信息技术应用基础上机实习指导　教学课件 ppt 作者 冉崇善 等 第1章 计算机基础知识

第1页 共72页,第1章 计算机基础知识,计算机概述 计算机系统组成 数制和信息编码 微型计算机的硬件功能,第2页 共72页,1.1 计算机概述,计算机的发展 计算机的特点 计算机的应用 计算机的分类 计算机的性能指标,第3页 共72页,1.1.1 计算机的发展,1946年，在美国的宾夕法尼亚大学，世界上第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分计算机）诞生。 ENIAC使用了18 800只电子管，1 500多个继电器，重达30t，占地170m2，耗电150kW。它的体积庞大，但运算速度并不快，每秒只能进行5 000次加法运算，300多次的乘法运算。,第4页 共72页,1.1.1 计算机的发展,大型计算机的发展 微型计算机的发展 计算机的发展趋势,第5页 共72页,1.大型计算机的发展,第一代计算机 采用电子管为主要元件 第一代计算机体积庞大、造价昂贵、速度低、存储容量小，可靠性差，主要用于军事领域和科研领域进行数值计算。,第6页 共72页,1.大型计算机的发展,第二代计算机 采用晶体管为主要元件 体积小、重量轻、功耗低、速度快、可靠性高，应用范围也从科学计算扩大到数据处理和事务管理等领域。,第7页 共72页,1.大型计算机的发展,第三代计算机 采用小规模集成电路（Small Scale Integrated circuits，SSI）和中规模集成电路（Medium Scale Integrated circuits，MSI），一个小规模集成电路上集成十几个电子元件，一个中规模集成电路上集成几十个电子元件，内存储器采用半导体存储器芯片，存储容量和可靠性有了较大的提高，计算机的体积、功耗、重量进一步减少，运算速度和可靠性进一步提高。,第8页 共72页,1.大型计算机的发展,第四代计算机 采用大规模集成电路和超大规模集成电路 半导体存储器完全替代了磁芯存储器，磁盘的存取速度和存储容量都有了较大的上升，运算速度可以达到每秒钟几百万次至上亿次，软件方面出现了分布式操作系统、数据库系统，软件产业成为新兴的高科技产业，计算机应用领域不断向各个方面渗透。,第9页 共72页,2微型计算机的发展,超大规模集成电路技术的发展促进了计算机向微型化和巨型化两个方向发展，其中的微型计算机从20世纪70年代初诞生到80年代获得了迅速的发展。微型计算机以微处理器为核心，采用超大规模集成电路将运算器和逻辑控制电路集成在一个芯片上，所以通常是以微处理器为标志来划分微型计算机，如286机、386机、486机、Pentium机、Pentium II机、Pentium III机和Pentium 4机等。微处理器从最早的4位发展到8位、16位、32位，直到现在的64位。,第10页 共72页,3计算机的发展趋势,巨型化 微型化 网络化 智能化,第11页 共72页,1.1.2 计算机的特点,电子数字计算机在处理信息的特点 处理速度快 运算精度高 存储容量大 可靠性高 自动处理,第12页 共72页,1.1.3 计算机的应用,数值计算 信息处理 过程控制 计算机辅助系统 人工智能 多媒体技术应用,第13页 共72页,1数值计算,在这个领域中要求计算机速度快、精度高、存储容量大。,第14页 共72页,2信息处理,信息处理是计算机应用最广泛的领域，处理的信息有文字、图形、声音和图像等各种信息形式。信息处理主要是指对信息的收集、存储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。信息处理的领域包括办公自动化（OA）、企业管理、情报检索、报刊编排处理等，特点是要处理的原始数据量大，算术运算较简单，有大量的逻辑运算与判断，对于处理结果，要求以表格或文件形式存储和输出。,第15页 共72页,3过程控制,利用计算机进行过程控制，不仅提高了控制的自动化水平，而且大大提高了控制的及时性和准确性，从而改善了劳动条件，提高了质量，节约了能源，而且降低了成本。过程控制一般都是实时控制，因此，要求计算机可靠性高、响应及时。,第16页 共72页,4计算机辅助系统,计算机辅助教育CBE是计算机在教育领域中的应用，包括计算机辅助教学（Computer Assisted Instrustion，CAI）和计算机管理教学（Computer Managed Instruction，CMI）。CAI最大的特点是交互式教学和进行个别的指导，它改变了传统的教师在讲台上讲课而学生在课堂内听课的教学方式。CMI是用计算机实现各种教学管理，如制定教学计划、课程安排、计算机评分、日常的教务管理等。近年来迅速发展起来的远程教育更是在教学的各个环节上大量使用了各种计算机系统。,第17页 共72页,5人工智能,人工智能（Artificial Intelligence，AI），利用计算机模拟人的智能，主要包括模拟人脑的推理和决策的思维过程。人工智能主要的应用领域有专家系统、机器学习、模式识别、定理证明、博弈和人工神经网络等。,第18页 共72页,6多媒体技术应用,多媒体技术把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体有机地组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理，这些处理包括对媒体信息的录入、压缩和解压缩、存储、显示和传输等技术。目前多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽，除了知识学习、电子图书、商业及家庭应用外，在远程医疗和视频会议中都得到了极大的推广。,第19页 共72页,1.1.4 计算机的分类,按计算机性能分类 按处理数据的形态分类 按使用范围分类,第20页 共72页,1按计算机性能分类,巨型机 大型机 小型机 微型机 工作站 服务器,第21页 共72页,2按处理数据的形态分类,模拟计算机 数字计算机 混合计算机,第22页 共72页,3按使用范围分类,通用计算机 专用计算机,第23页 共72页,1.1.5 计算机的性能指标,字长 主频 运算速度 存储容量 1 KB =1 024 B =210B 1 MB=1 024 KB =220B 1 GB =1 024 MB=230B 1 TB =1 024 GB =240B,第24页 共72页,1.2 计算机系统组成,存储程序的概念 硬件系统的组成 计算机基本工作原理 程序设计语言 软件系统 计算机系统的层次结构,第25页 共72页,1.2.1 存储程序的概念,在研制ENIAC计算机的过程中，美籍匈牙利 数学家冯·诺依曼（John Von Neumann）提出 了通用电子计算机的设计方案，该方案提出 了以下3个基本要点： 计算机硬件由5个基本部分组成 采用二进制 存储程序控制,第26页 共72页,1.2.2 硬件系统的组成,第27页 共72页,1.2.2 硬件系统的组成,运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备,第28页 共72页,1运算器,运算器由算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）、累加器和寄存器构成，其中ALU是进行算术运算和逻辑运算的单元，寄存器是临时保存数据的地方，累加器用来累加和保存数据。算术运算包括加、减、乘、除等；逻辑运算包括与、或、非等操作。,第29页 共72页,2控制器,控制器是计算机的指挥系统，而运算器则是计算机内进行计算的核心部分，因此，常将这两部分合称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）。,第30页 共72页,3存储器,存储器是具有记忆功能的器件，用于存放程序、需要用到的数据及运算结果，程序中的指令送到控制器解释并执行，数据则送到运算器中进行运算，而运算的结果可以送回到存储器中。 存储器的操作主要有两种：存数和取数。 存储器分为主存储器或称为内存储器（简称内存）和辅助存储器（或称为外存储器，简称外存）两类,第31页 共72页,4输入设备,输入设备用来向计算机输入命令、程序、文字、数据以及其他形式的信息，例如图形、声音等。它的主要作用是，将人们可读的信息转换为计算机可以识别的二进制代码输入到计算机中。,第32页 共72页,5输出设备,输出设备的主要功能是将计算机处理后的二进制结果转换为人们能识别的形式，如文字、图形、声音等，并表现出来.,第33页 共72页,1.2.3 计算机基本工作原理,指令的概念和指令的执行过程 程序的执行过程,第34页 共72页,1指令的概念和指令的执行过程,取出指令。将要执行的指令从内存取到CPU内部的指令寄存器中。 分析指令。将保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器中进行分析。 执行指令。根据指令的译码结果判断该指令要完成的操作，然后向各个部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能。 形成下一条指令的地址，即为执行下一条指令做好准备。,第35页 共72页,2程序的执行过程,程序是指用户根据要解决问题的具体步骤而编制的由若干条指令构成的指令序列。,第36页 共72页,1.2.4 程序设计语言,机器语言 汇编语言 高级语言,第37页 共72页,1机器语言,机器语言是计算机系统能够识别的，不需要翻译就可以供计算机使用的程序设计语言。使用机器语言编写的程序中，每一条指令都是采用二进制形式，即操作码和操作数都用二进制编码的形式，由于计算机能够识别，用机器语言编写的程序执行效率较高。,第38页 共72页,2汇编语言,汇编语言也是面向机器的语言，它采用特定的助记符号来表示机器语言中的指令和数据，即采用比较容易识别和记忆的符号。,第39页 共72页,3高级语言,高级语言接近自然语言（英语），使用数学表达式，不依赖计算机硬件，通用性和移植性较好。,第40页 共72页,1.2.5 软件系统,操作系统 语言处理程序 数据库系统 服务软件 通用软件 专用软件,第41页 共72页,1操作系统,操作系统是管理、控制和监督计算机硬件、软件资源、协调程序运行的系统，由一系列具有不同管理和控制功能的程序组成。,第42页 共72页,2语言处理程序,解释方式,第43页 共72页,2语言处理程序,编译方式,第44页 共72页,2语言处理程序,汇编程序 汇编程序的作用是将用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序。 解释程序 将高级语言编写的源程序翻译成机器语言指令时，有两种翻译方式，即“解释”方式和“编译”方式，分别由解释程序和编译程序完成。 编译程序 大多数高级语言编写的程序采用编译方式，不同的高级语言对应不同的编译程序。,第45页 共72页,3数据库系统,数据库系统是一个复杂的系统，通常由硬件、操作系统、数据库、数据库管理系统和应用程序组成。 数据库（DataBase，DB）是指按一定的组织方式组织起来的数据的集合，它具有数据冗余度小、可以共享等特点。 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是一类软件，它的主要作用一方面是对数据库进行统一的管理，包括建立数据库、数据的维护、检索和统计等，另一方面是使用数据库编程语言并结合数据进行应用程序的开发。,第46页 共72页,4服务软件,服务软件提供常用的服务功能，包括诊断程序和调试程序等，为用户开发程序和使用计算机提供了方便。,第47页 共72页,5通用软件,通用软件是为解决某一类问题而开发的，这类问题是大多数用户都要遇到的。,第48页 共72页,1.2.6 计算机系统的层次结构,计算机系统的层次结构,第49页 共72页,1.2.6 计算机系统的层次结构,裸机（硬件）位于最底层，是所有软件的运行基础。 操作系统介于硬件和外层软件之间，对内控制硬件，对外则为其他软件的执行提供运行的环境。 操作系统之外的其他各层不直接与硬件接触，都在操作系统提供的平台上运行。 最外层的应用程序表示用户使用的软件。,第50页 共72页,1.3 数制和信息编码,数制的概念 不同进制数据之间的转换 西文字符编码 汉字编码,第51页 共72页,1.3.1 数制的概念,十进制数制 我们平时使用的十进制数用10个数码0、1、2、3、4、5、6、