第一章计算机基础知识
第1章计算机基础知识
计算机硬件的发展
电子计算机按其性能分类：
巨型计算机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机
4
微型计算机是第四代计算机的典型代表
微型计算机的发展
5
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代， 产生了微型计算机 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以 集成了计算机主要部件——控制器和运算器的 微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器(Microprocessor)/微型计算机 (Microcomputer) 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机 时代
同余的概念
同余的性质：
a+M=a(mod M)； a+nM=a(mod M)； 例：以12为模，-4+12=-4 (mod 12) 8= -4 (mod 12) 我们称8与-4对模12来说互为补数。
26
小结：
通过补数，将负数变成正数(减法变成加法) 计算机字长为n时，其模为2n (1 00······00) 计算机的序数是从0开始的，故2n在n位系统中是无 法表示的，它的表示形式与0的表示形式是一样的。
原码
数0的原码有两种不同形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
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原码范围：
-127~127 11111111~01111111(0FFH~7FH)
例：8位原码机器数：
真值：x1＝ 84 = +1010100B x2 ＝－84＝－ 1010100B 机器数：[x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100
符号位 数值位
机器数及真值
当一个数据用16位表示时，用最高位 D15表示符号
计算机导论_基础知识
计算机导论第1章计算机基础知识教学目标1.了解信息技术的相关概念2.了解计算机的发展历程、特点、应用和分类3.掌握计算机系统的组成（重点）4.掌握信息在计算机中的表示形式（重点、难点）第一节计算机概述一、什么是计算机？计算机是一种能够接收和存储信息，并把存储在内部的程序对输入信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化设备。
巴比奇在马洪发明的逻辑演示器的影响下，于1822年开始设计差分机（difference engine），其目标是能计算具有20位有效数字的6次多项式的值。
这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父”。
计算理论的奠基人（图灵）●Alan Turing（1912~1954）1936年上研究生时发表的一篇论文中提出了图灵机（Turing Machine），奠定了计算机的理论基础。
●第二次世界大战中，Turing 领导的小组制造出了破译德军Enigma 密码的计算机，并成功地完成了任务。
●Turing 与Church 合作给出了数学证明，断言未来计算机能够象人那样具有思维能力（因而汉语中有了“电脑”）。
●计算机学科的最高荣誉是ACM（美国计算机学会）图灵奖。
●图灵测验：一个人在不接触对象的情况下，进行一系列的提问，如果他根据这些回答无法判断对象是人还是机器，则这种计算机具有与人相当的智力。
世界上第一台电子数字计算机●1946年，在宾夕法尼亚大学Moore 学院，J. Eckert 和J. Mauchly 为实现弹道计算研制成功了ENIAC（“电子数字积分计算机”，Electronic NumericalIntegrator and Computer），它用了19000 个电子管，重30 吨，耗电200 千瓦。
●现在所谓的计算机就是电子数字计算机。
计算机体系结构的创始人（冯·诺依曼）●1946年，John von Neumann（1903~1957）发表了第一篇关于电子计算机程序存储的论文，描述了如何用（可被存储、读出和执行的）数字来表示逻辑操作（程序）。
第一章计算机基础知识
(2)应用软件 在计算机软硬件基础上为某一专门应用目的而设计开发的软件称为应 用软件.应用软件大致可以分为三大类:通用应用软件,用于专门行业的应 用软件和定制软件. 1.2.4 微型计算机系统的硬件组成 1.CPU(Central Processing Unit) CPU即中央处理单元,又称微处 CPU即中央处理单元,又称微处 理器.是一块集成了运 算器和控制器的半导体芯片,是整个计算机系统的 "大脑". 大脑" 2.系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 .系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 成电路板.
1.2 计算机系统的基本组成及工作原理
1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两部分组成.
运算器 CPU 控制器 主 机 内存(主存) 硬件系统 计 算 机 系 统 输入设备:键盘,鼠标,扫描仪 输出设备:显示器,打印机,绘图仪
系统软件:操作体统,语言处理程序
软件系统
CMOS ISA 插槽 主板电池 控制芯片 PCI 插槽 串 行/并 口 插 槽 Socket7 插槽 键盘插座 CACHE 内存插槽
3.内存储器 (1)随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM) )随机存取存储器(Random Memory,简称RAM)
(2)只读存储器(Read Only Memory,简称ROM) )只读存储器(Read Memory,简称ROM) 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. (3)高速缓冲存储器(Cache) )高速缓冲存储器(Cache)
第一章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识[目的要求]1、掌握计算机的定义、用途、特点、发展历史、分类，熟练掌握计算机系统的基本组成、结构和常用外设的使用。
[课时安排]本章总教学课时为8节，其中理论课时6节，上机课时2节。
[教学手段]使用计算机多媒体设备进行教学，使用计算机设备进行实践训练。
[教学内容]1.1 计算机概述1.1.1 计算机的概念计算机是一种能够高速且自动地执行算术运算和逻辑运算的数字化电子设备，它能够按照人们预先编写的程序高效准确地处理信息。
1.1.2 计算机的发展世界上第一台电子计算机称为ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，即电子数字积分计算机，它于1946年诞生于美国。
计算机”是一种非冯·诺伊曼型计算机，其目标是使计算机具有人工智能，使其能模拟甚至替代人的智能，具有人—机自然交流的能力。
1.1.3未来计算机的发展趋势1．巨型化2．微型化3．网络化4．智能化1.1.4 计算机的特点1.记忆能力强2.运算速度快且精度高3.具有逻辑判断能力4.在程序控制下自动完成各种操作1.1.5 计算机的分类电子计算机是一种通过电子线路对信息进行加工处理以实现其计算功能的机器，按照不同的原则可以有多种分类方法。
1.按信息在计算机内的表示形式划分2.按计算机的大小、规模、性能划分3.按计算机使用范围来划分4.按计算机的字长位数来划分1.1.6 计算机的应用1. 科学计算2. 数据处理3.辅助技术CAI、CAD、CAM等。
4.自动控制5.人工智能6.网络应用7.多媒体技术1.2 数制与编码1.2.1 计算机中的进位计数制在生产实践和日常生活中人们创造了多种表示数的方法，这些数的表示规则就称为数制。
为区分不同的数制本书约定对于任一R进制的数N记作：（N）R。
如：(1100)2表示二进制数1100，(567)8表示八进制数567，(ABCD)16表示十六进制数ABCD。
第1章 计算机基础知识
1.1.3 计算机的分类
1、按规模和综合性能指标分类 1) 巨型机：运算速度快，可达到数百亿次/秒。处理能力最强：航天、
气象等尖端领域。我国的“银河”、“神威”和“曙光” 等
2)大型机：运算速度在100万～几千万次/秒，大型、通用、速度较快、
1.2.1 计算机的基本结构
1．冯·诺依曼型计算机的基本结构 1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)提
出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个 要点：
⑴采用二进制数的形式表示数据和指令。
⑵将指令和数据存放在存储器中。
⑶计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输 出设备5大部分组成。
随机存储器 （RAM）
计
内存储器 （内存）
算 机
外存储器（外存）
只读存储器 （ROM） 软盘
硬盘
系
光盘
统
键盘
外设
结
输入
图
显示器、投影机
输出设备（Output）
打印机
微机计算机系统
操作系统
绘图仪
语言处理程序
数据库管理系统
网络通信管理程序
系统软件 应用软件 软件系统
应用软件包 用户程序
几种类型的CPU（奔腾4、赛扬D、AMD）
Pentium 4 506+ 2.66G 接口类型：LGA 775
CPU主频：2.66 针脚数（Pin）：775
CPU外频： 制作工艺：0.09微米 二级缓存容量：1M CPU类型：台式机
64位技术：支持
Celeron D 346 3.06G 接口类型：LGA 775
计算机基础知识
第一章计算机基础知识1、人类历史上的第一台电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学莫克利教授和他的学生埃克特设计，并在1946 年 2 月15 日投入运行，他的名称叫ENIAC（埃尼阿克），是一台电子数值积分式计算机。
2、计算机的发展：第一代到第四代计算机使用的基本元件分别是电子管、晶体管、中小规模的集成电路、大规模和超大规模的集成电路。
3、计算机按处理数据的方式分为：数字计算机（一般所用的计算机指的是数字计算机）模拟计算机（不如数字计算机精确，但解题速度快，主要运用于远程控制和模拟仿真）数模混合计算机（既能接收、输出和处理模拟量，又能接收、输出和处理数字量）。
按计算机的使用用途分：专用计算机（模拟计算机通常都是专用计算机）通用计算机（一般我们使用的个人计算机都是通用计算机）按计算机的处理能力分：巨型机、大型机、小型机、工作站。
微型机（个人计算机）。
4、生物计算机又称为仿生计算机，它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。
5、计算机的发展：我国从1956年开始研制计算机。
1958年研制成功第一台电子管计算机103机。
1959年研制成功运行速度为每秒1万次的104机，是我国研制的第一台大型通用电子数字计算机。
1964年研制成功晶体管计算机，1983年我国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机诞生。
1992年10亿次巨型计算机银河-II研制成功。
1995年5月曙光1000研制成功，这是我国独立研制的第一套大规模并行机系统。
2009年10月29日，我国国防科技大学自主研制的首台千万亿次超级计算机“天河一号”问世，在2010年11月发布的第36届世界超级计算机500强排行榜上，“天河一号”超级计算机系统，以峰值速度每秒4700万亿次，持续速度每秒2566万亿次，首次位居世界第一。
6、计算机的特点：处理速度快、计算精度高、记忆存储能力强、具有自动运行能力、具有逻辑判断能力、支持人机交互。
大学计算机基础-计算机基础知识
例如，已知“中”字的国际码为5650H，则根据上述公式得：
“中”字的内码=“中”字的国际码5650H+8080H=D6D0H 二进制表示： 0101011001010000B+1000000010000000B=1101011011010000B
1.1.6 电子商务
1．狭义电子商务 狭义电子商务（E-Commerce）是指利用互联网进行交易的一种方式。 主要指信息服务、交易和支付。主要内容包括：电子商情广告；电 子选购和交易、电子交易凭证的交换；电子支付与结算等。 2．广义电子商务 广义电子商务（E-Business）是利用Internet能够进行全部的贸易 活动。
第二个特点是易失性。
1.3 计算机硬件系统
（2）只读存储器 CPU对ROM只取不存，里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经 固化处理，用户是无法修改的。
几种常用ROM简介：
①可编程只读存储器（PROM）
②可擦除可编程只读存储器（EPROM）
1.3 计算机硬件系统
（3）内存储器的性能指标 存储器的主要性能指标有两个：容量和速度。 存储容量：指一个存储器包含的存储单元总数，这一概念反映了存 储空间的大小。目前常用的DDR3内存条，存储容量一般为2GB和4GB。 好的主板可以到8G，服务器主板可以到32G。 存取速度：一般用存储周期（也称读写周期）来表示。存取周期就 是CPU从内存储器中存取数据所需的时间（读出或写入）存储器之 间的最小时间间隔。半导体存储器的存取周期一般为60~100ns。
1.1.2 计算机的特点与用途
第一节 计算机基础知识
计算过程在程序控制下自动执行，中间无需人工干预，
每秒可做5000个加法，或500次乘法，或50次除法，工
作一小时完成的计算量相当于100个人用手摇计算机计
算两个月。"埃尼克''被认为是电子计算机的始祖，它开
创了电子计算机的历史。
3
4
▪ 2.计算机的发展
1.1.2 微型计算机的发展 概况
▪1．第一代（1971~1973年）4位型计算机 ▪2．第二代（1974~1978年）8位型计算机 ▪3．第三代（1979~1985年）16位型计算机 ▪4．第四代（1986~1992年）32位型计算机 ▪5．第五代（1993~今）64位型计算机 ▪位：指的是机器的字长，字长越长，其精度 越高。
已达几十亿次。
▪ 我国"银河"计算机
每秒达几亿次。
7
▪ 2 .计算精度高
▪ 一般电子计算机可以有十几位有效数字，有的在百位以上甚至更 高。
▪ 3.有较强的记忆能力
▪ 计算机能自动记忆住进入计算机的数据和程序，记忆的数据可以 达到几千万甚至几亿个。
▪ 4. 具有逻辑判断能力，自动化程度高
▪ 计算机并无自己的意志，它不能自己启动，不会自己寻求问题和 制定求解问题的方案，计算机必须接受人的指令。但是，一旦人 们把求解问题的一串指令输入机器启动后，计算机就能按照程序 自动地进行工作直到完成为止，工作过程中一般不需要的人工干 预。它不但能顺序地逐个执行指令，也能按照程序的规定通过逻 辑判断选定下一步要执行的指令，还可按照程序的规定使某些指 令反复执行若干遍。
大家好
1
第一章 计算机基础知识
2
第一章 计算机基础 1.1计算机概述
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科学计算、数据处理、计算机控制、计算机辅助系统、人工智能、办公自动化统中的应用
注：记住一些专用名字的缩写
第二讲、计算机系统(1学时)
计算机系统：是由硬件系统和软件系统两部分组成；两者相辅相成，构成计算机系统的统一体。
1、计算机硬件系统
硬件系统组成
由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。
介绍什么是计算机，计算机的特点，计算机的应用与发展：
什么是计算机；计算机的发展；计算机的分类；计算机的主要应用；
计算机硬件系统：
结合具体实例进行讲解；
计算机软件系统：
举例说明计算机的软件系统，使学生对这一抽象概念有较深刻的印象。
详细内容及要求
第一讲、计算机概述(1学时)
1、什么是计算机（概念）
2、计算机发展过程
参阅教材
第一章第一节，第二节
作业
教学后记
该节内容理论2学时，内容略显多一些，时间较紧张；
实验2学时上机练习指法不够用，学生应在课余时间多加练习。
教学对象
教学时间
年月日
教学内容
*字节（）：8个二进制位为一个字节。为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（简写为B）为单位。字节是计算机中存储信息的基本单位
*地址：整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制（字节编址）。每个存储单元可以存放数据或程序代码。为了能有效地存取该单元内的内容，每个单元必须有唯一的编号（称为地址）来标识。
教学重点
1．了解计算机系统的组成以及各部分的主要功能
2．掌握键盘的使用，学会标准指法操作
教学难点
计算机系统的组成及各部分的主要功能
建议学时
理论：2上机：2
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
理论：使用多媒体教学方法讲授（）；上机：指导上机实验
演示设计
板书设计
1．1计算机概述
1．2计算机系统
教学过程
程导入
主要内容
（1）操作系统
操作系统：是管理和控制计算机的全部硬件、软件资源的程序。主要功能有：用户与计算机硬件的接口、硬件功能的扩充、计算机系统的控制及管理等。
（2)语言处理程序
机器语言
汇编语言
高级语言：语言、语言、C语言、语言等。
（3）实用程序
一些公用的工具性程序，如：编辑程序，调试程序，诊断程序等。
（4）数据库系统
*字长字长是可以同时处理的二进制数据位数。如64位微处理器，一次能够处理64位二进制数据。常用的有16位、32位、64位微处理器。
3）输入设备
输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机可以识别的二进制形式存放到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等。
小规模集成电路
操作系统
科学计算、数据处理、工业控制、文字处理、图形处理
第四代
1970至今
大规模集成电路
数据库网络等
各个领域
3、计算机技术发展的趋势
巨型化、高性能、开放式、多媒体化、智能化、网络化
4、计算机的分类：
1）、根据规模大小分类：巨型机、大型机、中型机、小型机、微机、
2）、根据用途分类：通用计算机、专用计算机
*读操作（）：按地址从存储器中取出信息，不破坏原有的内容，称为对存储器进行“读”操作。
*写操作（）：把信息写入存储器，原来的内容被覆盖，称为对存储器进行“写”操作。
*主频主频是衡量运行速度的重要指标。它是指系统时钟脉冲发生器输出周期性脉冲的频率。通常以赫兹（）为单位。目前的奔腾Ⅵ微处理器的主频已高达1.5、2.2。
了解第一台数字电子计算机的三个知识点：时间、年份和英文名称。
现代计算机的发展阶段根据计算机内的主要物理器件将分为四个阶段，分别为：
阶段
年份
物理器件
软件特征
应用范围
第一代
1946-957
电子管
机器语言、汇编语言
科学计算
第二代
1958-1964
晶体管
高级语言
科学计算、数据处理、工业控制
第三代
1965-1970
重点
计算机的发展史和应用领域，计算机软件系统及硬件系统构成，数据在计算机中的表示及编码
难点
计算机基本工作原理，数据在计算机中的表示及编码。
课时分配学时
讲授总4学时、实验2
教学方法
讲授()
教学过程
教学对象
教学时间
年月日
教学内容
第一章计算机基础知识
1．1计算机概述
1．2计算机系统
教学目的
使学生了解计算机基础知识，掌握计算机系统的概念
4）输出设备
输出设备用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
2、软件系统
分为系统软件和应用软件
1）.系统软件
（1）操作系统()（2）语言处理程序
（3）数据库管理系统（4）网络管理软件
（5）常用的服务程序
2）．应用软件
应用软件是在计算机硬件和系统软件的支持下，为解决各类专业和实际问题而设计开发的一类软件。如文字处理、电子表格、多媒体制作工具、各种工程设计和数学计算软件、模拟过程、辅助设计和管理程序等。
1)中央处理器
运算器和控制器合称为中央处理单元,简称。
的作用是处理数据、存取数据或指令、协调各部件工作等。
2)存储器
存储器用于保存数据和程序。
存储器分为内部存储器和外部存储器
内存又分为只读存储器（）和随机存储器()
外存分为软盘、硬盘、光盘、磁带
它们的特点和缺点
存储器的有关术语简述如下：
*位（）：存放一位二进制数即0或1。位是计算机中存储信息的最小单位。
按数据模型的不同分为三种类型：层次型、网状型、关系型。目前比较流行的数据库系统有、、等。
教学小结
这一节最为重要的内容是掌握计算机系统的概念，这一点在教学过程中要注意强调；
对于上机实验的第一节课，要注意强调正确的指法操作。
学习指导
学生在学习这一节内容时，对计算机的概念有了初步的了解；
在上机操作时，要注意强调正确指法的操作。
第一章计算机基础知识
教学
内容
1、了解计算机的发展；
2、了解计算机系统的组成以及各部分的主要功能；
3、掌握键盘的使用，熟练掌握标准指法操作；
4、了解计算机中数据的表示编码。
教学基
本要求
了解计算机的特点、发展史（包括微型计算机的发展史）、类型、应用领域及前景；掌握计算机软件系统及硬件系统构成，了解微机的硬件系统，包括掌握微机系统硬件组成及主要性能指标。了解微机的软件系统，包括掌握机器指令与计算机语言(机器语言，汇编语言，高级语言)的概念、系统软件与应用软件的概念；数据在计算机中的表示及编码，包括了解二进制数概念、计算机内采用二进制数的优点。