第一章——计算机基础知识.doc
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1、第一章 计算机基础知识一、 教学内容1.1 计算机概论1.2 计算机中信息的表示与编码1.3 计算机的系统组成与工作原理1.4 微型计算机系统结构与配置二、 教学目标1. 掌握计算机的概念,了解计算机的发展史及应用;2. 掌握计算机的主要特点,了解计算机未来的发展趋势;3. 清楚计算机与计算器的本质区别;4. 了解二进制数在计算机中的应用,掌握各种数制的表示及其相互转换;5. 掌握计算机硬件系统的组成和各部件的相互关系及其功能;6. 掌握计算机软件的概念、分类及应用;7. 掌握计算机的基本工作原理;8. 了解微型机的主要部件;9. 掌握微型机的主要性能指标以及微机的配置。三、 教学重点及难点1
2、. 重点: 计算机的概念、特点和分类; 计算机系统的组成; 计算机的工作原理; 二进制数的表示及其转换; 信息编码。2. 难点: 冯诺依曼的三个思想,计算机硬件系统五大部分的相互关系,计算机的工作原理; 各种进位制数的相互转换; 微型机的主要性能指标; 计算机中不同数制之间的转换; 信息编码。四、 教学方式与方法演示讲解法,案例教学法,与多媒体教学演示相结合五、 实施教学第一部分:新授课(80*2分钟)第二部分:练习(5*2分钟)第三部分:概括和总结(5*2分钟)第四部分:布置作业(5*2分钟)第五部分:熟悉教材(5*2分钟)1.1 计算机概论一、 计算机的产生1. 根源:发明科学计算的机器2
3、. 经历了3个时代:算盘时代、机械时代、机电时代。算法时代:经历时间最长,手动完成;机械时代:由人来提供动力使各种机械装置自动传送数据。机电时代:由电力来代替力使各种机械装置自动传送数据。1946年ENIAC的研制标明了正式进入了计算机时代。计算机是一种能够存储和执行人们预先设定的指令序列(程序),进行信息处理的电子设备。由于计算机能代替人脑部分工作,所以又被称为电脑。英文名为Computer。通常人们所说的PC机是指个人计算机,它是“Personal Computer”的缩写。二、 计算机的发展1. 1946年2月,世界上第一台真正意义上的电子计算机ENIAC(电子数字积分和计算机)诞生于美
4、国宾西法尼亚大学。占地170平方米,重达30吨,启动电力160千瓦,18800个电子管,70000多个电阻器,5000000个焊接点,内存容量16KB,字长12位,每秒5000次。2. 计算机的发展已经经历四代。划分标准:计算机所采用的逻辑元件。P10 表1.1(1) 第一代(19461957)电子管5千4万(次/秒)其特点是体积庞大,运算速度慢,价格高昂,耗电量大。多用于国防军事方面。(2) 第二代(19581964)晶体管几万几十万(次/秒)体积较第一代变小,耗电量降低,运算速度和可靠性得到了进一步的提高,在这一阶段,人们开始使用计算机高级语言编写程序,其应用领域也扩展到数据处理,事务管理
5、和工业控制等方面,同时其用途也渐渐地由军用转向民用。(3) 第三代(19651970)集成电路几十万几百万(次/秒)所谓集成电路就是把几个、几十个,或更多的晶体管集成到一个几平方毫米,甚至更小的硅片上。现在的家电大多数都采用集成电路。第三代计算机的逻辑元件就采用了集成电路。第三代的计算机的体积更小,更省电,运算速度更高,稳定性更好,在软件方面出现了操作系统及计算机网络。计算机被广泛应用于科学计算、工业控制、数据、事务处理和实务控制等多方面。(4) 第四代(1971)集成电路几百万几亿(次/秒)在这个阶段,计算机逻辑元件的集成度更高,每个芯片上都有超过10万个的元件,使得计算机进一步小型化、微机
6、化。运算速度可达每秒几百万次,同时由于采用了高清晰度的彩色显示器,外部设备更新、更好,在软件方面出现了WINDOWS和UNIX,同时形成了INTERNET(国际互联网)。2. 未来计算机的发展方向:智能计算机。3. 我国计算机的研制情况(1) 1958年,第一台计算机研制成功(2) 1964年,研制出晶体管计算机(3) 1970年,研制出集成电路计算机(4) 1983年,研制出“银河-I”号巨型计算机(每秒钟1亿次)(5) 1992年,“银河-II”巨型计算机研制成功(每秒10亿次)(6) 1997年,“银河-III”每秒百亿次巨型计算机研制成功(7) 1999年,银河四代巨型机研制成功(8)
7、 2000年, “神威I”研制成功(每秒3480亿次),继美、日之后,世界上第三个具备研制高性能计算机(9) 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。4. 计算机的特点(1) 高速度:计算机的运算速度通常是以每秒进行多少次加法运算来表示。目前巨型机的速度可达每秒百亿次,微机也可达每秒几十万次。例如:“天气预报”需对收集到的有关温度、湿度、气压、空气密度等数据进行大量的复杂计算,如用人工计算需一个月,而用计算机需几分钟就可以了。(2) 高精度:通常来说,计算机使用的有效位数越
8、多,表示的量越精确。算盘有几档就可使用几位有效数字,而计算机的有效数字位可以按人们的需要而定。例如:历史上有位数学家用15年时间才将圆周率的有效数字算到707位,若让计算机去算,几小时就可以算到10万位。(3) 超强记忆能力:计算机中的存储器,能够存储大量的信息,而且正确无误,并在任何需要的时候调用它们。例如让计算机存储一本字典并不是一件太难的事,而对人类来讲,难度可想而知。(4) 复杂的逻辑判断力:计算机能执行各种逻辑判断,并根据命题的正确与否作出相应的对策。(5) 能自动执行程序:计算机可以按人们事先编好的程序自动、连续的进行工作。人们正是利用计算机的这一特点去完成那些枯燥乏味的重复工作。
9、(6) 可靠性强:计算机可以在规定的电压、温度等工作环境下,无故障的连续工作几个月,乃至几年,可靠性极强。5. 计算机的分类巨型机:速度最快、处理能力最强,已达十几万亿次浮点运算, “银河 IV” 达每秒1万亿次 大型机:大型、通用、较快、较强,作“客户机/服务器”的服务器,作“终端/主机”的主机 中型机:小型机:规模小,结构简单,设计试制周期短,工艺先进、使用维护简单微型机:小、巧、轻、使用方便、价格便宜,中央处理器:一个芯片单片机:只由一片集成电路制成,其体积小,重量轻,结构十分简单规模按照计算机的速度快慢,存储容量,功能强弱及占地面积等,可将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型
10、机。巨型机一般运算速度快、结构复杂、价格昂贵,主要用于科学计算。如我国的银河-计算机就属于巨型计算机(每秒运算10亿次)。大型机、中型机计算速度、存储容量都比不上巨型机,在早期的计算机应用中较为广泛;小型机功能差一些,结构简单,操作简单。如VAX机。微型计算机又称个人计算机,简称微机、PC机,以轻、小、价廉,易用而受到用户的青睐,我们目前使用的286、386、486、PENTIUM-,PENTIUM-,PENTIUM-都属于微机。专用计算机:特殊配置,功能单一,解决特定问题,如银行系统、军事系统的某些专用计算机。通用计算机:通用性强,综合能力强,解决各种问题 功能模拟计算机:主要用于处理模拟信
11、息,如工业控制中的温度、压力等。运算速度极快,但精度不高 数字计算机:精度高,便于存储信息,是通用性很强的计算工具。(通常意义的计算机)数字模拟混合计算机:既能进行高速运算,又便于存储信息,但造价昂贵。处理方式服务器工作站工作模式6. 计算机的应用领域(1) 科学计算:在自然科学、工程技术等领域,计算工作量是很大的,传统的计算工具难以完成,只有求助于计算机进行复杂的计算。(2) 信息处理:数据处理。指利用计算机对各种信息进行收集、归纳、分类、整理、存储、统计、加工等,从中获得有用信息为决策服务。(3) 实时控制:过程控制,在生产过程中,使用计算机采集数据,存储数据并加以分析,然后根据分析结果,
12、不失时机的控制生产过程,高速生产过程。(4) 计算机辅助系统(CAD/CAM/CAI/CIMS):利用计算机部分地替代人工进行各种设计,加快设计过程,大幅度地提高工作效率。(5) 人工智能:是以计算机为基础,结合仿生学,语言学等学科,旨在研究一种能思维的机器。如机器人、专家系统、模式识别等。(6) 家庭生活:购物,打游戏1.2 计算机中信息的表示与编码一、 基本概念1. 什么是数据?数据是表达现实世界中各种实体(事物)的一组可以记录、可以识别的记号或符号。2. 什么是信息?信息是经过加工处理的数据。二者的区别:信息是有意义的,数据是无意义的。3. 什么是进位计数制?把一组数码从低位到高位排列起
13、来,按照进位原则进行计数,称为进位计数制,简称进制。(1)进位原则:“逢R进一,借一当R”(R为进制)(2)R进制数用 r个基本符号(例如0,1,2,r-1)表示数值r进制数N可表示为:N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m=ai为数码;r为基数,ri为位权基数:每个数位上允许使用的数码个数称为“基数”。例如:十进制数字每个数位上允许使用的数码为09,因此基数为10;二进制数字每个数位上允许使用的数码只有0和1,因此基数为2。同一个数码在不同位置代表的数值不同。位权:一个数码所表示的数值等于该数码乘以与数码所在位置有关的常数,我们把这个常数称为位权,简称“权”。e
14、g.678.34=6*102+7*101+8*100+3*10-1+4*10-24. 常用进制:十进制(D) R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制(B) R=2 ,可使用0,1八进制(O) R=8 ,可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制(H) R=16 ,可使用0,9,A,B,C,D,E,F,任一R进制的数N,记作:(N)R十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000000081000108100011191001119200102210101012A300113311101113B401004412110014C501015513110115D6
15、01106614111016E701117715111117F二、 进制的转换1R进制转换为十进制(R可以是2、8、16) 方法:数码乘以各自的权的累加例如: (1101101.0101 )2=126+125+024+123+122+021 +120+02-1+12-2+ 02-3+12-4 =(109.3125)10例如: (3506.2)8=383+582+081+680+28-1 =(1862.25)10例如: 0.2AH = 216-1+1016-2 =0.1640625D2十进制转换为R进制(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
16、,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。3二进制转换为八、十六进制 方法:以小数点为中心,整数部分:从右向左按三(四)位进行分组不足左补零,转换成所对应的八进制(十六进制)数字;小数部分:从左向右按三(四)位进行分组不足右补零,转换成所对应的八进制(十六进制)数字;4八、十六进制转换为二进制 方法:将每个八(十六)进制数用三位(四位)二进制数代替。三、 信息的表示1信息的表示和存储形式:二进制2计算机为什么采用二进制: 信息复制的精确性 运算规则简单 电子线路制造计算机成为可能3二进制的优点:物理上容易实现,运算简单,可
17、靠性、通用性强4信息单位:(1)位(bit):二进制中一个数位,简称比特,可以是“0”或“1”。是度量数据的最小单位。(2)字节(Byte,B):计算机中最基本的单位。存储数据的最小单位。1 B =8 Bit1 KB =210 B =1024 B1 MB =210 KB =1024 KB =220 B1 GB =210 MB =220 KB =230 B1 TB =210 GB =220 MB =230 KB =240 B(3)字(word):计算机处理数据时一次可以运算的数据长度,字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。5数据编码:(1)西文字符编码 ASCII码、BCD码ASCII码是美
18、国信息交换标准代码。American Standard Code for Information Interchange):用7位二进制编码,共有27=128个编码值(从0到127),控制字符:032,127;普通字符:94个。每个字符占一个字节。例如:“a”字符的编码为1100001,对应的十进制数是97; 空格 20H 3209 30H39H 4857AZ 41H5AH 6590az 61H7AH 97122(2)中文字符编码计算机处理汉字比西文字符复杂得多,首先为了解决汉字的输入问题而采用输入码;其次为汉字在计算机内部进行存储、处理和传输而采用机内编码方案;最后还需要采用称为字型码的输出
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