二进制数代替。,1.2.2 相关知识点,计算机中信息的表示及数制转换,（4）信息单位 位（bit）：是二进制中一个数位，简称比特，可以是“0”或“1”。位是计算机中的最小单位。 字节（Byte，B）：是计算机中最基本的单位。1 B=8 bit。除B外，还有KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）。它们与字节的关系是： 1 B =8 Bit 1 KB =210 B =1024 B 1 MB =210 KB =1024 KB =220 B 1 GB =210 MB =220 KB =230 B 1 TB =210 GB =220 MB =230 KB =240 B 字（word）：计算机处理数据时，一次可以运算的数据长度称为一个“字”。字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,（1）西文字符编码 ASCII（American Standard Code For Information Interchange）码是美国标准信息交换码，被国际标准化组织（ISO）指定为国际标准。ASCII码有7位码和8位码两种版本。国际通用的7位ASCII码称为基本ASCII码，共有27 =128个不同的编码值，其中包括：26个大写英文字母，26个小写英文字母，09共10个数字，34个通用控制字符和32个专用字符（标点符号和运算符），如表1.3所示。,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,表1.3 标准ASCII码表,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,（2）中文字符编码 汉字输入码 为将汉字输入计算机而编制的代码称为汉字输入码，也称为外码。汉字输入码是根据汉字的发音或字形结构等多种属性和汉语有关规则编制而成的。 汉字信息交换码（国标码） 国标码：汉字信息交换码是用于汉字信息处理系统之间或者与通信系统之间进行信息交换的汉字代码，简称交换码，也称为国标码。 我国1981年颁布了国家标准信息交换用汉字编码字符集基本集，代号“GB2312-80”，即“国标码”。 国标码规定了进行一般汉字信息处理时所使用的7445个字符编码。其中682个非汉字图形字符和6763个汉字的代码。汉字代码中又有一级常用汉字3755个，二级非常用汉字3008个。一级常用汉字按汉语拼音字母顺序排列，二级非常用汉字按偏旁部首排列，部首顺序依笔画多少排序。,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,（2）中文字符编码 区位码：在国标码中，全部国标汉字与图形符号组成一个94×94的矩阵，矩阵的每一行称为一个“区”，每一列称为一“位”，这样就形成了94个区（01区 94区）、每个区内有94位（01位 94位）的汉字字符集。一个汉字所在位置的区号和位号组合在一起就构成一个四位数的代码，前两位数字为“区码”（01 94），独立占一个字节，后两位数字为“位码”，也独立占一个字节，这种代码称为“区位码”。编码范围为0101 9494，转为十六进制为0101H 5E5EH。 在区位码中，1-15区为非汉字图形区，16-87(10H 57H)区是汉字区，88-94是保留区。其中16-55区为一级汉字，56-87区为二级汉字。 区位码与国标码之间的关系： 国标码 十六进制的区位码 + 2020H,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,（2）中文字符编码 汉字内码 汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理和传输而编制的汉字代码，它应能满足存储、处理和传输的要求。当一个汉字输入计算机后就转换为内码，然后才能在机器内流动、处理。 汉字两字节的机内码和国标码有一个对应关系： 机内码 = 国标码 + 8080H 汉字字形码 汉字字形码即汉字输出码，用于显示或打印汉字时产生字形。描述汉字字形的方法主要有点阵字型和轮廓字形两种。,1.2.2 相关知识点,2. 数据编码,（2）中文字符编码 各种汉字代码之间的关系,1.2.2 相关知识点,3. 计算机的硬件系统,只读存储器(ROM),1.2.2 相关知识点,3. 计算机的硬件系统,（1）主机 中央处理器CPU（Central Processing Unit） CPU是计算机硬件系统的核心，主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件。它是负责运算和控制的中心，计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。CPU可以直接访问内存储器，它和内存储器构成了计算机的主机，是计算机的主体。 运算器ALU（Arithmetic and Logical Unit）：运算器主要功能是对二进制数码进行算术或逻辑运算，它的速度几乎决定了计算机的计算速度。 控制器CU（Control Unit）：控制器是计算机的神经中枢，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊的进行操作和处理。,1.2.2 相关知识点,3. 计算机的硬件系统,（1）主机 内存储器（主存储器、Main Memory） 内存储器分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两类。 随机存储器RAM有两个重要的特点：一是其中的信息随时可以读出或写入，当写入时，原来存储的数据将被冲掉；二是加电使用时其中的信息会完好无缺，但是一旦断电（关机或意外掉电），RAM中存储的数据就会消失，而且无法恢复。内存容量实质上指RAM的容量。 只读存储器ROM（Read Only Memory）主要用来存放固定不变的控制计算机的系统程序和数据。ROM中的信息是在制造时用专门设备一次写入的，存储的内容是永久性的，即使关机或掉电也不会丢失，如BIOS（基本输入输出系统）中的内容就存储在ROM中。,1.2.2 相关知识点,3. 计算机的硬件系统,图1-9 CPU、内存、外存间的关系,（2）外部设备 外存储器（辅助存储器、Memory）,1.2.2 相关知识点,3. 计算机的硬件系统,（2）外部设备 输入设备（Input Devices） 输入设备其主要作用是把人们可读的信息转换为计算机能识别的二进制代码输入计算机，供计算机处理。目前常用的输入设备是键盘、鼠标器、光笔、扫描仪、麦克风等。 输出设备（Output Devices） 输出设备的主要功能是将计算机处理后的各种内部格式的信息转换为人们能识别的形式（如文字、图形、图像和声音等）表达出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音箱等，它们分别能把信息直观地显示在屏幕上或打印出来。 接口设备 接口设备主要是指网络设备、声卡、显卡等，,1.2.2 相关知识点,4. 计算机的软件系统,（1）系统软件 系统软件由一组控制计