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計算機文化基礎,上海交大網絡教育學院,,計算機文化基礎,主講:劉振宇E-MAIL:zyliu@上海交通大學繼續(xù)教育學院,我們的課程將從一個故事開始,這是什么？,世界上第一個鼠標是用木頭和小鐵輪制作的,鼠標和它的三個“父親”的故事,鼠標的生父-----道格恩格爾巴特,美國‘增益研究中心”的主持人1963年，恩格爾巴特在自己建立的斯坦福研究所發(fā)展研究中心里，用木頭和小鐵輪制成了最初的鼠標目的：希望通過新的技術手段，使用電腦更得心應手，電腦成為圖形指示的工具,鼠標的養(yǎng)父-----史蒂夫喬布斯,蘋果公司創(chuàng)始人在之前，施樂公司的ALTO采用鼠標，但只有內部使用，沒有得到推廣1983年蘋果公司推出加入了鼠標操作和具備視窗功能的個人電腦自此鼠標與個人電腦結下了不解之緣，可是蘋果電腦的受眾群還是不夠廣,鼠標的教父-----比爾蓋茨,微軟公司創(chuàng)始人電腦的“傻瓜”化使得鼠標進入普通百姓家庭成為可能在微軟公司推出WINDOWS95以后，小老鼠伴著Windows步入了千家萬戶現在在使用計算機方面，我們已經基本離不開鼠標了！,這個故事告訴我們：,一個新的技術（或系統(tǒng)）的產生需要有一個演變和發(fā)展的過程只要目標明確，堅持并把握住機會，就會有成功的一天當我們開始新的學習，該怎么做？知識點知識面綜合能力為將來我們怎么學習大學課程？目的（目標）條件WHY,我們的課程責任教務老師,朱曉文計算機團隊成員計算機統(tǒng)考輔導老師機考系統(tǒng)主要負責人,我們的助教老師,葉佳幸上海交通大學畢業(yè)技術部門骨干微軟認證資格教師P2P研發(fā)主要人員,第1章計算機基本知識,本章學習目標1.1計算機的發(fā)展及應用1.2計算機中信息的表示1.3計算機系統(tǒng)的組成小練習,本章學習目標,本章主要講解計算機的基本概念、計算機中信息的表示、計算機系統(tǒng)的組成、微型計算機的硬件組成。通過本章學習，讀者應該掌握以下內容：數字計算機的主要特點計算機系統(tǒng)的基本組成理解位、字節(jié)、子、子長以及存儲單元地址的概念計算機的主要用途,,,,返回本章首頁,1.1計算機的發(fā)展及應用,1.1.1計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向1.1.2計算機的主要特點1.1.3計算機的分類1.1.4計算機的主要應用,返回本章首頁,1.1.1計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW,1946年美國研制出第一臺數字式電子計算機（ENIAC),第一代（1946~1958）電子管5千~4萬（次/秒）,第二代（1958~1964）晶體管幾十萬~百萬（次/秒）,第三代（1964~1975）中小規(guī)模集成電路百萬~幾百萬（次/秒）,第四代（1975~至今）超大規(guī)模集成電路幾百萬~幾億（次/秒）,一.計算機發(fā)展的幾個階段,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,二.計算機的發(fā)展趨勢,巨型化微型化網絡化智能化多媒體,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,CRAY-Ⅱ,計算機發(fā)展趨勢——巨型化,運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學計算的高科技領域。,中國超級計算機：國防科技大學研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”,銀河Ⅱ,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,Altair8800,計算機發(fā)展趨勢——微型化,計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,計算機發(fā)展趨勢——網絡化,計算機網絡：計算機技術與通信技術結合的產物。計算機網絡的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數據和信息資源，網絡用戶的通訊和合作。,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,計算機發(fā)展趨勢——智能化,“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”?！芽枺?637）,人類第一個“工業(yè)機器人”：一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人機械手（1962年出現）第二代機器人具有“感覺”的機器人第三代機器人裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”,計算機發(fā)展的幾個階段及發(fā)展方向,返回本節(jié)首頁,計算機發(fā)展趨勢——多媒體,通信方面：可視電話，視頻會議，信息高速公路出版與圖書方面：E-BOOK、E-Newspaper、E-Magazine商業(yè)方面：商品簡報、查詢服務、產品廣告演示家用多媒體在網絡教育領域中的應用,1.1.2計算機的主要特點,1.運算速度快2.計算精度高3.具有“記憶”和邏輯判斷能力4.高度自動化,返回本節(jié)首頁,1.1.3計算機的分類,按原理分電子數字計算機電子模擬計算機混合式計算機按用途分通用機專用機,按規(guī)模分（字長、運算速度、存儲容量）巨型機大中型機小型機工作站微型機,返回本節(jié)首頁,1.1.4計算機的主要應用,1.科學計算2.過程檢測與控制3.信息管理4.計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設計(CAD)計算機輔助制造(CAM)計算機輔助測試(CAT)計算機輔助教學(CAI)5.娛樂休閑,返回本節(jié)首頁,1.2計算機中信息的表示,1.2.1信息與數據的關系1.2.2計數制的基本概念1.2.3計算機中的常用計數制及轉換1.2.4字符編碼,返回本章首頁,1.2.1信息與數據的關系,信息人們進行各種活動所需和所獲取的知識數據為識別信息而記錄下來的符號。在計算機中是以二進制數據形式來表示信息的。數據與信息的關系數據是信息的表示形式，是信息的載體；信息是數據所表達的含義，是人們通過對數據的分析和理解得到的。,數值數據與非數值數據,數值數據：是可以參加數值計算的數據。在計算機中以二進制數的形式存在。非數值數據（字符）：不表示數值的大小，它只代表一個符號，如：數字符號0～9、大小寫英文字母、算術運算符、標點符號、顯示不出來的控制符號、漢字。在計算機中以二進制形式存在，,返回本節(jié)首頁,十進制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進制R=2，可使用0,1八進制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進制R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F,“逢R進一，借一當R”,1.2.2計數制的基本概念,基數：R位權:基數的若干次冪,一個數可按權展開成為多項式。(234.13)10＝2102＋3101＋4100＋110－1＋310－2,返回本節(jié)首頁,1.2.3計算機中的常用計數制及轉換,1、二進制（信息的存儲、處理、傳送）2、十六進制（書寫方便）3、八進制（書寫方便）4、進制間的轉換,1、二進制,二進制數：逢2進一，基數為2，權為2的若干次冪。兩個數字符號：0，1,不論指令還是數據,若想存入計算機中,都必須采用二進制編碼形式,在二進制系統(tǒng)中只有兩個數0和1,即便是多媒體信息(聲音、圖形等)也必須轉換成二進制的形式,才能存入計算機,一個二進制數在計算機中是以電子器件的兩個物理狀態(tài)來表示。,計算機中的常用計數制及轉換,二進制（續(xù)）,易于物理實現，使電子線路制造計算機成為可能運算規(guī)則簡單（R(R+1)/2）機器可靠性高，通用性強,優(yōu)點：,計算機中的常用計數制及轉換,二進制（續(xù)）,二進制轉換為十進制（按權展開）(10010)2＝124＋023＋022＋121＋020＝(18)10十進制轉換為二進制除2取余法：1.將十進制數除以2，得到一個商數和一個余數；2.再將商數除以2，又得到一個商數和一個余數；3.繼續(xù)這個過程，直到商數等于零為止。每次得到的余數(必定是0或1)就是對應二進制數的各位數字。注意：第一次得到的余數為二進制數的最低位，最后一次得到的余數為二進制數的最高位。,計算機中的常用計數制及轉換,例：(75)10?？2,結果為：1001011,,75,2,37,1,2,18,1,2,0,9,2,4,1,2,2,0,2,1,0,2,0,1,二進制（舉例）,計算機中的常用計數制及轉換,*2、十六進制,十六進制數：逢16進一，基數為16，權為16的若干次冪。16個數字符號：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,B,C,D,E,F一.十六進制轉換為十進制（按權展開）(1CB)16＝1162＋12161＋11160＝(459)10(FF)16＝15161＋15160＝(255)10,計算機中的常用計數制及轉換,*十六進制（續(xù)）,二.十進制轉換為十六進制除16取余法：1.將十進制數除以16，得到一個商數和一個余數；2.再將商數除以16，又得到一個商數和一個余數；3.繼續(xù)這個過程，直到商數等于零為止。每次得到的余數(必定是0～9或A～F之一)就是對應十六進制數的各位數字。但必須注意：第一次得到的余數為十六進制數的最低位，最后一次得到的余數為十六進制數的最高位。,*十六進制（舉例）,*十六進制（舉例）,*3八進制,八進制數：逢8進一，基數為8，權為8的若干次冪。8個數字符號：0，1，2，3，4，5，6，7一.八進制轉換為十進制（按權展開）(154)8＝182＋581＋480＝(108)10(76)8＝781＋680＝(62)10,*八進制（舉例）,二.十進制轉換為八進制除8取余數：,4、各種計數制之間的轉換,計算機中的常用計數制及轉換,二進制八進制,,,,,二進制十六進制,*二、八與十六進制之間的轉換,整數從右向左三位并一位小數從左向右三位并一位,整數從右向左四位并一位小數從左向右四位并一位,100110110111.010100(4667.24)8,100110110111.0101(9B7.5)16,*示例：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,返回本節(jié)首頁,1.2.4字符編碼,西文字符編碼漢字編碼各種漢字編碼之間的關系,一、西文字符編碼ASCII碼（美國標準信息交換碼），8位二進制碼，最高位為0。7位可表示128個不同的字符。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,字符編碼,二、漢字編碼,輸入碼：從鍵盤輸入的代表漢字的編碼.國標碼（交換碼）二字節(jié)碼，用兩個七位表示一個漢字，把區(qū)位碼的區(qū)碼與位碼的基礎上分別加00100000（20H)。內碼占用兩個字節(jié)，把國標碼兩個字節(jié)的最高位分別置為1（與ASCII碼相區(qū)別）。字形碼漢字庫（字模點陣）。用點陣、矢量函數等方式表示的漢字字型的字模碼?！把a”字的代碼：國標碼：3239H（0011001000111001B）內碼：b2b9H（1011001010111001B）,字符編碼,漢字的輸出（字庫）,字符編碼,三、各種漢字編碼之間的關系,數字編碼,字音編碼,字形編碼,,內碼,字形碼,國標碼,顯示漢字,打印漢字,,,,,,,,,字符編碼,返回本節(jié)首頁,1.3計算機系統(tǒng)的組成,1.3.1計算機系統(tǒng)的組成1.3.2計算機硬件系統(tǒng)1.3.3計算機的軟件系統(tǒng)1.3.4微型計算機的分類與主要性能指標,返回本章首頁,1.3.1計算機系統(tǒng)的組成,,計算機系統(tǒng),硬件（hardware）是指實際的物理設備，包括計算機的主機和外部設備。軟件（software）是指實現算法的程序、數據和相關文檔，軟件系統(tǒng)包括計算機本身運行所需的系統(tǒng)軟件和用戶完成特定任務所需要的應用軟件。,返回本節(jié)首頁,JohnvonNeumann,馮諾依曼計算機,“存儲程序”工作原理計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務為止。,1.3.2計算機硬件系統(tǒng),一、計算機硬件基本組成,（外）存儲器,（內）存儲器,中央處理器（CPU）,控制器,輸入設備,輸出設備,,,,,,運算器,,,圖1-12計算機工作原理,,,計算機的工作原理,計算機硬件基本組成,二、中央處理器（CPU）,中央處理器包括：運算器和控制器。運算器（算術邏輯運算單元）：完成各種算術運算與邏輯運算?？刂破鳎贺撠煆膬却孀x取各種指令，對指令進行分析，根據指令的具體要求向計算機的各個部件發(fā)出控制信號，協調計算機各個部件的工作。主要包括:寄存器、程序計數器、譯碼器、時序信號發(fā)生器、操作控制信號等。CPU性能指標：主頻：主時鐘的頻率。機器字長：CPU能夠同時處理的數據的二進制位數，一般指參加運算的寄存器所含有的二進制數的位數，它代表了機器的精度。機器字長有16位、32位、64位等。,微處理器芯片的組成結構,在微機中，把CPU制作在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上，稱微處理器（MPU),中央處理器,三、內存儲器（內存、主存）,一般用半導體組成，通過電路與CPU相連。用來存放當前運行的程序、待處理的數據以及運算結果。它可直接跟CPU進行數據交換，存儲速度快。存儲器的容量是以字節(jié)為基本單位的，存儲容量單位：K字節(jié)1KB=1024byteM（兆）字節(jié)1MB=1024KBG（吉）字節(jié)1GB=1024MBT（太）字節(jié)1TB=1024GB存儲器的每一個存儲單元對應一個唯一的地址(按字節(jié)尋址），CPU按地址來存取存儲器中的數據。,,,,,……,位,,,字，字長,位、字節(jié)、字及字長,,字節(jié)（8位）,1、數據存儲的組織形式,,機器字長：CPU能夠同時處理的數據的二進制位數一般指參加運算的寄存器所含有的二進制數的位數，它代表了機器的精度。機器字長有16位、32位、64位等。,度量數據的最小單位,0000H0001H0002HFFFFH,存儲單元（字節(jié)）,圖1-9存儲體結構圖,2、內存儲器分類,只讀存儲器（readonlymemory）：簡稱ROM，CPU對它們只取不存，用于永久存放特殊的專用數據。例如：BIOS（BasicInput/OutputSystem）：啟動計算機，負責通電時自檢（顯卡、RAM、鍵盤、驅動器）并把操作系統(tǒng)引導到機器中（執(zhí)行BIOS中的指令來搜索磁盤中的操作系統(tǒng)文件，把這些文件調入RAM），內含基本輸入輸出設備（鍵盤、顯示器、系統(tǒng)時鐘等）的驅動程序。隨機存儲器（randomaccessmemory）：簡稱RAM，CPU對它們可存可取，是內存的主要部分一旦切斷計算機的電源（關機或事故），其中的所有數據便隨即丟失。例如：COMS用來存放機器系統(tǒng)設置的基本信息。用戶可進入COMSsetup程序來修改其中信息。,內存儲器,存儲容量：存儲周期：對存儲器進行一次完整的讀或寫操作所需的時間。微機中存儲周期一般為幾十到幾百納秒（ns)。,計算機的硬件,3、主要技術指標,四、外存儲器(輔存）,容量比內存大，可移動。有磁盤（硬盤和軟盤）、光盤、磁帶等。1、軟盤：5.25英寸,3.5英寸軟盤存儲系統(tǒng)：軟盤、軟盤驅動器和軟盤控制器適配卡。軟盤分：單面單密（SS,SD)、單面雙密（SS,DD)、雙面單密（DS,SD)、雙面雙密(DS,DD)、雙面高密（DS,HD)。3.5英寸（DS,HD）：1.44MB。2、硬盤（溫盤）：由若干硬盤片組成的盤片組，且存儲介質與驅動機構密封在同一盤體內。微機常用的3.6G-80GB。,軟盤,硬盤,外存儲器,,3、CD光盤：只讀、一次寫入光盤和可抹性光盤。只讀光盤（CD－ROM):650MB數據傳輸率：單速（150Kbps）、倍速、四倍速、8倍速、12倍速、24倍速等。4、DVD光盤:單面單層：4.7GB;單面雙層8.5GB;雙面雙層17GB；數據傳輸率：單速（1.38Mbps）,Eject(Open/Close),外存儲器(輔存）,五、輸入設備,用來將數據輸入到計算機中的外部設備。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀和數碼相機等。1.鍵盤：計算機輸入的主要設備。2.鼠標器：是為適應圖形操作界面而使用的一種輸入設備。種類有機械鼠、光電鼠、光學機械鼠。,鼠標,六、輸出設備,1.顯示器作用：輸出程序運行的最終結果和中間結果；對數據的輸入和編輯進行監(jiān)督。陰極射線管和液晶顯示，顯示器尺寸14″、15″、17″等多種規(guī)格顯示器的分辨率：指顯示器所能顯示像素點的多少。一般用顯示器每行像素點與每列像素點的乘積來表示，乘積越大，分辨率越高。顯示適配卡：接收CPU的顯示數據，控制顯示器顯示出來。分辨率：640 x480、800 x600、1024x768顯示顏色：16種、256種，真彩色（24位或32位）。顯示顏色由表示顏色的位數決定的。2.打印機用來把計算機的輸出結果在打印紙上打印出來，以提供可長久保留的可閱讀文件的輸出設備。點陣打印機噴墨打印機激光打印機,顯示器,打印機,七、主板、總線與接口,,微機硬件結構,主機箱,立式機箱,臥式機箱內部構造,微機主機箱及內部構造,1、主機系統(tǒng),2、微機主板,CPU插座,Cache插槽,4個ISA總線擴展槽,3個PCI總線擴展槽,4個內存條插槽,2個IDE接口,1個軟驅接口,電源連接,鍵盤接口,并行接口,串行接口,主板是一塊印制電路板，CPU、內存儲器及數據輸入輸出接口等均安裝在主板上，磁盤存儲器、CD-ROM等通過電纜與主板相連?？偩€（bus）是連接計算機中CPU、內存、外存和I/O設備的一組物理信號線及其相關的控制電路。總線由三部分組成：地址總線：傳送地址信息，地址總線的位數決定了可直接尋址的內存范圍。如16位地址總線，可構成216＝65536個地址?；蚩芍苯訉ぶ房臻g為64KB。數據總線：傳送數據信息，數據總線的位數與微機的字長一致。如32位的CPU,其數據總線也是32位?？刂瓶偩€：各種控制信號。包括CPU送往內存的和外設接口的控制信號，以及其它部件送到CPU的信號（時鐘信號、中斷請求信號）,微機主板,為了提高產品的通用性，PC機上常用的總線標準有：ISA總線：工業(yè)標準體系結構（16位數據總線）數據傳輸率為8Mpbs。EISA總線：擴展工業(yè)標準體系結構PCI總線：外圍設備部件連接。它是一種先進的局部總線，具有性能高、成本低的特點，是當前使用最多的總線標準，提供32位或64位數據通道，數據傳輸率為132－528Mpbs。AGP總線(加速圖形接口）：數據傳輸率達533Mpbs。,微機主板,接口外設通過接口才能連接到總線上，接口電路具有設備選擇、信號變換及緩沖等功能。接口類別：1總線接口：提供多種總線類型的擴展槽，供用戶插入相應的適配器(功能卡：顯卡、聲卡、網卡）2串行口：只能依次傳送1路信號，提供COM1、COM2。鼠標一般連在串行口上。3并行口LPT：一次同時傳送8路信號。打印機一般連在并行口上。4USB接口（通用串行總線）：新型接口標準，支持即插即用。,微機主板,微機各部件采用總線結構的連接方式,微機主板示例,返回本節(jié)首頁,1.3.3計算機的軟件系統(tǒng),計算機的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)程序設計語言及其處理程序,,,系統(tǒng)軟件,應用軟件,,一、計算機軟件系統(tǒng),二、系統(tǒng)軟件,管理、監(jiān)控和維護計算機資源（硬件資源和軟件資源）的軟件。1.操作系統(tǒng)：是系統(tǒng)軟件主要的構成部分。提供計算機同用戶的接口。2.程序設計語言與語言處理程序程序設計語言：機器語言、匯編語言和高級語言三類。語言處理程序：編譯程序、匯編程序、解釋程序。3.工具軟件(服務軟件)：是為應用軟件和用戶加工自己的程序和數據提供服務，并為系統(tǒng)管理人員提供日常維護手段的系統(tǒng)軟件。(1)診斷程序(2)調試程序(3)編輯程序,三、應用軟件,應用軟件是為解決用戶某一特定的任務而編制的程序。常見的應用軟件有以下幾種:(1)各種信息管理軟件；(2)辦公自動化系統(tǒng)；(3)各種文字處理軟件；(4)各種輔助設計軟件以及輔助教學軟件；(5)各種軟件包。,四、程序設計語言及其處理程序,1、計算機的指令系統(tǒng):指令：用來規(guī)定計算機的一個基本操作的二進制代碼。程序：就是由一連串指令按一定順序組成的能完成某種任務的一系列二進制代碼。指令系統(tǒng)：一種計算機所能識別的一組不同指令的集合稱為該種計算機的指令集或指令系統(tǒng)。,圖1-13程序的執(zhí)行過程,2、程序的執(zhí)行過程,地址,0000000000000001000000100000001100000100,內存,1）機器語言每條指令是由“0”和“1”組成的二進制指令代碼，如：用于清除累加器0110110000000000000000011101012）匯編語言用助記符來表示每一條機器指令，如清除累加器：CLA00017,3、計算機程序設計語言,3）高級語言：用人們熟悉的自然語言和數學語言來描述，可讀性強，編程方便。例X=（A+B）/（C+D）,常用的高級語言,4、程序設計語言處理程序,1).匯編程序2).編譯程序3).解釋程序,五、計算機系統(tǒng)層次結構,圖1-14計算機系統(tǒng)層次結構,計算機硬件,用戶,應用軟件,系統(tǒng)軟件,,,,,用戶與硬件軟件之間的關系,用戶與硬件軟件之間的關系,返回本節(jié)首頁,1.3.4微型計算機的分類與主要性能指標,一、微型計算機的分類二、微型計算機的主要性能指標,一、微型計算機的分類,1.按字長分8位機、16位機、32位機、64位機等。2.按結構分單片機、單板機與多芯片機、多板機等。3.按用途分工業(yè)過程控制機與數據處理機等。4.按CPU芯片型號分286、386、486與Pentium系列，賽揚等。,二、微型計算機的主要性能指標,1.機器字長CPU能夠同時處理的數據的二進制位數，一般指參加運算的寄存器所含有的二進制數的位數，它代表了機器的精度。機器字長有16位、32位、64位等。Pentium系列均為32位。2.運算速度每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數。一般用百萬次/秒(MIPS)來描述。3.時鐘頻率(主頻)CPU在單位時間（秒）內發(fā)出的脈沖數,以兆赫（MHz)為單位。目前高檔微機主頻已達GHz。4.內存容量：64M,128M,256M,返回本節(jié)首頁,