第1章 计算机基础知识
2.软件系统
计算机软件系统
– 在计算机上运行的各种程序、数据及相关的资料文档。可分 为系统软件和应用软件两大类 – 系统软件的作用是支持计算机硬件正常工作 – 裸机：不安装任何软件的计算机
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
操作系统（Operating System,OS）
区别：编译 程序产生机 器语言形式 的目标程序， 解释程序不 产生。
1.2 计算机系统的组成
相关概念介绍
二进制：0 1,机器语言中只有0和1符号 指令： 计算机用以控制各部件协调动作的命令，用二进制代码 表示，能被计算机直接执行
在微型计算机中应用最普遍的字符编码是：ASCII码
1.2 计算机系统的组成
1.1 走进计算机世界
2.分类-发展趋势
• 高速运算、大存 储容量和强功能 的巨型计算机 • 主要用于天文、 气象、地质和核 反应、航天飞机、 卫星轨道计算机 等尖端科学技术 领域和军事国防 系统0
1.1 走进计算机世界
3. 应用领域 已渗透到社会的各行各业
目前计算机 应用最广的 领域
– 1. 科学计算（数值计算） Manufacturing – 2. 数据处理（信息处理） 计算机辅助测 – 3. 辅助技术（CAD、CAM、CAI、CAT） 试Test – 4. 过程控制（实时控制） 计算机辅助教学 – 5. 人工智能（智能模拟） Instruction 计算机辅助设计 – 6. 网络应用
不能写，断电后信息不丢失
‐随机存取存储器RAM（random access memory），随意读写，断电后信息丢失
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→工作原理 负责对数据和信息 加工，进行算术和 逻辑运算
运算器
冯• 诺依曼的“程序存储”思想
数据线 控制线
输入设备
存储器
输出设备
控制器
指挥、协调 计算机工作
Design
计算机辅助制造
1.1 走进计算机世界
3. 应用领域 已渗透到社会的各行各业
数据处理VS科学计算 – 数据处理的数据输入/输出量大，而计算却相对简单 – 数据处理包括数据的收集、存储、加工和输出等 – 科学计算是指完成数值型数据的科学计算
1.2 计算机系统的组成
… …
1.2 计算机系统的组成
4代
逻辑元件
– 1. 第1代电子管计算机（1945-1956）冯•诺依曼（程序存储结构）
– 2. 第2代晶体管计算机（1956-1963）
– 3. 第3代集成电路计算机（1964-1971）中小规模
– 4. 第4代大规模集成电路计算机（1971至今）
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第1代电子管计算机（1945-1956） −世界上第一台电子计算机取名 为ENIAC，1946年2月14日在 美国宣告诞生
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
（1）主板 ‐又称为系统板或母板 ‐机箱内所有部件通过主板连接在一起 ‐计算机各种部件相互连接的纽带与桥梁
计算机主板
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
32位和64位 （2）CPU 设计计算机时规定的 ‐Central Processing Unit,中央处理器 ‐分为运算器、控制器和寄存器组等 ‐主要技术指标：主频、字长 ‐主频是指CPU的时钟频率，主频越高， 运算速度越快
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
• 程序存储结构(冯･诺依曼)
– 由5个部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备 与输出设备。 – 采用二进制形式表示计算机的指令和数据。 – 将程序和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第2代晶体管计算机（1956-1963）
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
• 内存（主存）：存放计算机正在使用的程序和数据 特点：存取速度快，容量有限 • 外存（辅存）：存放的程序和数据必须调入内存后，才能被计 算机执行 特点：存储容量大，但速度比内存低
1.2 计算机系统的组成
相关概念介绍
程序：人们针对某一需要而为计算机编制的指令序列 源程序：用汇编语言（BASIC）等非机器语言书写的符号程序 解释程序：对源程序进行解释任务的程序 编译程序：对源程序进行编译任务的程序 语言处理程序：将源程序翻译成目标程序 （机器语言程序）的程序
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→常见存储设备
• IDE（Integrated Drive Electronics）电子集成驱动器，是指 −
− •
− −
把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器 优点：价格低廉、兼容性强、性价比高 缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少 SCSI接口是同IDE完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准 接口, SCSI是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。 优点：应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低、热插拔 缺点：价格较高
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→工作原理
总线
‐内部总线和外部总线 ‐内部总线：CPU内部的寄存器之间和算术逻辑部件与控制 部件之间传输数据的通路 ‐外部总线：CPU与内存、输入、输出设备之间进行通信的 通路 ‐通常所说的总线指外部总线，分为：数据总线、地址总线、 控制总线
1.2 计算机系统的组成
−晶体管代替了体积庞大的电子管，电子设备的体积 不断减小。体积小、 速度快、功耗低、性能更稳定。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
中小规模
第3代集成电路计算机（1964-1971）
−把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容 和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几 小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管 壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第4代大规模集成电路计算机（1971至今）
−大规模集成电路和超大规模集成电路 −个人计算机（PC或微型计算机）
1.1 走进计算机世界
2.分类
分类标准不同，分类不尽相同
• 分类标准：计算机分类的演变过程及发展趋势
– – – – – – 1. 2. 3. 4. 5. 6. 超级计算机或巨型机 小超级机或小巨型机 大型主机 小型机 工作站 个人计算机或微型机
汉
1 a A
2000
计算机中数据的最小单位：二进制的位 一个字节由8个二进制位（比特bit）组成
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→常见存储设备
（1）硬盘存储器 ‐固定硬盘：被永久性地密封固定在硬盘驱动器 ‐移动硬盘：将硬盘装入一个特殊的硬盘盒内，强 调便携性的存储产品，优点：方便携带、使用 ‐IDE接口和SCSI接口
内存工作原理
内存中的每个基本单元都被赋予一个唯一的序号称之为地址 一条指令代码由地址码和操作码两部分组成 程序必须放在内存中，计算机才可以执行其 中的指令。
…
2000.
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
内存的分类 ‐只读存储器ROM（read only memory）,只能读
‐光盘存储器
‐ 利用激光代替磁性材料进行数据存储的大容量存储器，主要有CD、DVD等。
‐半导体存储器
‐ 利用半导体芯片制作而成的，主要有闪存卡和U盘等。
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
…
存储容量 一个汉字和一个英文字符在微型机 单位： GB MB KB 中存储时所占字节数的比值为 2：1 1字节 1GB=1024MB 在全角状态（纯中文状态）下输入一 1MB=1024KB 个英文字母，则该字母在屏幕上的宽 1KB=1024 字节（ Byte） 度是 2个ASCII 码字符的宽度。
‐最基础、最重要的软件 ‐用户和计算机的接口 ‐5大功能模块：处理器管理、作业管理、存储器 管理、设备管理、文件管理 ‐常见的操作系统：DOS、Windows、Linux、 UNIX
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
程序语言
- 机器语言：计算机唯一能直接识别和执行的程序语言 - 汇编语言：又称符号语言，须通过预先放入计算机的 "汇编程序"中进行翻译 - 高级语言：同自然语言和数学语言比较接近的计算机 程序语言，如C语言
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
高级语言
- 面向过程和面向对象 - 独立于机器，有一定的通用性 - 执行方式：将源程序编译成机器语言的目标程序，然 后执行并保留目标程序 - 源程序必须由解释程序和编译程序进行处理后，机器 才能识别和执行
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→应用软件
磁带
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
外存储器 ‐又称外存、辅存 ‐能够永久保存程序或数据 ‐CPU不能直接访问，必须先将外存的数据调入内 存，才能被CPU使用
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
外存储器的分类 ‐磁表面存储器
‐ 利用磁化技术，将数据存储在磁性材料的磁表层上，主要有软件磁盘和硬盘 存储器两种。
③可擦写光盘MO（Magnetic Optical）
1.3 计算机外部设备
2.输入/输出设备
I/O
微机系统与外部之间交换信息 输入设备：将外部信息发送给计算机的设备
输出设备：计算机向用户传递计算、处理结果的设备
第1章 计算机基础知识
目录
1.1 走进计算机世界（发展历史，分类，应用领域）
计算机软件系统
– 在计算机上运行的各种程序、数据及相关的资料文档。可分 为系统软件和应用软件两大类 – 系统软件的作用是支持计算机硬件正常工作 – 裸机：不安装任何软件的计算机
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
操作系统（Operating System,OS）
区别：编译 程序产生机 器语言形式 的目标程序， 解释程序不 产生。
1.2 计算机系统的组成
相关概念介绍
二进制：0 1,机器语言中只有0和1符号 指令： 计算机用以控制各部件协调动作的命令，用二进制代码 表示，能被计算机直接执行
在微型计算机中应用最普遍的字符编码是：ASCII码
1.2 计算机系统的组成
1.1 走进计算机世界
2.分类-发展趋势
• 高速运算、大存 储容量和强功能 的巨型计算机 • 主要用于天文、 气象、地质和核 反应、航天飞机、 卫星轨道计算机 等尖端科学技术 领域和军事国防 系统0
1.1 走进计算机世界
3. 应用领域 已渗透到社会的各行各业
目前计算机 应用最广的 领域
– 1. 科学计算（数值计算） Manufacturing – 2. 数据处理（信息处理） 计算机辅助测 – 3. 辅助技术（CAD、CAM、CAI、CAT） 试Test – 4. 过程控制（实时控制） 计算机辅助教学 – 5. 人工智能（智能模拟） Instruction 计算机辅助设计 – 6. 网络应用
不能写，断电后信息不丢失
‐随机存取存储器RAM（random access memory），随意读写，断电后信息丢失
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→工作原理 负责对数据和信息 加工，进行算术和 逻辑运算
运算器
冯• 诺依曼的“程序存储”思想
数据线 控制线
输入设备
存储器
输出设备
控制器
指挥、协调 计算机工作
Design
计算机辅助制造
1.1 走进计算机世界
3. 应用领域 已渗透到社会的各行各业
数据处理VS科学计算 – 数据处理的数据输入/输出量大，而计算却相对简单 – 数据处理包括数据的收集、存储、加工和输出等 – 科学计算是指完成数值型数据的科学计算
1.2 计算机系统的组成
… …
1.2 计算机系统的组成
4代
逻辑元件
– 1. 第1代电子管计算机（1945-1956）冯•诺依曼（程序存储结构）
– 2. 第2代晶体管计算机（1956-1963）
– 3. 第3代集成电路计算机（1964-1971）中小规模
– 4. 第4代大规模集成电路计算机（1971至今）
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第1代电子管计算机（1945-1956） −世界上第一台电子计算机取名 为ENIAC，1946年2月14日在 美国宣告诞生
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
（1）主板 ‐又称为系统板或母板 ‐机箱内所有部件通过主板连接在一起 ‐计算机各种部件相互连接的纽带与桥梁
计算机主板
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
32位和64位 （2）CPU 设计计算机时规定的 ‐Central Processing Unit,中央处理器 ‐分为运算器、控制器和寄存器组等 ‐主要技术指标：主频、字长 ‐主频是指CPU的时钟频率，主频越高， 运算速度越快
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
• 程序存储结构(冯･诺依曼)
– 由5个部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备 与输出设备。 – 采用二进制形式表示计算机的指令和数据。 – 将程序和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第2代晶体管计算机（1956-1963）
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
• 内存（主存）：存放计算机正在使用的程序和数据 特点：存取速度快，容量有限 • 外存（辅存）：存放的程序和数据必须调入内存后，才能被计 算机执行 特点：存储容量大，但速度比内存低
1.2 计算机系统的组成
相关概念介绍
程序：人们针对某一需要而为计算机编制的指令序列 源程序：用汇编语言（BASIC）等非机器语言书写的符号程序 解释程序：对源程序进行解释任务的程序 编译程序：对源程序进行编译任务的程序 语言处理程序：将源程序翻译成目标程序 （机器语言程序）的程序
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→常见存储设备
• IDE（Integrated Drive Electronics）电子集成驱动器，是指 −
− •
− −
把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器 优点：价格低廉、兼容性强、性价比高 缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少 SCSI接口是同IDE完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准 接口, SCSI是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。 优点：应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低、热插拔 缺点：价格较高
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→工作原理
总线
‐内部总线和外部总线 ‐内部总线：CPU内部的寄存器之间和算术逻辑部件与控制 部件之间传输数据的通路 ‐外部总线：CPU与内存、输入、输出设备之间进行通信的 通路 ‐通常所说的总线指外部总线，分为：数据总线、地址总线、 控制总线
1.2 计算机系统的组成
−晶体管代替了体积庞大的电子管，电子设备的体积 不断减小。体积小、 速度快、功耗低、性能更稳定。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
中小规模
第3代集成电路计算机（1964-1971）
−把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容 和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几 小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管 壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
1.1 走进计算机世界
1.发展历史
第4代大规模集成电路计算机（1971至今）
−大规模集成电路和超大规模集成电路 −个人计算机（PC或微型计算机）
1.1 走进计算机世界
2.分类
分类标准不同，分类不尽相同
• 分类标准：计算机分类的演变过程及发展趋势
– – – – – – 1. 2. 3. 4. 5. 6. 超级计算机或巨型机 小超级机或小巨型机 大型主机 小型机 工作站 个人计算机或微型机
汉
1 a A
2000
计算机中数据的最小单位：二进制的位 一个字节由8个二进制位（比特bit）组成
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→常见存储设备
（1）硬盘存储器 ‐固定硬盘：被永久性地密封固定在硬盘驱动器 ‐移动硬盘：将硬盘装入一个特殊的硬盘盒内，强 调便携性的存储产品，优点：方便携带、使用 ‐IDE接口和SCSI接口
内存工作原理
内存中的每个基本单元都被赋予一个唯一的序号称之为地址 一条指令代码由地址码和操作码两部分组成 程序必须放在内存中，计算机才可以执行其 中的指令。
…
2000.
1.2 计算机系统的组成
1.2.1 硬件组成→主要部件
内存的分类 ‐只读存储器ROM（read only memory）,只能读
‐光盘存储器
‐ 利用激光代替磁性材料进行数据存储的大容量存储器，主要有CD、DVD等。
‐半导体存储器
‐ 利用半导体芯片制作而成的，主要有闪存卡和U盘等。
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
…
存储容量 一个汉字和一个英文字符在微型机 单位： GB MB KB 中存储时所占字节数的比值为 2：1 1字节 1GB=1024MB 在全角状态（纯中文状态）下输入一 1MB=1024KB 个英文字母，则该字母在屏幕上的宽 1KB=1024 字节（ Byte） 度是 2个ASCII 码字符的宽度。
‐最基础、最重要的软件 ‐用户和计算机的接口 ‐5大功能模块：处理器管理、作业管理、存储器 管理、设备管理、文件管理 ‐常见的操作系统：DOS、Windows、Linux、 UNIX
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
程序语言
- 机器语言：计算机唯一能直接识别和执行的程序语言 - 汇编语言：又称符号语言，须通过预先放入计算机的 "汇编程序"中进行翻译 - 高级语言：同自然语言和数学语言比较接近的计算机 程序语言，如C语言
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→系统软件
高级语言
- 面向过程和面向对象 - 独立于机器，有一定的通用性 - 执行方式：将源程序编译成机器语言的目标程序，然 后执行并保留目标程序 - 源程序必须由解释程序和编译程序进行处理后，机器 才能识别和执行
1.2 计算机系统的组成
1.2.2 软件系统→应用软件
磁带
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
外存储器 ‐又称外存、辅存 ‐能够永久保存程序或数据 ‐CPU不能直接访问，必须先将外存的数据调入内 存，才能被CPU使用
1.3 计算机外部设备
1.3.1 存储设备→外存
外存储器的分类 ‐磁表面存储器
‐ 利用磁化技术，将数据存储在磁性材料的磁表层上，主要有软件磁盘和硬盘 存储器两种。
③可擦写光盘MO（Magnetic Optical）
1.3 计算机外部设备
2.输入/输出设备
I/O
微机系统与外部之间交换信息 输入设备：将外部信息发送给计算机的设备
输出设备：计算机向用户传递计算、处理结果的设备
第1章 计算机基础知识
目录
1.1 走进计算机世界（发展历史，分类，应用领域）
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计算机基础知识
1.3.3 控制器
控制器是全机的指挥中心，它控制各部件动作，使 整个机器连续地、有条不紊地运行。控制器工作的 实质就是解释程序。 控制器每次从存储器读取一条指令，经过分析译码， 产生一串操作命令，发向各个部件，进行相应的操 作。接着从存储器取出下一条指令，再执行这条指 令，依次类推。通常把取指令的一段时间叫做取指 周期，而把执行指令的一段时间叫做执行周期。因 此，控制器反复交替地处在取指周期与执行周期之 中，直至程序执行完毕。
CPU
2、控制器 3、存储器： 内存：RAM 外存：硬盘、软盘、光驱 4、输入设备：键盘、鼠标等 5、输出设备：显示器、打印机
显示器
主机
键盘 鼠标 音箱
1.3.1 运算器
运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。运算 器由累加器（用符号A表示）、通用寄存器（用符号B表 示）和算术逻辑单元（用符号ALU表示）组成 ，其结构 如图1-6所示，其核心是算术逻辑单元。
输出设备是变换计算机输出信息形式的部件。 它将计算机运算结果的二进制信息转换成人 类或其它设备能接收和识别的形式，如字符、 文字、图形、图像、声音等。目前广为使用 的输出设备有激光打印机、绘图仪、显示器 等。
1.3.6 总线
计算机的各个部件通过一组被称为总线(BUS) 的公用信号线联系起来。这些总线按照传送 信息的不同分为地址总线(AB)、数据总线 (DB)和控制总线(CB)，其中地址总线用于传 送地址信息，数据总线用于传输数据或程序， 控制总线用于传输控制信号。
1.2.5 常用的信息编码 2、汉字的编码 汉字是象形文字，因此不能直接将汉字对 应到ASCII 编码的字符集中，需要分别对 输入、存储和输出进行编码。
1.3 计算机的硬件系统 逻辑上可以分为五大类：运算器、控制器、 存储器、输入设备和输出设备。
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
21
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
第1章 计算机基础知识
1.1.5 计算机的应用
• • • • • • • 1.数据处理 2.科学计算 3.辅助技术 4.自动控制 5.人工智能 6.网络应用 7.多媒体技术
返回本节
1.2 数制与编码
• 1.2.1 计算机中的进位计数制 • 1.2.2 计算机中的信息编码
返回本章
1.2.1 计算机中的进位计数制
1.进位计数制 • 将数字符号按顺序排列成数位，并遵照某 种从低位到高位的进位方式计数来表示数 值的方法称为进位计数制，简称计数制 • R进制的特点如下：
1.2.1 计算机中的进位计数制
5.计数制间的转换
（3）二进制和八进制转换 • 二进制转换成八进制可遵 从以下规则： 整数部分：从右向左按三 位进行分组； 小数部分：从左向右按三 位进行分组；不足补零。 • 八进制数转换成二进制数 可将每位八进制数分别转 换成三位二进制数依次排 列。 （4）二进制和十六进制间的 转换 • 二进制转换成十六进制可 遵从以下规则： 整数部分：从右向左按四 位进行分组； 小数部分：从左向右按四 位进行分组；不足补零。 • 十六进制数转换成二进制 数可将每位十六进制数分 别转换成四位二进制数依 次排列。
第二代 1959年1964年 晶体管
第三代 1965年1971年 中、小规 模集成电 路
第四代 1972年今
大规模、 超大规模 集成电路
分时、实事数 几百万上亿 工作、生活 各方面 据处理、计算 次/秒 机网络
返回本节
1.1.3 计算机的特点
• • • • • • 1.运算速度快 2.计算精度高 3.记忆能力强 4.具有逻辑判断能力 5.可靠性高 6.通用性强
第1章 计算机基础知识
1.1 计算机概述 1.2 数制与编码 1.3 计算机系统的组成 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体技术简介
第1章 计算机基础知识
现代计算机不仅用来进行计算，还能综合处理声音、图像、 文字、视频和音频信号。
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
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
第1章 计算机基础知识
巨型机又称超级计算机，是所有计算机类 型中价格最高、功能最强的一类。其运算速度 快、精确度高、存储容量大、功能强大、结构 复杂，主要用于国防等国家尖端科学领域。
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
大型机又称大型主机，具有高可靠性、高可 用性、高服务性的特点。又称为“企业级”计算 机，因具有很强的数据处理和I/O（输入/输出） 能力，以及很高的稳定性和安全性，所以主要用 于大型企业，特别是银行、电信等商业领域。
1．科学计算 2．数据处理 3．计算机辅助 4．过程控制 5．人工智能 6．网络通信 7．嵌入式系统
1.1
1.1.4 计算机的分类
1．按照所处理的数据类型分类
（1）模拟计算机 （2）数字计算机
2．按照用途分类
（1）专用计算机 （2）通用计算机
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
4位和8位低档微处理器时代 1971~1973 8位中高档微处理器时代 16位微处理器时代 32位微处理器时代 奔腾系列微处理器时代 （32/64位） 酷睿系列微处理器时代 （64位）
1.1
1 MHz 2～5 MHz 5～25 MHz 12～100 MHz
1974~1977 1978~1984 1985~1992
的程序，自动、高速地进行大量数
值计算和各种信息处理的现代化智
能电子设备。
程序就是指令的集合。 指令是让计算机动作的命令。
1.1
1.1.1 计算机的发展
1．计算机的诞生
美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼又提出了
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
大型机又称大型主机，具有高可靠性、高可 用性、高服务性的特点。又称为“企业级”计算 机，因具有很强的数据处理和I/O（输入/输出） 能力，以及很高的稳定性和安全性，所以主要用 于大型企业，特别是银行、电信等商业领域。
1．科学计算 2．数据处理 3．计算机辅助 4．过程控制 5．人工智能 6．网络通信 7．嵌入式系统
1.1
1.1.4 计算机的分类
1．按照所处理的数据类型分类
（1）模拟计算机 （2）数字计算机
2．按照用途分类
（1）专用计算机 （2）通用计算机
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
4位和8位低档微处理器时代 1971~1973 8位中高档微处理器时代 16位微处理器时代 32位微处理器时代 奔腾系列微处理器时代 （32/64位） 酷睿系列微处理器时代 （64位）
1.1
1 MHz 2～5 MHz 5～25 MHz 12～100 MHz
1974~1977 1978~1984 1985~1992
的程序，自动、高速地进行大量数
值计算和各种信息处理的现代化智
能电子设备。
程序就是指令的集合。 指令是让计算机动作的命令。
1.1
1.1.1 计算机的发展
1．计算机的诞生
美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼又提出了
第1章 计算机基础知识
❖ 5.人工智能（AI） ❖ 6.计算机模拟
第1章>>1.2节>>1.2.4
1.2.4 计算机在信息社会中的应用
❖7. 大数据 ❖8. 云计算 ❖9. 3D打印 ❖ 10.物联网 ❖ 11.互联网+ ❖12. 智慧城市
第1章>>1.3节
1.3 信息在计算机中的表示与编码
❖ 本节主要内容
▪ 1.3.1 信息在计算机中的表示 ▪ 1.3.2 信息编码 ▪ 1.3.3 数制及其转换
• 它用两个字节表示一个字符，因此允许表示 65536 个字符，世界上几乎所 有的书面语言都能用单一的 Unicode 编码表示。
1.2.1 计算机发展概论
❖ “图灵机”为计算机的发明奠定了理论基础(1936)
▪ “图灵机”不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可 用来指导制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置。
计算机理论之父 A.M Turing
第1章>>1.2节>>1.2.1
1.2.1 计算机发展概论
❖ 冯·诺依曼型计算机
❖ 重点难点
▪ 信息存储单位的换算 ▪ 常用的数字编码 ▪ 数制之间的转换 ▪ 定点数和浮点数的表示方法
第1章>>1.3节>>1.3.1
1.3.1 信息在计算机中的表示
❖ 1.信息表示
▪ 计算机内部都采用二进制形式来表示 ▪ 使用二进制的原因
• 二进制数在物理上最容易实现，如电压的“低”与“高”恰好 表示“ 0 ”和“ 1 ”
▪_
▪o
▪DEL
1.3.2 信息编码
第1章>>1.3节>>1.3.2
▪ 3.汉字编码
第1章>>1.2节>>1.2.4
1.2.4 计算机在信息社会中的应用
❖7. 大数据 ❖8. 云计算 ❖9. 3D打印 ❖ 10.物联网 ❖ 11.互联网+ ❖12. 智慧城市
第1章>>1.3节
1.3 信息在计算机中的表示与编码
❖ 本节主要内容
▪ 1.3.1 信息在计算机中的表示 ▪ 1.3.2 信息编码 ▪ 1.3.3 数制及其转换
• 它用两个字节表示一个字符，因此允许表示 65536 个字符，世界上几乎所 有的书面语言都能用单一的 Unicode 编码表示。
1.2.1 计算机发展概论
❖ “图灵机”为计算机的发明奠定了理论基础(1936)
▪ “图灵机”不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可 用来指导制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置。
计算机理论之父 A.M Turing
第1章>>1.2节>>1.2.1
1.2.1 计算机发展概论
❖ 冯·诺依曼型计算机
❖ 重点难点
▪ 信息存储单位的换算 ▪ 常用的数字编码 ▪ 数制之间的转换 ▪ 定点数和浮点数的表示方法
第1章>>1.3节>>1.3.1
1.3.1 信息在计算机中的表示
❖ 1.信息表示
▪ 计算机内部都采用二进制形式来表示 ▪ 使用二进制的原因
• 二进制数在物理上最容易实现，如电压的“低”与“高”恰好 表示“ 0 ”和“ 1 ”
▪_
▪o
▪DEL
1.3.2 信息编码
第1章>>1.3节>>1.3.2
▪ 3.汉字编码
第1章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识1.1 计算机系统的组成硬件系统和软件系统1.11计算机的发展阶段1946-1957年电子管计算机1958-1964年晶体管计算机1965-1970年集成电路计算机1971年以后大规模集成电路计算机1.12“储存程序”工作原理计算机使用储存程序工作原理1.13 计算机指令系统（1）计算机指令系统的发展系列计算机复杂指令系统计算机精简指令系统计算机（2）指令的类型数据传送类指令MOV算术逻辑类指令ADD判定控制类指令CMP（3）指令的寻址方式立即寻址指令中带操作数寄存器寻址指令中带寄存器编号,寄存器中存操作数直接寻址指令中带操作数的地址寄存器间接寻址指令中带寄存器的编号，寄存器中带操作数的地址寄存器相对寻址基址寄存器中的地址加上指令中的地址为操作数的地址1.14 计算机的硬件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备运算器和控制器成为中央处理器1.15 微处理器具有中央处理器功能的大规模集成电路分为：通用微处理器嵌入式微处理器数字信号处理器1.16 总线Cpu-内存总线i/o总线有：PCI总线usb 通用串行总线1394 高速串行总线Firewire1.17 计算机的软件组成A : 系统软件包括：程序设计语言处理；操作系统；数据库管理软件；服务性程序机器语言汇编语言翻译为机器语言（目标程序）执行高级语言高级语言(源程序) 编译为机器语言（目标程序）执行或者边解释边执行B: 应用软件1.18 计算机的配置和技术指标运算速度与主频存取周期以及何种指令系统有关主频字长决定了可处理的指令的长度存储容量数据传输率1.19 计算机的应用领域科学和工程计算数据和信息处理过程控制计算机辅助系统工程辅助设计（CAD）辅助制造（CAM）辅助测试（CAT）辅助教学（CAI）人工智能逻辑推理；理解自然语言，辅助疾病诊断等网络应用1.2 计算机中的信息表示1.21 计算机中的信息单位二进制1.22 基本的二进制运算1.23 数据在计算机中的表达方式原码反码补码1.24 计算机中的非数值信息一个字节的ASCII码1.3 计算机网络基础1.31 网络的基本概念（1）网络的形成与发展（2）计算机网络的主要特征计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享（资源共享）互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议网络协议三要素：语法，语义，时序语法：规定了用户数据与控制信息的结构与格式语义：规定了用户控制信息的意义以及完成控制的动作与相应时序：是对事件实现顺序的详细说明1.32 网络的分类根据传输技术分为：广播式网络点—点式网络需要通过路由选择算法根据覆盖范围分为：局域网，城域网，广域网广域网（远程网）：主要使用分组交换技术X.25网：建立在速率较低，误码率较高的电缆传输介质上，包括了差错控制，流量控制，阻塞控制等功能。
大学计算机基础 第1章 计算机基础知识
1.计算机的诞生
1.1.1 计算机的发展历史
第二次世界大战爆发带来了强大的计算需求。美国宾夕法尼亚大学电子 工程系的教授莫奇利（JohnMauchly）和他的研究生埃克特（John Presper Eckert）计划采用真空管建造一台通用电子计算机，帮助军 方计算弹道轨迹。1943年这个计划被军方采纳，莫奇利和埃克特开始 研制电子数字积分计算机（ElectronicNumerical Integrator And Calculator，ENIAC），并于1946年研制成功，如图1-1所示。
科学计算 数据处理 实时控制 计算机辅助系统 网络应用 人工智能 生活、工作
1.1.4 计算机的应用
目录
1.2 计算机进制与信息编码 ➢ 1.2.1 进位计数制 ➢ 1.2.2 数制间转换 进制与信息编码
信息是丰富多彩的，有数值、文字、声音、图形、图像、视频等， 但是计算机本质上只能处理二进制的“0”和“1”，因此，必须将各 种信息转换成计算机能够接收和处理的二进制数据。这种转换往往由外 部设备和计算机自动进行。进入计算机中的各种数据都要转换成二进制 数存储，计算机才能进行运算和处理。同样，从计算机中输出的数据也 要进行逆向转换。
图1-1 第一台电子数字积分计算机
2.计算机的发展
第一代：电子管计算机（1946-1957年） 1946年2月14日，标志现代计算机诞生的ENIAC在费城公之于世
。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑，它通过不同部分之间的重新 接线编程，拥有并行计算能力。ENIAC使用了18000个电子管、 70000个电阻器，有500万个焊接点，耗电160千瓦，其运算速度比 MarkI快1000倍，它是第一台普通用途计算机。与此同时，美国数学 家冯·诺依曼提出了现代计算机的基本原理-存储程序控制原理。当今的 计算机仍属于冯·诺依曼架构。
第1章 计算机基础知识
第1章计算机基础知识1．1 思考题1．计算机的定义与特点是什么？计算机自1946年诞生以来，哪几件事情对它的普及影响最大？为什么？【答】计算机的定义：现代计算机通常指电子计算机，这是一种能够存储程序和数据、自动执行程序，快速而高效地完成对各种数字化信息处理的电子设备。
它能部分地代替人的脑力劳动，因此也俗称为电脑。
计算机的特点：运行速度快，计算精确度高，可靠性好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且不易损失，具有多媒体以及网络功能等。
计算机自1946年诞生以来，以下几个方面的发展对它的普及影响最大：（1）组成计算机的主要电子器件，由电子管到中小规模、大规模和超大规模集成电路的变化，使得计算机的成本不断下降，体积不断缩小，功能不断增强，特别是微型计算机的出现，使得计算机广泛普及进而走进寻常百姓家成为可能。
（2）多媒体技术的快速发展，使得多媒体计算机成为学习、办公和家庭电脑的主流。
（3）网络技术特别是1995年以后网络技术的迅速发展，并进入普通家庭，使计算机的发展进入了网络、微机、多媒体时代，或简称为进入了计算机网络时代，更进一步推动了计算机的普及。
2．什么是计算机的主要应用领域？试分别举例说明。
【答】计算机的主要应用领域有科学计算（也称数值运算）、数据处理（也信息处理）、自动控制（也称是实时控制或过程控制）、人工智能、网络应用、计算机模拟、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育等。
计算机的应用实例随处可见，读者可自行列举生活、工作中的许多例子。
3．计算机的主要类型有哪些？自从1975年到现在的这些年中，PC发生了哪些巨大的变化试用几句话概括这些变化的特点。
【答】计算机的主要类型有巨型机、大型主机（也称大型机）、小巨型机、小型机、工作站和微型机6类。
20世纪70年代中期出现的苹果机和20世纪80年代初期出现的IBM PC，均属卫星计算机（简称微型机或微机）。
IBM PC及其兼容机又简称为PC。
第一章计算机基础知识
和链接等。
网络攻击防护
要点一
总结词
了解常见的网络攻击手段和防护方法，如防火墙、入侵检 测系统等，加强网络安全意识，不轻易泄露个人信息。
要点二
详细描述
随着网络的普及，网络攻击也日益增多。常见的网络攻击 手段包括拒绝服务攻击、钓鱼攻击、恶意软件感染等。为 了防止网络攻击，需要采取有效的防护措施，如使用防火 墙、入侵检测系统等安全设备，加强网络安全意识，不轻 易泄露个人信息。
互联网计算机时代
总结词
互联网计算机时代始于20世纪90年代，主 要特点是计算机网络技术的发展和应用。
详细描述
互联网计算机时代始于1991年的World Wide Web（万维网），它使得互联网成为 一个全球性的信息共享平台。随着互联网的 普及和深入应用，人们的生活、工作、学习 等方面都发生了深刻的变化。同时，互联网 技术的发展也催生了许多新的产业和商业模 式，如电子商务、在线教育等。
自动控制是指利用计算机对生产过程、机械装置等进行自动化控制，以提高生产效率、减少人工干预的过程。
详细描述
自动控制广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输等领域。通过自动控制，可以实现精确控制、快速响应和高 效生产，提高生产效率和产品质量。
辅助设计
总结词
辅助设计是指利用计算机进行产品设计、工程制图、虚拟仿真等过程，以提高设计效率和设计质量。
数据备份与恢复
总结词
定期备份重要数据，并采取多种方式进行备份，确保数 据安全。同时，了解数据恢复的方法和步骤，以应对数 据丢失的情况。
详细描述
数据备份是保护数据安全的重要措施。为了防止数据丢 失或损坏，需要定期备份重要数据，并采取多种方式进 行备份，如本地备份、云备份等。同时，了解数据恢复 的方法和步骤，以应对数据丢失的情况。在数据备份和 恢复的过程中，需要注意数据的完整性和可用性，确保 数据的安全可靠。
网络攻击防护
要点一
总结词
了解常见的网络攻击手段和防护方法，如防火墙、入侵检 测系统等，加强网络安全意识，不轻易泄露个人信息。
要点二
详细描述
随着网络的普及，网络攻击也日益增多。常见的网络攻击 手段包括拒绝服务攻击、钓鱼攻击、恶意软件感染等。为 了防止网络攻击，需要采取有效的防护措施，如使用防火 墙、入侵检测系统等安全设备，加强网络安全意识，不轻 易泄露个人信息。
互联网计算机时代
总结词
互联网计算机时代始于20世纪90年代，主 要特点是计算机网络技术的发展和应用。
详细描述
互联网计算机时代始于1991年的World Wide Web（万维网），它使得互联网成为 一个全球性的信息共享平台。随着互联网的 普及和深入应用，人们的生活、工作、学习 等方面都发生了深刻的变化。同时，互联网 技术的发展也催生了许多新的产业和商业模 式，如电子商务、在线教育等。
自动控制是指利用计算机对生产过程、机械装置等进行自动化控制，以提高生产效率、减少人工干预的过程。
详细描述
自动控制广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输等领域。通过自动控制，可以实现精确控制、快速响应和高 效生产，提高生产效率和产品质量。
辅助设计
总结词
辅助设计是指利用计算机进行产品设计、工程制图、虚拟仿真等过程，以提高设计效率和设计质量。
数据备份与恢复
总结词
定期备份重要数据，并采取多种方式进行备份，确保数 据安全。同时，了解数据恢复的方法和步骤，以应对数 据丢失的情况。
详细描述
数据备份是保护数据安全的重要措施。为了防止数据丢 失或损坏，需要定期备份重要数据，并采取多种方式进 行备份，如本地备份、云备份等。同时，了解数据恢复 的方法和步骤，以应对数据丢失的情况。在数据备份和 恢复的过程中，需要注意数据的完整性和可用性，确保 数据的安全可靠。